Ce înseamnă viteza ceasului? Frecvența ceasului - Biblioteca Națională. N. E. Bauman

Funcționarea oricărui computer digital depinde de frecvența ceasului, care este determinată de un rezonator cu cuarț. Este un recipient de tablă în care se pune un cristal de cuarț. Sub influența tensiunii electrice, în cristal apar oscilații ale curentului electric. Aceeași frecvență de oscilație se numește frecvență de ceas. Toate modificările semnalelor logice din orice cip de calculator au loc la anumite intervale, numite cicluri de ceas. De aici putem concluziona că cea mai mică unitate de timp pentru majoritatea dispozitivelor logice ale unui computer este un ciclu de ceas sau, într-un alt fel, o perioadă de frecvență a ceasului. Mai simplu spus, fiecare operație necesită cel puțin un ciclu de ceas (deși unele dispozitive moderne reușesc să efectueze mai multe operații într-un singur ciclu de ceas). Frecvența ceasului, în raport cu computerele personale, este măsurată în MHz, unde Hertz este o vibrație pe secundă, respectiv, 1 MHz este un milion de vibrații pe secundă. Teoretic, dacă magistrala de sistem a computerului dumneavoastră funcționează la o frecvență de 100 MHz, atunci poate efectua până la 100.000.000 de operații pe secundă. Apropo, nu este deloc necesar ca fiecare componentă a sistemului să efectueze neapărat ceva cu fiecare ciclu de ceas. Există așa-numitele ceasuri goale (cicluri de așteptare), când dispozitivul este în proces de așteptare a unui răspuns de la alt dispozitiv. De exemplu, este organizată funcționarea RAM și a unui procesor (CPU), a cărui frecvență de ceas este semnificativ mai mare decât frecvența de ceas a RAM.

Adâncime de biți

Autobuzul este format din mai multe canale pentru transmiterea semnalelor electrice. Dacă se spune că o magistrală are treizeci și doi de biți, atunci aceasta înseamnă că este capabilă să transmită semnale electrice prin treizeci și două de canale simultan. Există un truc aici. Cert este că un autobuz de orice lățime declarată (8, 16, 32, 64) are de fapt un număr mai mare de canale. Adică, dacă luăm aceeași magistrală de treizeci și doi de biți, atunci 32 de canale sunt alocate pentru transmiterea datelor în sine, iar canalele suplimentare sunt destinate transmiterii de informații specifice.

Rata de transfer de date

Numele acestui parametru vorbește de la sine. Se calculează prin formula:

viteza ceasului * adâncimea de biți = viteza de transmisie

Să calculăm rata de transfer de date pentru o magistrală de sistem pe 64 de biți care funcționează la o frecvență de ceas de 100 MHz.

100 * 64 = 6400 Mbps6400 / 8 = 800 Mbps

Dar numărul rezultat nu este real. În viață, anvelopele sunt afectate de o mulțime de factori diferiți: conductivitate ineficientă a materialelor, interferențe, defecte de proiectare și asamblare și multe altele. Potrivit unor rapoarte, diferența dintre viteza de transfer teoretică a datelor și cea practică poate fi de până la 25%.

Funcționarea fiecărei magistrale este monitorizată de controlere dedicate. Ele fac parte din setul logic al sistemului ( chipset).

este un autobuz

Autobuzul de sistem ISA (Industry Standard Architecture) a fost folosit de la procesorul i80286. Slotul pentru card de expansiune include un conector primar cu 64 de pini și un conector secundar cu 36 de pini. Autobuzul este pe 16 biți, are 24 de linii de adresă și oferă acces direct la 16 MB de RAM. Numărul de întreruperi hardware este de 16, canalele DMA sunt 7. Este posibilă sincronizarea funcționării magistralei și a procesorului cu frecvențe diferite de ceas. Frecvența ceasului - 8 MHz. Viteza maximă de transfer de date este de 16 MB/s.

