深入浅出透彻详细 入门必读之超频ABC
● 编者按
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● 序言
可以说，自从“攒机”这个词发明以来，超频这个概念就随之诞生了。但是，您是否知道，超频的原理是什么？超频是如何实现的？超频对系统都会造成哪些影响？
任何一个对计算机硬件感兴趣的发烧友对超频都一定不会陌生。严格意义上讲，超频是一个广义的概念，任何提高计算机某一部件工作频率，而使之工作在非标准频率下的行为及相关行动都应该称之为超频，其中包括CPU超频、主板超频、内存超频、显示卡超频和硬盘超频等等很多部分。而现在，大多数人对超频的理解仅仅局限在对CPU的超频上，这可以算是狭义上的超频概念。<
有人说超频是在钻CPU制造商设计和制造中的空子，也有人说这是为了榨干CPU的性能潜力，要解释这两种说法，就需要从CPU的制造开始说起。由于CPU的构造极为复杂，因此即使以Intel的实力，也无法做到对CPU生产过程的完全监控和掌握，就是说有很多不可控的因素夹杂在CPU的制造过程中。
这就造成了一个比较严重的问题——无法完全确定一款CPU最终的工作频率。简单地说就是某生产线上制造出的CPU只能保证最终产品在一定频率范围之内运行，而不可能“恰好”定在某个需要的频率上。至于偏差情况有多严重，则要视具体生产工艺水平和制造CPU的晶圆片品质而定。因此生产出的每一颗CPU都要经过细致的测试以后，才能最终标定它的频率，这个标定出来的频率就是我们在CPU壳上看到的频率了，这个频率的高低完全由CPU生产商来定。
经典之一——Slot 1 接口 celeron A 300
经典之二——图拉丁celeron 1.2G
工艺非常复杂的CPU制造过程，导致CPU的频率不可能适好定在一个确定的频率上。一般来说，CPU制造商都会为了保证产品质量而预留一点频率余地，例如实际能达到2GHz的Pentium 4 CPU可能只标称成1.8GHz来销售，这一点CPU频率的保留空间便成了硬件发烧友们最初超频的灵感来源。<
在谈如何超频之前，我们需要先了解CPU的频率是如何设定的。CPU的工作时钟频率(主频)由两部分组成：外频与倍频，两者的乘积就是主频。所谓外部频率，指的就是整体的系统总线频率，它并不等同于经常听到的前端总线（FrontSideBus）的频率。AMD系统前端总线频率是外频的两倍，而在Pentium 4平台上则为外频的4倍，只有在老Athlon和PIII/PII平台上，前端总线频率才和外频相等。
目前主流CPU的外频大多为100MHz、133MHz和166MHz，前不久Intel还发布了基于200MHz外频（即前端总线=800MHz）的Pentium 4。倍频的全称是倍频系数，CPU的时钟频率与外频之间存在着一个比值关系，这个比值就是倍频系数。倍频是以自然数为基础的数字，以0.5为间隔，例如11.5、12、13等，现在最高的倍频能达到25。比如Pentium 4 2.8GHz CPU就是由133MHz的外频乘以21的倍频得到的。
从整体上来说，超频就是手动去设置CPU的外频和倍频，以使CPU工作在更高的频率下，然而现在Intel的CPU倍频都是锁死的，而AMD AthlonXP也仅有极少数的产品是没有锁倍频的，因此现在的超频大多数都是从外频上面去做手脚。
现在的大多数CPU都锁了倍频，超频只能从外频上做手脚。
现在有很多主板厂商都对自己的产品做了非常人性化的超频设计，因此超频的方法也从以前的硬超频变成了现在更方便更简单的软超频。所谓硬超频是指通过主板上面的跳线或者DIP开关手动设置外频和CPU、内存等工作电压来实现超频的目的，而软超频指的是在系统的BIOS里设置外频、倍频和各部分电压等参数。一些主板厂商还推出了傻瓜超频功能（例如硕泰克的红色风暴 RedStrom），主板可以自动以1MHz为单位逐步提高外频频率，自动为用户找到一个让CPU能够稳定运行的最高频率。
检测硬件连接的主板DEBUG卡
