Ce afectează viteza procesorului? Ce este o unitate centrală de procesare
Din punct de vedere istoric, frecvența de ceas a procesorului este principalul indicator al vitezei unui computer și, la un moment dat, chiar și o persoană needucată care nu știa cum diferă un disc optic de o dischetă ar putea spune cu încredere că cu cât mai mult gigaherți într-o mașină , cu atât mai bine, și nimeni nu ar fi nu m-am certat cu el. Astăzi, în mijlocul erei computerelor, acest tip de modă a trecut, iar dezvoltatorii încearcă să se îndrepte spre crearea unei arhitecturi mai avansate, crescând cantitatea de memorie cache și numărul de nuclee de procesor, dar viteza ceasului este „regina”. ” de caracteristici. În sens general, acesta este numărul de operații elementare (cicluri) pe care procesorul le poate efectua pe secundă de timp.
Rezultă că, cu cât viteza de ceas a procesorului este mai mare, cu atât computerul poate efectua mai multe operațiuni de bază și, prin urmare, cu atât funcționează mai repede.
Viteza de ceas a procesoarelor avansate variază de la doi până la patru gigaherți. Este determinată prin înmulțirea frecvenței magistralei procesorului cu un anumit factor. De exemplu, Core i7 folosește un multiplicator x20 și are o frecvență de magistrală de 133 MHz, rezultând o viteză de ceas a procesorului de 2660 MHz.
Modern și nuclee
În ciuda faptului că „multi-core” era anterior o noutate, astăzi practic nu mai există procesoare single-core pe piață. Și nu este nimic surprinzător în asta, pentru că industria calculatoarelor nu stă pe loc.
Prin urmare, ar trebui să înțelegeți clar cum se calculează viteza de ceas pentru procesoarele cu două sau mai multe nuclee.
Merită spus că există o concepție greșită despre calcularea frecvenței pentru astfel de procesoare. De exemplu: „Am un procesor dual-core cu o viteză de ceas de 1,8 GHz, prin urmare frecvența lui totală va fi de 2 x 1,8 GHz = 3,6 GHz, corect?” Nu, e gresit. Din păcate, numărul de nuclee nu afectează în niciun fel viteza finală de ceas; dacă procesorul dumneavoastră rula la o viteză de 3 GHz, va funcționa așa, dar cu un număr mai mare de nuclee, resursele sale vor crește, iar acest lucru , la rândul său, va crește foarte mult performanța.
De asemenea, nu trebuie să uităm că cantitatea de memorie cache este deosebit de importantă pentru un procesor modern. Aceasta este cea mai rapidă memorie de computer, care dublează informațiile de lucru care necesită acces mai rapid la un moment dat.
Deoarece este foarte costisitor și necesită forță de muncă de produs, valorile sale sunt relativ mici, dar acești indicatori sunt suficienți pentru a crește performanța întregului sistem fără a modifica parametri precum viteza ceasului.
Viteza maximă de ceas a procesorului și overclockare
Indiferent cât de bun este computerul tău, într-o zi va deveni învechit. Dar nu te grăbi să-l arunci la gunoi și să fugi la cel mai apropiat magazin de electronice cu portofelul deschis. Cele mai multe procesoare și plăci video moderne oferă overclock suplimentar (pe lângă cea din fabrică), iar cu un sistem de răcire bun, puteți crește nivelul de frecvență nominală cu 200-300 GHz. Pentru pasionații de sporturi extreme și iubitorii de numere mari, există și „overclocking”, care vă încurajează să profitați la maximum de echipament. Mulți oameni implicați într-o astfel de muncă periculoasă pot overclock cu ușurință un procesor single-core la 6-7 GHz, iar unii chiar stabilesc recorduri la 8,2 GHz.
Principalul criteriu atunci când alegeți un procesor pentru un computer nou este acesta performanţă. Cel mai mare Procesorul este rapid, cu atât lucrați mai repede cu diverse programe, utilitare și sistemul de operare în sine. Viteza procesorului depinde, după cum am menționat deja, de frecvența ceasului, măsurat în megahertz (MHz) și gigahertz (GHz). Mai mult, depinde de volum memorie cache primul și nivelul următor, frecvența magistralei de date (FSB)Și capacitatea procesorului.
