Что делает частота процессора. Основные характеристики процессора

Наверное, каждый пользователь мало знакомый с компьютером сталкивался с кучей непонятных ему характеристик при выборе центрального процессора: техпроцесс, кэш, сокет; обращался за советом к друзьям и знакомым, компетентным в вопросе компьютерного железа. Давайте разберемся в многообразии всевозможных параметров, потому как процессор – это важнейшая часть вашего ПК, а понимание его характеристик подарит вам уверенность при покупке и дальнейшем использовании.

Центральный процессор

Процессор персонального компьютера представляет собой микросхему, которая отвечает за выполнение любых операций с данными и управляет периферийными устройствами. Он содержится в специальном кремниевом корпусе, называемом кристаллом. Для краткого обозначения используют аббревиатуру — ЦП (центральный процессор) или CPU (от англ. Central Processing Unit – центральное обрабатывающее устройство). На современном рынке компьютерных комплектующих присутствуют две конкурирующие корпорации, Intel и AMD , которые беспрестанно участвуют в гонке за производительность новых процессоров, постоянно совершенствуя технологический процесс.

Техпроцесс

Техпроцесс — это размер, используемый при производстве процессоров. Он определяет величину транзистора, единицей измерения которого является нм (нанометр). Транзисторы, в свою очередь, составляют внутреннюю основу ЦП. Суть заключается в том, что постоянное совершенствование методики изготовления позволяет уменьшать размер этих компонентов. В результате на кристалле процессора их размещается гораздо больше. Это способствует улучшению характеристик CPU, поэтому в его параметрах всегда указывают используемый техпроцесс. Например, Intel Core i5-760 выполнен по техпроцессу 45 нм, а Intel Core i5-2500K по 32 нм, исходя из этой информации, можно судить о том, насколько процессор современен и превосходит по производительности своего предшественника, но при выборе необходимо учитывать и ряд других параметров.

Архитектура

Также процессорам свойственно такая характеристика, как архитектура - набор свойств, присущий целому семейству процессоров, как правило, выпускаемому в течение многих лет. Говоря другими словами, архитектура – это их организация или внутренняя конструкция ЦП.

Количество ядер

Ядро – самый главный элемент центрального процессора. Оно представляет собой часть процессора, способное выполнять один поток команд. Ядра отличаются по размеру кэш памяти, частоте шины, технологии изготовления и т. д. Производители с каждым последующим техпроцессом присваивают им новые имена (к примеру, ядро процессора AMD – Zambezi, а Intel – Lynnfield). С развитием технологий производства процессоров появилась возможность размещать в одном корпусе более одного ядра, что значительно увеличивает производительность CPU и помогает выполнять несколько задач одновременно, а также использовать несколько ядер в работе программ. Многоядерные процессоры смогут быстрее справиться с архивацией, декодированием видео, работой современных видеоигр и т.д. Например, линейки процессоров Core 2 Duo и Core 2 Quad от Intel, в которых используются двухъядерные и четырехъядерные ЦП, соответственно. На данный момент массово доступны процессоры с 2, 3, 4 и 6 ядрами. Их большее количество используется в серверных решениях и не требуется рядовому пользователю ПК.

Частота

Помимо количества ядер на производительность влияет тактовая частота . Значение этой характеристики отражает производительность CPU в количестве тактов (операций) в секунду. Еще одной немаловажной характеристикой является частота шины (FSB – Front Side Bus) демонстрирующая скорость, с которой происходит обмен данных между процессором и периферией компьютера. Тактовая частота пропорциональна частоте шины.

Сокет

Чтобы будущий процессор при апгрейде был совместим с имеющейся материнской платой, необходимо знать его сокет. Сокетом называют разъем , в который устанавливается ЦП на материнскую плату компьютера. Тип сокета характеризуется количеством ножек и производителем процессора. Различные сокеты соответствуют определенным типам CPU, таким образом, каждый разъём допускает установку процессора определённого типа. Компания Intel использует сокет LGA1156, LGA1366 и LGA1155, а AMD — AM2+ и AM3.

Кэш

Кэш - объем памяти с очень большой скоростью доступа, необходимый для ускорения обращения к данным, постоянно находящимся в памяти с меньшей скоростью доступа (оперативной памяти). При выборе процессора, помните, что увеличение размера кэш-памяти положительно влияет на производительность большинства приложений. Кэш центрального процессора различается тремя уровнями (L1, L2 и L3 ), располагаясь непосредственно на ядре процессора. В него попадают данные из оперативной памяти для более высокой скорости обработки. Стоит также учесть, что для многоядерных CPU указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра. Кэш второго уровня выполняет аналогичные функции, отличаясь более низкой скоростью и большим объемом. Если вы предполагаете использовать процессор для ресурсоемких задач, то модель с большим объемом кэша второго уровня будет предпочтительнее, учитывая что для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэша L2. Кэшем L3 комплектуются самые производительные процессоры, такие как AMD Phenom, AMD Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon. Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может достигать 30 Мб.

