Частота процессора в чем измеряется

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.

Какими способами можно увеличить производительность

Для того чтобы повысить производительность, существуют два основных способа: увеличить множитель и частоту системной шины. Множитель — это коэффициент, показывающий отношение базовой частоты процессора к базовому показателю системной шины.

С помощью азотного охлаждения оверклокеры разгоняют свои ПК до фантастических показателей 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.

Как увеличить тактовую частоту процессора

Перед выпуском продукции каждый уважающий себя производитель тестирует её и определяет функциональные возможности. Что касается процессоров, то, прежде чем попасть на прилавок магазина, они проходят экстремальные испытания в условиях с повышенным напряжением и температурой. По окончанию теста производитель определяет максимальные частоты. Однако в ходе испытания не все кристаллы тестируются, а сам изготовитель оставляет запас прочности, равный 10-15% от возможностей изделия. Поэтому по тактовой частоте у большинства процессоров есть запас, который составляет 15% и даже больше.

Увеличение тактовой частоты, в рамках возможностей процессора, называют разгоном. Популярность этой процедуры полностью обоснована: у пользователя есть возможность «заставить» работать процессор быстрее и сделать компьютер мощнее и продуктивнее без затрат. Если множитель разблокирован заводом-изготовителем, то разгон выполняется путем его увеличения. Изменяя значение множителя, пользователь воздействует на тактовую частоту ЦП без влияния на работу других компонентов. Если множитель заблокирован, то разгон может выполняться путем повышения частоты шины процессора, но такой способ доступен не всегда.

Обычно разгон выполняется через настройки BIOS. Например, на картинке внизу показаны настройки BIOS, в которых можно изменить частоту шины процессора и его множитель. Редактируя эти параметры, пользователь может управлять итоговой частотой CPU.

Но, у разгона есть и ряд недостатков. Так, с увеличением частоты процессора растет его температура и снижается стабильность работы. Если за этими параметрами не следить, то процессор может перегреваться и вызывать перезагрузку компьютера. Поэтому при выполнении разгона необходимо выполнять тщательное тестирование, для того чтобы определить с какими настройками компьютер сможет работать длительное время без перегрева или вылетов.

Как узнать изменить частоту процессора

Вопрос, как узнать частоту ЦП, фактически уже рассмотрен. Даже обычные средства Windows позволяют делать это без каких бы то ни было проблем. Однако, большинство пользователей волнуют более насущные вопросы: им нужно выжать из своих ПК максимум производительности.

Поэтому работа в режиме «турбо» у большинства ПК давно уже стала практически штатным режимом. Работа современных систем охлаждения позволяет без особых проблем увеличивать значение частоты на 20-30% от штатной, при этом не опасаясь за судьбу своего ЦП. Именно поэтому многие пользователи увеличивают быстродействие своих ЦП всеми доступными методами: от изменений планов быстродействия и электропитания до аппаратного разгона процессора.

Рассмотрим, как увеличить тактовую частоту ЦП. Поскольку её итоговое значение получается в виде произведения величины FSB на множитель, есть два пути: увеличение FSB, либо увеличение множителя.

Однако, оба имеют свои ограничения. Величина множителя изначально заблокирована производителем на каком-то уровне, незначительно превышающем максимальное значение. Например, множители у упомянутого выше i7-4700 имеют следующие значение:

1. штатный – 23;
2. минимальный – 6;
3. турбо – 33;
4. максимальный – 35.

То есть, максимальное значение частоты, с которой может работать данный ЦП, составляет 3500 МГц, однако, производитель приводит не эту величину, а немного меньшую (3300 МГц), то есть максимальный разгон данного процессора по множителю составит всего лишь 6%.

Ограничение по FSB обусловлено не только физическими процессами в ЦП, но и поведением материнки и всего остального «обвеса»: памяти, видеокарты, USB и т.д., поскольку каждое из этих устройств также ориентируется на работу, с которой работает FSB.

