چه چیزی روی سرعت کلاک پردازنده تأثیر می گذارد؟ هر چه مگاهرتز بیشتر باشد، کامپیوتر بهتر است

همانطور که می دانید فرکانس ساعت پردازنده تعداد عملیات انجام شده در واحد زمان و در این مورد در هر ثانیه است.

اما این تعریف برای درک کامل اینکه این مفهوم واقعاً چه معنایی دارد و برای ما کاربران عادی چه معنایی دارد کافی نیست.

در اینترنت می توانید مقالات زیادی در این مورد پیدا کنید، اما در همه آنها چیزی کم است.

بیشتر اوقات، این "چیزی" همان کلیدی است که می تواند دری را برای درک باز کند.

بنابراین سعی کردیم تمام اطلاعات اولیه را که انگار معما هستند جمع آوری کنیم و یک تصویر منسجم واحد از آنها بسازیم.

محتوا:

تعریف تفصیلی

بنابراین، سرعت ساعت تعداد عملیاتی است که پردازنده می تواند در هر ثانیه انجام دهد. این مقدار بر حسب هرتز اندازه گیری می شود.

این واحد اندازه گیری به افتخار دانشمند معروفی که آزمایش هایی را با هدف مطالعه فرآیندهای دوره ای، یعنی فرآیندهای تکراری انجام داد، نامگذاری شده است.

و هرتز چه ربطی به عملیات در ثانیه دارد؟

این سوال هنگام خواندن بیشتر مقالات در افرادی که فیزیک را در مدرسه خیلی خوب مطالعه نکرده اند (شاید بدون تقصیر خودشان) مطرح می شود.

واقعیت این است که این واحد فقط فرکانس، یعنی تعداد تکرارهای این فرآیندهای دوره ای در هر ثانیه را نشان می دهد.

این به شما امکان می دهد نه تنها تعداد عملیات، بلکه شاخص های مختلف دیگر را نیز اندازه گیری کنید. به عنوان مثال، اگر در هر ثانیه 3 تنفس انجام دهید، تعداد تنفس 3 هرتز است.

در مورد پردازنده ها، عملیات های مختلفی را می توان در اینجا انجام داد که به محاسبه پارامترهای خاص ختم می شود.

در واقع تعداد محاسبات همین پارامترها در ثانیه نامیده می شود.

به همین سادگی!

در عمل، مفهوم "هرتز" بسیار به ندرت استفاده می شود، اغلب ما در مورد مگا هرتز، کیلو هرتز و غیره می شنویم. جدول 1 "رمزگشایی" این مقادیر را نشان می دهد.

جدول 1. نمادها

اولی و دومی اکنون به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند.

یعنی اگر بشنوید که 4 گیگاهرتز دارد، در هر ثانیه می تواند 4 میلیارد عملیات انجام دهد.

به هیچ وجه! امروز این میانگین است. مطمئناً خیلی زود در مورد مدل هایی با فرکانس تراهرتز یا حتی بیشتر خواهیم شنید.

چگونه تشکیل می شود

بنابراین در آن دستگاه های زیر را داشته باشید:

• تشدید کننده ساعت- یک کریستال کوارتز معمولی است که در یک ظرف محافظ ویژه محصور شده است.
• مولد ساعت- دستگاهی که یک نوع ارتعاش را به انواع دیگر تبدیل می کند.
• پوشش فلزی;
• گذرگاه داده;
• بستر پارچه ایکه تمام دستگاه های دیگر به آن متصل هستند.

بنابراین، یک کریستال کوارتز، یعنی یک تشدید کننده ساعت، در نتیجه اعمال ولتاژ نوسان می کند. در نتیجه نوسانات جریان الکتریکی شکل می گیرد.

یک ژنراتور ساعت به زیرلایه متصل است که نوسانات الکتریکی را به پالس تبدیل می کند.

آنها به گذرگاه های داده منتقل می شوند و بنابراین نتیجه محاسبات به دست کاربر می رسد.

این دقیقاً چگونه فرکانس ساعت به دست می آید.