PCI. (Peripheral Component Interconnect bus - magistrală de conectare a componentelor periferice)

În iunie 1992, un nou standard a apărut pe scenă - PCI, al cărui părinte era Intel, sau mai degrabă Grupul de interes special organizat de acesta. La începutul anului 1993, a apărut o versiune modernizată a PCI. De fapt, acest autobuz nu este local. Permiteți-mi să vă reamintesc că magistrala locală este autobuzul care este conectat direct la magistrala de sistem. PCI folosește Host Bridge (punte principal) pentru a se conecta la acesta, precum și Peer-to-Peer Bridge (punte peer-to-peer), care este proiectat pentru a conecta două magistrale PCI. Printre altele, PCI este el însuși o punte între ISA și magistrala procesorului.

Viteza de ceas PCI poate fi fie de 33 MHz, fie de 66 MHz. Adâncime de biți – 32 sau 64. Viteza de transfer de date – 132 MB/sec sau 264 MB/sec.

Standardul PCI oferă trei tipuri de carduri în funcție de sursa de alimentare:

1. 5 volți – pentru computere desktop

2. 3,3 Volți – pentru computere laptop

3. Plăci universale care pot funcționa în ambele tipuri de computere.

Marele avantaj al magistralei PCI este că îndeplinește specificațiile Plug and Play. În plus, pe magistrala PCI, orice transmisie de semnal are loc într-o manieră de pachet, unde fiecare pachet este împărțit în faze. Un pachet începe cu o fază de adresă, urmată de obicei de una sau mai multe faze de date. Numărul de faze de date dintr-un pachet poate fi nedefinit, dar este limitat de un temporizator care determină timpul maxim pe care un dispozitiv poate fi utilizat de către magistrală. Fiecare dispozitiv conectat are un astfel de cronometru, iar valoarea acestuia poate fi setată în timpul configurării. Un arbitru este folosit pentru a organiza munca de transfer de date. Faptul este că pe magistrală pot exista două tipuri de dispozitive - un master (inițiator, master, master) al magistralei și un slave. Maestrul preia controlul asupra magistralei și inițiază transferul de date către destinație, adică slave. Orice dispozitiv conectat la magistrală poate fi master sau slave, iar această ierarhie se schimbă constant în funcție de dispozitivul care a cerut permisiunea de la arbitrul de magistrală pentru a transfera date și cui. Chipsetul, sau mai degrabă North Bridge, este responsabil pentru funcționarea fără conflicte a magistralei PCI. Dar viața nu s-a oprit la PCI. Îmbunătățirea constantă a plăcilor video a dus la faptul că parametrii fizici ai magistralei PCI au devenit insuficienti, ceea ce a dus la apariția AGP.

Care este viteza de ceas a procesorului? Ce afectează această caracteristică și în ce moduri poate fi mărită? Care este viteza maximă de ceas a procesorului? Vom examina aceste întrebări în cursul acestui articol.

Conceptul de frecvență a ceasului

Viteza ceasului procesorului este unul dintre cei mai importanți parametri care caracterizează un computer personal, precum și toate celelalte dispozitive construite pe principiul său. Adică, nu numai computerele personale, ci și laptopurile, netbook-urile, ultrabook-urile, tabletele și smartphone-urile au propria viteză a procesorului.

Viteza procesorului este o setare aplicată dispozitivelor individuale care alcătuiesc un sistem informatic. Mai exact, vorbim despre procesor. De fapt, foarte mult depinde de viteza procesorului, dar acesta nu este singurul detaliu care afectează funcționarea sistemului.

Așadar, pentru a înțelege problema frecvenței ceasului, mai întâi să aprofundăm puțin în formarea cuvintelor. Ce este „tact” și ce legătură are acest cuvânt cu cazul nostru? O bătaie nu este altceva decât perioada de timp care apare între repetarea a două impulsuri. Aceste impulsuri, la rândul lor, sunt create de un dispozitiv numit „generator de ceas”. În esență, acesta este un cip care este responsabil pentru generarea vitezei de ceas utilizată de placa de bază și de procesorul însuși. Adică, frecvența ceasului procesorului este frecvența la care funcționează dispozitivul.