Реальный рост скорости ЦП при увеличении FSB может доходить до 50%. Однако, это экстремальные случаи, требующие не только экстремальных систем охлаждения, но и настройки задержек в работе всех перечисленных устройств. Выигрыш быстродействия здесь получится только в том случае, если эти задержки не будут влиять на производительность.

Непосредственно само увеличение частоты процессора может быть осуществлено несколькими методами:

• «мягкими» программными – при помощи изменения плана электропитания процессора (обычно, при этом меняется только множитель и все процессы по изменению частоты происходят автоматически);
• «жёсткими» программными – при помощи специальных программ по тонкой настройке ЦП, работающим под Windows; например, MS Afterburner и ему подобные;
• аппаратными – разгон процессора при помощи настроек BIOS.

Последний способ наиболее предпочтителен, поскольку именно он позволяет управлять и FSB и множителем. Кроме того, данное решение даёт возможность увеличивать напряжение питания ЦП, если разгон при обычном способе не приносит результата. При этом пользуются простым правилом: постепенно увеличивают FSB на 2-3% и следят за стабильностью системы. Если система не даёт сбоев, переходят на повышенную частоту, если сбои есть, повышают напряжение.

Увеличение частоты прекращают на последнем её стабильном значении, при котором повышение напряжения не опасно для ЦП (не более +10% от номинального значения).

Решение вопроса, как уменьшить частоту, состоит в противоположных действиях: обычно при этом убирается весь разгон, а ПК переводится на план электропитания, имеющий минимальное энергопотребление. При этом система сама понизит частоту ЦП до нужных значений.

Итак, новые поколения процессоров более производительны при тех же частотах потому что:

• Новый технологический процесс позволяет уменьшить тепловыделение, благодаря чему процессоры дольше могут работать на максимальных частотах.
• Увеличение количества ядер, благодаря чему увеличивается скорость за счёт параллельных вычислений.
• Добавляются новые комплексные инструкции процессора, увеличивающие его эффективность.
• Увеличение кэшей памяти, благодаря чему уменьшается задержка при получении данных для обработки.
• Меняется архитектура, логика обработки данных, становясь более эффективной.
• Контроллеры, мосты, дорожки становятся частью ЦП, что уменьшает задержку обмена данных.
• Другие устройства (оперативная память, видео карты, твердотельные диски) становятся быстрее, благодаря чему уменьшается время задержки поступления данных в процессор. То есть «Данные быстрее поступили» = «Результат вычисления готов быстрее».

Итак, как эти методы со временем улучшают производительность процессора?

С годами конвейеры стали длиннее, что сократило время, необходимое для завершения каждого этапа, и, следовательно, позволило повысить тактовую частоту. Однако, помимо прочего, более длинные конвейеры увеличивают штраф за неправильное предсказание ветвления, поэтому конвейер не может быть слишком длинным. Пытаясь достичь очень высоких тактовых частот, процессор Pentium 4 использовал очень длинные конвейеры, до 31 ступени в Prescott. Чтобы уменьшить дефицит производительности, процессор будет пытаться выполнять инструкции, даже если они могут дать сбой, и будет продолжать попытки, пока они не достигнут успеха. Это привело к очень высокому энергопотреблению и снижению производительности, получаемой от гиперпоточности. Новые процессоры больше не используют конвейеры такой длины, особенно после того, как масштабирование тактовой частоты достигло предела; Haswell использует конвейер, длина которого варьируется от 14 до 19 этапов, а архитектуры с низким энергопотреблением используют более короткие конвейеры (Intel Atom Silvermont имеет от 12 до 14 этапов).

Точность предсказания ветвлений улучшилась с более продвинутыми архитектурами, уменьшив частоту сбросов конвейера, вызванных неверным предсказанием, и позволив одновременно выполнять больше инструкций

Учитывая длину конвейеров в современных процессорах, это критически важно для поддержания высокой производительности.. С увеличением бюджета транзисторов в процессор могут быть встроены более крупные и более эффективные кэши, что сокращает задержки из-за доступа к памяти

Доступ к памяти может потребовать более 200 циклов для выполнения в современных системах, поэтому важно максимально снизить потребность в доступе к основной памяти.