此外，一些专门针对超频玩家而推出的主板还带有一块DEBUG卡，在计算机启动过程中会自动顺序检测各部分硬件是否已连接好并工作正常，如果哪一部分出现问题，就会显示出该部分的代号，这样用户就可以很容易地按照手册找到出现问题的部分。如果顺利启动通过，就会显示“FF”的字样，表示一切正常。
前面我们已经说过，超频分为硬超频和软超频两种。下面，让我们来分别看看它们是如何进行的。<
现在采用纯跳线方式超频的主板已经没有了，代替它们的是DIP开关。下面我们以磐英EPOX EP-4SDA+主板为例，说明如何通过调节DIP开关来进行硬超频。
四个DIP开关的状态说明表格
如图1所示，在这款Pentium 4主板上可以看到四个印刷表格，仔细看一下，他们分别代表的是：SW1——AGP电压；SW2——DDR内存电压；SW3——CPU核心电压；SW4——CPU增加电压量，此外还有JCLK1这个跳线，可以设定外频是100MHz、133MHz或者是自动。
用来超频测试的Pentium 4 2.0GA CPU
关于外频设定的跳线说明。
设置为强制133MHz外频的JCLK1跳线
我们现在用一块Pentium 4 2.0GA CPU进行超频测试，它的规范频率设置应该是100MHz×20=2000MHz。如果采用硬超频，就需要把外频从标准的100MHz提升到133MHz，而至于CPU是不是能在这个频率下工作，那就是另一回事了，我们在后面会谈到这个问题。从说明上可以看到，开关默认的位置是3-4连接，也就是自动侦测CPU外频。我们需要把1-2短接，强制将外频设定在133MHz下。需要注意的是，有三角标示的那一端为第一针，顺序不要搞混。<
SW2——DDR内存电压设置说明
需要将默认状态的OFF-OFF-OFF改变成OFF-OFF-ON
接下来，为了提高整体的稳定性，我们要把CPU的核心电压和内存电压都提高一些，而SW1的AGP电压则不变。首先调节SW2的内存电压，DDR默认电压为2.5V，我们可以适当地提高到2.6V，如表格所示，需要将默认状态的OFF－OFF－OFF改成OFF－OFF－ON。
SW3——CPU核心电压设置说明
调整CPU核心电压
Pentium 4 CPU的标准电压为1.5V，我们打算将超频后的电压设定在1.65V。CPU实际的工作电压可以通过两个渠道获得：BIOS的设置电压+SW4的设置电压（SW3设为AUTO），或者SW3设置电压+SW4的设置电压(BIOS设置为DEFAULT)。现在BIOS设置为默认电压（关于BIOS中的电压设置，将在后面的软超频部分详细谈到），那么需要调整的就是SW3和SW4的设置。SW3默认设置都是OFF，我们要将电压设置为1.55V，按照主板上所示，我们需要把1\\2\\5\\6四个开关都置于ON的状态下。
SW4——CPU增加电压量设置说明
调整SW4——CPU的电压量前的状态
另外的SW4-CPU增加电压量上我们也要设置成+0.1V，因此根据图中所示，我们还需要把SW4的第一个开关放在ON的位置上，调整前后的SW4如图。
调整SW4——CPU的电压量后的状态
接下来，需要把SW4的第一个开关放在ON的位置上，设置成+0.1V。至此，硬超频的工作就完成了。<
软超频就是在系统的BIOS中进行超频的设置过程。不同BIOS版本的主板中软超频的设置存在着一些差异，在此我们以Award BIOS、AMI BIOS和Phoenix BIOS三种最常见的BIOS版本为例，平台则是两个Pentium 4平台，一个AthlonXP平台。
● 软超频之Award BIOS超频设置
Award BIOS中设置方法
在Award BIOS中设置CPU外频
我们用来进行软超频的CPU是一块Pentium 4 2.0GA，开机后按下DEL键进入BIOS主菜单。进行软超频的设置在右边一栏的第一行“Frequency/Voltage Control”。首先我们来调整CPU的外频，将光标移动到“CPU Clock”上，然后回车，就会出现新的菜单，手动输入想设置成的CPU外频数值，在此允许输入的数值范围在100-200之间。原则上来讲，第一次超频时因为不清楚CPU究竟可以在多高的外频下工作，因此输入的数值可以以3MHz～5MHz为台阶一点点地提高，以便最大限度地发挥CPU的潜能。在此为了示范，我们直接将外频设置成了133MHz这个标准外频，设置完毕后，按回车键确定。
