Частота процессора: тактовая, максимальная

Уже подросло целое поколение компьютерных пользователей, которые не застали знаменитую “гонку мегагерцев”, развернувшуюся между двумя ведущими производителями центральных процессоров для настольных компьютеров (кто не в курсе — Intel и AMD) на рубеже тысячелетий. Ее конец наступил примерно в 2004 году, когда стало очевидным, что частота процессора — не единственная характеристика, влияющая на его производительность. Крайне “прожорливые” и крайне высокочастотные процессоры Pentium IV на ядре Prescott вплотную подбирались к 4 GHz, и при этом с трудом конкурировали с архитектурой K8, на которой были построены новые “камни” от AMD, имевшие частоту не выше 2,6-2,8 GHz.

После этого оба производителя синхронно отошли от практики идентификации своих изделий по рабочей частоте и перешли к абстрактным модельным индексам. Такое решение обосновывалось нежеланием вводить конечного пользователя в заблуждение насчет производительности процессора, акцентируя внимание только на одной его характеристике. Действительно, есть ведь еще и частота шины процессора, и размер кэш-памяти, и технологический процесс, по которому изготовлено ядро, и много чего еще. Но частота процессора все еще остается одним из самых наглядных и интуитивно понятных для большинства людей мерил “качества” CPU.

Тактовая частота процессора, действительно, влияет на его производительность, характеризуя количество выполняемых операций в секунду. Но дело в том, что процессоры, построенные на различных ядрах, тратят на выполнение одной операции разное количество тактов, и от поколения к поколению этот параметр может отличаться в разы. Именно благодаря этому нынешний процессор с номинальной частотой 2,0 GHz оставит далеко позади флагмана семилетней давности с тактовой частотой 3,8 GHz. Кроме того, на быстродействие процессора, как уже указывалось выше, влияет и размер кэш-памяти (чем он больше, тем реже процессор будет вынужден обращаться к сравнительно медленной оперативной памяти), и частота шины процессора (чем она выше, тем быстрее будет обмен данными между “камнем” и ОЗУ), и множество других, не столь заметных, но от того не менее важных, характеристик.

В последнее время в обиход начинает входить и такое понятие, как максимальная частота процессора.

Постепенно и Intel, и AMD внедряют в своих продуктах такую функцию, как авторазгон. Технологию, по сути одну и ту же, один производитель называет Turbo Boost, другой — Turbo Core, но от этого ее суть не меняется: частота процессора может динамически изменяться, причем автоматически, без вмешательства пользователя. Необходимость применения такой технологии вызвана тем, что многоядерность современных процессоров стала уже, по сути, нормой, а вот многопоточность современных приложений, к сожалению, пока нет. Операционная система, видя, что одно из ядер процессора загружено значительно сильнее остальных, самостоятельно увеличивает частоту этого ядра, при этом стараясь оставить процессор в пределах его “родного” теплопакета (т.е. система старается подстраховаться от перегрева оборудования). Причем, в зависимости от модели процессора и от конкретных условий, такой прирост частоты может составлять величину от 100 до 600-700 MHz, а это уже, согласитесь, существенная прибавка к производительности. Такую технологию поддерживает большинство последних процессоров обоих производителей. У Intel это, в частности, все CPU модельного ряда Core i5 и Core i7, у AMD — все процессоры на разъеме AM3+, процессоры на разъеме FM1 (кроме процессоров с отключенным графическим ядром), а также некоторые “камни” к платформе AM3 (шестиядерные Tuban и четырехядерные Zosma). Причем для процессоров Intel, основанных на разъеме Socket 1155, такой авторазгон тем более актуален, если учесть, что из-за некоторых архитектурных особенностей полноценный “разгон” путем повышения частоты шины процессора практически невозможен. Впрочем, это тема уже совсем другой статьи…

Многоядерность процессора или характеристика количества ядер

На первых порах развития процессоров, все старания по повышению производительности процессоров были направлены в сторону наращивания тактовой частоты , но с покорением новых вершин показателей частоты, наращивать её стало тяжелее, так как это сказывалось на увеличении TDP процессоров. Поэтому разработчики стали растить процессоры в ширину, а именно добавлять ядра, так и возникло понятие многоядерности.

Ещё буквально 6-7 лет назад, о многоядерности процессоров практически не было слышно. Нет, многоядерные процессоры от той же компании IBM существовали и ранее, но появление первого двухъядерного процессора для настольных компьютеров , состоялось лишь в 2005 году, и назывался данный процессор Pentium D. Также, в 2005 году был выпущен двухъядерник Opteron от AMD, но для серверных систем.

