Тактовая частота процессора это скорость обмена информацией

Тактовая частота процессора это скорость обмена информацией

У микропроцессоров множество параметров, рассмотрим те из них, которые имеют значение при выборе микропроцессора.

    Тактовая частота обработки информации.

Тактом называется интервал времени между началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока.

Тактовая частота (ТЧ) определяется как количество тактов в секунду и измеряется в МГц. Импульсы вырабатываются генератором тактовой частоты, расположенным на системной плате. ТЧ влияет на работу и скорость быстродействия МП (микропроцессора). Быстродействие измеряется в миллионах операций в секунду (MIPS – million of instruction per second). Различают частоту системной шины и внутреннюю частоту процессора. Начиная с процессора 486 применяется внутреннее умножение частоты. Это значит, что внешние операции (например, обмен с памятью) процессор выполняет с одной ТЧ, а внутренние (обмен между регистрами) с другой. Коэффициент умножения показывает, во сколько раз отличается частота процессора от частоты системной шины. Например, P300 на системной плате с частотой 50 МГц имеет коэффициент умножения 6. Тактовая частота системной платы может быть равна 33,40,50,60,66,133, 200 МГц.

При определении производительности микропроцессоров рассматривают скорость работы процессора при выполнении четырех типов задач:

  • целочисленные вычисления;
  • вычисления с плавающей запятой (операции с дробными числами);
  • работа с графикой;
  • работа с видео.

Полученные значения сравнивают с аналогичными значениями микропроцессора i486SX25, чьи показатели в 1992 году были приняты за 100.
Разрядность процессора.

Разрядность – это число одновременно обрабатываемых процессором битов. Процессор может быть 8, 16, 32, 64 – разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемой процессором в единицу времени.
Интерфейс с системной шиной.

Разрядность внутренней шины данных МП может не совпадать с количеством внешних выводов для линии данных. Например, МП с 32-разрядной внутренней шиной данных может иметь 16 внешних линий данных. Это значит, что разрядность интерфейса с внешней шиной данных равна 16.

Адресное пространство (адресация памяти).

Процессор занимается перемещением данных между ОЗУ и внешними устройствами. Для ОЗУ процессор формирует адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем адресуемой МП памяти называется его адресным пространством. Оно определяется разрядностью внешней шины адреса. Если N – разрядность шины адреса, то по ней можно передать 2N двоичных чисел.
Рабочее напряжение процессора.

Ранние модели процессоров имели напряжение питания 5 вольт. Теперь оно уменьшено до 3.3; 3; 2.5; 2.3В, понижение напряжения ведет к уменьшению нагрева и позволяет создавать более компактные элементы МП. Современные процессоры имеют систему двойного питания, т. е. они имеют 2 питающих напряжения –3,3В для ввода-вывода; 2,2 – 2,8В – для ядра.
Кэш-память.

Кэш – это сверхбыстрая память, расположенная между процессором и ОЗУ. Различают кэш внутренний (кэш первого уровня (L1)) расположенная внутри МП и внешний (кэш второго уровня (L2)), расположенная на системной плате. Кэш-память нужна для ускорения обмена данными между процессором и ОЗУ. Как работает кэш? Каждый раз, когда процессор переносит часть данных из ОЗУ в свои регистры, в кэш считывается чуть больше данных чем нужно, в надежде, что в следующем цикле чтения потребуются те записи, которые уже перенесены в кэш. Если они потребовались, то перенос данных прошел чуть быстрее, нежели когда данные берутся из ОЗУ, если же нет, то наличие кэша никак не сказалось на скорости работы.

  • Система команд процессора.
  • Полный список команд, который может исполнять МП называется системой команд. У каждой марки процессора своя система команд (СК). СК Pentium насчитывает более 1000 команд. Он считается процессором с расширенной системой команд (или CISC процессор; CISC – Complex Instruction Set Computer or Computing). В противоположность CISC процессорам существуют RISC процессоры – процессоры с ограниченным набором команд (RISC процессор, RISC – Redused Instruction Set Computer or Computing) их система команд насчитывает несколько десятков инструкций.

