Тактовая частота процессора. Что такое тактовая частота процессора (CPU)

Процессор является пожалуй наиболее важной комплектующей частью компьютера, ведь именно он выполняет обработку данных. К одной из наиболее важных характеристик является тактовая частота процессора , которая указывает на количество выполняемых операций за одну секунду. Однако подобное определение для этого параметра довольно скудное, чтобы понять на самом деле его важность, поэтому постараемся более подробно разобраться в этом вопросе.

Научное определение тактовой частоты звучит следующим образом: это количество операций, которые могут обрабатываться в течение одной секунды и измеряется в Герцах. Но почему, скажут многие, за основу была принята именно эта единица измерения? В физике эта величина отображает количество колебаний за определенный промежуток времени, здесь же по сути все идентично, только вместо колебаний рассчитывается количество операций, то есть повторяющаяся величина за определенный интервал времени.

Если говорить конкретно о процессорах, то в нем производятся не идентичные операции, здесь рассчитываются всевозможные параметры. Ну а соответственно их суммарное количество и является тактовой частотой.

Сейчас технические возможности процессора находятся на высочайшем уровне, поэтому величина Герц не используется, а здесь более приемлемо использовать мегагерцы или гигагерцы. Этот шаг предпринят потому, чтобы не дописывать огромное количество нулей, тем самым упрощая восприятие человеком величины (см. таблицу).

Каким образом рассчитывается тактовая частота?

Для того, чтобы это понять, необходимо хоть чуть-чуть разбираться в физике, однако постараемся раскрыть тему «человеческим» языком, чтобы этот вопрос был понятен любому пользователю. Для понимания этого сложного вычислительного процесса, необходимо привести список комплектующих процессора, которые так или иначе влияют на этот параметр:

• тактовый резонатор – изготовлен из кристалла кварца, который размещается в специальной защитной оболочке;
• тактовый генератор – деталь, которая совершает преобразование колебаний в импульсы;
• шина данных.

Вследствие подачи напряжения на тактовый резонатор, он образует колебания электрического тока.

Далее эти колебания передаются на тактовый генератор, который преобразовывает их в импульсы. Посредством шины данных, производится их передача, а результат вычислений уже подается непосредственно пользователю.

По такой методике и выполняется расчет тактовой частоты. И хоть все вроде бы предельно понятно, множество людей неправильно воспринимают эти вычисления, а соответственно и интерпретация ошибочна. Прежде всего это связано с тем, если процессор имеет не одно ядро, а несколько.

Каким образом тактовая частота связана с ядрами?

По сути, многоядерный процессор ничем не отличается от одноядерного, кроме того, что в нем содержится не один тактовый резонатор, а два и более. Для совместной работы они соединяются дополнительной шиной данных.

И именно здесь происходит заблуждение людей: тактовая частота нескольких ядер не суммируется. Просто при обработке данных производится перераспределение нагрузки на каждое из ядер, но это совершенно не обозначает, что это будет выполняться строго пропорционально, да и скорость обработки от этого не увеличивается. Для примера, существуют некоторые игры, в которых разработчики вовсе не допускают возможность перераспределения нагрузки по ядрам и игрушка работает лишь на одном.

Для примера рассмотрим случай с четырьмя пешеходами. Они идут максимально возможным шагом, рядом друг с другом и кто-то из них несет тяжелую ношу. Если он начинает уставать, другой может взять эту поклажу, чтобы не терять скорость, но при этом они не станут в целом идти быстрее и раньше достичь конечной точки, ведь все и так передвигаются на пределе своих возможностей.

Кстати говоря, при , количество ядер конечно же играет роль. Да и производители стали устанавливать все большее их количество, но при этом следует помнить, что шина данных может банально не справляться и производительность может не то, что увеличиться, а и значительно уступать процессорам с меньшим количеством ядер. Например, в данный момент компания Intel выпускает процессоры I7, в которых может быть размещено всего два ядра, при этом он будет обрабатывать данные гораздо быстрее, чем даже восьми ядерными (как правило данная компания и не выпускала моделей с таким количеством ядер, процессоры AMD действительно бывают и десяти ядерными). Разработчики просто делают упор не только на увеличении тактовой частоты, но и на архитектуре процессора в целом. Это может касаться, как увеличения шины данных между тактовыми резонаторами, так и других аспектов.