С увеличением бюджета транзисторов в процессор могут быть встроены более крупные и более эффективные кэши, что сокращает задержки из-за доступа к памяти

Доступ к памяти может потребовать более 200 циклов для выполнения в современных системах, поэтому важно максимально снизить потребность в доступе к основной памяти.. Новые процессоры могут лучше использовать преимущества ILP за счёт более продвинутой суперскалярной логики выполнения и «более широких» конструкций, которые позволяют одновременно декодировать и выполнять больше инструкций

Архитектура Haswell может декодировать четыре инструкции и выполнять 8 микроопераций за такт. Увеличение бюджета транзисторов позволяет включать в ядро процессора больше функциональных блоков, таких как целочисленные ALU. Ключевые структуры данных, используемые при неупорядоченном и суперскалярном выполнении, такие как станция резервирования, буфер переупорядочения и регистровый файл, расширены в новых конструкциях, что позволяет процессору искать более широкое окно инструкций для использования их ILP. Это основная движущая сила повышения производительности современных процессоров.

Новые процессоры могут лучше использовать преимущества ILP за счёт более продвинутой суперскалярной логики выполнения и «более широких» конструкций, которые позволяют одновременно декодировать и выполнять больше инструкций. Архитектура Haswell может декодировать четыре инструкции и выполнять 8 микроопераций за такт. Увеличение бюджета транзисторов позволяет включать в ядро процессора больше функциональных блоков, таких как целочисленные ALU. Ключевые структуры данных, используемые при неупорядоченном и суперскалярном выполнении, такие как станция резервирования, буфер переупорядочения и регистровый файл, расширены в новых конструкциях, что позволяет процессору искать более широкое окно инструкций для использования их ILP. Это основная движущая сила повышения производительности современных процессоров.

Более сложные инструкции включены в новые процессоры, и всё большее число приложений используют эти инструкции для повышения производительности. Достижения в технологии компиляторов, включая улучшения в выборе инструкций и автоматической векторизации, позволяют более эффективно использовать эти инструкции.

В дополнение к вышесказанному, большая интеграция частей, ранее внешних по отношению к ЦП, таких как северный мост, контроллер памяти и линии PCIe, сокращает ввод-вывод и задержку памяти. Это увеличивает пропускную способность за счёт сокращения простоев, вызванных задержками доступа к данным с других устройств.

Другие вопросы, связанные с оборудованием, особенно твердотельные накопители

Связанная статья: Что такое твердотельный накопитель (SSD) и нужен ли он?

Другое оборудование также очень важно, когда дело касается общей производительности вашего компьютера. Например, большинство пользователей компьютеров, вероятно, будут рассматривать компьютер с твердотельным диском быстрее, чем компьютер с традиционным магнитным жёстким диском при нормальном использовании, даже если компьютер с традиционным магнитным жёстким диском имеет процессор, который работает лучше

Доступ к жёсткому диску — серьёзное препятствие для производительности. Есть ли у компьютера SSD, вероятно, будет более важным вопросом, чем скорость его процессора.

Конечно, твердотельные накопители — не единственное важное оборудование. Наличие большего объёма оперативной памяти позволит вам выполнять больше задач одновременно без постоянной обмена данными с файлом подкачки вашего компьютера, а более мощная видеокарта улучшит игровую производительность ПК больше, чем более быстрый процессор

С другой стороны, если все, что вам нужно, — это просматривать веб-страницы, смотреть видео и работать с документами, более быстрая видеокарта или даже больший объем оперативной памяти выше определённого уровня не будут заметны.

История появления процессоров

Теперь, когда всё стало немного понятнее и слово процессор у вас не ассоциируется с системным блоком, давайте совершим небольшой экскурс в историю и посмотрим, как появились процессоры и что вообще способствовало их появлению.