    Процессоры первого и второго поколений представлены CPU 8086/8088 и 80286. Процессор 8086/8088 имел тактовую частоту 4,77 МГц и оперативную память 256 Кбайт. Процессор второго поколения имел защищенный режим работы, позволявший обращаться к 16 Мбайт физической и 1 Гбайт виртуальной памяти. Лучшие из процессо¬ров 80286 достигли тактовой частоты в 20 МГц.

    Процессоры третьего поколения 80386 отличались от своих предшественников возможностью работы в виртуальном режиме, наличием внешней кэш-памяти CPU, расположенной на материнской плате, и 32-разрядным ядром CPU. 32-разрядный процессор 386 DX имел тактовую частоту уже 33 МГц, обеспечивал адресацию физической памяти до 4 Гбайт и виртуальной — до 64 Гбайт.

    Процессоры четвертого поколения 80486 отличаются от процессоров третьего поколения тем, что в само ядро CPU интегрированы кэш-память и сопроцессор, а также реализована конвейеризация вычислений.

    Типичными представителями CPU четвертого поколения являются 80486DX и 80486SX с соответствующими диапазонами тактовых частот 33 — 50 МГц и 2 —33 МГц. В 80486SX отсутствует интегрированный сопроцессор. В обозначениях процессоров 80486DX/2 и 80486DX/4 символы «/2» и «/4» означают, что процессор работает с тактовой частотой соответственно в два и четыре раза выше, чем частота системной шины. CPU 80486DX/4 позволяет увеличить тактовую частоту в четыре раза и содержит 16 Кбайт внутренней кэш-памяти.

    Читайте также:  Как попасть в графа эчеверриа

    Процессоры пятого поколения типа Pentium поддерживают 64-разрядную системную шину с тактовой частотой 66 МГц, имеют технологию предсказания переходов и параллельной конвейерной обработки данных с помощью двух пятиступенчатых конвейеров. Предсказание переходов реализуется благодаря хранению данных о последних 256 переходах в специальном буфере адреса перехода. Кэш-память объемом 16 Кбайт разделена на память данных и память команд по 8 Кбайт, что исключает пересечение команд и данных.

    Процессоры Pentium принято подразделять по поколениям в соответствии с хронологией выхода на компьютерный рынок и техническими характеристиками. CPU Pentium первого поколения представляет собой 32-разрядный процессор, работающий на тактовой частоте 60 и 66 МГц. В начале тактовая частота CPU Pentium второго поколения составляла 90 и 100 МГц, но в настоящее время она достигает 200 МГц. Основное отличие Pentium второго и третьего поколений в том, что ядро процессоров третьего поколения производится по технологии, обеспечивающей размер элемента ядра процессора 0,25 мкм, в то время как у Pentium первого и второго поколений эта величина составляла 0,8 и 0,35 мкм соответственно. Конкуренцию CPU Pentium производства компании Intel на компьютерном рынке составляют процессоры AMD K5 производства компании Advanced Micro Devices и Cyrix 6×86 (Cyrix Corporation), которые по ряду характеристик превосходят CPU Pentium.

    Процессоры Pentium MMX ориентированы на решение задач ультимедиа и содержат схемотехнические и архитектурные решения, существенно повышающие производительность: вдвое увеличен размер кэш-памяти (16 Кбайт для данных и 16 Кбайт для команд); увеличена до шести шагов длина конвейера. Скорость выполнения программ увеличена на 10— 15 %, причем особые преимущества получают любители компьютерных игр, видеофильмов HajCD-ROM и профессионалы-дизайнеры.