В данной статье, мы не будем подробно вникать в исторические факты, а будем обсуждать современные многоядерные процессоры как одну из характеристик CPU. А главное – нам нужно разобраться с тем, что же даёт эта многоядерность в плане производительности для процессора и для нас с вами.

Увеличение производительности за счёт многоядерности

Принцип увеличения производительности процессора за счёт нескольких ядер, заключается в разбиении выполнения потоков (различных задач) на несколько ядер. Обобщая, можно сказать, что практически каждый процесс, запущенный у вас в системе, имеет несколько потоков.

Сразу оговорюсь, что операционная система может виртуально создать для себя множество потоков и выполнять это все как бы одновременно, пусть даже физически процессор и одноядерный. Этот принцип реализует ту самую многозадачность Windows (к примеру, одновременное прослушивание музыки и набор текста).

Возьмём для примера антивирусную программу. Один поток у нас будет сканирование компьютера, другой – обновление антивирусной базы (мы всё очень упростили, дабы понять общую концепцию).

И рассмотрим, что же будет в двух разных случаях:

а) Процессор одноядерный. Так как два потока выполняются у нас одновременно, то нужно создать для пользователя (визуально) эту самую одновременность выполнения. Операционная система, делает хитро: происходит переключение между выполнением этих двух потоков (эти переключения мгновенны и время идет в миллисекундах). То есть, система немного «повыполняла» обновление, потом резко переключилась на сканирование, потом назад на обновление. Таким образом, для нас с вами создается впечатление одновременного выполнения этих двух задач. Но что же теряется? Конечно же, производительность. Поэтому давайте рассмотрим второй вариант.

б) Процессор многоядерный. В данном случае этого переключения не будет. Система четко будет посылать каждый поток на отдельное ядро, что в результате позволит нам избавиться от губительного для производительности переключения с потока на поток (идеализируем ситуацию). Два потока выполняются одновременно, в этом и заключается принцип многоядерности и многопоточности. В конечном итоге, мы намного быстрее выполним сканирование и обновление на многоядерном процессоре, нежели на одноядерном. Но тут есть загвоздочка – не все программы поддерживают многоядерность. Не каждая программа может быть оптимизирована таким образом. И все происходит далеко не так идеально, насколько мы описали. Но с каждым днём разработчики создают всё больше и больше программ, у которых прекрасно оптимизирован код, под выполнение на многоядерных процессорах.

Нужны ли многоядерные процессоры? Повседневная резонность

При выборе процессора для компьютера (а именно при размышлении о количестве ядер), следует определить основные виды задач, которые он будет выполнять.

Для улучшения знаний в сфере компьютерного железа, можете ознакомится с материалом про сокеты процессоров .

Точкой старта можно назвать двухъядерные процессоры, так как нет смысла возвращаться к одноядерным решениям. Но и двухъядерные процессоры бывают разные. Это может быть не «самый» свежий Celeron, а может быть Core i3 на Ivy Bridge, точно так же и у АМД – Sempron или Phenom II. Естественно, за счёт других показателей производительность у них будет очень отличаться, поэтому нужно смотреть на всё комплексно и сопоставлять многоядерность с другими характеристиками процессоров .

К примеру, у Core i3 на Ivy Bridge, в наличии имеется технология Hyper-Treading, что позволяет обрабатывать 4 потока одновременно (операционная система видит 4 логических ядра, вместо 2-ух физических). А тот же Celeron таким не похвастается.

Но вернемся непосредственно к размышлениям относительно требуемых задач. Если компьютер необходим для офисной работы и серфинга в интернете, то ему с головой хватит двухъядерного процессора.

Когда речь заходит об игровой производительности, то здесь, чтобы комфортно чувствовать себя в большинстве игр необходимо 4 ядра и более. Но тут всплывает та самая загвоздочка: далеко не все игры обладают оптимизированным кодом под 4-ех ядерные процессоры, а если и оптимизированы, то не так эффективно, как бы этого хотелось. Но, в принципе, для игр сейчас оптимальным решением является именно 4-ых ядерный процессор.

На сегодняшний день, те же 8-ми ядерные процессоры AMD , для игр избыточны, избыточно именно количество ядер, а вот производительность не дотягивает, но у них есть другие преимущества. Эти самые 8 ядер, очень сильно помогут в задачах, где необходима мощная работа с качественной многопоточной нагрузкой. К таковой можно отнести, например рендеринг (просчёт) видео, или же серверные вычисления. Поэтому для таких задач необходимы 6, 8 и более ядер. Да и в скором времени игры смогут качественно грузить 8 и больше ядер, так что в перспективе, всё очень радужно.