Principiul de funcționare al turbinei cu gaz

Generatorul de ceas creează impulsuri care sunt trimise ulterior în întregul dispozitiv. Acestea accelerează arhitectura computerului, creând simultan o sincronizare între elementele individuale. Adică, GTC este un fel de „comandant” care conectează legăturile computerului de lucru într-o singură secvență. Deci, cu cât generatorul de frecvență de ceas creează mai des impulsuri, cu atât va avea performanțe mai bune computerul/laptop-ul/smartphone-ul și așa mai departe.

Este logic să presupunem că, dacă nu există un generator de ceas, atunci nu va exista nicio sincronizare între elemente. Prin urmare, dispozitivul nu va putea funcționa. Să presupunem că am reușit cumva să aducem la viață un astfel de dispozitiv. Deci ce urmeaza? Toate părțile computerului vor funcționa la frecvențe diferite în momente diferite. Și care este rezultatul? Ca urmare, viteza computerului scade de zeci, sute sau chiar mii de ori. Chiar are cineva nevoie de un astfel de dispozitiv? Acesta este rolul generatorului de ceas.

În ce se măsoară viteza ceasului?

Frecvența ceasului, conform standardelor internaționale, este de obicei măsurată atât în ​​megaherți, cât și în gigaherți. Ambele tipuri de măsurători sunt corecte, mai degrabă este vorba doar de aspectul consolei și de numărul de caractere. Denumirile pentru cele două măsurători sunt, respectiv, „MHz” și „GHz”. Să le reamintim celor care au uitat și să le spunem celor care nu au știut că 1 MHz este numeric egal cu un milion de cicluri de ceas efectuate într-o secundă. Și gigaherți este cu 3 grade mai mult. Adică este o mie de megaherți. Tehnologiile informatice nu stau pe loc, ca toate celelalte. Se poate spune că se dezvoltă dinamic, așa că putem exprima presupunerea că în viitorul apropiat ar putea exista un procesor a cărui frecvență de ceas va fi măsurată nu în megaherți sau gigaherți, ci în teraherți. Sunt încă 3 grade în plus.

Ce afectează viteza procesorului?

După cum știți, un computer, de la conturi simple la cele mai recente jocuri, efectuează un anumit set de operațiuni. Ceea ce, apropo, poate fi destul de impresionant. Deci, aceste operații sunt efectuate într-un anumit număr de cicluri. Prin urmare, cu cât procesorul are viteza de ceas mai mare, cu atât mai repede va putea face față sarcinilor. Și în același timp, performanța crește, calculele și încărcarea datelor în diverse aplicații sunt accelerate.

Despre viteza maximă a ceasului

Nu este un secret pentru nimeni că, înainte ca un model de procesor să fie lansat în producție de masă, prototipul său este testat. Mai mult, testează cu suficientă sarcină pentru a identifica punctele slabe și pentru a le îmbunătăți oarecum.

Testarea procesorului este efectuată la frecvențe diferite de ceas. În același timp, se schimbă și alte condiții precum presiunea și temperatura. De ce se fac testele? Acestea sunt organizate nu numai pentru a identifica și elimina defecțiunile și problemele, ci și pentru a obține o valoare numită frecvența maximă de ceas. De obicei este indicat în documentația dispozitivului, precum și în etichetarea acestuia. Viteza maximă de ceas nu este altceva decât viteza normală de ceas pe care o va avea procesorul în condiții standard.

Despre posibilitatea de ajustare

În general, plăcile de bază moderne ale computerelor permit utilizatorului să schimbe frecvența ceasului. Desigur, acest lucru se face într-un interval sau altul. Tehnologia permite acum procesoarelor să funcționeze la frecvențe diferite, în funcție de alegere. Și acest lucru, trebuie să spun, este important, deoarece un astfel de procesor își poate sincroniza frecvența cu frecvența plăcii de bază, deoarece procesorul însuși este instalat pe el.