设置外频与内存总线频率的比值
接下来再让我们进入“CPU：DRAM Clock Ratio”，设置外频与内存总线频率的比值。如果您使用的是DDR333内存，它的标准运行频率可以达到166MHz，由于刚才我们已经把外频设置成了133MHz，因此在此可以选择“4:5”，让内存也运行在最高的频率。如果您使用的是DDR266内存，可以设置成“1:1”，让二者同步工作，也可以设置成“4:5”，然后再加一些内存电压，尝试一下超频内存。
调节CPU的核心电压
第三个步骤是调节CPU的核心电压。如果想让CPU在高频率下工作，通常都需要适当地加一点儿电压来保证CPU的稳定运行。我们进入“Current Voltage”，Pentium 4 CPU的额定核心工作电压为1.5V，通常不超过1.65V的电压都是安全的。但为了不使发热量大幅增加，应该尽可能地少加电压，一点一点儿地逐渐提高，不必急于一步到位。在此我们先选择1.55V尝试一下。请注意，超过1.70V的电压对于Northwood核心的Pentium 4来说都是危险的，有可能会烧坏CPU！
增加内存的电压
下一步不是必须的，就是提高给DDR内存供电的电压。DIMM模组的默认电压为2.5V，如果内存品质不好，或是也超频了内存，那么可以适当提高一点内存电压，加压幅度尽量不要超过0.5V，否则有可能会损坏内存。由于我们在此用的是DDR333内存，完全可以在166MHz下正常运行，因此只是示意性地增加0.1v。
增加AGP显示卡的电压
最后，在这里面还可以看到给AGP显示卡提高工作电压的选项。如果您所超的外频为标准外频，并且同时也让显示卡超频工作了的话，那么可以考虑适当提高一些AGP总线的电压。AGP总线默认电压为1.5V，在此我们示意性地提高了0.1V。
全部设置完成后，最后检查无误，保存设置，退出并重新启动计算机。如果超频不成功或是机器重新启动后没有点亮，则需要关闭计算机利用主板上的CMOS跳线清除CMOS信息，再开机重新设置。<
前面我们提到，某些主板采用了一种傻瓜化的自动超频技术，使用它以后，主板会以1MHz为增加量，自动逐步提高外频来侦测CPU最高的稳定运行频率，让用户免去了反复尝试外频，反复重新启动、清除CMOS等烦恼。下面，就让我们来看看在基于AMI BIOS的使用该技术的主板上是如何进行软超频的。
在AMI BIOS中对CPU进行超频
手动将CPU的外频强制设为133MHz
进入BIOS后，从左边一栏最下面的“Frequency/Voltage Control”进入主板的超频选项。在“CPU Ratio Selection”里面可以看出，CPU是锁频的，因此倍频不能更改。我们只好进入“CPU Linear Frequency”，把该项的值改为Enable，手动更改CPU的外频。
该主板自带的红色风暴超频技术，将自动为您设置一个最适合的外频。
在该界面的最上方可以看到“Redstrom Overclocking Tech”，这就是所谓的红色风暴超频技术。进入以后会看到一个提示，说明您已经进入红色风暴超频项目，按下回车键便开始自动超频。按下Enter键以后，系统会自动以1MHz为单位缓慢地提高外频，大约每一秒钟提高1MHz，直至系统认为的CPU能承受的最高工作频率为止。这块Pentium 4 2GA CPU在不加电压的前提下，外频能逐步达到120MHz。在提升到这个频率后，系统会暂停5秒钟左右，接下来就会自动重新启动。<
在介绍过了两个Intel CPU平台的超频以后，让我们来看看AMD Athlon XP处理器的超频情况。我们选择的主板是超频功能较好的nForce2芯片组的EPOX主板，它的BIOS是Phoenix公司的，这也是为了让大家全面了解一下各个不同版本BIOS之间的异同之处。CPU采用的是最新的Barton核心的Athlon XP 3000+处理器，内存依然为Kingston DDR333内存。
Phoenix BIOS系统。