Энергопотребление

Энергопотребление процессора тесно связано с технологией его производства. С уменьшением нанометров техпроцесса, увеличением количества транзисторов и повышением тактовой частоты процессоров происходит рост потребления электроэнергии CPU. Например, процессоры линейки Core i7 от Intel требуют до 130 и более ватт. Напряжение подающееся на ядро ярко характеризует энергопотребление процессора. Этот параметр особенно важен при выборе ЦП для использования в качестве мультимедиа центра. В современных моделях процессоров используются различные технологии, которые помогают бороться с излишним энергопотреблением: встраиваемые температурные датчики, системы автоматического контроля напряжения и частоты ядер процессора, энергосберегающие режимы при слабой нагрузке на ЦП.

Дополнительные возможности

Современные процессоры приобрели возможности работы в 2-х и 3-х канальных режимах с оперативной памятью, что значительно сказывается на ее производительности, а также поддерживают больший набор инструкций, поднимающий их функциональность на новый уровень. Графические процессоры обрабатывают видео своими силами, тем самым разгружая ЦП, благодаря технологии DXVA (от англ. DirectX Video Acceleration – ускорение видео компонентом DirectX). Компания Intel использует вышеупомянутую технологию Turbo Boost для динамического изменения тактовой частоты центрального процессора. Технология Speed Step управляет энергопотреблением CPU в зависимости от активности процессора, а Intel Virtualization Technology аппаратно создает виртуальную среду для использования нескольких операционных систем. Также современные процессоры могут делиться на виртуальные ядра с помощью технологии Hyper Threading . Например, двухъядерный процессор способен делить тактовую частоту одного ядра на два, что способствует высокой производительности обработки данных с помощью четырех виртуальных ядер.

Размышляя о конфигурации вашего будущего ПК, не забывайте про видеокарту и ее GPU (от англ. Graphics Processing Unit – графическое обрабатывающее устройство) – процессор вашей видеокарты, который отвечает за рендеринг (арифметические операции с геометрическими, физическими объектами и т.п.). Чем больше частота его ядра и частота памяти, тем меньше будет нагрузки на центральный процессор. Особенное внимание к графическому процессору должны проявить геймеры.

Память, к которой может адресовываться CPU.

Степень интеграции микросхемы (чипа) показывает, сколько транзисторов может в нем уместиться. Для процессора Pentium (80586) Intel - это при­бли­зительно 3 млн. транзисторов на 3,5 см 2 .

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он мо­жет при­нять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Современные процессоры семейства Intel Pentium являются 32-разрядными

Рабочая тактовая частота определяет скорость, с которой осуществ­ляются операции в процессоре. Сегодня рабочие частоты процессоров до­ходят до более, чем 1 млрд. тактов в секунду (1 ГГц).

CPU находится в прямом контакте с оперативной памятью PC. Данные, которые обрабатывает CPU, должны временно располагаться в RAM и для дальнейшей об­работки снова бывают востребованы из памяти. Для CPU86/88 эта область адре­сации располагается максимум до 1 МБ, процессор 80486 может обес­печить доступ уже к 4 ГБ памяти.

Real Address Mode - режим реальной адресации (или просто реальный режим - Real Mode), полностью совместим с 8086. В этом режиме воз­можна адресация до 1 Мб физической памяти (на самом делœе, как и у 80286, почти на 64 Кбайт больше).

Protected Virtual Address Mode - защищенный режим виртуальной адре­сации (или просто защищенный режим - Protected Mode). В этом режиме про­цессор позволяет адресовать до 4 Гбайт физической памяти, через ко­торые при использовании механизма страничной адресации могут ото­бражаться до 64 Тбайт виртуальной памяти каждой задачи.

Существенным дополнением является Virtual 8086 Mode - режим вирту­ального процессора 8086. Этот режим является особым состоянием задачи за­щищенного режима, в котором процессор функционирует как 8086. На одном процессоре в таком режиме могут параллельно испол­няться несколько задач с изолированными друг от друга ресурсами.

Важным отличием элементов оперативной памяти от прочих запоминающих уст­ройств является время доступа, характеризующееся интервал времени, в тече­ние которого информация записывается в память или извлекается из нее. Время доступа для внешнего носителя данных, такого как жесткий диск, вы­ражается в миллисекундах, а для элемента памяти оно измеряется наносœекундами.