Despre creșterea frecvenței ceasului

Desigur, rezultatul maxim poate fi obținut prin simpla achiziție a unui procesor nou cu o frecvență de ceas crescută. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna posibil din punct de vedere financiar, ceea ce înseamnă că întrebarea cum să creșteți viteza de ceas a procesorului fără a investi fonduri suplimentare în această chestiune rămâne deschisă.

Pe scurt, overclockarea unui procesor nu se face prin programe terțe. Acest lucru, ca și în cazul overclockării unei plăci video, este o prostie de-a dreptul. De fapt, puteți îmbunătăți performanța procesorului setând setările corespunzătoare în BIOS.

Concluzie

Deci, ce am aflat în timpul acestui articol? În primul rând, viteza procesorului este frecvența la care funcționează dispozitivul. În al doilea rând, computerele folosesc un generator de frecvență de ceas, care creează o anumită frecvență care sincronizează funcționarea elementelor individuale. În al treilea rând, frecvența maximă a procesorului este frecvența la care procesorul funcționează în condiții normale. În al patrulea rând, overclockarea procesorului, adică creșterea frecvenței de ceas, este posibilă prin modificarea setărilor din BIOS.

Viteza de ceas a procesoarelor Intel, ca și procesoarelor altor mărci, depinde de model.

Schema circuitului procesorului

Bloc de control- controlează funcționarea tuturor blocurilor de procesor.

Bloc logic aritmetic- efectuează calcule aritmetice și logice.

Registrele- un bloc pentru stocarea datelor și a rezultatelor de calcul intermediare - RAM-ul intern al procesorului.

Bloc de decodare- convertește datele în sistem binar.

Bloc de preluare anticipată- primește o comandă de la un dispozitiv (tastatură etc.) și solicită instrucțiuni din memoria sistemului.

Cache de nivel 1 (sau pur și simplu cache)- stochează instrucțiuni și date utilizate frecvent.

Cache de nivel 2- stochează datele utilizate frecvent.

Bloc autobuz- servește pentru introducerea și ieșirea informațiilor.

Această schemă corespunde procesoarelor cu arhitectură P6. Procesoarele de la Pentium Pro la Pentium III au fost create folosind această arhitectură. Procesoarele Pentium 4 sunt fabricate folosind noua arhitectură Intel® NetBurst. În procesoarele Pentium 4, memoria cache de nivel 1 este împărțită în două părți - memoria cache de date și memoria cache de instrucțiuni.

Specificațiile procesorului

Principalele caracteristici ale procesorului sunt viteza de ceas, adâncimea de biți și dimensiunea cache-ului de nivel 1 și 2.

Frecvența este numărul de vibrații pe secundă. Viteza ceasului este numărul de cicluri de ceas pe secundă. După cum se aplică procesorului:

Frecvența ceasului este numărul de operații pe care procesorul le poate efectua pe secundă.

Acestea. Cu cât un procesor poate efectua mai multe operații pe secundă, cu atât rulează mai repede. De exemplu, un procesor cu o frecvență de ceas de 40 MHz efectuează 40 de milioane de operații pe secundă, cu o frecvență de 300 MHz - 300 de milioane de operații pe secundă, cu o frecvență de 1 GHz - 1 miliard de operații pe secundă.

Până în 2003, viteza procesorului a atins 3 GHz.

Există două tipuri de viteză de ceas - internă și externă.

Viteza ceasului intern- aceasta este frecvența de ceas la care se lucrează în interiorul procesorului.

Frecvența ceasului extern sau frecvența magistralei de sistem- aceasta este frecvența de ceas la care se fac schimb de date între procesor și memoria RAM a computerului.

Până în 1992, procesoarele aveau aceleași frecvențe interne și externe, iar în 1992 Intel a introdus procesorul 80486DX2, în care frecvențele interne și externe erau diferite - frecvența internă era de 2 ori mai mare decât cea externă. Două tipuri de astfel de procesoare au fost lansate cu frecvențe de 25/50 MHz și 33/66 MHz, apoi Intel a lansat procesorul 80486DX4 cu frecvență internă triplă (33/100 MHz).

De atunci, și alte companii producătoare au început să producă procesoare cu frecvență internă dublă, iar IBM a început să producă procesoare cu frecvență internă triplă (25/75 MHz, 33/100 MHz și 40/120 MHz).

