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.
Cодержание:
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 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 .
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.
Итак, в нем есть следующие 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.
Ядро – это, фактически, и есть процессор. Под 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.
CPU – central processing unit, или центральное обрабатывающее устройство. Представляет собой интегральную схему, которая выполняет машинные инструкции. Внешне современный ЦП выглядит как небольшой блок размером около 4-5 см с контактами-ножками на нижней части. Хоть и принято называть этот блок , сама интегральная схема находится внутри этого корпуса и представляет собой кристалл кремния, на который с помощью литографии наносятся электронные компоненты.
Верхняя часть корпуса ЦП служит для отвода тепла, которое образуется в результате работы миллиарда транзисторов. На нижней части расположены контакты, которые нужны для соединения чипа с материнской платой с помощью сокета - определённого разъёма. ЦП - самая производительная часть компьютера.
Производительность процессора принято оценивать по его тактовой частоте. Это количество операций или тактов, которые может произвести ЦП за секунду. По сути, время, за которое процессор обрабатывает информацию. Вся загвоздка заключается в том, что разные архитектуры и устройство ЦП могут выполнять операции за различное количество тактов. То есть, одному ЦП для определённой задачи может понадобиться один такт, а другому - 4. Таким образом, первый может оказаться более эффективным со значением в 200 МГц, против второго с показателем в 600 МГц.
То есть тактовая частота, по сути, не даёт полного определения производительности процессора, что обычно позиционируется многими именно так. Но мы привыкли оценивать её из-за более-менее устоявшихся норм. Например, для современных моделей актуальный разбег в цифрах составляет от 2,5 до 3,7 ГГц, а нередко и выше. Естественно, что чем больше значение, тем лучше. Однако это не означает, что на рынке не существует процессора с меньшей частотой, но работающего гораздо эффективней.
Все компоненты ПК работают с разной скоростью. Например, системная шина может быть 100 МГц, ЦП − 2,8 ГГц, а оперативная память - 800 МГц. Базовый показатель для системы задаёт генератор тактовых импульсов.
Чаще всего в современных компьютерах используется программируемая микросхема генерации, которая определяет значение для каждого компонента в отдельности. Принцип действия простейшего генератора тактовых импульсов заключается в вырабатывании электрических импульсов с определённым временным интервалом. Самый наглядный пример использования генератора - электронные часы. С помощью подсчёта тактов формируются секунды, из них − уже минуты и затем часы. О том, что такое Гигагерцы, Мегагерцы и т.д., мы расскажем чуть позже.
Частота работы процессора отвечает за количество тактов, которое может выполнить компьютер в одну секунду, что, в свою очередь, отражает производительность. Однако не стоит забывать о том, что разные архитектуры используют различное количество тактов для решения одной задачи. То есть, «меряться показателями» актуально в рамках хотя бы одного класса процессоров.
Одноядерные ЦП уже редко где можно встретить в природе. Но для примера их использовать можно. Одно ядро процессора содержит в своём составе как минимум входящее в него арифметико-логическое устройство, набор регистров, пару уровней кэша и сопроцессор.
Частота, с которой все эти компоненты выполняют свои задачи, напрямую влияет на общую производительность ЦП. Но, опять же, при относительно схожей архитектуре и механизме выполнения команд.
Показатели ядер ЦП не складывается. То есть если 4 ядра работают на 2 ГГц, то это не значит, что их общее значение равно 8 ГГц. Потому что задачи в многоядерных архитектурах выполняются параллельно. То есть, определённый набор команд раздаётся ядрам по частям, а после выполнения каждой формируется общий ответ.
Таким образом, определённая задача может быть выполнена быстрее. Вся проблема заключается в том, что не все программные обеспечения умеют работать с несколькими потоками одновременно. То есть, до сих пор большинство приложений, по сути, задействует всего лишь одно ядро. Существуют, конечно, механизмы на уровне операционной системы, которые могут распараллеливать задачи на разные ядра, например, одно приложение загружает одно ядро, другое - второе и т.д. Но на это также требуются ресурсы системы. Но, в общем, оптимизированные программы и игры показывают гораздо большую производительность в многоядерных системах.