جالب است که تعداد زیادی تصورات غلط در مورد این مفهوم، به ویژه در مورد رابطه بین هسته و فرکانس وجود دارد. بنابراین، این نیز ارزش صحبت کردن را دارد.

نحوه ارتباط فرکانس با هسته

هسته در واقع پردازنده است. منظور از این همان کریستالی است که کل دستگاه را وادار می کند تا عملیات خاصی را انجام دهد.

یعنی اگر در یک مدل خاص دو هسته وجود داشته باشد، به این معنی است که دارای دو کریستال است که با استفاده از یک گذرگاه مخصوص به هم متصل می شوند.

بر اساس یک تصور غلط رایج، هرچه تعداد هسته‌ها بیشتر باشد، فرکانس بالاتر است. بیهوده نیست که اکنون توسعه دهندگان سعی می کنند هسته های بیشتری را در آنها قرار دهند. اما اینطور نیست. اگر 1 گیگاهرتز باشد، حتی اگر 10 هسته داشته باشد، 1 گیگاهرتز می ماند و 10 گیگاهرتز نمی شود.

عملکرد هر کامپیوتر دیجیتالی به فرکانس ساعت بستگی دارد که تشدید کننده کوارتز را تعیین می کند. این یک ظرف قلع است که یک کریستال کوارتز در آن قرار داده شده است. تحت تأثیر یک ولتاژ الکتریکی، نوسانات جریان الکتریکی در کریستال رخ می دهد. همین فرکانس نوسان، فرکانس ساعت نامیده می شود. تمام تغییرات در سیگنال های منطقی در هر تراشه کامپیوتری در فواصل زمانی مشخصی رخ می دهد که به آن چرخه می گویند. از این نتیجه می‌گیریم که کوچک‌ترین واحد زمان برای اکثر دستگاه‌های منطقی رایانه، یک چرخه ساعت یا به عبارت دیگر، یک دوره فرکانس ساعت است. به بیان ساده، هر عملیات حداقل به یک چرخه نیاز دارد (اگرچه برخی از دستگاه های مدرن قادر به انجام چندین عملیات در یک چرخه هستند). فرکانس ساعت، همانطور که برای رایانه های شخصی اعمال می شود، با مگاهرتز اندازه گیری می شود، که در آن هرتز به ترتیب یک نوسان در ثانیه است، 1 مگاهرتز یک میلیون نوسان در ثانیه است. از نظر تئوری، اگر گذرگاه سیستم کامپیوتر شما در فرکانس 100 مگاهرتز کار کند، می تواند تا 100،000،000 عملیات در ثانیه انجام دهد. به هر حال، اصلاً لازم نیست که هر جزء از سیستم باید با هر چرخه ساعت کاری انجام دهد. به اصطلاح چرخه های بیکار (حلقه های انتظار) وجود دارد که دستگاه در حال انتظار برای پاسخ از دستگاه دیگری است. بنابراین، به عنوان مثال، کار رم و یک پردازنده (CPU) سازماندهی شده است که فرکانس کلاک آن بسیار بیشتر از فرکانس ساعت RAM است.

عمق بیت

اتوبوس از چندین کانال برای انتقال سیگنال های الکتریکی تشکیل شده است. اگر بگویند اتوبوس سی و دو بیتی است، به این معنی است که می تواند سیگنال های الکتریکی را از طریق سی و دو کانال به طور همزمان ارسال کند. در اینجا یک ویژگی وجود دارد. واقعیت این است که یک اتوبوس با هر عمق بیتی اعلام شده (8، 16، 32، 64) در واقع کانال های بیشتری دارد. یعنی اگر از همان گذرگاه سی و دو بیتی استفاده کنیم، 32 کانال برای انتقال داده های واقعی و کانال های اضافی برای انتقال اطلاعات خاص در نظر گرفته شده است.

نرخ انتقال

نام این پارامتر برای خود صحبت می کند. با فرمول محاسبه می شود:

فرکانس ساعت * عرض بیت = نرخ باد

بیایید نرخ انتقال داده را برای یک گذرگاه سیستم 64 بیتی که با فرکانس ساعت 100 مگاهرتز کار می کند محاسبه کنیم.

