Средняя частота процессора. Тактовая частота процессора и быстродействие компьютера
04. 07.2018
Блог Дмитрия Вассиярова.
Что такое тактовая частота процессора — и причём тут скорость?
Приветствую всех читателей. 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? К примеру: 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, ещё кое 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 о том, что такое тактовая частота процессора. Пойду готовить новую статью, с целью порадовать вас новыми интересными сведениями из жизни компьютерного железа.
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.
Основным критерием при выборе процессора для нового компьютера является его быстродействие . Чем большим быстродействием обладает процессор , тем быстрее осуществляется работа с различными программами утилитами и самой операционной системой. Быстродействие процессора зависит, как уже было сказано, от тактовой частоты , измеряемой в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц). Кроме того, оно зависит от объема кеш-памяти первого и последующих уровней, частоты шины данных (FSB) и разрядности процессора .
Мегагерц - это миллион колебаний в секунду , в то время как гигагерц представляет собой миллиард колебаний в секунду. Обычно принято считать, чем с большей тактовой частотой работает процессор, тем он производительность Однако это далеко не всегда соответствует действительности. Более того, производительность системы в целом сильно зависит не только от процессора, но и от всех других компонентов. Предположим, что вы приобрели процессор Core i3 с тактовой частотой 3 ГГц, однако установили всего 2048 Мбайт, кроме того, использовали с невысокой скоростью передачи данных. С такой конфигурацией различия в быстродействии между процессором с частотой 2 и 3 ГГц будут едва ли заметными. Другими словами, быстродействие компьютера зависит от производительности самого медленного компонента, будь то процессор, оперативная память, жесткий диск или даже блок питания (поскольку если мощности блока питания не хватит для обеспечения работы аппаратных компонентов, о стабильной работе компьютера можно вообще забыть).
Тактовая частота процессора и её подвох
Рассмотрим подробнее вопрос, почему тактовая частота процессора не гарантирует его высокой работоспособности. Тактовая частота, как понятно из ее названия, состоит из тактов, или периодов тактовой частоты. На каждую операцию, выполняемую процессором, затрачивается один такт и несколько циклов ожидания. Цикл ожидания представляет собой «пустой» такт, т.е. такт, во время которого не выполняются никакие операции. Циклы ожидания необходимы для обеспечения синхронной работы различных по быстродействию компонентов компьютера. На выполнение различных команд тратится разное количество тактов. Например, процессор Core i3 может выполнить минимум 12 команды за каждый такт. Чем меньше тактов требуется для выполнения команды, тем выше процессора. Кроме того, на быстродействие влияют и другие факторы, например, объем кеш-памяти первого/второго уровней.
Процессоры Core I и Athlon II обладают различной внутренней архитектурой поэтому команды в них выполняются по-разному. В результате сравнивать эти процессоры по тактовой частоте нельзя. К примеру, процессор Athlon II X4 641 с тактовой частотой 2,8 ГГц обладает производительностью примерно сопоставимой с процессором Core I3, работающим с частотой 3 ГГц.
Тактовая частота процессора – это количество обработанной информации, то есть количество синхронизирующих тактов, за одну секунду. Измеряется тактовая частота в МегаГерцах (Mhz). Как правило, чем выше тактовая частота, тем быстрее запускаются программы и игры, то есть количество выполняемых операций в секунду возрастает, однако системы с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным процессорам может требоваться различное количество тактов.
Производительность.
Производительность – эффективность используемой тактовой частоты. Чем больше ожидаемая скорость выполнения задач устройства, тем больше количество «лошадиных сил» требуется «под капотом». Современные устройства обеспечивают всё большие разрешения видеоизображения на дисплеях, миллионы цветов (сотни тысяч оттенков яркости) или высококачественный звук. Кроме того, все современные устройства поддерживают графический интерфейс пользователя (также известный под названием GUI (ГУЙ)), позволяющий управлять при помощи указания нужного места на экране и нажатия пальцем или кнопкой мыши. Вся эта красота требует создания, записи и перемещения миллиардов нулей и единиц в секунду, то есть достаточной производительности.