Первые ЭВМ (электронно-вычислительные машины) появились в 40-х годах прошлого века. Изначально в их основе использовались лампы и примитивные радиоэлементы по типу резисторов и реле. Размер таких ЭВМ мог достигать нескольких квадратных метров.

На фотографии изображена первая ЭВМ — ENIAC. Ее вес составлял порядка 30 тон, и внутри располагалось 18000 электронных ламп.

Но прогресс не стоит на месте, и в 50-х годах громоздкие электронные лампы сменили транзисторы, которые, в свою очередь, в 60-х годах были вытеснены интегральными микросхемами, которые вмещали в себя уже тысячи таких транзисторов.

Всё изменилось в 1971 году, когда компания Intel представила первую 4-битную однокристальную микросхему Intel 4004. Именно Intel 4004 можно считать первым прародителем процессоров, нежели более ранние прототипы по типу электронных ламп и транзисторов. После Intel 4004 индустрия развития стала шагать семимильными шагами, и каждый год инженерам и конструкторам удавалось разработать более современный микропроцессор, который был мощнее и производительней своего приемника.

Мы умышленно не будем перечислять огромный перечень процессоров в силу того, что это уже получится полноценная, отдельная статья про историю процессоров. Поверьте, там есть о чём рассказывать.

В 1993 году компанией Intel был представлен первый полноценный десктоп процессор первого поколения P5, который впоследствии был переименован в Pentium.

Но не стоит полагать, что двигателем прогресса была только компания Intel, свой вклад в индустрию электроники и центральных процессоров внесли такие компании, как Motorola, Zilog, MOS Technology, Sinclair Research (ZX Spectrum). СССР тоже не отставали, и в 70-х годах Российские разработки в области ЭВМ вполне могли потягаться с зарубежными аналогами. Но в силу того, что СССР перенаправила силы из этой области в другие отраслевые технологии, было принято решение отказаться от собственного производства и впоследствии использовать сертифицированные импортные технологии.

Частота синхросигнала

Та́ктовая частота́ — частота синхронизирующих импульсов синхронной электронной схемы, то есть количество синхронизирующих тактов, поступающих извне на вход схемы за одну секунду.
Обычно термин употребляется применительно к компонентам компьютерных систем. В самом первом приближении тактовая частота характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то есть количество выполняемых операций в секунду. Однако системы с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным системам может требоваться различное количество тактов (обычно от долей такта до десятков тактов), а кроме того, системы, использующие конвейерную и параллельную обработку, могут на одних и тех же тактах выполнять одновременно несколько операций.

Период синхросигнала — отрезок времени между соседними переключениями, совершаемыми в одном и том же направлении.
Частота синхросигнала  — величина, обратная периоду

Скважность синхросигнала — отношение периода синхросигнала к длительности его активного состояния (скважность меандра равна двум). Коэффициент заполнения — величина, обратная скважности.

Что такое процессор (CPU)?

Процессор, что это вообще такое? Зачем он нужен? За какие задачи он отвечает?

Для большинства неопытных и технически неподготовленных пользователей процессором зачастую выступает весь системный блок в сборе. Но это относительно ошибочное суждение, процессор — это нечто, что сокрыто за стенками корпуса и толстым радиатором с вентилятором для его охлаждения.

Процессор или, как его еще называют, центральный процессор (Central Processing Unit) — это электронное устройство (интегральная схема), которое выполняет и обрабатывает машинные инструкции, код программ (машинный язык) и отвечает за все логические операции, которые протекают внутри вашей операционной системы и системного блока.

Без преувеличения, процессор можно назвать мозгом (или сердцем, это кому как больше нравится) любого компьютера, мобильного устройства или другого периферийного устройства. Да-да, слово процессор применимо не только к вашему системному блоку, но и планшету, смарт-холодильнику, игровой приставке, фотоаппарату и другой электронике.

Внешне процессор выглядит как квадратный (или прямоугольный) элемент или плата, в нижней части которой располагается контактная группа для подключения, в вверху находится сам кристалл процессора, который сокрыт под металлической крышкой, чтобы исключить возможность повреждения хрупкого кристалла процессора, а также крышка помогает при отводе тепла с поверхности кристалла на радиатор системы охлаждения.