100 * 64 = 6400 Mbps6400 / 8 = 800 Mbps

اما عدد به دست آمده واقعی نیست. در زندگی، لاستیک ها تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می گیرند: هدایت ناکارآمد مواد، تداخل، نقص های طراحی و مونتاژ و موارد دیگر. بر اساس برخی گزارش ها، تفاوت بین نرخ انتقال داده های نظری و عملی می تواند تا 25٪ باشد.

عملکرد هر اتوبوس توسط کنترلرهایی که مخصوص طراحی شده اند نظارت می شود. آنها بخشی از مجموعه منطق سیستم هستند ( چیپست).

اتوبوس ایسا

گذرگاه سیستم ISA (معماری استاندارد صنعتی) از زمان پردازنده i80286 استفاده شده است. شکاف توسعه شامل یک 64 پین اصلی و یک کانکتور 36 پین اضافی است. گذرگاه 16 بیتی است، دارای 24 خط آدرس است، دسترسی مستقیم به 16 مگابایت رم را فراهم می کند. تعداد وقفه های سخت افزاری - 16 کانال DMA - 7. امکان همگام سازی عملکرد باس و پردازنده با فرکانس های ساعت مختلف وجود دارد. فرکانس ساعت - 8 مگاهرتز. حداکثر سرعت انتقال اطلاعات 16 مگابایت بر ثانیه است.

PCI. (گذرگاه اتصال اجزای جانبی)

در ژوئن 1992، یک استاندارد جدید در صحنه ظاهر شد - PCI، که والدین آن اینتل بود، یا بهتر است بگوییم گروه علاقه ویژه سازماندهی شده توسط آن. در آغاز سال 1993، یک نسخه مدرن از PCI ظاهر شد. در واقع این اتوبوس محلی نیست. یادآوری کنم که گذرگاه محلی باسی است که مستقیماً به گذرگاه سیستم متصل است. از طرف دیگر PCI از پل میزبان (پل اصلی) برای اتصال به آن و همچنین از پل همتا به همتا (پل همتا به همتا) استفاده می کند که برای اتصال دو گذرگاه PCI طراحی شده است. از جمله، PCI خود پلی بین ISA و گذرگاه پردازنده است.

سرعت کلاک PCI می تواند 33 مگاهرتز یا 66 مگاهرتز باشد. عمق بیت - 32 یا 64. سرعت انتقال داده - 132 مگابایت بر ثانیه یا 264 مگابایت بر ثانیه.

استاندارد PCI بسته به منبع تغذیه، سه نوع برد را ارائه می دهد:

1. 5 ولت - برای کامپیوترهای رومیزی

2. 3.3 ولت - برای لپ تاپ

3. بردهای یونیورسال که می توانند در هر دو نوع کامپیوتر کار کنند.

مزیت بزرگ گذرگاه PCI این است که با مشخصات Plug and Play مطابقت دارد. علاوه بر این، در گذرگاه PCI، هرگونه سیگنال دهی به صورت بسته ای رخ می دهد که در آن هر بسته به فاز تقسیم می شود. یک بسته با یک فاز آدرس شروع می شود که معمولاً با یک یا چند فاز داده دنبال می شود. تعداد فازهای داده در یک بسته می‌تواند نامشخص باشد، اما توسط یک تایمر محدود می‌شود که حداکثر زمانی را که دستگاه می‌تواند توسط گذرگاه استفاده کند، تعیین می‌کند. هر دستگاه متصل دارای چنین تایمر است و مقدار آن را می توان در طول پیکربندی تنظیم کرد. یک داور برای سازماندهی کار انتقال داده استفاده می شود. واقعیت این است که می تواند دو نوع دستگاه در اتوبوس وجود داشته باشد - اصلی (آغاز کننده، استاد، استاد) اتوبوس و برده. Master کنترل اتوبوس را در دست می گیرد و انتقال داده ها را به مقصد، یعنی Slave آغاز می کند. هر دستگاهی که به گذرگاه متصل است می‌تواند یک Master یا Slave باشد و این سلسله مراتب به طور مداوم بسته به اینکه کدام دستگاه و به چه کسی اجازه انتقال داده‌ها را از داور اتوبوس درخواست کرده است، تغییر می‌کند. چیپست یا بهتر بگوییم پل شمالی، وظیفه عملکرد بدون درگیری گذرگاه PCI را بر عهده دارد. اما در PCI زندگی مسیر خود را متوقف نکرد. بهبود مداوم کارت های ویدئویی منجر به این واقعیت شد که پارامترهای فیزیکی گذرگاه PCI کافی نبود که منجر به ظهور AGP شد.