Тактовой частотой называют параметр, который измеряется в гигагерцах. Более высокая таковая частота позволяет быстрее обрабатывать данные. Это один из важнейших параметров, на который следует обращать внимание, выбирая процессор.

Не менее важно и число ядер, дело в том, что тактовую частоту на данном этапе развития больше увеличить нельзя, это побудило производить продолжить развитие в направлении параллельных вычислений, выражающемся в увеличении количества ядер. Число ядер информирует о том, какое количество программ можно запустить одновременно, не теряя быстродействие. Однако стоит учитывать, что в случае оптимизации программы под два ядра, то даже при их большем количестве, компьютер не сможет их полноценно использовать.

Кэш и частота шины процессоров

Частота шины демонстрирует скорость передачи входящей и исходящей из процессора информации. Чем больше этот показатель, тем обмен информацией происходит быстрее, в качестве единиц измерения здесь выступают гигагерцы. Большую значимость имеет кэш процессора, представляющий собой высокоскоростной блок памяти. Он располагается непосредственно на ядре и служит для повышения производительности, так как в нём данные обрабатываются со значительно большей скоростью, чем в случае с оперативной памятью. Есть три уровня кэш памяти:

L1 – первый уровень самый незначительный по объёму, но наиболее быстрый, его размер варьируется в пределах 8 – 128 Кб.

L2 – второй уровень, намного медленнее первого, но превышает его по объёму, здесь размер варьируется в пределах 128 – 12288 Кб.

L3 – третий уровень, проигрывает в скорости первым двум уровням, но самый объёмный, к слову он и вовсе может отсутствовать, так как предусмотрен для специальных редакций процессоров или серверных решений. Его размер достигает 16384 Кб, он может присутствовать в таких процессорах, как Xeon MP, Pentium 4 Extreme Edition или Itanium 2.

Сокет и тепловыделение

Менее значимыми, но от того не теряющими актуальность при выборе процессора являются такие характеристики как сокет и тепловыделение. Сокетом называют разъём, куда устанавливается процессор в материнской плате. По показателям тепловыделения можно определить степень нагревания процессора в ходе работы. Данный показатель измеряют в ватах, и он варьируется в пределах 10 – 165Вт.

Средняя стоимость процессоров на московском рынке Intel Core 2 Duo 5000 р., а AMD Athlon X2 Dual-Core 3000 р., согласно http://price.ru

Табл. 3 Сравнение процессоров

Для работы с графикой важна частота шины и процессора, следовательно, в соответствии с минимальными аппаратными требованиями при выборе между двумя предложенными CPU, опираясь на приведенные выше ключевые характеристики, а также на ценовые качества, я отдаю предпочтение CPU AMD ATHLON II X2 http://www.nix.ru .

Что такое тактовая частота процессора? На что влияет эта характеристика и какими способами ее можно увеличить? Что такое максимальная тактовая частота процессора? Эти вопросы мы разберем в ходе данной статьи.

Понятие о тактовой частоте

Тактовая частота процессора - это один из наиболее важных параметров, характеризующих персональный компьютер, а также все другие устройства, построенные по его принципу. То есть свою тактовую частоту процессора имеют не только персональные компьютеры, но и ноутбуки, нетбуки, ультрабуки, планшетные компьютеры и смартфоны.

Тактовая частота процессора - это параметр, применяемый к отдельным устройствам, которые составляют компьютерную систему. Говоря конкретнее, речь идет о процессоре. На самом деле от тактовой частоты процессора зависит многое, но это не единственная деталь, которая оказывает влияние на работу системы.

Итак, чтобы разобраться с вопросом о тактовой частоте, сначала немного углубимся в словообразование. Что такое “такт” и какое отношение это слово имеет к нашему случаю? Такт есть не что иное, как промежуток времени, имеющий место между повтором двух импульсов. Эти импульсы, в свою очередь, создаются устройством под названием “генератор тактовых частот”. По сути дела, это микросхема, которая отвечает за формирование тактовой частоты, используемой материнской платой и самим процессором. То есть тактовая частота процессора - это та частота, на которой работает устройство.

