Чем больше мегагерц, тем лучше компьютер? Частота процессора и правильное ее понимание.

Уже подросло целое поколение компьютерных пользователей, которые не застали знаменитую "гонку мегагерцев", развернувшуюся между двумя ведущими производителями для настольных компьютеров (кто не в курсе — Intel и AMD) на рубеже тысячелетий. Ее конец наступил примерно в 2004 году, когда стало очевидным, что частота процессора — не единственная характеристика, влияющая на его производительность. Крайне "прожорливые" и крайне высокочастотные процессоры Pentium IV на ядре Prescott вплотную подбирались к 4 GHz, и при этом с трудом конкурировали с архитектурой K8, на которой были построены новые "камни" от AMD, имевшие частоту не выше 2,6-2,8 GHz.

После этого оба производителя синхронно отошли от практики идентификации своих изделий по рабочей частоте и перешли к абстрактным модельным индексам. Такое решение обосновывалось нежеланием вводить конечного пользователя в заблуждение насчет производительности процессора, акцентируя внимание только на одной его характеристике. Действительно, есть ведь еще и частота шины процессора, и размер кэш-памяти, и технологический процесс, по которому изготовлено ядро, и много чего еще. Но частота процессора все еще остается одним из самых наглядных и интуитивно понятных для большинства людей мерил "качества" CPU.

Процессора, действительно, влияет на его производительность, характеризуя количество выполняемых операций в секунду. Но дело в том, что процессоры, построенные на различных ядрах, тратят на выполнение одной операции разное количество тактов, и от поколения к поколению этот параметр может отличаться в разы. Именно благодаря этому нынешний процессор с номинальной частотой 2,0 GHz оставит далеко позади флагмана семилетней давности с тактовой частотой 3,8 GHz. Кроме того, на быстродействие процессора, как уже указывалось выше, влияет и размер кэш-памяти (чем он больше, тем реже процессор будет вынужден обращаться к сравнительно медленной оперативной памяти), и частота шины процессора (чем она выше, тем быстрее будет обмен данными между "камнем" и ОЗУ), и множество других, не столь заметных, но от того не менее важных, характеристик.

В последнее время в обиход начинает входить и такое понятие, как максимальная частота процессора.

Постепенно и Intel, и AMD внедряют в своих продуктах такую функцию, как авторазгон. Технологию, по сути одну и ту же, один производитель называет другой — Turbo Core, но от этого ее суть не меняется: частота процессора может динамически изменяться, причем автоматически, без вмешательства пользователя. Необходимость применения такой технологии вызвана тем, что многоядерность современных процессоров стала уже, по сути, нормой, а вот многопоточность современных приложений, к сожалению, пока нет. Операционная система, видя, что одно из загружено значительно сильнее остальных, самостоятельно увеличивает частоту этого ядра, при этом стараясь оставить процессор в пределах его "родного" теплопакета (т.е. система старается подстраховаться от перегрева оборудования). Причем, в зависимости от модели процессора и от конкретных условий, такой прирост частоты может составлять величину от 100 до 600-700 MHz, а это уже, согласитесь, существенная прибавка к производительности. Такую технологию поддерживает большинство последних процессоров обоих производителей. У Intel это, в частности, все CPU модельного ряда Core i5 и Core i7, у AMD — все процессоры на разъеме AM3+, процессоры на разъеме FM1 (кроме процессоров с отключенным графическим ядром), а также некоторые "камни" к платформе AM3 (шестиядерные Tuban и четырехядерные Zosma). Причем для основанных на разъеме такой авторазгон тем более актуален, если учесть, что из-за некоторых архитектурных особенностей полноценный "разгон" путем повышения частоты шины процессора практически невозможен. Впрочем, это тема уже совсем другой статьи…