Единица измерения Герц обычно показывает количество выполнения периодических процессов за одну секунду. Это и стало идеальным решением для того, в каких единицах будет измеряться тактовая частота процессора. Теперь работа всех чипов стала измеряться в Герцах. Ну, сейчас уже − ГГц. Гига - это такая приставка, показывающая, что здесь содержится 1000000000 Герц. За всю историю ПК приставки часто менялись - КГц, затем МГц, и сейчас наиболее актуальна ГГц. В спецификациях ЦП можно встретить и английские аббревиатуры - MHz или GHz. Обозначают такие приставки то же, что и в кириллице.
Для операционной системы Windows существует несколько простых способов, как штатных, так и с помощью сторонних программ. Самый простой и очевидный - щёлкнуть правой кнопкой по значку «Мой компьютер» и зайти в его свойства. Рядом с именем ЦП и его характеристиками будет указана и его частота.
Из сторонних решений можно использовать небольшую, но известную программку CPU-Z. Её лишь нужно скачать, установить и запустить. В главном окне она покажет текущую тактовую частоту. Кроме этих данных, она отображает и много другой полезной информации.
Программа CPU-Z
Для того чтобы , существуют два основных способа: увеличить множитель и частоту системной шины. Множитель - это коэффициент, показывающий отношение базовой частоты процессора к базовому показателю системной шины.
Он устанавливается заводом изготовителем и в конечном устройстве может быть либо заблокирован для изменений, либо разблокирован. Если возможность изменить множитель есть, то значит, можно увеличить и частоту работы процессора, без внесения изменений в работу других компонентов. Но на практике такой подход не даёт эффективного прироста, так как остальные просто не успевают за ЦП. Изменение показателя системной шины приведёт к увеличению значений всех компонентов: процессора, оперативной памяти, северного и южного мостов. Это наиболее простой и эффективный способ разгона компьютера.
Разогнать ПК в целом можно и с помощью повышения напряжения, которое увеличит скорость работы транзисторов ЦП, а вместе с этим и его частоту. Но такой способ довольно сложный и опасный для новичков. Используют его в основном опытные в разгоне и электронике люди.
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.
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.
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 ).
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.
Производительность центрального процессора зависит от показателей разрядности, частоты и особенностей архитектуры процессора. От этой интегральной величины зависит работа ЭВМ в целом, а значит, при выборе придется обратить внимание на все характеристики процессора. Процессор должен обладать достаточной производительностью для решения определенных задач.
На рынке процессоров два крупных, лидирующих производителя: Intel и AMD. Характеристики процессоров у разных производителей различны. Многое зависит от совершенства технологий, использованных материалов, компоновки и других нюансов.
Тактовая частота указывает скорость работы процессора в герцах (ГГц) – количество рабочих операций в секунду. Тактовая частота процессора подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Да, эта характеристика процессора значительно влияет на скорость работы вашего ПК, но производительность зависит не только он неё.
Разрядность представляет собой предельное количество разрядов двоичного числа, над которым единовременно может производиться машинная операция передачи информации. Чем больше разрядность, тем выше производительность процессора. Сейчас большинство процессоров имеют разрядность в 64 бита и поддерживают от 4 гигабайт ОЗУ. Это одна из основных характеристик процессора, но далеко не единственная, при выборе нужно руководствоваться не только ей.
Определяет размеры транзистора (толщину и длину затвора). Частота работы кристалла определяется частотой переключений транзисторов (из закрытого состояния в открытое). Если меньше размер, значит меньше площадь, а значит и выделение тепла. Размерность технологического процесса измеряется в нанометрах, чем меньше этот показатель, тем лучше.
Гнездовой или щелевой разъем, предназначен для интеграции чипа ЦП в схему материнской платы. Каждый разъем допускает установку только определенного типа процессоров, сверьте сокет выбранного процессора с вашей материнской платой, она должна ему соответствовать.