Принцип действия ГТЧ

Генератор тактовой частоты создает импульсы, которые впоследствии рассылаются по устройству. Они форсируют архитектуру компьютера, попутно создавая синхронизацию между отдельными элементами. То есть ГТЧ является своеобразным “командиром”, который соединяет в одну последовательность рабочие компьютерные звенья. Так вот, чем чаще генератор тактовой частоты будет создавать импульсы, тем лучшее быстродействие будет у компьютера/ноутбука/смартфона и так далее.

Логично предположить, что если генератор тактовой частоты будет отсутствовать, то синхронизации между элементами не будет. Следовательно, устройство не сможет работать. Давайте предположим, что все-таки каким-то образом нам удалось привести такое устройство к жизни. Ну и что дальше? Все части компьютера будут работать на своей частоте в разное время. И что в результате? А в результате быстродействие компьютера снижается в десятки, сотни, а то и в тысячи раз. Разве такое устройство кому-то нужно? Вот в чем и заключается роль генератора тактовой частоты.

В чем измеряется тактовая частота?

Тактовую частоту, согласно международным стандартам, принято измерять как в мегагерцах, так и в гигагерцах. Оба вида измерений верны, скорее, это просто вопрос внешнего вида приставки и количества символов. Обозначения для двух измерений, соответственно, следующие: “МГц” и “ГГц”. Напомним тем, кто забыл, и расскажем тем, кто не знал, о том, что 1 МГц численно равен миллиону тактов, совершаемых в течение одной секунды. А гигагерц - на 3 степени больше. То есть это тысяча мегагерц. Компьютерные технологии не стоят на месте, как и все другие. Они, можно сказать, динамично развиваются, поэтому можно озвучить предположение о том, что в ближайшем будущем может появиться процессор, тактовую частоту которого будут измерять не в мегагерцах и не в гигагерцах, а в терагерцах. Это еще на 3 степени больше.

На что влияет тактовая частота процессора?

Как известно, компьютер, начиная от простых счетов и заканчивая новейшими играми, выполняет некоторый набор операций. Который, кстати, может быть вполне внушительным. Так вот, эти операции совершаются за определенное количество тактов. Следовательно, чем большую тактовую частоту будет иметь процессор, тем быстрее он сможет справляться с задачами. А вместе с этим увеличивается производительность, ускоряются расчеты и загрузка данных в различных приложениях.

О максимальной тактовой частоте

Ни для кого не секрет, что перед выпуском модели процессора в серийное производство его прототип тестируют. Причем тестируют с достаточной нагрузкой, чтобы выявить слабые места и несколько доработать их.

Тестирование процессора проводится при разной тактовой частоте. При этом изменяются и другие условия, такие как давление и температура. Для чего проводятся тесты? Они организуются не только для выявления и устранения неисправностей и неполадок, но и для того, чтобы получить значение, называемой максимальной тактовой частотой. Она обычно указывается в документации устройства, а также в его маркировке. Максимальная тактовая частота есть не что иное, как обыкновенная тактовая частота, которую процессор будет иметь в стандартных условиях.

О возможности регулировки

Вообще современные компьютерные материнские платы позволяют пользователю изменять тактовую частоту. Разумеется, это делается в том или ином диапазоне. Сейчас технологии позволяют процессорам работать на разных частотах в зависимости от выбора. И это, надо сказать, немаловажно, поскольку такой процессор может синхронизировать свою частоту с частотой, которую имеет материнская плата, ведь сам процессор устанавливается именно на нее.

Об увеличении тактовой частоты

Конечно, максимального результата можно достичь, просто-напросто приобретя новый процессор, имеющий повышенную тактовую частоту. Однако это не всегда возможно в финансовом плане, а значит, вопрос о том, как увеличить тактовую частоту процессора без вложения дополнительных средств в это дело, остается открытым.

Говоря в двух словах, разгон процессора совершается не за счет сторонних программ. Это, как и в случае с разгоном видеокарты, откровенная чушь. На самом деле улучшить работу процессора можно, выставив соответствующие настройки в BIOS.