Ядро процессора.
Ядро процессора – это часть процессора, осуществляющая выполнение одного потока команд. Одноядерные процессоры используют конвейерную обработку тактов, а многоядерные – параллельную. Иными словами, многоядерные процессоры выполняют одновременно несколько операций, тем самым быстрее справляясь с задачами пользователя.
Энергопотребление.
Процессор с низким энергопотреблением позволит продлить время автономной работы устройства от аккумуляторной батареи. «Гонка» за частотой процессора и его производительностью привела к увеличению энергопотребления. Поэтому компании стали устанавливать системы энергосбережения, температурные датчики, обеспечивающие защиту от перегрева и снижающие частоту процессора при недопустимом увеличении температуры, на программном уровне реализовывать энергосберегающие режимы для «засыпания» процессора, а также устанавливать аккумуляторы большой ёмкости.
Оперативная память.
Оперативная память – это временная память, влияющая на многозадачность устройства, в которой работают запущенные пользователем программы . Оперативную память также называют «мозгом» компьютера, потому что это место, где выполняется основная работа. Большой объём оперативной памяти позволяет запустить одновременно больше программ и игр, а так же позволяет ускорить все процессы, связанные с обработкой информации.
Встроенная память.
Память на жёстком диске – это память, которая предназначена для загрузки и установки пользовательских файлов (программ, приложений, виджетов, мультимедийных файлов и игр). В устройствах она характеризуется размером жёсткого диска (в некоторых случаях используется флэш-память). Чем больше объём, тем больше можно сохранить информации. В этих устройствах может быть ещё и расширяемая память. В Интернет-планшетах для этой памяти предусмотрен слот под карту памяти. В ноутбуках и нетбуках кроме слота присутствуют разъёмы под съёмный флеш-диск или жёсткий диск.
Операционная система.
Операционная система – это комплекс программ, которые задействуют ресурсы компьютера (процессор, оперативная и постоянная память), деятельность которых направлена на выполнение задач пользователя. Операционную систему, ещё называют «хозяйкой» всего оборудования. Первая её функция – это указание способа функционирования микропроцессора и управление большим массивом памяти. Вторая функция операционной системы заключается в индексировании всей информации, находящейся во встроенной памяти. От того какая система установлена на устройстве, зависит производительность. В салонах «Евросеть» распространены три операционные системы, на ноутбуках и нетбуках – это Windows, а на Интернет-планшетах Android и iOS.
Многозадачность – это способность запуска и одновременной работы нескольких программ. Многозадачность реализовывается на уровне операционной системы и позволяет оптимизировать процессы, увеличить скорость работы и повысить комфорт от использования устройства.
Видеокарта.
Видеокарта – это устройство для отображения на компьютере видео и графики. Видеокарты бывают двух видов: интегрированные (встроенные) и дискретные (съёмные). Дискретная карта производительнее интегрированных аналогов, что даёт возможность работать со сложными графическими программами (к примеру, 3D-MAX (3-Д Макс)) и высокую производительность в играх.
Дисплей.
Дисплеи отличаются такими характеристиками как: диагональ, разрешение, соотношение сторон и покрытие экрана. Диагональможет быть в диапазонеот 4 до 19 дюймов (1 дюйм равен 2,54 см) для ноутбуков, нетбуков и планшетов. Разрешение – это количество точек, из которых будет состоять изображение. Разрешение экрана–от 800x600 до 1366x768 точек, что позволяет в полной мере насладиться красотой заставки или фотографий. Нетбуки чаще имеют разрешение: 1024x600. Широкоформатные экраны, имеют не квадратную форму, а вид вытянутого прямоугольника, что позволяет: удобно просматривать WEB-страницы и полнометражные фильмы.
Покрытие экрана – матовое или глянцевое?
Матовое покрытие не создаёт бликов на экране при дневном свете, на нём менее заметны отпечатки пальцев и глаза устают меньше.
Глянцевое покрытие придаёт изображению больше яркости и контрастности, однако
при прямом попадании света на дисплей изображение тускнеет, и появляются блики.
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.