La procesoarele moderne, de exemplu, cu o viteză de ceas a procesorului de 3 GHz, frecvența magistralei de sistem este de 800 MHz.

Dimensiunea procesorului determinat de capacitatea registrelor sale.

Un computer poate funcționa simultan cu un set limitat de informații. Acest set depinde de adâncimea de biți a registrelor interne. O cifră este o unitate de stocare a informațiilor. Într-un ciclu de lucru, un computer poate procesa cantitatea de informații care se pot încadra în registre. Dacă registrele pot stoca 8 unități de informații, atunci acestea sunt pe 8 biți, iar procesorul este pe 8 biți, dacă registrele sunt pe 16 biți, atunci procesorul este pe 16 biți etc. Cu cât este mai mare capacitatea procesorului, cu atât poate procesa mai multe informații într-un singur ciclu de ceas, ceea ce înseamnă că procesorul funcționează mai repede.

Procesorul Pentium 4 este pe 32 de biți.

Dimensiunea cache de nivel 1 și 2 afectează și performanța procesorului.

Procesorul Pentium III are un cache de nivel 1 de 16 KB și un cache de nivel 2 de 256 KB.

Procesoarele Pentium 4 au un cache de date L1 de 8 KB, un cache de instrucțiuni L1 de 12.000 de comenzi și un cache de instrucțiuni L2 de 512 KB.

Dintre toate caracteristicile tehnice ale procesorului, cea mai cunoscută printre utilizatori este frecvența ceasului. Dar puțini nespecialiști înțeleg pe deplin ce este. Informații mai detaliate despre acest lucru vor ajuta la o mai bună înțelegere a funcționării sistemelor de calcul. Mai ales atunci când se folosesc procesoare multi-core care au anumite caracteristici de operare care nu sunt cunoscute de toată lumea, dar care ar trebui să fie luate în considerare la operarea unui computer.

Multă vreme, principalele eforturi ale dezvoltatorilor au vizat tocmai creșterea frecvenței ceasului. Doar recent a existat o tendință de dezvoltare și îmbunătățire a arhitecturii computerului, creșterea cantității de memorie cache și a numărului de nuclee de procesor. Cu toate acestea, viteza procesorului nu trece neobservată.

Care este acest parametru - viteza procesorului?

Să încercăm să ne dăm seama ce este „viteza de ceas a procesorului”. Această valoare caracterizează numărul de calcule pe care procesorul le poate efectua într-o secundă. În consecință, un procesor cu o frecvență de ceas mai mare are și performanțe mai mari, adică. capabil să efectueze un număr mai mare de operaţii într-o anumită perioadă de timp.

Cele mai multe procesoare moderne au viteze de ceas între 1 și 4 GHz. Această valoare este definită ca produsul dintre frecvența de bază și un anumit coeficient. În special procesorul Intel Core i7 920 are propria frecvență de ceas de 2660 Hz, care se obține datorită frecvenței magistralei de bază de 133 MHz și a unui factor de 20. Unii producători produc procesoare care pot fi overclockate la performanțe mai mari. De exemplu, Black Edition de la AMD și linia Intel K-series. Este de remarcat faptul că, în ciuda importanței acestei caracteristici, nu este decisivă atunci când alegeți un computer. Viteza ceasului afectează doar parțial performanța procesorului.

Procesoarele cu un singur nucleu au trecut practic în uitare și sunt rareori folosite în dispozitivele de calcul moderne. Acest lucru este cauzat de dezvoltarea industriei IT, al cărei progres nu încetează să uimească. Chiar și printre experți, uneori puteți întâlni o concepție greșită despre cum să calculați viteza de ceas a unui procesor cu două sau mai multe nuclee. O concepție greșită comună este că viteza ceasului trebuie înmulțită cu numărul de nuclee. De exemplu, un procesor cu 4 nuclee cu o frecvență de ceas de 3 GHz va avea o frecvență integrată de 12 GHz, adică. 4x3=12. Dar acest lucru nu este adevărat.