Megahertz este un milion de vibrații pe secundă, în timp ce un gigahertz reprezintă un miliard de vibrații pe secundă. În general, este acceptat că cu cât viteza de ceas funcționează un procesor este mai mare, cu atât performanța acestuia este mai bună.Totuși, acest lucru nu este întotdeauna adevărat. În plus, performanța generală a sistemului depinde în mare măsură nu numai de procesor, ci și de toate celelalte componente. Să presupunem că ați achiziționat un procesor Core i3 de 3 GHz, dar ați instalat doar 2048 MB și l-ați folosit și la viteze scăzute de transfer de date. Cu această configurație, diferențele de performanță între un procesor de 2 și 3 GHz abia se vor observa. Cu alte cuvinte, performanța unui computer depinde de performanța celei mai lente componente, fie că este vorba despre procesor, RAM, hard disk, sau chiar sursa de alimentare (întrucât dacă sursa de alimentare nu este suficientă pentru a asigura funcționarea componentelor hardware , puteți uita complet de funcționarea stabilă a computerului).
Viteza de ceas a procesorului și captarea acesteia
Să aruncăm o privire mai atentă la întrebarea de ce viteza de ceas a procesorului nu garantează performanța sa ridicată. Frecvența ceasului, după cum sugerează și numele, constă în bate, sau perioadele de ceas. Fiecare operație efectuată de procesor durează un ciclu de ceas și mai multe cicluri de așteptare. Ciclul de așteptare este un ciclu „gol”, adică. o perioadă de ceas în care nu se efectuează operațiuni. Ciclurile de așteptare sunt necesare pentru a asigura funcționarea sincronă a diferitelor componente ale computerului. Diferite comenzi necesită un număr diferit de cicluri de ceas pentru a fi executate. De exemplu, procesor Core i3 poate executa cel puțin 12 comenzi pe ciclu de ceas. Cu cât sunt mai puține cicluri de ceas necesare pentru a executa o comandă, cu atât procesorul este mai mare. În plus, alți factori afectează și performanța, de exemplu, dimensiunea cache-ului de primul/al doilea nivel.
Procesoare Core I și Athlon II Au arhitecturi interne diferite, astfel încât comenzile sunt executate diferit în ele. Ca urmare, este imposibil să comparați aceste procesoare pe baza vitezei de ceas. De exemplu, un procesor Athlon II X4 641 Cu o viteză de ceas de 2,8 GHz, are performanțe aproximativ comparabile cu un procesor Core I3 care rulează la 3 GHz.
Mulți proprietari de computere cu procesoare moderne observă că viteza de ceas a procesorului lor se modifică în timp. Uneori frecvența sare la valoarea maximă caracteristică unui model dat (de exemplu, până la 3000 MHz), iar uneori scade la 1500 sau chiar 800 MHz. Observând astfel de salturi, utilizatorii se întreabă de ce se întâmplă acest lucru și cum se fixează frecvența ceasului la valoarea maximă.
Dacă observați salturi ale vitezei de ceas a procesorului în timp ce computerul este inactiv, atunci acest lucru este destul de normal. Acesta este un mecanism de economisire a energiei. Când nu există încărcare, sistemul scade multiplicatorul procesorului, ceea ce duce la o scădere a vitezei ceasului procesorului. În mod obișnuit, frecvența ceasului este redusă la 1500 sau 800 MHz, după care computerul rulează la această frecvență până când există o sarcină vizibilă pe procesor. Când apare o sarcină, frecvența ceasului revine la valorile sale normale.
Mai jos sunt capturi de ecran din programul CPU-Z. Acolo puteți vedea cum frecvența procesorului Intel Core i5 2310 sare între 1600 MHz și 3100 MHz.
De asemenea, în programul CPU-Z puteți observa cum se modifică multiplicatorul procesorului.
Reducerea frecvenței de ceas vă permite să reduceți consumul de energie al procesorului, ceea ce, la rândul său, reduce semnificativ consumul total de energie al computerului, deoarece procesorul este una dintre cele mai consumatoare componente ale unui computer modern.
Pe lângă economisirea directă a energiei, acest comportament al sistemului vă permite să reduceți temperatura procesorului, ceea ce vă permite, la rândul său, să reduceți viteza ventilatorului și să reduceți nivelul de zgomot produs de computer.
Dacă dorește, utilizatorul poate fixa frecvența ceasului procesorului la valoarea maximă. Pentru a face acest lucru, trebuie să editați schema de alimentare utilizată în sistemul de operare. De exemplu, în Windows, pentru a face acest lucru, trebuie să mergeți la „Panou de control\Hardware și sunet\Opțiuni de alimentare” și să faceți clic pe linkul „Configurați planul de alimentare”, care se află vizavi de schema activă.
Acest lucru vă va duce la setări suplimentare ale planului de alimentare. Aici trebuie să deschideți secțiunea „Gestionarea puterii procesorului” și în câmpul „Starea minimă a procesorului” specificați o valoare de 100%.