首先进入Phoenix BIOS的主页面，选择“Power BIOS Features”，在这里面有三个选项，分别用来调节CPU、AGP总线和内存模组的电压。Athlon XP3000+的默认电压是1.65V，工作在13倍频下，默认的前端总线频率(FSB)为166MHz，它的实际工作频率是2,158MHz。我们准备尝试将前端总线提升为200MHz，使主频达到11 x 200=2.2GHz，电压也稍微提高一些，同时打算让DDR333内存运行在200MHz的频率下，等同于DDR400。
调节CPU、AGP总线和内存模组的电压
现在，我们提高0.1V的CPU核心电压，这样Athlon XP就工作在了1.75V。因为也超频了内存，因此也需要适当提高一些内存电压，在此将DIMM电压提高到2.77V，增加量为0.27V。暂时先不增加AGP总线的电压。设置好以后，按ESC退出。
对CPU的外频、倍频和内存的运行频率等进行设置
让系统进入全手动设置状态
接下来，进入“Advanced Chipset Features”项。在这里面我们可以改变CPU的外频、倍频和内存的运行频率。首先要改变“System Performance”，将它改变为“Expert”——专家模式，也就是全手动设置状态。
设置CPU的外频
接着和前面所讲的一样，在“CPU Clock Ratio”中改变CPU倍频，在“FSB Frequency”中改变外频频率。新倍频设置为11，新外频设置为200MHz。在“Memory Frequency”里面设置的是一个百分数，这个数值其实是内存运行频率和外频的比值，因为设置后的外频已经达到了200MHz，因此内存频率和它同步就已经达到DDR400的工作频率了，所以设置为100%就可以了。如果错误地设置为“200%”，那么内存实际工作频率就达到了400MHz，这相当于DDR800的内存了，恐怕您的内存在这个频率下很难正常工作。“Memory Timings”里面可以进一步详细设置与内存相关的各种参数，在此就不过多介绍了。
设置完成以后检查一下是否有错误，确认无误后按ESC键退出该菜单，最后存储CMOS设置信息，退出BIOS重新启动就可以了。<
我们知道，CPU在工作时会发热，而超频会让CPU的发热量增加，如果散热不好，在局部的热量积累就很可能产生很高的温度，从而对CPU造成危害。这里需要说明的是，一定温度内的高热并不会直接损坏CPU，只是因高热所导致的“电子迁移现象”会破坏CPU内部的芯片组织体系。而过高的电压却有可能将一些PN结和逻辑门电路击穿造成CPU永久性的损坏。理论上说，“电子迁移现象”一直都在发生，只不过在正常状态下都比较缓慢就是了。如果能保证CPU内部的核心温度低于80℃，就会减缓这一现象的发生。当然，再快速的电子迁移过程也不会立即毁掉你的CPU，这是一个非常缓慢的过程。
在大多数情况下，超频者往往不能保证让外频工作在100MHz、133MHz或是166MHz这种标准频率下，这是非常危险的。因为PC系统中除了系统总线以外，还有AGP显示卡的AGP总线频率、PCI总线频率、内存总线频率等其他和系统总线频率相关的总线速度，而这些频率有的是可以独立调节的，有的却要由系统总线的频率来决定。
PCI和AGP的标准频率是33MHz和66MHz。在100MHz外频下，为了让PCI和AGP总线工作在标准的频率下，PCI总线对系统总线就是1/3分频，而AGP总线对系统总线就是2/3分频；而在133MHz外频下，它们的分频则可以分别设置成1/4和1/2，一样可以保证PCI和AGP总线分别运行在33MHz和66MHz的标准频率下。如果超频者将系统外频设置为120MHz，那么按照1/3和2/3分频的设置，PCI和AGP总线以及连接在他们上的设备就分别运行在40MHz和60MHz下。这些部件是不是能够超过他们的标准运行频率来稳定运行呢？这谁也没法保证，硬盘可能会出现读写错误，声卡可能没法正常发声，网卡和SCSI卡可能会出现无法使用的情况，而显示卡有可能会花屏或是造成系统死机。因此，超频至非标准外频的作法是不可取的，势必会造成整体系统的不稳定。
超频=性能提高？