Să explicăm acest lucru cu un exemplu simplu. Să luăm un pieton care merge cu o viteză de 4 km/h - acesta este un procesor single-core cu o frecvență de 4 GHz. Un procesor cu 4 nuclee cu o viteză de ceas de 4 GHz reprezintă deja 4 pietoni care merg cu aceeași viteză de 4 km/h. Într-adevăr, în acest caz, viteza pietonilor nu este rezumată și nu putem spune că aceștia se deplasează cu o viteză de 16 km/h. Pur și simplu vorbim de patru pietoni care merg împreună cu o viteză de 4 km/h fiecare. Aceeași analogie poate fi aplicată unui procesor multi-core. Astfel, putem spune că un procesor cu 4 nuclee cu o viteză de ceas de 4 GHz are pur și simplu patru nuclee, fiecare având aceeași frecvență - 4 GHz. De aici rezultă o concluzie simplă și logică: numărul de nuclee de procesor afectează doar performanța acestuia și nu crește frecvența totală de ceas a dispozitivului de calcul.

Principalul criteriu atunci când alegeți un procesor pentru un computer nou este acesta performanţă. Cel mai mare Procesorul este rapid, cu atât lucrați mai repede cu diverse programe, utilitare și sistemul de operare în sine. Viteza procesorului depinde, după cum am menționat deja, de frecvența ceasului, măsurat în megahertz (MHz) și gigahertz (GHz). Mai mult, depinde de volum memorie cache primul și nivelul următor, frecvența magistralei de date (FSB)Și capacitatea procesorului.

Megahertz este un milion de vibrații pe secundă, în timp ce un gigahertz reprezintă un miliard de vibrații pe secundă. Este în general acceptat că, cu cât este mai mare viteza de ceas a unui procesor, cu atât este mai bună performanța acestuia. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna adevărat. În plus, performanța generală a sistemului depinde în mare măsură nu numai de procesor, ci și de toate celelalte componente. Să presupunem că ați achiziționat un procesor Core i3 de 3 GHz, dar ați instalat doar 2048 MB și l-ați folosit și la viteze scăzute de transfer de date. Cu această configurație, diferențele de performanță între un procesor de 2 și 3 GHz abia se vor observa. Cu alte cuvinte, performanța unui computer depinde de performanța celei mai lente componente, fie că este vorba despre procesor, RAM, hard disk, sau chiar sursa de alimentare (întrucât dacă sursa de alimentare nu este suficientă pentru a asigura funcționarea componentelor hardware , puteți uita complet de funcționarea stabilă a computerului).

Viteza de ceas a procesorului și captarea acesteia

Să aruncăm o privire mai atentă la întrebarea de ce viteza de ceas a procesorului nu garantează performanța sa ridicată. Frecvența ceasului, după cum sugerează și numele, constă în bate, sau perioadele de ceas. Fiecare operație efectuată de procesor durează un ciclu de ceas și mai multe cicluri de așteptare. Ciclul de așteptare este un ciclu „gol”, adică. o perioadă de ceas în care nu se efectuează operațiuni. Ciclurile de așteptare sunt necesare pentru a asigura funcționarea sincronă a diferitelor componente ale computerului. Diferite comenzi necesită un număr diferit de cicluri de ceas pentru a fi executate. De exemplu, procesor Core i3 poate executa cel puțin 12 comenzi pe ciclu de ceas. Cu cât sunt mai puține cicluri de ceas necesare pentru a executa o comandă, cu atât procesorul este mai mare. În plus, alți factori afectează și performanța, de exemplu, dimensiunea cache-ului de primul/al doilea nivel.

Procesoare Core I și Athlon II Au arhitecturi interne diferite, astfel încât comenzile sunt executate diferit în ele. Ca urmare, este imposibil să comparați aceste procesoare pe baza vitezei de ceas. De exemplu, procesorul Athlon II X4 641 Cu o viteză de ceas de 2,8 GHz, are performanțe aproximativ comparabile cu un procesor Core I3 care rulează la 3 GHz.