از نظر تاریخی، فرکانس ساعت پردازنده نشانگر اصلی عملکرد رایانه است و زمانی حتی یک فرد بی سواد که نمی دانست یک دیسک نوری با فلاپی دیسک چه تفاوتی دارد، می توانست با اطمینان بگوید که هر چه گیگاهرتز در دستگاه بیشتر باشد، بهتر است و هیچ کس با او بحث نمی کرد. امروزه، در اواسط عصر کامپیوتر، این نوع مد گذشته است و توسعه دهندگان سعی می کنند به سمت ایجاد معماری پیشرفته تر، افزایش میزان حافظه کش و تعداد هسته های پردازنده حرکت کنند، اما سرعت ساعت "ملکه" است. "از خصوصیات در یک مفهوم کلی، این تعداد عملیات (چرخه) ابتدایی است که پردازنده می تواند در هر ثانیه زمان انجام دهد.

از این نتیجه می شود که هرچه فرکانس ساعت پردازنده بالاتر باشد، رایانه قادر به انجام عملیات ابتدایی بیشتری است و در نتیجه سریعتر کار می کند.

فرکانس کلاک پردازنده های پیشرفته بین دو تا چهار گیگاهرتز است. با ضرب فرکانس گذرگاه پردازنده در یک عامل مشخص مشخص می شود. به عنوان مثال، Core i7 از یک ضریب x20 استفاده می کند و دارای فرکانس باس 133 مگاهرتز است که در نتیجه سرعت کلاک پردازنده 2660 مگاهرتز است.

مدرن و اصلی

علیرغم این واقعیت که "چند هسته ای" در گذشته تازگی داشت، امروزه عملاً هیچ پردازنده تک هسته ای در بازار باقی نمانده است. و هیچ چیز تعجب آور در این وجود ندارد، زیرا صنعت کامپیوتر ثابت نمی ماند.

بنابراین، نحوه محاسبه سرعت کلاک برای پردازنده‌هایی با دو یا چند هسته باید روشن باشد.

شایان ذکر است که یک تصور غلط رایج در مورد محاسبه فرکانس برای چنین پردازنده هایی وجود دارد. به عنوان مثال: "یک پردازنده دو هسته ای با سرعت کلاک 1.8 گیگاهرتز وجود دارد، بنابراین، فرکانس کل آن 2 x 1.8 GHz = 3.6 GHz خواهد بود، درست است؟". نه، اشتباه است. متأسفانه تعداد هسته ها به هیچ وجه روی سرعت کلاک نهایی تأثیر نمی گذارد، اگر پردازنده شما با سرعت 3 گیگاهرتز کار می کرد اینطور کار می کند اما با تعداد هسته های بیشتر منابع آن افزایش می یابد و این به نوبه خود عملکرد را بسیار افزایش خواهد داد.

فراموش نکنید که مقدار حافظه کش برای یک پردازنده مدرن بسیار مهم است. این سریعترین حافظه کامپیوتری است که اطلاعات کاری در آن کپی می شود، که نیاز به دسترسی سریعتر در زمان معین دارد.

از آنجایی که ساخت آن بسیار گران و زمان بر است، مقادیر آن نسبتاً کم است، اما این ارقام برای افزایش عملکرد کل سیستم بدون تغییر پارامترهایی مانند سرعت ساعت کافی است.