Работа любого цифрового компьютера зависит от тактовой частоты, которую определяет кварцевый резонатор. Он представляет собой оловянный контейнер в который помещен кристалл кварца. Под воздействием электрического напряжения в кристалле возникают колебания электрического тока. Вот эта самая частота колебания и называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходят через определенные интервалы, которые называются тактами. Отсюда сделаем вывод, что наименьшей единицей измерения времени для большинства логических устройств компьютера есть такт или еще по другому – период тактовой частоты. Проще говоря – на каждую операцию требуется минимум один такт (хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операций за один такт). Тактовая частота, применительно к персональным компьютерам, измеряется в МГц, где Герц – это одно колебание в секунду, соответственно 1 МГц – миллион колебаний в секунду. Теоретически, если системная шина Вашего компьютера работает на частоте в 100 МГц, то значит она может выполнять до 100 000 000 операций в секунду. К слову сказать, совсем не обязательно, что бы каждый компонент системы обязательно что-либо выполнял с каждым тактом. Существуют так называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого либо другого устройства. Так, например, организована работа оперативной памяти и процессора (СPU), тактовая частота которого значительно выше тактовой частоты ОЗУ.

Разрядность

Шина состоит из нескольких каналов для передачи электрических сигналов. Если говорят, что шина тридцатидвухразрядная, то это означает, что она способна передавать электрические сигналы по тридцати двум каналам одновременно. Здесь есть одна фишка. Дело в том, что шина любой заявленной разрядности (8, 16, 32, 64) имеет, на самом деле, большее количество каналов. То есть, если взять ту же тридцатидвухразрядную шину, то для передачи собственно данных выделено 32 канала, а дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации.

Скорость передачи данных

Название этого параметра говорит само за себя. Он высчитывается по формуле:

тактовая частота * разрядность = скорость передачи данных

Сделаем расчет скорости передачи данных для 64 разрядной системной шины, работающей на тактовой частоте в 100 МГц.

100 * 64 = 6400 Мбит/сек6400 / 8 = 800 Мбайт/сек

Но полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов: неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторым данным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контроллеры. Они входят в состав набора системной логики (чипсет ).

Шина isa

Системная шина ISA (Industry Standard Architecture) применяется начиная с процессора i80286. Гнездо для плат расширения включает основной 64-контактный и дополнительный 36-контактный разъемы. Шина 16-разрядная, имеет 24 адресные линии, обеспечивает прямое обращение к 16 Мбайт оперативной памяти. Количество аппаратных прерываний - 16, каналов DMA - 7. Допускается возможность синхронизации работы шины и процессора разными тактовыми частотами. Тактовая частота - 8 МГц. Максимальная скорость передачи данных - 16 Мбайт/с.

PCI. (Peripheral Component Interconnect bus – шина соединения периферийных компонентов)

В июне 1992 года на сцене появился новый стандарт – PCI, родителем которого была фирма Intel, а точнее организованная ею группа Special Interest Group. К началу 1993 года появился модернизированный вариант PCI. По сути дела эта шина не является локальной. Напомню, что локальной шиной называется та шина, которая подключена к системной шине напрямую. PCI же для подключения к оной использует Host Bridge (главный мост), а так же еще и Peer-to-Peer Bridge (одноранговый мост) который предназначен для соединения двух шин PCI. Кроме всего прочего, PCI является сама по себе мостом между ISA и шиной процессора.

Тактовая частота PCI может быть равна или 33 МГц или 66 МГц. Разрядность – 32 или 64. Скорость передачи данных – 132 Мбайт/сек или 264 Мбайт/сек.

Стандартом PCI предусмотрены три типа плат в зависимости от питания:

1. 5 Вольт – для стационарных компьютеров

2. 3,3 Вольт – для портативных компьютеров

3. Универсальные платы могущие работать в обоих типах компьютеров.

Большим плюсом шины PCI является удовлетворение спецификации Plug and Play –. Кроме этого, в шине PCI любая передача сигналов происходит пакетным образом где каждый пакет разбит на фазы. Начинается пакет с фазы адреса, за которой, как правило, следует один или несколько фаз данных. Количество фаз данных в пакете может быть неопределенно, но ограничено таймером, который определяет максимальное время, в течение которого устройство может использоваться шиной. Такой вот таймер имеет каждое подключенное устройство, а его значение может быть задано при конфигурировании. Для организации работы по передачи данных используется арбитр. Дело в том, что на шине могут находиться два типа устройств – мастер (инициатор, хозяин, ведущий) шины и подчиненный. Мастер берет на себя контроль за шиной и инициирует передачу данных к адресату, т. е. подчиненному устройству. Мастером или подчиненным может быть любое подключенное к шине устройство и иерархия эта постоянно меняется в зависимости от того, какое устройство запросило у арбитра шины разрешения на передачу данных и кому. За бесконфликтную работу шины PCI отвечает чипсет, а точнее North Bridge. Но на PCI жизнь не остановила своего течения. Постоянное усовершенствование видеокарт привело к тому, что физических параметров шины PCI стало не хватать, что и привело к появлению AGP.