Кристалл процессора состоит из кремния. Если точнее, полупроводники, из которых состоит процессор, производятся из кремния. На кремневой пластине кристалла в несколько слоёв располагается несколько триллиардов транзисторов (размер которых составляет порядка ~10 нм в зависимости от используемого техпроцесса при производстве), которые отвечают за все логические операции процессора.

На самом деле это только поверхностное описание того, из чего состоит процессор, и оно предназначено, скорее, для визуализации того, что из себя представляет процессор внутри. На самом деле все намного сложнее. К сожалению, просто и доходчиво объяснить все принципы создания и работы процессора не так просто, здесь потребуются знания как элементарной алгебры, так и продвинутой физики и электротехники, да и большинству пользователей это попросту не нужно.

Впоследствии производители процессоров научились располагать на печатной плате, помимо самого кристалла процессора, кристалл видеоядра (видеокарты), что позволило исключить необходимость в отдельной дискретной видеокарте для вывода изображения на монитор.

Подводя итог этого блока статьи и что бы дать простой ответ на такой сложный вопрос «Что такое процессор (CPU)» — процессор это сердце любого современного устройства, которое выполняет все основные операции, будь то простое сложение 2+2, набор текста в Microsoft Word или расчет физической модели в Blender.

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.

Intel Core i7

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.

Много?

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

Жесткий диск

Казалось бы, это никак не может влиять на быстродействие компьютера. На старых машинах так и было. Скорость вращения магнитных пластин на HDD вполне удовлетворяла скорость исполнения команд, и не возникало необходимости ускорять модули для хранения информации и обращения к ней. Однако на новых ПК устанавливаются довольно «шустрые» ЦП с такой же оперативкой, и основным «тормозом», который сдерживает скорость выполнения задач, является жесткий диск. Время считывания и записи играет существенную роль в работе ПК, в том числе и при загрузке ОС, а также в ходе выполнения задач. Скорость работы компьютера зависит от жесткого диска настолько, что в последние годы на рынке появилась альтернатива им – твердотельные SSD, обеспечивающие неограниченную скорость (на настоящий момент) обращения к физической памяти. В результате тестирований было выяснено, что одна и та же машина, к которой по очереди подключали то HDD, то SSD, показывала разную производительность. С последней система «летала» по сравнению с первой.

Выше тактовая частота или больше ядер?

Итак, теперь вы понимаете преимущества более высокой тактовой частоты и производительности, которую может предложить больше ядер. Вы купите процессор с более низкой тактовой частотой, но с большим количеством ядер? Или процессор с большим количеством ядер, но с меньшей тактовой частотой? 12 ядер 2.66 ГГц или 3.46 ГГц 6 ядер, что лучше? Стоит ли 12-ядерная система с частотой 3,46 ГГц или я должен просто купить 6-ядерную? На эти вопросы мы поможем вам ответить сегодня. Прежде всего, если возможно, выбирайте тот, который имеет самую высокую тактовую частоту и наибольшее количество ядер. Однако из-за бюджетов это не всегда возможно, и обычно существует компромисс между ядрами и тактовой частотой.

Больше ядер, меньшая тактовая частота

Преимущества:

• Приложения, поддерживающие многопоточность, получат большую выгоду, имея в своем распоряжении большее количество ядер.
• Увеличение количества ядер в вашем процессоре является экономически эффективным способом повышения производительности.
• Поддержка многопоточности для приложений будет улучшаться со временем.
• Вы сможете запускать больше приложений одновременно, не видя падения производительности
• Отлично подходит для запуска нескольких виртуальных машин

Недостатки

Более низкая однопоточная производительность, чем у процессора с более высокой тактовой частотой

Меньше ядер, выше тактовая частота

Преимущества

• Лучшая однопоточная производительность
• Более дешевый вариант

Недостатки

• Меньше ядер для разделения между приложениями
• Не такая высокая производительность при многопоточности