حداکثر سرعت کلاک CPU و اورکلاک

مهم نیست کامپیوتر شما چقدر خوب باشد، در نهایت منسوخ خواهد شد. اما برای حمل آن به سطل زباله عجله نکنید و با یک کیف پول باز به نزدیکترین فروشگاه لوازم الکترونیکی بدوید. اکثر پردازنده ها و کارت های ویدئویی مدرن اورکلاک اضافی (علاوه بر کارخانه) را ارائه می دهند و با یک سیستم خنک کننده خوب می توانید سطح فرکانس اسمی را 200-300 گیگاهرتز افزایش دهید. برای افراد افراطی و دوستداران تعداد زیاد، "اورکلاک" نیز وجود دارد که خواستار فشار دادن حداکثری از فناوری است. بسیاری از افرادی که چنین کار خطرناکی را انجام می دهند می توانند به راحتی یک پردازنده تک هسته ای را به 6-7 گیگاهرتز اورکلاک کنند و برخی حتی رکوردهای 8.2 گیگاهرتز را ثبت می کنند.

بیانیه:

هرچه فرکانس کلاک پردازنده بیشتر باشد، عملکرد آن بالاتر است.

سرعت پردازنده ها همیشه بر اساس ویژگی اصلی و قابل درک آنها - فرکانس ساعت - مقایسه شده است. مد برای این کار در سال 1984 توسط بازاریابان رایانه های شخصی IBM معرفی شد، آنها ادعا کردند که پردازنده 8088 اینتل در رایانه آنها تقریباً پنج برابر سریعتر از MOS Technology 6502 است.
از Apple II - به این معنی که تقریباً پنج برابر سریعتر است. اینتل و مایکروسافت در دهه 90 از همان منطق پیروی می کردند و ادعا می کردند که پنتیوم از PowerPC رایانه های اپل کارآمدتر است فقط به این دلیل که سرعت ساعت بالاتری دارد. پس از ورود AMD به رقابت در اواخر دهه 90، این شرکت مجبور شد یک علامت ویژه را معرفی کند که پردازنده های خود را با پردازنده های اینتل مقایسه می کند. اکثر مصرف کنندگان متقاعد شده بودند که سرعت ساعت ویژگی اصلی است و اینتل که روی رشد آن شرط بندی کرده بود، فقط از آنها در این باور حمایت کرد.

جان اسپونر

روزنامه نگار

«پس از عرضه پردازنده‌های Pentium III که تا 667 مگاهرتز کار می‌کنند، AMD ممکن است رهبری خود را از دست بدهد. نمایندگی
پردازنده های Athlon در این ماه کار می کنند
با حداکثر فرکانس 650 مگاهرتز. اما پیشروی اینتل مدت زیادی دوام نخواهد آورد. به گفته نمایندگان AMD، آنها تا پایان سال یک پردازنده با فرکانس 700 مگاهرتز عرضه خواهند کرد.

چرا نیست:

زمان لازم برای تکمیل عملیات مهمتر از سرعت ساعت است.

فرکانس ساعت فقط برای مقایسه صحیح است
برای پردازنده هایی با محدوده مدل مشابه با معماری یکسان. اگرچه فرکانس Intel 8088 تقریباً پنج برابر بیشتر از MOS Technology 6502 بود، در واقع، همین عملیات می‌تواند چرخه‌های بیشتری را از Intel 8088 بگیرد که به همین دلیل مزیت فرکانس کاهش یافت. همینطور بود
در آینده: ابتدا اپل و سپس AMD سعی کردند "افسانه مگاهرتز" را افشا کنند. در سال 2006، سرانجام اینتل به آنها ملحق شد و محدودیت سرعت ساعت را در معماری که در آن زمان در پردازنده‌های دسکتاپ استفاده می‌کرد، رساند و پارادایم را تغییر داد.

امروزه تعداد عملیاتی که پردازنده انجام می دهد
در هر چرخه، بیش از همیشه مهمتر از فرکانس ساعت است. مورد
که هر چه فرکانس بیشتر باشد، اتلاف حرارت بیشتر است،
و بنابراین سازندگان پردازنده های موبایل تمرکز می کنند
برای بهینه سازی، نه اعداد خشک. اسطوره اما هیچ جا
ناپدید نشد و حتی تکامل یافت: به عنوان مثال، بسیاری معتقد بودند که سرعت پردازنده متناسب با تعداد هسته های موجود در آن است. و اگر شما شخص عادی را دو پردازنده با سرعت کلاک متفاوت صدا کنید، او همچنان
با اینرسی، آن را با مگاهرتز بیشتر انتخاب می کند.

