核心周期与参考周期

大多数CPU都使用时钟信号来控制它们的顺序操作。时钟信号由外部发生器产生，每秒提供一致数量的脉冲。时钟脉冲的频率决定了CPU执行指令的速率。因此，时钟越快，CPU每秒执行的指令就越多。

$\text{频率} = \frac{\text{时钟周期数}}{\text{时间}}$

大多数现代CPU，包括英特尔和AMD的CPU，没有固定的运行频率。相反，它们实现了动态频率缩放，在英特尔的CPU中称为Turbo Boost，在AMD处理器中称为Turbo Core。它使CPU能够动态增加和减少频率。降低频率可以减少功耗，但会牺牲性能，增加频率可以提高性能，但会牺牲节能。

核心时钟周期计数器计算的是CPU核心实际运行的频率下的时钟周期数，而不是外部时钟（参考周期）。让我们看一下在Skylake i7-6000处理器上运行单线程应用程序的实验，它的基础频率为3.4 GHz：

$ perf stat -e cycles,ref-cycles ./a.exe
  43340884632  cycles        # 3.97 GHz
  37028245322  ref-cycles    # 3.39 GHz
      10.899462364 seconds time elapsed

指标ref-cycles统计的周期数是如果没有频率缩放的情况下。设置的外部时钟频率为100 MHz，如果我们乘以时钟倍频，我们将得到处理器的基础频率。Skylake i7-6000处理器的时钟倍频为34：这意味着对于每个外部脉冲，当CPU运行在基础频率上时，它执行34个内部周期。

指标cycles统计的是真实的CPU周期数，即考虑了频率缩放。使用上述公式，我们可以确认平均运行频率为43340884632个周期 / 10.899秒 = 3.97 GHz。当您比较两个版本的小段代码的性能时，以时钟周期计时比以纳秒计时更好，因为您避免了时钟频率上下波动的问题。