为什么CPU需要时钟才能工作

CPU里可以粗略的认为是很多很多很多小电容。充满电了算1，没充电算0。每次计算就是这些小电容翻来覆去的充电放电。

很多小电容组成一个个基本的模块，比如输入0011输出0100

但从输入0011到实际输出0100是有一个延迟的。因为前面说了，电容要充电放电，这个需要时间。

这些小模块各种连接，组成复杂的功能。也就是前面小模块的输出会被后面模块当成输入。

那就有问题了，一方面，后面的模块要如何知道前面的模块到底是已经完成充电/放电了呢，还是正在充电放电呢？另一方面，路径越长从最开始输入到最终的输出的时间就越长，也就是路径长度不同延迟就不同，所以你很难保证每个针脚上的数据严格的同时到达。

所以就引入了时钟机制。

用一个统一的时钟脉冲来同步各个小模块。脉冲没来，大家抓紧时间充电放电，脉冲来了，大家一起动。

你可以认为时钟脉冲来一下，CPU就动一下。下个时钟脉冲一直不来，CPU就一直不动。

对于同一个CPU来说自然是频率越高速度越快（动的次数越多）。

但动一下不见得能执行一条指令。实际上需要动很多下才能执行一条指令。

那到底要动几下呢？这事很难说，取决于CPU的架构和设计。

所以，不同架构的CPU很难直接通过频率比较性能。

（但不是说不同架构的CPU不能比，大家做同一个宏观任务，比如渲染网页，看谁快呗？）

相同架构和结构的CPU确实可以比。

所以才有超频这种技术，说白了就是加快时钟脉冲频率。但超频会带来许多问题，单位时间更多次数的充电放电会导致电流增大也就是CPU整体发热大大增加。另外充电放电有个速度问题，频率太快会导致有些小电容没有及时完成充电放电，进而发生不稳定的情况。

适当加电压可以加速充电放电的过程，可以增加超频后的稳定性。但副作用是CPU更热了，而且小电容实在太小了，电压稍微高一点可能就击穿了。

引入“时钟”最重要的作用是为了简化从而降低计算机的设计成本。

也存在无时钟的CPU；但是，CPU是不可能自己单独完成工作的，
而无固定频率（即“时钟“）的CPU和周边工作单元协同工作时，因为大家步调不一致，沟通起来效率会打折扣，
想象一下，大BOSS就是CPU分配工作，时刻提醒自己，记着要告诉RAM：你准备好，我要在0.000000000000123456........秒后调用你的数据哦，还有要再对Modem说：0.000000234567....秒开始给我下载，哎那个键盘，老子正忙着呢，你这时候给我提交输入不是添乱嘛！。。。。。。。。哎唷，搞的大家都很累好么！

引入时钟（周期）的话，这些都简化了：比如只要在固定周期去接收和处理键盘提交的输入就好了。

更直接的打个比方：
CPU接了个给广场铺砖的活，于是带一帮只懂铺砖的RAM、Modem、key、、去干活，用边长1×1的地砖是最简单的，只要给大家说：A你从第一块开始铺，B从100块开始，C从200块开始。。。。。。这样大家可以同步工作了

而如果ABCDEFG.....大家各用各自规格的地板砖来开工，CPU准得急死！

简单说，时钟（周期）就是为了规定一个最小单位的地板砖。

转自：为什么 CPU 需要时钟才能工作？ - 知乎

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