    Процессоры шестого поколения поддерживают 64-разрядную системную шину и работу многопроцессорных систем. Первый CPU шестого поколения фирмы Intel носит имя Pentium Pro. По сравнению с Pentium процессоры Pentium Pro имеют не два, а четыре конвейера с увеличением ступеней при конвейерной обработке данных с пяти до 14, усовершенствованную технологию предсказания переходов. Особенностью CPU Pentium Pro является интегрированная кэш-память второго уровня, которая за счет перемещения с материнской платы в CPU может работать на максимальной частоте CPU. CPU Pentium Pro предназначен для пользователей, работающих с мощными вычислительными средствами.

    Процессор Pentium II сочетает архитектуру Pentium Pro с технологией ММХ. Тактовая частота CPU Pentium II находится в диапазоне от 233 до 450 МГц, а системной шины его материнской платы — от 66 до 100 МГц.

    Pentium III, пришедший на смену Pentium II, расширяет возможности обработки изображений, потоков аудио- и видеоданных, распознавания речи, имеет тактовую частоту процессора свыше 600 МГц и системной шины до 1,33 ГГц.

    CPU семейства Celeron представляют собой версию Pentium II, предназначенную ускорить процесс перехода пользователей на новое поколение процессоров.

    Процессоры семейства AMD K6-2 фирмы AMD имеют в ядре CPU модуль с конвейерной структурой для ускоренной обработки инструкций трехмерной графики, аудио- и видеоданных, что увеличивает производительность процессора, который работает на тактовой частоте от 266 до 450 МГц при частоте системной шины 66, 95 и 100 МГц. В ядро процессора AMD K6-3 интегрировано 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на частоте процессора, а на материнской плате располагается кэш-па¬мять третьего уровня объемом от 512 до 2048 Кбайт.

    Процессоры седьмого поколения имеют собственную частоту свыше 1 ГГц и поддерживают новую системную шину с тактовой частотой до 400 МГц. CPU K-7 корпорации AMD получили название Athlon. CPU Athlon первого поколения основаны на технологии 0,22 мкм и имели тактовую частоту до 700 МГц, а второго поколения при переходе на технологию 0,18 мкм достигают частоты 1000 МГц.

    CPU Pentium IV (Willamate), по сути модернизация Pentium Pro, имеет тактовую частоту 1500 ГГц и использует системную шину Quard Pumped с тактовой частотой 100 МГц. Объем кэшпамяти первого уровня составляет 256 Кбайт, а второго — от 512 до 1024 Кбайт.

    Дальнейшее совершенствование процессоров связано с переходом на новую технологию производства процессоров. Так, компания Intel в 2000 г. перешла на технологию, обеспечивающую размер элемента ядра процессора 0,13 мкм, а к 2005 г. планирует освоить технологию, обеспечивающую 0,035 мкм.

    Выбор типа процессора определяется прежде всего теми задачами, для решения которых будет использован ПК. Если задачи ограничиваются работой в Microsoft Office или играми невысокой сложности, то выбирать ПК с CPU седьмого поколения довольно расточительно. Выбирая конфигурацию ПК и ориентируясь на определенный тип CPU, полезно помнить закон, открытый в 1965 г. Гордоном Муром, одним из основателей фирмы Intel: «Мощность CPU удваивается каждые полтора года при сохранении его стоимости».

    Центра́льный проце́ссор(ЦП, или центральное процессорное устройство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера; отвечает за выполнение операций, заданных программами. МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить:

    Читайте также:  Как включить виброотклик на андроид

    1) АЛУ — арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти;

    2) Регистры или микропроцессорная память

    — сверхоперативная память, работающая со скоростью процессора, АЛУ работает именно с ними;

    3) БУ — блок управления — управление работой всех узлов МП посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов, поступающих от

    кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с

    постоянной частотой . Эти колебания и задают темп работы всей системной платы; Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.

    Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адреса зависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще.

    На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти.

    Характеристики процессора:

    1.Тактовая частота—это количество операций,которое процессор может выполнить всекунду. Единица измерения МГц и ГГц ( мегагерц и гигагерц). 1 МГц — значит, что процессор может выполнить 1 миллион операций в секунду, если процессор 3,16 ГГц — следовательно он может выполнить 3 Миллиарда 166 миллионов операций за 1 секунду.

