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.
Скорость работы процессоров всегда сравнивали на основе их ведущей и самой доступной для понимания характеристики - тактовой частоты. Моду на это в 1984 году ввели маркетологи IBM PC, которые утверждали, что процессор Intel 8088 в их компьютере почти в пять раз превосходит по тактовой частоте MOS Technology 6502
из Apple II - а значит, он почти в пять раз быстрее. Той же логике в 90-х следовали Intel и Microsoft, утверждая, что Pentium производительнее PowerPC из компьютеров Apple только потому, что у него выше тактовая частота. После того как в конце 90-х к гонке подключилась AMD, компании пришлось ввести специальную маркировку, которая сопоставляла их процессоры с процессорами Intel. Большинство потребителей были уверены, что тактовая частота - главная характеристика, и Intel, делавшая ставку на её рост, только поддерживала их в этом убеждении.
ДЖОН СПУНЕР
журналист
Тактовую частоту корректно сравнивать только
у процессоров одного модельного ряда с одинаковой архитектурой. Хотя частота Intel 8088 и была почти в пять раз выше, чем у MOS Technology 6502, на деле одна и та же операция могла занимать у Intel 8088 больше тактов, из-за чего преимущество в частоте нивелировалось. Так было и
в дальнейшем: сначала Apple, а потом и AMD пытались разоблачить «миф о мегагерцах». В 2006 году к ним наконец присоединилась и Intel, которая достигла предела тактовой частоты на архитектуре, которую тогда использовала в настольных процессорах, и сменила парадигму.
Сегодня число операций, которое выполняет процессор
за один такт, как никогда важнее тактовой частоты. Дело
в том, что чем выше частота, тем выше тепловыделение,
а потому создатели мобильных процессоров делают упор
на оптимизацию, а не сухие цифры. Миф, впрочем, никуда
не исчез, и даже эволюционировал: так, многие начали считать, что скорость работы процессора пропорциональна числу ядер в нём. Да и если назвать обывателю два процессора с разной тактовой частотой, то он всё равно
по инерции выберет тот, у которого больше мегагерц.
Из всех технических характеристик процессора наиболее известной среди пользователей является тактовая частота. Но, мало кто из неспециалистов до конца понимает, что это такое. Более подробная информация об этом поможет лучше понимать работу вычислительных систем. Особенно при использовании многоядерных процессоров, имеющих определенные особенности работы, которые далеко не всем известны, но которые следует учитывать при работе компьютера.
В течение длительного времени основные усилия разработчиков были направлены именно на повышение тактовой частоты. Лишь в последнее время наметилась тенденция развития и совершенствования компьютерной архитектуры, увеличения объема кэш памяти, количества ядер процессора. Однако и тактовая частота процессора не остается без внимания.
Попробуем разобраться, что такое «тактовая частота процессора». Эта величина характеризует количество вычислений, которые процессор может выполнить за одну секунду. Следовательно, процессор с более высокой тактовой частотой обладает и более высокой производительностью, т.е. способен выполнить за определенный промежуток времени большее количество операций.
Большинство современных процессоров имеют тактовую частоту от 1 до 4 ГГц. Эта величина определяется, как произведение базовой частоты и некоторого коэффициента. В частности процессор Intel Core i7 920 имеет собственную тактовую частоту 2660 Гц, которая получается за счет базовой частоты шины 133 МГц и коэффициента 20. Некоторые производители выпускают процессоры, способные разгоняться до большей производительности. Например, Black Edition у AMD и линейка К-серии компании Intel. Стоит отметить, что, не смотря на важность этой характеристики, она не является решающей при выборе компьютера. Тактовая частота лишь частично влияет на производительность процессора.
Одноядерные процессоры практически канули в Лету, и достаточно редко используются в современных вычислительных устройствах. Это вызвано развитием IT-индустрии, прогресс которой не перестает удивлять. Даже у специалистов иногда можно встретить ошибочное мнение о том, как вычислить тактовую частоту процессора с двумя и более ядрами. Распространенным заблуждением является, что тактовую частоту надо умножить на количество ядер. Например, 4-ядерный процессор при тактовой частоте 3 ГГц будет иметь интегрированную частоту 12 ГГц, т.е. 4х3=12. Но это не соответствует истине.
Объясним это на простом примере . Возьмем пешехода, идущего со скоростью 4 км/час – это одноядерный процессор с частотой 4 ГГц. А 4-ядерный процессор с тактовой 4 ГГц – это уже 4 пешехода, идущие с той же скоростью 4 км/час. Ведь в этом случае скорость пешеходов не суммируется, и мы не можем говорить, что они перемещаются со скоростью 16 км/час. Мы просто говорим о том, что четыре пешехода идут вместе со скоростью 4 км/час каждый. Эту же аналогию можно отнести и к многоядерному процессору. Таким образом, можно сказать, что 4-ядерный процессор с тактовой частотой 4 ГГц просто обладает четырьмя ядрами, каждое из которых имеет одну и ту же частоту – 4 ГГц. Из этого следует простой и логичный вывод количество ядер процессор влияет только на его производительность, а не увеличивает суммарную тактовую частоту вычислительного устройства.
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.
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.
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 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.