Как известно, тактовая частота процессора что это количество выполняемых операций таковым за единицу времени, в данном случае, за секунду.

Но этого определения недостаточно для того, чтобы полностью понять, что же на самом деле означает данное понятие и какое значение оно имеет для нас, рядовых пользователей.

В интернете можно найти множество статей по этому поводу, но во всех из них чего-то не хватает.

Чаще всего это «что-то» является тем самым ключиком, который может открыть дверь к пониманию. Поэтому мы постарались собрать все основные сведения, будто это пазлы, и составить из них единую целостную картину.

Детальное определение

Итак, тактовая частота – это количество операций, которые процессор может выполнять за секунду. Измеряется эта величина в Герцах.

Эта единица измерения названа в честь известного ученого, который проводил эксперименты, направленные на изучение периодических, то есть повторяющихся процессов.

А причем Герц к операциям за секунду?

Такой вопрос возникает при чтении большинства статей в интернете у людей, которые не очень хорошо изучали физику в школе (может быть, не по своей вине). Дело в том, что эта единица как раз и обозначает частоту, то есть количество повторений, этих самых периодических процессов за секунду.

Она позволяет измерять не только число операций, а и другие всевозможные показатели. К примеру, если вы делаете 3 входа в секунду, значит, частота дыхания составляет 3 Герца.

Что же касается процессоров, то здесь могут выполняться самые разные операции, которые сводятся к вычислению тех или иных параметров. Собственно, количество вычислений этих самых параметров за секунду и называется тактовой частотой.

Как все просто!

На практике понятие «Герц» используется крайне редко, чаще мы слышим о мегаГерцах, килоГерцах и так далее. В таблице 1 приведены «расшифровки» этих величин.

Таблица 1. Обозначения

Первое и последнее в настоящее время используется крайне редко.

То есть, если вы слышите, что в нем 4 ГГц, значит, он может выполнять 4 миллиарда операций каждую секунду.

Отнюдь! На сегодняшний день это средний показатель. Наверняка, очень скоро мы услышим о моделях с частотой в тераГерц или даже больше.

Как образовывается

Итак, в нем есть следующие устройства:

• тактовый резонатор – представляет собой обычный кристалл кварца, заключен в специальный защитный контейнер;
• тактовый генератор – устройство, которое преобразовывает один вид колебаний в другие;
• металлическая крышка;
• шина данных;
• текстолитовая подложка, к которой крепятся все остальные устройства.

Так вот, кристалл кварца, то есть тактовый резонатор образуют колебания вследствие подачи напряжения. В результате образовываются колебания электрического тока.

К подложке крепится тактовый генератор, который преобразовывает электрические колебания в импульсы. Они передаются на шины данных, и таким образом результат вычислений попадает к пользователю.

Вот именно таким путем и получается тактовая частота. Интересно, что в отношении данного понятия существует огромное количество заблуждений, в частности, относительно связи ядер и частоты. Поэтому об этом тоже стоит поговорить.

Как частота связана с ядрами

Ядро – это, фактически, и есть процессор. Под ядром подразумевается тот самый кристалл, который и заставляет все устройство выполнять определенные операции. То есть если в той или иной модели два ядра, это значит, что в нем два кристалла, которые соединяются между собой при помощи специальной шины.

Согласно распространенному заблуждению, чем больше ядер, тем больше частота. Не зря ведь сейчас разработчики стараются вместить все больше ядер в них. Но это не так. Если она равна 1 ГГц, даже если в нем 10 ядер, она так и останется 1 ГГц, и не станет 10 ГГц.

04. 07.2018

Блог Дмитрия Вассиярова.

Тактовая частота и производительность — одно и тоже?

Приветствую всех читателей, и мне будет особенно приятно порадовать вас своим рассказом на тему что такое тактовая частота процессора? Возможно, для некоторых эта тема покажется азбучной и малополезной, но я уверен что несколько интересных фактов и простых сравнений позволит по-новому взглянуть на работу ЦПУ.