    Существует два типа тактовой частоты — внутренняя и внешняя.

    Внутренняя тактовая частота—это тактовая частота,с которой происходит работавнутри процессора.

    Внешняя тактовая частота или частота системной шины—это тактовая частота,с

    которой происходит обмен данными между процессором и оперативной памятью компьютера.

    До 1992 года в процессорах внутренняя и внешняя частоты совпадали, а в 1992 году компания Intel представила процессор 80486DX2, в котором внутрення и явнешняя частоты были различны

    — внутренняя частота была в 2 раза больше внешней. Было выпущено два типа таких процессоров с частотами 25/50 МГц и 33/66 МГц, затем Intel выпустила процессор 80486DX4 с утроенной внутренней частотой (33/100 МГц).

    В современных процессорах, например, при тактовой частоте процессора 3 ГГц, частота системной шины 800 МГц.

    2.Другой основной характеристикой процессора является его разрядность.

    Разрядность процессора определяется разрядностью его регистров.

    Компьютер может оперировать одновременно ограниченным набором единиц информации. Этот набор зависит от разрядности внутренних регистров. Разряд — это хранилище единицы информации. За один рабочий такт компьютер может обработать количество информации, которое может поместиться в регистрах. Если регистры могутт хранить 8 единиц информации, то они 8-разрядне, и процессор 8- разрядный, если регистры 16- разрядные, то и процессор 16-разрядный и т.д. Чем большая разрядность процессора, тем большее количество информации он может обработать за один такт, а значит, тем быстрее работает процессор.

    Процессор Pentium 4 является 32-разрядным. Сейчас всё больше процессоров 64 разрядные.

    3.Кэш процессора—довольно важный параметр.Чем он больше,тем больше данных хранится вособой памяти, которая ускоряет работу процессора. В кэше процессора находятся данные, которые могут понадобится в работе в самое ближайшее время. Чтобы вы не путались в уровнях кэша — запомните одно свойство: кэш первого уровня самый быстрый, но самый маленький, второго — помедленней, но побольше и кэш третьего уровня самый медленный и самый большой(если он есть)

    4.Технический процесс(иногда пишут технология)—не основная характеристика процессорадля обычного обывателя, но знать о нем надо, чтобы понимать заумные статьи на компьютерных сайтах. Чем меньше тех процесс, тем как говорится, лучше. По факту – это площадь кристалла на процессоре. Чем кристаллы меньше, тем их больше можно уместить, следовательно увеличить тактовую частоту. Да и на меньший кристалл нужно меньше подавать напряжения, поэтому и тепловыделение уменьшается, поэтому опять же можно увеличить тактовую частоту. Эта цепочка приведена в пример, что бы вы поняли как всё взаимосвязано. Тех процесс в прайсах могут и не написать, но в обзорах его упоминают почти всегда.

    5.Socket–этот параметр нужен для стандартизации всех процессоров по разъемам подключенияк материнской плате. Например, Socket LGA775 – если вы такую характеристику встретите на материнской плате, то к ней подойдут только процессоры с маркировкой Socket LGA775 и никакие другие. Обратное правило тоже действует.

    Интерфейсная система — это:

    -шина управления (ШУ) — предназначена для передачи управляющий импульсов и синхронизации сигналов ко всем устройствам ПК; -шина адреса (ША) — предназначена для передачи кода адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства;

    Читайте также:  Хотела уточнить знаки препинания

    -шина данных (ШД) — предназначена для параллельной передачи всех разрядов числового кода; -шина питания — для подключения всех блоков ПК к системе электропитания.

    Интерфейсная система обеспечивает три направления передачи информации:

    — между МП и оперативной памятью;

    — между МП и портами ввода/вывода внешних устройств;

    — между оперативной памятью и портами ввода/вывода внешних устройств.

    Обмен информацией между устройствами и системной шиной происходит с помощью кодов ASCII.