هر کاربر فناوری رایانه اغلب این سؤال را می پرسد، به خصوص هنگام تصمیم گیری برای خرید تجهیزات جدید. اما برای پاسخ به این سوال - فرکانس ساعت پردازنده، چه تاثیری دارد، ابتدا باید بفهمید که چیست؟

تاثیر نرخ ساعت CPU بر عملکرد؟

این نشانگر تعداد محاسبات انجام شده توسط پردازنده در یک ثانیه را نشان می دهد. و البته، هر چه فرکانس بالاتر باشد، پردازنده در واحد زمان عملیات بیشتری می تواند انجام دهد. برای دستگاه های مدرن، این رقم در محدوده 1 تا 4 گیگاهرتز است. با ضرب فرکانس پایه یا خارجی در یک عامل مشخص مشخص می شود. شما می توانید فرکانس پردازنده را با "اورکلاک" آن افزایش دهید. رهبران جهان در تولید این دستگاه ها، برخی از محصولات خود را بر روی اورکلاک احتمالی آنها متمرکز می کنند.

هنگام انتخاب چنین دستگاهی، یک شاخص عملکرد مهم تنها فرکانس آن نیست. این نیز تحت تأثیر سرعت پردازنده است.
در حال حاضر، عملاً چنین دستگاهی وجود ندارد که فقط یک هسته داشته باشد. پردازنده های چند هسته ای پیشینیان تک هسته ای خود را به طور کامل از بازار حذف کرده اند.

درباره هسته ای و سرعت ساعت

بیایید با این واقعیت شروع کنیم که این جمله که پردازنده دارای فرکانس برابر با مجموع کل این شاخص هر یک از هسته ها است، درست نیست. اما چرا یک پردازنده چند هسته ای بهتر و کارآمدتر است؟ زیرا هر یک از هسته‌ها در صورت اجازه، بخشی از کل کار خود را تولید می‌کنند که برنامه را توسط پردازنده پردازش می‌کند. بنابراین، هسته مرکزی به طور قابل توجهی عملکرد سیستم را افزایش می دهد، اگر اطلاعات در حال پردازش را بتوان به بخش هایی تقسیم کرد. اما اگر این امکان پذیر نباشد، تنها یک هسته پردازنده کار می کند. در عین حال عملکرد کلی آن برابر با فرکانس کلاک این هسته است.

به طور کلی، اگر باید با گرافیک، تصاویر ثابت، ویدئو، موسیقی کار کنید، یک پردازنده چند هسته ای همان چیزی است که نیاز دارید. اما اگر گیمر هستید، در این صورت بهتر است از یک پردازنده نه چندان چند هسته ای استفاده کنید، زیرا ممکن است برنامه نویسان تقسیم فرآیندهای نرم افزاری را به قطعات فراهم نکنند. بنابراین، برای بازی ها، پردازنده قوی تر مناسب تر است.

درباره معماری پردازنده

علاوه بر این، عملکرد سیستم به معماری پردازنده نیز بستگی دارد. طبیعتاً هر چه مسیر سیگنال از مبدا تا مقصد کوتاهتر باشد، پردازش اطلاعات سریعتر است. به همین دلیل، پردازنده های اینتل عملکرد بهتری نسبت به پردازنده های AMD در همان سرعت کلاک دارند.
نتایج

بنابراین، فرکانس ساعت پردازنده قدرت یا قدرت آن است. بر عملکرد سیستم تاثیر می گذارد. اما در عین حال نباید فراموش کرد که این پارامتر علاوه بر قدرت، به تعداد هسته ها و معماری این دستگاه بستگی دارد. آیا انتخاب یک پردازنده با در نظر گرفتن مواردی که در آینده باید با آن کار کند ضروری است؟ برای بازی ها بهتر است پردازنده قوی تری بگیرید، برای هر چیز دیگری یک پردازنده چند هسته ای با سرعت کلاک نه چندان بالا مناسب است.