Тип гнездового разъема:
Кэш-память процессора является одной из ключевых характеристик, на которую стоит обратить внимание при выборе. Кэш-память – массив сверхскоростной энергозависимой ОЗУ. Является буфером, в котором хранятся данные, с которыми процессор взаимодействует чаще или взаимодействовал в процессе последних операций. Благодаря этому уменьшается количество обращений процессора к основной памяти. Этот вид памяти делится на три уровня: L1, L2, L3. Каждый из уровней отличается по размеру памяти и скорости, и задачи ускорения у них отличаются. L1 — самый маленький и быстрый, L3 — самый большой и медленный. Чем больше объем кэш-памяти, тем лучше. К каждому уровню процессор обращается поочередно (от меньшего к большему), пока не обнаружит в одном из них нужную информацию. Если ничего не найдено, обращается к оперативной памяти.
Чем выше энергопотребление процессора, тем выше его тепловыделение. Нужно позаботиться о достаточном охлаждении.
TDP (Thermal Design Power) – параметр, указывающий на то количество тепла, которое способна отвести охлаждающая система от определенного процессора при наибольшей нагрузке. Значение представлено в ваттах при максимальной температуре корпуса процессора.
ACP (Average CPU Power) – средняя мощность процессора, показывающая энергопотребление процессора при конкретных задачах.
Значение параметра ACP на практике всегда ниже TDP.
Наивысший показатель температуры поверхности процессора, при котором возможна нормальная работа (54-100 °С). Этот показатель зависит от нагрузки на процессор и от качества отвода тепла. При превышении предела компьютер либо перезагрузится, либо просто отключится. Это очень важная характеристика процессора, которая напрямую влияет на выбор типа охлаждения.
Эти параметры необходимы скорее тем, кто со временем планирует разогнать свой камень. Front Side Bus – частота системной шины материнской платы. Тактовая частота процессора является произведением частоты FSB на множитель процессора. У большинства процессоров заблокирован разгон по множителю, поэтому приходится разгонять по шине. Стоит ознакомиться с этой характеристикой процессора более детально, если вы через какой-то промежуток времени захотите увеличить производительность программным способом, без апгрейда железа.
Процессор может быть оснащен графическим ядром, отвечающим за вывод изображения на ваш монитор. В последние годы, встроенные видеокарты такого рода хорошо оптимизированы и без проблем тянут основной пакет программ и большинство игр на средних или минимальных настройках. Для работы в офисных приложениях и серфинга в интернете, просмотра Full HD видео и игры на средних настройках такой видеокарты вполне достаточно, и это Intel.
Что касается процессоров от компании AMD, их встроенные графические процессоры более производительные, что делает процессоры от AMD приоритетнее для любителей игровых приложений, желающих сэкономить на покупке дискретной видеокарты.
Многоядерность одна из важнейших характеристик центрального процессора, но в последнее время ей уделяют слишком много внимания. Да, сейчас уже нужно постараться, чтобы найти рабочие одноядерные процессоры, они себя благополучно изжили. На замену одноядерным пришли процессоры с 2, 4 и 8 ядрами.
Если 2 и 4-ядерные вошли в обиход очень быстро, процессоры с 8 ядрами пока не так востребованы. Для использования офисных приложений и серфинга в интернете достаточно 2 ядер, 4 ядра требуются для САПР и графических приложений, которым просто необходимо работать в несколько потоков.
Что касается 8 ядер, очень мало программ поддерживают так много потоков, а значит, такой процессор для большинства приложений просто бесполезен. Обычно, чем меньше потоков, тем больше тактовая частота. Из этого следует, что если программа, адаптированная под 4 ядра, а не под 8, на 8-ядерном процессе она будет работать медленнее. Но этот процессор отличное решение для тех, кому необходимо работать сразу в большом количестве требовательных программ одновременно. Равномерно распределив нагрузку по ядрам процессора можно наслаждаться отличной производительностью во всех необходимых программ.
В большинстве процессоров количество физических ядер соответствует количеству потоков: 8 ядер – 8 потоков. Но есть процессоры, где благодаря Hyper-Threading, к примеру, 4-ядерный процессор может обрабатывать 8 потоков одновременно.
Из статьи вы узнали о существующих характеристиках центральных процессоров, теперь вы в курсе, на что нужно обратить внимание при выборе. Если информация в статье больше не актуальна, сообщите об этом в комментариях, тогда мы обновим или дополним информацию в статье.
