Частота процессора определяется. Что такое тактовая частота процессора и на что она влияет

04. 07.2018

Блог Дмитрия Вассиярова.

Тактовая частота и производительность — одно и тоже?

Приветствую всех читателей, и 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 (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, 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, и буду готовить новую статью, с целью порадовать вас новыми интересными сведениями из жизни компьютерного железа.

Многие владельцы компьютеров с современными процессорами замечают, что тактовая частота их процессора изменяется со временем. Иногда частота скачет до максимального значения, характерного для данной модели (например, до 3000 МГц), а иногда опускается до 1500 или даже 800 МГц. Наблюдая за подобными скачками, пользователи задаются вопросом, почему это происходит и как зафиксировать тактовую частоту на максимальном значении.

Если вы наблюдаете скачки тактовой частоты процессора во время простоя компьютера, то это вполне нормальное явление. Это работает механизм энергосбережения. В отсутствие нагрузки система понижает множитель процессора, что приводит к снижению тактовой частоты процессора. Обычно тактовая частота снижается до 1500 или 800 МГц, после чего компьютер работает на такой частоте до тех пор, пока на процессор не появится заметная нагрузка. С появлением нагрузки тактовая частота обратно прыгает до своих штатных значений.

Внизу показаны скриншоты из программы CPU-Z. Там видно, как частота процессора Intel Core i5 2310 скачет между значениями 1600 МГц и 3100 МГц.

Также в программе CPU-Z можно наблюдать как меняется множитель процессора.

Снижение тактовой частоты позволяет снизить потребление энергии процессором, что в свою очередь заметно снижает общее потребление энергии компьютером, ведь процессор является одним из самых прожорливых компонентов современного компьютера.

Кроме непосредственно экономии электроэнергии, такое поведение системы позволяет снизить температуру процессора, что в свою очередь позволяет снизить обороты вентиляторов и уменьшить уровень шума, который производится компьютером.

При желании, пользователь может зафиксировать тактовую частоту процессора на максимальном значении. Для этого нужно отредактировать используемую в операционной системе схему электропитания. Например, в Windows для этого нужно зайти в «Панель управления\Оборудование и звук\Электропитание» и кликнуть по ссылке «Настройка схемы электропитания», которая находится напротив активной схемы.

Таким образом вы попадете в дополнительные настройки схемы электропитания. Здесь нужно открыть раздел «Управление питанием процессора» и в поле «Минимальное состояние процессора» указать значение в 100 процентов.

После применения настроек процессор начнет работать на своей максимальной тактовой частоте.

Скачки тактовой частоты процессора под нагрузкой

Под нагрузкой тактовая частота также может меняться. В этом случае, это результат работы технологии Turbo Boost. Данная технология предназначена для автоматического разгона процессора до частот выше штатных. Активность такого авто-разгона зависит от нагрузки на процессор. При однопоточной нагрузке Turbo Boost тактовые частоты поднимаются заметно выше, чем при многопоточной, это может приводить к небольшим скачкам тактовой частоты процессора. Например, для процессора Core i5-2500 под нагрузкой Turbo Boost может изменять тактовую частоту в пределах от 3700 МГц (при нагрузке на одно ядро), до 3400 МГц (при нагрузке на все 4 ядра).

Если же вы наблюдаете значительные скачки частоты процессора под нагрузкой, например, скачки на 1000 МГц или больше, то это может быть признаком неисправности компьютера. В этом случае стоит проверить . При перегреве процессора может начаться так называемый «троттлинг». Это снижение тактовой частоты с целью снижения температуры процессора.

Нужно отметить, что троттлинг процессора может появляться не только в результате перегрева самого процессора, но и при перегреве его цепей питания. Такое может случится, например, при разгоне процессора на бюджетной материнской плате.

Сравнение тактовых частот процессоров компании Intel

Тактовый сигнал или синхросигнал - сигнал, использующийся для согласования операций одной или более цифровых схем .

Синхросигнал обычно имеет форму меандра и колеблется между высоким и низким логическими уровнями.

Активным уровнем тактового сигнала принято называть момент переключения из одного состояния в другое. Активным уровнем является высокий уровень, если схема переключается в момент, задаваемый фронтом синхросигнала, то есть когда синхросигнал переключается из нижнего уровня в верхний. Если переключение происходит по срезу синхросигнала, то активный уровень - низкий.

Тактовая частота процессора определяет минимальный квант времени, за который процессор выполняет некоторую условную элементарную операцию. Тактовые частоты измеряются в мегагерцах и определяют количественные характеристики производительности компьютерных систем в целом. Чем больше (выше) тактовая частота, тем быстрее работает центральный процессор.

Каждый микропроцессор имеет определенное число элементов памяти, называемых регистрами, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления.

Регистры используются для временного хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессора. В АЛУ производится арифметическая н логическая обработка данных.

Устройство управления вырабатывает необходимые управляющие сигналы для внутренней работы микропроцессора и связи его с другой аппаратурой через внешние шины микропроцессора.

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.

В процессорной технике

Такт процессора или такт ядра процессора - промежуток между двумя импульсами тактового генератора, который синхронизирует выполнение всех операций процессора .

Выполнение различных элементарных операций может занимать от долей такта до многих тактов в зависимости от команды и процессора. Общая тенденция заключается в уменьшении количества тактов, затрачиваемых на выполнение элементарных операций.

Конфигурация таковой в частоты в многоядерных процессорах

Процесс подсчета таковой частоты многядерного процессора, как определяющий фактор производительности CPU, иной, в отличии от подсчета производительности одноядерного процессора. На примере 4-х ядерного процессора, можно увидеть каждое ядро работает с тактовой частотой 3ГГц. То есть каждое ядро может выполнить равное количество вычислений в единицу времени при условии, что все ядра будут загружены процессом вычисления. За загрузку ядер «работой» отвечает приложение, которое запущено на компьютере пользователя (будь то игра, или архиватор). Нельзя сказать, что 4-х ядерный процессор с частотой 3ГГц будет иметь производительность на уровне одноядерного с частотой 12ГГц. Это совсем не так. Суть производительности многоядерных процессоров сводится к тому, что вычислительный процесс должен быть разбит на параллельные потоки, которые могут быть выполнены в одно и то же время различными ядрами процессора. У Intel параллельные потоки или многопоточность называется Hyper-Threading.

Максимальная частота процессора

Компания AMD с гордостью объявила, что 31 августа 2011 года команде специалистов под названием «Team AMD FX» удалось установить новый мировой рекорд Гиннеса, достигнув наивысшей тактовой частоты среди компьютерных процессоров. Новый рекорд составляет 8,429 ГГц, что на 121 МГц превышает предыдущее достижение (8,308 ГГц). Для его достижения команда «Team AMD FX» использовала новый восьмиядерный процессор AMD FX-8150, охлаждение которого осуществлялось с помощью жидкого гелия. Это достижение позволило компании AMD продемонстрировать высокий оптимизационный потенциал новых процессоров, официальный релиз которых запланирован на четвертый квартал текущего года.

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Тактовая частота.
Рубрика (тематическая категория)	Компьютеры

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.