Дисководы (Floppy Disk Drive, FDD) являются старейшими периферийными устройствами PC. В качестве носителя информации в них приме­няются дискеты {Floppy) диаметрами 3,5" и размерами 5,25".

Для записи и чтения информации крайне важно разбиение дискеты на определœенные участки - создать логическую структуру. Это выполняется путем форматирования с помощью специальной команды, к примеру, для DOS - команда Format. Дискета разбивается на дорожки (Tracks) и сектора (Sectors) , на рис. показано это разбиение.

Основным критерием для оценки винчестера является его ёмкость, то есть максимальный объём данных который должна быть записан на носитель

При обращении к большим массивам данных магнитные головки должны пози­ционироваться на диске гораздо чаще, чем при обращении к небольшим массивам и данным, которые последовательно расположены на диске. Так что скорость чтения и записи определяется средним време­нем доступа (Average Seek Time) к различным объектам на диске. Для лучших IDE и SCSI HDD это время меньше 10 мс.

Скорость передачи данных предлагается в качестве второго па­раметра для оценки производительности винчестера. Важно заметить, что для современных моделœей она составляет 10 МБ/с.

Монитор является устройством для визуального отображения информации. Сигналы, которые получает монитор (числа, символы, графическую информацию и сигналы синхронизации), формируются видеокартой. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, монитор и видеокарта представляют из себясвоеобразный тандем, который для оптимальной работы должен быть настроен соответствующим образом.

Видеокарта.

Для большинства применений разрешение стандарта VGA вполне достаточ­но. При этом программы, ориентированные на графику, работают значительно лучше и быстрее (бывают случаи, когда они даже не инсталлируются, еслг ус­тановленное разрешение или видеокарта не соответствуют их возможно­стям), в случае если информационная плотность экрана выше. Для этого крайне важно повы­шать разрешение. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, стандартVGA развился в так назы­ваемый стандарт Super VGA (SVGA). Стандартное разрешение этого режиме состав­ляет 800х600 пикселов.

Отметим закономерность: при объёме видеопамяти 256 Кб и SVGA-раз­реше­нии можно обеспечить только 16 цветов; 512 Кб видеопамяти дают возмож­ность отобразить уже 256 цветовых оттенков при том же разреше­нии. Карты, имеющие 1 Мб памяти, а это сейчас уже стало обычным явле­нием, позволяют при этом же разрешении достичь отображения 32768, 65536 (HiColor) или даже 16,7 млн. (TrueColor) цветовых оттенков.

По современным ме­дико-психологическим оценкам глаз человека не воспринимает мерцания эк­рана, связанные с обновлением изображения, только при частоте вертикаль­ной развертки не менее 70 Гц. При увеличенном разрешении изображение на экране монитора начинает мерцать, что сильно повышает утомляемость и от­рицательно сказывается на зрении.

Основными потребительскими параметрами мониторов являют­ся размер экрана, шаг маски экрана, максимальная частота регенера­ции изображения и класс защиты.

Наиболее удобны и универсальны мониторы с размером экрана по диаго­нали 15 и 17 дюймов. Для работы с графикой используются, мониторы и с большими размерами экрана (19-21 дюйм).

Шаг маски экрана определяет четкость изображения (разреша­ющую спо­собность). Сегодня используется шаг 0,25-0,27 мм. Все мониторы с зерном более 0,28 мм относятся к категории "дешевых" и "грубых". Лучшие мониторы имеют зерно 0,26 мм, а у самого качественного известного нам монитора (и, естественно, самого дорогого) эта величина равна 0,21 мм.

Частота регенерации изображения также определяет четкость и устойчи­вость изображения и должна быть не ниже 75 Гц.

Класс защиты определяет соответствие монитора требованиям техники безопасности. Выполнение наиболее жестких требований к безопасности ра­боты обеспечивает стандарт ТСО-99.

Свойства изображения зависят не только от монитора, но и err свойств и настроек платы, размещенной в системном блоке (видео­адаптера). Монитор и видеоадаптер должны соответствовать друг другу (к примеру, современный видеоадаптер должен иметь память не менее 4 Мбайт).

Скажем несколько слов о торговых обозначениях. В каталогах и объявле­ниях на продажу компьютеров получили распространение особые обозначе­ния его характеристик. Метод обозначения типа ком­пьютера, принятый в большинстве объявлений, рассмотрим на конк­ретном примере:

PIII-600-Intel BX/64/6,4Gb/SVGA 8Mb/CD/SB16/ATX

Здесь PHI - тип процессора - Pentium III;

600 - тактовая частота процессора в МГц;

ВХ - тип материнской платы;

64 - объём оперативной памяти в Мбайт;

6,4Gb - объём жесткого диска - 6,4 Гбайт;

SVGA - тип видеокарты;

8Mb - объём видеопамяти в Мбайт;

CD - обозначает наличие дисковода компакт-дисков;

SB16 - тип звуковой карты (Sound Blaster);

Тактовая частота. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Тактовая частота." 2017, 2018.