Заключение

Итак, что мы выяснили в ходе данной статьи? Во-первых, тактовая частота процессора - это та частота, на которой работает устройство. Во-вторых, в компьютерах используется генератор тактовой частоты, который создает определенную частоту, синхронизирующую работу отдельных элементов. В-третьих, максимальной частотой процессора называется та частота, на которой работает процессор в нормальных условиях. В-четвертых, разгон процессора, то есть увеличение его тактовой частоты, возможно при помощи изменения настроек в BIOS.

Тактовая частота процессоров Intel, как и процессоров других марок, зависит от модели.

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.

Как известно, тактовая частота процессора что это количество выполняемых операций таковым за единицу времени, в данном случае, за секунду.

Но этого определения недостаточно для того, чтобы полностью понять, что же на самом деле означает данное понятие и какое значение оно имеет для нас, рядовых пользователей.

В интернете можно найти множество статей по этому поводу, но во всех из них чего-то не хватает.

Чаще всего это «что-то» является тем самым ключиком, который может открыть дверь к пониманию.

Поэтому мы постарались собрать все основные сведения, будто это пазлы, и составить из них единую целостную картину.

Cодержание:

Детальное определение

Итак, тактовая частота – это количество операций, которые процессор может выполнять за секунду. Измеряется эта величина в Герцах.

Эта единица измерения названа в честь известного ученого, который проводил эксперименты, направленные на изучение периодических, то есть повторяющихся процессов.

А причем Герц к операциям за секунду?

Такой вопрос возникает при чтении большинства статей в у людей, которые не очень хорошо изучали физику в школе (может быть, не по своей вине).

Дело в том, что эта единица как раз и обозначает частоту, то есть количество повторений, этих самых периодических процессов за секунду.

Она позволяет измерять не только число операций, а и другие всевозможные показатели. К примеру, если вы делаете 3 входа в секунду, значит, частота дыхания составляет 3 Герца.

Что же касается процессоров, то здесь могут выполняться самые разные операции, которые сводятся к вычислению тех или иных параметров.

Собственно, количество вычислений этих самых параметров за секунду и называется .

Как все просто!

На практике понятие «Герц» используется крайне редко, чаще мы слышим о мегаГерцах, килоГерцах и так далее. В таблице 1 приведены «расшифровки» этих величин.

Таблица 1. Обозначения

Первое и последнее в настоящее время используется крайне редко.

То есть, если вы слышите, что в нем 4 ГГц, значит, он может выполнять 4 миллиарда операций каждую секунду.

Отнюдь! На сегодняшний день это средний показатель. Наверняка, очень скоро мы услышим о моделях с частотой в тераГерц или даже больше.

Как образовывается

Итак, в нем есть следующие устройства :

• тактовый резонатор – представляет собой обычный кристалл кварца, заключен в специальный защитный контейнер;
• тактовый генератор – устройство, которое преобразовывает один вид колебаний в другие;
• металлическая крышка ;
• шина данных ;
• текстолитовая подложка , к которой крепятся все остальные устройства.

Так вот, кристалл кварца, то есть тактовый резонатор образуют колебания вследствие подачи напряжения. В результате образовываются колебания электрического тока.

К подложке крепится тактовый генератор, который преобразовывает электрические колебания в импульсы.

Они передаются на шины данных, и таким образом результат вычислений попадает к пользователю.

Вот именно таким путем и получается тактовая частота.

Интересно, что в отношении данного понятия существует огромное количество заблуждений, в частности, относительно связи ядер и частоты. Поэтому об этом тоже стоит поговорить.

Как частота связана с ядрами

Ядро – это, фактически, и есть процессор. Под подразумевается тот самый кристалл, который и заставляет все устройство выполнять определенные операции.

То есть если в той или иной модели два ядра, это значит, что в нем два кристалла, которые соединяются между собой при помощи специальной шины.

Согласно распространенному заблуждению, чем больше ядер, тем больше частота. Не зря ведь сейчас разработчики стараются вместить все больше ядер в них. Но это не так. Если она равна 1 ГГц, даже если в нем 10 ядер, она так и останется 1 ГГц, и не станет 10 ГГц.