Подбирая железо для компьютера или новый смартфон мы первым делом интересуемся, сколько ядер имеет процессор и какова частота их работы. Бренд самого ЦПУ в этом случае – дело вкуса (AMD или Intel, MTK или Snapdragon), но, если из представленных моделей, одна имеет в характеристиках большее значение частоты, но наверняка выбор будет сделан в ее пользу. Давайте разберемся, почему это так важно.

«Импульсивное поведение» процессора

Процессор это сердце любой вычислительной машины, а к таковым относятся не только калькуляторы и компьютеры, используемые в сложных расчетах, но и любое устройство, работающее с оцифрованными данными. Чтобы преобразовать их в музыку, видео, изображение или, тем более, заставить программу совершить определенные операции, поток «нулей» и «единиц» записанный в необходимо пропустить через блок, выполняющий логические операции. Такие обрабатывающие модули, созданные из множества полупроводниковых микротранзисторов и составляют основу кристалла процессора, или, как говорят знатоки «камня».

Но вернемся к оцифрованному потоку данных, которые в реальности представляют собой наличие или отсутствие сигнала в электроцепи, ведь именно его и обрабатывает транзистор. Но чтобы сделать такие сигналы читаемыми (отличаемыми друг от друга) его подают импульсами, Создает их тактовый генератор, интегрированный в архитектуру самого процессора.

В лучших современных за одну секунду происходит до 5 000 000 000 (пяти миллиардов!) импульсов. Это величина измеряется в гигагерцах (ГГц) и является тактовой частотой работы ядра процессора, выполняющего главные вычислительные функции. Чем больше она, тем лучше.

Но за дополнительные герцы приходится расплачиваться повышенным энергопотреблением и сильным нагревом.

А вы знаете частоту своего ЦПУ?

Узнать тактовую частоту установленного на вашем компьютере процессора можно несколькими способами:

• Заглянуть в паспорт, лежащий в коробке от CPU;
• Найти на мониторе «Мой компьютер», открыть в его контекстном меню «Свойства» и изучить общие параметры устройства;

• Установить программы AIDA64 или CPU-Z , которые показывают максимально подробную информацию о вашем процессоре.

Считаем ядра и гигагерцы

В реальности более объективным показателем скорости работы ЦПУ является количество операций, выполняемых в единицу времени. А на это уже влияет количество микротранзисторов, способных одновременно обработать несколько сигналов. Может вы что-то слышали о нано технологиях, так вот чем меньшего размера вычислительный элемент, тем их больше можно разместить на «камне» процессора.

Так же тактовую производительность процессора определяет его (оптимизация взаимодействия между отдельными модулями) и количество потоков (каналов одновременного обращения к ядру).

Кроме того, для одновременного решения нескольких задач в ЦПУ используется несколько ядер. Причем имеются процессоры для смартфонов с различной тактовой частотой отдельных ядер: по 4-е энергоэффективных (1,8 ГГц) и по 4-е мощных (свыше 2,3 Ггц). Многоядерные устройства, установленные на ПК, имеют свой алгоритм оптимизации, что дает ядрам возможность работать с разной тактовой частотой.

Раз, уж я затронул тему многоядерности, то расскажу вам об одном распространенном заблуждении, касающимся нашей основной темы. Некоторые пользователи, покупая, например, процессор Intel Core 2 Quad, с частотой каждого ядра 2,5 ГГц считают, что они получат устройство способное выдавать 4 х 2,5 = 10 млрд. тактов в секунду.

Это, друзья мои, заблуждение. Потому как тактовый генератор быстрее работать от этого не станет. Единственно, чем я могу вас порадовать, что каждое ядро теоретически может выполнять отдельную операцию, но и для этого обычно требуется несколько тактов.

Разгон, троттлинг и нагрев

Здесь же считаю нужным ответить на часто задаваемый вопрос: что важнее при выборе процессора количество ядер или тактовая частота.

Оба показателя определяют производительность процессора, поэтому 2-а ядра на 4,5 GHz могут работать не хуже 4-х на 2,5 GHz. Все зависит от выполняемых задач и от реализованной в чипе архитектуры.