Утверждение:

Чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность.

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

«После выхода процессоров Pentium III, работающих на частоте до 667 МГц, компания AMD может утратить лидерство. Представленные
в этом месяце процессоры Athlon работают
с максимальной частотой 650 МГц. Но долго лидерство Intel не продлится. Как заявили представители AMD, к концу года они выпустят процессор с частотой 700 МГц».

Почему это не так:

Время, которое занимает выполнение операций, важнее тактовой частоты.

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.

Во времена, когда мобильные телефоны были толстые и черно-белые, процессоры – одноядерные, а гигагерц казался непреодолимой планкой (лет 20 назад), единственной характеристикой для сравнения мощностей ЦП была тактовая частота. Десятилетие спустя второй важной характеристикой стало количество ядер. В наше время смартфон, толщиной менее сантиметра, содержит ядер больше, да и тактовую частоту имеет выше, чем простой ПК тех лет. Попробуем разобраться, на что влияет тактовая частота процессора.

Частота процессора влияет на скорость, с которой транзисторы процессора (и их внутри чипа сотни миллионов) производят переключение. Измеряется она в количестве переключений за секунду и выражается в миллионах или миллиардах герц (мегагерц или гигагерц). Один герц – это одно переключение транзисторов процессора в секунду, следовательно, один гигагерц – один миллиард таких переключений за то же время. За одно переключение, если говорить упрощенно, ядро делает одну математическую операцию.

Следуя обычной логике можно прийти к выводу, что чем больше частота – тем быстрее переключаются транзисторы в ядрах, тем скорее решаются задачи. Именно поэтому в прошлом, когда основная масса процессоров была по сути усовершенствованным Intel x86, архитектурные отличия были минимальны, и было ясно, что чем больше частота тактов – тем быстрее идут вычисления. Но со временем все изменилось.

Можно ли сравнивать частоты разных процессоров

В 21 веке разработчики научили свои процессоры обрабатывать за такт не одну инструкцию, а больше. Поэтому процессоры с одинаковой частотой тактов, но основанные на разных архитектурах, выдают разный уровень быстродействия. Intel Core i5 2 ГГц и Qualcomm Snapdragon 625 2 ГГц – это разные вещи. Хоть у второго ядер больше, но в тяжелых задачах он будет слабее. Поэтому саму частоту разных типов ядер сравнивать нельзя, важно учитывать еще и удельную производительность (количество выполнений инструкций за такт).

Если проводить аналогию с машинами, то тактовая частота – это скорость в км/ч, а удельная производительность – грузоподъемность в кг. Если рядом будут ехать легковушка (процессор ARM для смартфона) и самосвал (чип x86 для ПК) – то при равной скорости легковушка за раз перевезет пару сотен кило, а грузовик – несколько тонн. Если же говорить о разных типах ядер именно для смартфонов (Cortex A53, Cortex A72, Qualcomm Kryo) – то это все легковушки, но с разной вместительностью. Соответственно, тут разница уже будет не так огромна, но тоже значительная.

Сравнивать можно только тактовые частоты ядер на одинаковой архитектуре. Например, MediaTek MT6750 и Qualcomm Sanapdragon 625 содержат по 8 ядер Cortex A53. Но у МТК их частота – до 1,5 ГГц, а у Куалкомм – 2 ГГц. Следовательно, второй процессор будет работать примерно на 33% быстрее. А вот Qualcomm Snapdragon 652 хоть и имеет частоту до 1,8 ГГц, но работает быстрее модели 625, так как в нем используются более мощные ядра Cortex A72.

Что дает высокая частота процессора в смартфоне

Как мы уже выяснили, чем выше тактовая частота – тем быстрее работает процессор. Следовательно, и производительность смартфона с более высокочастотным чипсетом будет выше. Если один процессор смартфона содержит 4 ядра Kryo на 2 ГГц, а второй – 4 такие же ядра Kryo на 3 ГГц, то второй будет примерно в 1,5 раза быстрее. Это ускорит запуск приложений, сократит время включения, позволит резвее обрабатывать тяжелые сайты в браузере и т.д.

Однако, выбирая смартфон с высокими частотами процессора, следует также помнить, что чем они выше – тем больше и потребление энергии. Поэтому если производитель накрутил побольше гигагерц, но не оптимизировал устройство должным образом – оно может перегреваться и входить в «троттлинг» (принудительный сброс частот). Таким недостатком в свое время страдал, например, Qualcomm Snapdragon 810.