    Память

    Память — устройство для хранения информации в виде данных и программ. Память делится прежде всего на внутреннюю (расположенную на системной плате) и внешнюю (размещенную на разнообразных внешних носителях информации).

    Внутренняя память в свою очередь подразделяется на:

    — ПЗУ(постоянное запоминающее устройство)илиROM (read only memory),котороесодержит — постоянную информацию, сохраняемую даже при отключенном питании, которая служит для тестирования памяти и оборудования компьютера, начальной загрузки ПК при включении. Запись на специальную кассету ПЗУ происходит на заводе фирмы-изготовителя ПК и несет черты его индивидуальности. Объем ПЗУ относительно невелик — от 64 до 256 Кб.

    — ОЗУ(оперативное запоминающее устройство,ОП—оперативная память)илиRAM(random access memory), служит для оперативного хранения программ и данных, сохраняемых только на период работы ПК. Она энергозависима, при отключении питания информация теряется. ОП выделяется особыми функциями и спецификой доступа:

    o ОП хранит не только данные, но и выполняемую программу;

    o МП имеет возможность прямого доступа в ОП, минуя систему ввода/вывода.

    Кэш-память —имеет малое время доступа,служит для временного храненияпромежуточных результатов и содержимого наиболее часто используемых ячеек ОП и регистров

    Логическая организация памяти — адресация, размещение данных определяется ПО, установленным на ПК, а именно ОС.

    Внешняя память.Устройства внешней памяти весьма разнообразны.Предлагаемаяклассификация учитывает тип носителя, т.е. материального объекта, способного хранить информацию.

    Накопители на магнитной лентеисторически появились раньше,чем накопители намагнитном диске. Бобинные накопители используются в суперЭВМ и mainframe.

    Дискиотносятся к носителям информации с прямым доступом,т.е.ПК может обратиться кдорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно.

    Магнитные диски(МД)—в качестве запоминающей среды используются магнитные материалысо специальными свойствами, позволяющими фиксировать два направления намагниченности. На сегодняшний день редко используемые.

    НЖМДили«винчестеры»изготовлены из сплавов алюминия или из керамики и покрытыферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Емкость накопителей за счет чрезвычайно плотной записи достигает нескольких гигабайт, быстродействие также выше, чем у съемных дисков (за счет увеличения скорости вращения, т.к. диск жестко закреплен на оси вращения). Первая модель появилась на фирме IBM в 1973 г. Она имела емкость 16 Кб и 30 дорожек/30 секторов, что случайно совпало с калибром популярного ружья 30’730" «винчестер».

    Каждый ЖМД проходит процедуру низкоуровневого форматирования — на носитель записывается служебная информация, которая определяет разметку цилиндров диска на сектора и нумерует их, маркируются дефектные сектора для исключения их из процесса эксплуатации диска. В ПК имеется один или два накопителя. Один ЖД можно разбить при помощи специальной программы на несколько логических дисков и работать с ними как с разными ЖД.

    НОД(накопители на оптических дисках)лазерно-оптические диски или компакт-диски(CD,DVD).Воптическом дисководе ПК эта дорожка читается лазерным лучом. Ввиду чрезвычайно плотной записи имеют емкость до 8 Гб.

    Флеш-память (англ. flash memory)—разновидность твердотельной полупроводниковойэнергонезависимой перезаписываемой памяти (ПППЗУ).

    Она может быть прочитана сколько угодно раз ( в пределах срока хранения данных, типично — 10-100 лет), но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов). Распространена флеш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи — намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.

    Что значит частота процессора?

    Это — тактовая частота процессора (Core Speed).

    Тактовая частота — это количество тактов (операций) процессора в секунду.
    Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины.
    Как правило, чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность.

    Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку, помимо частоты, на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L2), наличие и частота кэша третьего уровня (L3), наличие специальных инструкций и другие.

    Тактовая частота:
    — определяется временем между активными переходами сигнала с одного значения на другое;
    — измеряется в герцах, определяющих число активных переходов в секунду.

    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.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock detector