Правда, все-таки есть один нюанс: ядер вы в ЦПУ не добавите, а вот разогнать процессор, увеличив его тактовую частоту можно. Для этого существует несколько способов, но все они требуют выполнения ряда условий:

• Теоретическая возможность разгона процессора;
• Устойчивость его элементов к работе в высокотемпературном режиме или наличие дополнительной эффективной системы охлаждения;
• Необходимый разгонный потенциал материнской платы.

Есть даже несколько недорогих ЦПУ, наиболее приспособленных к такому частотному апгрейду: AMD FX-6300, AMD FX-4350, AMD Athlon X4 860K, Intel Pentium G3258.

Наверное, вы уже заметили, что в нашем разговоре о тактовой частоте периодически упоминается такое явление как нагрев процессора. Эти два параметра тесно взаимосвязаны между собой. Уже понятно, что искусственное увеличение температуры повлечет за собой повышение температуры CPU.

А что будет, если в силу определенных причин нагреется сам процессор (поломка или загрязнение кулера, высыхание термопасты, работа в жару)?

В этом случае разработчики ЦПУ предусмотрели функцию тротлинга, которая отслеживает температуру чипа, и при достижении критических значений автоматически снижает тактовую частоту ядер и, соответственно, быстродействие всей системы.

Напоследок хочу отметить, что своя рабочая частота имеется и у ОЗУ, и у системной шины материнской платы и даже у кэш-памяти самого процессора, но именно тактовая частота ядер является максимальной.

Запомните это, чтобы случайно не запутаться в терминах и устройствах.

На этом я заканчиваю свой рассказ, и буду готовить новую статью, с целью порадовать вас новыми интересными сведениями из жизни компьютерного железа.

Тактовой частотой называют параметр, который измеряется в гигагерцах. Более высокая таковая частота позволяет быстрее обрабатывать данные. Это один из важнейших параметров, на который следует обращать внимание, выбирая процессор.

Не менее важно и число ядер, дело в том, что тактовую частоту на данном этапе развития больше увеличить нельзя, это побудило производить продолжить развитие в направлении параллельных вычислений, выражающемся в увеличении количества ядер. Число ядер информирует о том, какое количество программ можно запустить одновременно, не теряя быстродействие. Однако стоит учитывать, что в случае оптимизации программы под два ядра, то даже при их большем количестве, компьютер не сможет их полноценно использовать.

Кэш и частота шины процессоров

Частота шины демонстрирует скорость передачи входящей и исходящей из процессора информации. Чем больше этот показатель, тем обмен информацией происходит быстрее, в качестве единиц измерения здесь выступают гигагерцы. Большую значимость имеет кэш процессора, представляющий собой высокоскоростной блок памяти. Он располагается непосредственно на ядре и служит для повышения производительности, так как в нём данные обрабатываются со значительно большей скоростью, чем в случае с оперативной памятью. Есть три уровня кэш памяти:

L1 – первый уровень самый незначительный по объёму, но наиболее быстрый, его размер варьируется в пределах 8 – 128 Кб.

L2 – второй уровень, намного медленнее первого, но превышает его по объёму, здесь размер варьируется в пределах 128 – 12288 Кб.

L3 – третий уровень, проигрывает в скорости первым двум уровням, но самый объёмный, к слову он и вовсе может отсутствовать, так как предусмотрен для специальных редакций процессоров или серверных решений. Его размер достигает 16384 Кб, он может присутствовать в таких процессорах, как Xeon MP, Pentium 4 Extreme Edition или Itanium 2.

Сокет и тепловыделение

Менее значимыми, но от того не теряющими актуальность при выборе процессора являются такие характеристики как сокет и тепловыделение. Сокетом называют разъём, куда устанавливается процессор в материнской плате. По показателям тепловыделения можно определить степень нагревания процессора в ходе работы. Данный показатель измеряют в ватах, и он варьируется в пределах 10 – 165Вт.

Средняя стоимость процессоров на московском рынке Intel Core 2 Duo 5000 р., а AMD Athlon X2 Dual-Core 3000 р., согласно http://price.ru

Табл. 3 Сравнение процессоров

Для работы с графикой важна частота шины и процессора, следовательно, в соответствии с минимальными аппаратными требованиями при выборе между двумя предложенными CPU, опираясь на приведенные выше ключевые характеристики, а также на ценовые качества, я отдаю предпочтение CPU AMD ATHLON II X2 http://www.nix.ru .