După aplicarea setărilor, procesorul va începe să funcționeze la viteza maximă de ceas.
Viteza ceasului procesorului crește sub sarcină
Sub sarcină, frecvența ceasului se poate modifica și ea. În acest caz, acesta este rezultatul tehnologiei Turbo Boost. Această tehnologie este concepută pentru a overclock automat procesorul la frecvențe peste standard. Activitatea unui astfel de auto-overclocking depinde de sarcina procesorului. Cu o sarcină cu un singur thread, Turbo Boost determină creșterea vitezei de ceas semnificativ mai mare decât în cazul unei încărcări cu mai multe fire, acest lucru poate duce la ușoare salturi ale vitezei de ceas a procesorului. De exemplu, pentru un procesor Core i5-2500 sub sarcină, Turbo Boost poate modifica frecvența de ceas variind de la 3700 MHz (cu o sarcină pe un nucleu) la 3400 MHz (cu o sarcină pe toate cele 4 nuclee).
Dacă întâmpinați creșteri semnificative ale frecvenței procesorului sub sarcină, cum ar fi salturi de 1000 MHz sau mai mult, atunci acesta poate fi un semn al unei defecțiuni a computerului. În acest caz, merită verificat. Când procesorul se supraîncălzi, poate începe așa-numita „accelerare”. Aceasta este o reducere a vitezei de ceas pentru a reduce temperatura procesorului.
Trebuie remarcat faptul că accelerarea procesorului poate apărea nu numai ca urmare a supraîncălzirii procesorului în sine, ci și atunci când circuitele sale de alimentare se supraîncălzi. Acest lucru se poate întâmpla, de exemplu, la overclockarea unui procesor pe o placă de bază bugetară.
Afirmație:
Cu cât viteza procesorului este mai mare, cu atât este mai mare performanța acestuia.
Viteza procesoarelor a fost întotdeauna comparată în funcție de caracteristica lor principală și cea mai de înțeles - frecvența ceasului. Moda pentru aceasta a fost introdusă în 1984 de către agenții de marketing IBM PC, care au susținut că procesorul Intel 8088 din computerul lor era de aproape cinci ori mai rapid decât tehnologia MOS 6502 în frecvența de ceas.
de la Apple II - ceea ce înseamnă că este de aproape cinci ori mai rapid. Intel și Microsoft au urmat aceeași logică în anii 90, susținând că Pentium-ul era mai productiv decât PowerPC-ul de la computerele Apple doar pentru că avea o viteză de ceas mai mare. După ce AMD s-a alăturat cursei la sfârșitul anilor 90, compania a trebuit să introducă marcaje speciale care să-și compare procesoarele cu procesoarele Intel. Majoritatea consumatorilor erau încrezători că viteza ceasului este principala caracteristică, iar Intel, care s-a bazat pe creșterea sa, i-a susținut doar în această convingere.
John Spooner
jurnalist
„După lansarea procesoarelor Pentium III care operează la frecvențe de până la 667 MHz, AMD își poate pierde liderul. Trimis
Procesoarele Athlon funcționează luna aceasta
cu o frecvență maximă de 650 MHz. Dar conducerea Intel nu va dura mult. Potrivit reprezentanților AMD, vor lansa un procesor cu o frecvență de 700 MHz până la sfârșitul anului.”
De ce acest lucru nu este adevărat:
Timpul necesar pentru finalizarea operațiunilor este mai important decât viteza ceasului.
Este corect să compari doar frecvența ceasului
procesoare din aceeași serie de model cu aceeași arhitectură. Deși frecvența Intel 8088 a fost de aproape cinci ori mai mare decât cea a MOS Technology 6502, de fapt, aceeași operațiune ar putea dura mai multe cicluri de ceas de la Intel 8088, motiv pentru care avantajul în frecvență a fost egalat. Asa a fost
în viitor: mai întâi Apple, apoi AMD au încercat să dezvăluie „mitul megahertzului”. În 2006, Intel li s-a alăturat în cele din urmă, atingând limita de viteză a ceasului pe arhitectura pe care o folosea atunci în procesoarele desktop și schimbând paradigma.
Astăzi numărul de operațiuni pe care le efectuează procesorul
într-un singur ciclu de ceas, viteza ceasului nu a fost niciodată mai importantă. Caz
este că cu cât frecvența este mai mare, cu atât generarea de căldură este mai mare,
și de aceea creatorii de procesoare mobile se concentrează
pentru optimizare, nu numere uscate. Mitul, însă, nu merge nicăieri
nu a dispărut și chiar a evoluat: de exemplu, mulți au început să creadă că viteza unui procesor este proporțională cu numărul de nuclee din acesta. Da, și dacă numiți o persoană obișnuită două procesoare cu frecvențe de ceas diferite, atunci va tot
prin inertie il va alege pe cel cu mai multi megahertzi.