超频的目的是什么？当然是提升计算机的性能了。但是，对于Pentium 4而言，人们常常会发现，超频后处理器的核心频率虽然得到了提高，但是系统的整体性能却没有多大改进。这是因为Intel在Pentium 4芯片的设计中，加入了额外的温度控制电路，它能够根据CPU的运行温度，动态地调节CPU的性能。接下来，我们将为您介绍温度控制电路的工作原理，以及CPU温度和系统性能之间的关系。<
Pentium 4芯片中使用了新的技术——温度控制电路。温度控制电路对CPU进行过热保护，确保系统运行的稳定性。每块Pentium 4处理器内建两个热量二极管。一个二极管用于报告由主板探测到的处理器温度，另一个二极管是温度控制电路的一部分，用于监测ALU等部件的运行温度。
AMD Athlon XP也有类似的热量二极管，负责报告由主板探测到的CPU温度。如果温度过高，二极管会把数据反馈给主板，再由主板切断主机电源，从而对CPU进行保护。当然，AMD的保护措施会使没有保存的数据丢失。这是因为AMD的控制电路在设计思路上和Intel截然不同，前者是着眼于CPU，以保护CPU为第一目标；而后者则是以确保稳定的工作环境为第一目标，即使CPU的温度达到临界值，控制电路也会降低CPU的运行频率，来确保整个系统能够继续稳定地运行。
因此，当Intel Pentium 4 CPU的温度过高时，其温度控制电路会向CPU芯片发送PROCHOT＃信号。PROCHOT#的作用就是在正常时钟周期内插入空闲周期，从而降低运行频率，达到降低CPU的温度和电源功耗的目的。例如，原先1.8GHz的Pentium 4超频后运行在2.2GHz，过高的温度会使温度控制电路把CPU的核心频率降低到1.8GHz以下。所以用户往往会发现，Pentium 4有时在超频后性能反而会不如从前。一般而言，温度控制电路会降低30％~50%的标称频率。由此我们可以看出，系统的整体性能不是取决于CPU标称的运行频率，而是CPU运行过程中的实际频率。
当CPU的温度降低到临界温度以下后，温度控制电路会使“核心频率”恢复到“标称频率”。一般来说，只要CPU低于临界温度1℃，CPU就可以恢复到“标称频率”。但是，该如何决定临界温度呢？大量的测试数据表明，不同型号的Pentium 4有不同的临界温度。如果临界温度过低，那么CPU整体的性能也会大幅下降，反之，就有可能烧坏CPU。
有一个简单的试验可以证实这一点，我们只要逐步提升CPU的温度，就可以看到“温度控制电路”的运行情况。为了平稳地提高CPU的温度，可以使用Zalman Fanmate调节器，来动态调节风扇的速度。
Zalman Fanmate风扇调节器
首先，我们把风扇的转速从4500rpm降到2200rpm，这样CPU的温度就会缓慢地上升到临界值。为了使CPU温度呈线性上升，我们把机箱放入医用的保温箱（SANYO的MIR253）。保温箱的电源功耗为220W，温度可以在-10℃ 到+50℃之间调节，调节的精度可以达到0.1℃。
我们把保温柜的初始温度定为28℃，CPU初始温度为69℃，系统运行Unreal Tourament 2003(115fps初始)，然后让保温柜的温度逐渐升高。
4条曲线分别代表：保温柜（环境）温度、机箱内部温度、CPU温度和CPU性能。
我们看到，一开始，游戏的fps没有多大的变化，直到处理器的温度达到72℃。此时，温度控制电路开始降低CPU的核心频率 ，CPU温度几乎不变，而游戏的性能直线下降，从115fps变为50fps，系统的性能下降了一半还要多。
4条曲线分别为：环境温度、机箱内部温度、CPU温度和CPU性能
在CPU RightMark的测试结果中，我们同样可以看出温控电路所起的作用
整个过程中，环境的温度从27℃上升到50℃；机箱内部的温度从44℃上升到63℃；CPU的核心温度从69 ℃上升到85℃。
在CPU RightMark的测试结果中。我们同样可以看到，当CPU达到72 ℃后，系统的性能直线下降。
通过这个简单的测试我们了解到，超频并不一定能提升我们的系统性能，更重要的是了解CPU的临界温度值，控制好CPU的散热量，才能发挥出CPU的最大性能。（完）<
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