Schema circuitului procesorului
Bloc de control- controlează funcționarea tuturor blocurilor de procesor.
Bloc logic aritmetic- efectuează calcule aritmetice și logice.
Registrele- un bloc pentru stocarea datelor și a rezultatelor de calcul intermediare - RAM-ul intern al procesorului.
Bloc de decodare- convertește datele în sistem binar.
Bloc de preluare anticipată- primește o comandă de la un dispozitiv (tastatură etc.) și solicită instrucțiuni din memoria sistemului.
Cache de nivel 1 (sau pur și simplu cache)- stochează instrucțiuni și date utilizate frecvent.
Cache de nivel 2- stochează datele utilizate frecvent.
Bloc autobuz- servește pentru introducerea și ieșirea informațiilor.
Această schemă corespunde procesoarelor cu arhitectură P6. Procesoarele de la Pentium Pro la Pentium III au fost create folosind această arhitectură. Procesoarele Pentium 4 sunt fabricate folosind noua arhitectură Intel® NetBurst. În procesoarele Pentium 4, memoria cache de nivel 1 este împărțită în două părți - memoria cache de date și memoria cache de instrucțiuni.
Specificațiile procesorului
Principalele caracteristici ale procesorului sunt viteza de ceas, lățimea de biți și dimensiunea cache-ului de nivel 1 și 2.
Frecvența este numărul de vibrații pe secundă. Viteza ceasului este numărul de cicluri de ceas pe secundă. După cum se aplică procesorului:
Frecvența ceasului este numărul de operații pe care procesorul le poate efectua pe secundă.
Acestea. Cu cât un procesor poate efectua mai multe operații pe secundă, cu atât rulează mai repede. De exemplu, un procesor cu o frecvență de ceas de 40 MHz efectuează 40 de milioane de operații pe secundă, cu o frecvență de 300 MHz - 300 de milioane de operații pe secundă, cu o frecvență de 1 GHz - 1 miliard de operații pe secundă.
Până în 2003, viteza procesorului a atins 3 GHz.
Există două tipuri de viteză de ceas - internă și externă.
Viteza ceasului intern- aceasta este frecvența de ceas la care se lucrează în interiorul procesorului.
Frecvența ceasului extern sau frecvența magistralei de sistem- aceasta este frecvența de ceas la care se fac schimb de date între procesor și memoria RAM a computerului.
Până în 1992, procesoarele aveau aceleași frecvențe interne și externe, iar în 1992 Intel a introdus procesorul 80486DX2, în care frecvențele interne și externe erau diferite - frecvența internă era de 2 ori mai mare decât cea externă. Două tipuri de astfel de procesoare au fost lansate cu frecvențe de 25/50 MHz și 33/66 MHz, apoi Intel a lansat procesorul 80486DX4 cu frecvență internă triplă (33/100 MHz).
De atunci, și alte companii producătoare au început să producă procesoare cu frecvență internă dublă, iar IBM a început să producă procesoare cu frecvență internă triplă (25/75 MHz, 33/100 MHz și 40/120 MHz).
La procesoarele moderne, de exemplu, cu o viteză de ceas a procesorului de 3 GHz, frecvența magistralei de sistem este de 800 MHz.
Dimensiunea procesorului determinat de capacitatea registrelor sale.
Un computer poate funcționa simultan cu un set limitat de informații. Acest set depinde de adâncimea de biți a registrelor interne. O cifră este o unitate de stocare a informațiilor. Într-un ciclu de lucru, un computer poate procesa cantitatea de informații care se pot încadra în registre. Dacă registrele pot stoca 8 unități de informații, atunci acestea sunt pe 8 biți, iar procesorul este pe 8 biți, dacă registrele sunt pe 16 biți, atunci procesorul este pe 16 biți etc. Cu cât este mai mare capacitatea procesorului, cu atât poate procesa mai multe informații într-un singur ciclu de ceas, ceea ce înseamnă că procesorul funcționează mai repede.
Procesorul Pentium 4 este pe 32 de biți.
Dimensiunea cache de nivel 1 și 2 afectează și performanța procesorului.
Procesorul Pentium III are un cache de nivel 1 de 16 KB și un cache de nivel 2 de 256 KB.
Procesoarele Pentium 4 au un cache de date L1 de 8 KB, un cache de instrucțiuni L1 de 12.000 de comenzi și un cache de instrucțiuni L2 de 512 KB.