Не стоит забывать о том, что остается масса задач, создающих однопоточную нагрузку. И стоит задать себе вопрос: нужен мне этот 8-ми ядерник или нет?

Подводя небольшие итоги, еще раз отмечу, что преимущества многоядерности проявляются при «увесистой» вычислительной многопоточной работе. И если вы не играете в игры с заоблачными требованиями и не занимаетесь специфическими видами работ требующих хорошей вычислительной мощи, то тратиться на дорогие многоядерные процессоры, просто нет смысла ( какой процессор лучше для игр? ).

Тактовая частота многоядерного процессора

Количество операций, которое может выполнить центральный процессор за единицу времени, называется тактовой частотой. Если с одноядерным процессором все более-менее понятно, то многие неправильно понимают, как посчитать тактовую частоту процессора, где ядер несколько. Поэтому сегодня мы расскажем, что такое тактовая частота многоядерного процессора и как ее правильно посчитать.

Как вычисляется

Вычисляется тактовая частота процесора путем умножения частоты шины (ее еще называют базовой) на множитель. На примере процессора Intel i7 5600U с множителем 20 и базовой частотой шины 133МГц получаем частоту путем перемножения 133*20 итого 2,66 ГГц. Но не всегда предельная тактовая частота исчисляется так просто. Иногда возможности процессора позволяют ее разогнать: для этого нужно поднять либо множитель, либо базовую частоту. Множитель часто поднимают в тех устройствах, в которых он разблокирован (для чипов Intel – это серии, обозначенные индексом “U”, а для AMD – серия FX unlocked).

Частота многоядерного процессора

Но как определить общую производительность процессора, состоящего из нескольких ядер? Возьмем в пример 4-х ядерный процессор с тактовой частотой 3ГГц. Каждое ядро в нем будет работать именно с этой частотой, то есть, если все ядра будут выполнять какие-то вычислительные задачи, то можно сказать, что каждое ядро будет выполнять одинаковые вычисления в единицу времени. За загруженность ядер отвечает запущенное на компьютере приложение. Конечно, говорить о том, что 4-х ядерный процессор с указанной частотой равен по производительности одноядерному с тактовой частотой 12ГГЦ мы уже не будем. Это в корне неверно, ведь суть производительности процессоров с несколькими ядрами состоит в том, что процесс вычисления разбивается на несколько параллельных потоков, которые выполняются одновременно всеми (или несколькими) ядрами.

Приведем пример. Представим себе 4 абсолютно одинаковых ручья, ширина и глубина которых составляет один метр. Скорость течения воды в каждом отдельно взятом ручье будет равна трем метрам в секунду. Сколько кубометров воды за секунду протечет в этих ручьях вместе? Очевидно, что 12. Но скорость всех четырех ручьев мы по тому же принципу посчитать не можем. То же самое в компьютерах: мы не можем посчитать тактовую частоту (скорость воды в ручье), которая никак не умножается и не суммируется, когда увеличивается количество ядер.

Плюсы многоядерности

Преимущество многоядерных процессоров проявляется при работе с теми программами, которые разбивают процессы вычисления на параллельные потоки. В таких программах (зачастую это игры) производительность заметно возрастает по сравнению с одноядерными. А вот при работе со старыми приложениями вся производительность будет ограничена возможностями только лишь одного ядра. Точно также не следует сравнивать производительность 2-х ядерного процессора с частотой 3,5 ГГЦ и 4-х ядерного с частотой 2,7 ГГц (например). Скорость работы будет зависеть от конкретного приложения и от того как распределяется процесс на параллельные потоки. Если приложение может разбивать вычислительный процесс на несколько потоков, то эффективнее для него будет 4-х ядерный процессор. Если же нет – тогда 2-х ядерный, так как частота у него выше.

Вывод

Итак, производительность современных процессоров в большинстве своем зависит от программ, с которыми вы работаете на компьютере. Именно то, как эта программа нагружает ядра ПК, определяет эффективность количества ядер процессора и его тактовую частоту. Тем не менее в настоящее время многопоточность поддерживается практически всеми разработчиками, поэтому можно сказать, что будущее именно за многоядерными процессорами.

При подготовке материала использовались источники:
https://fb.ru/article/32033/chastota-protsessora-taktovaya-maksimalnaya
http://we-it.net/index.php/zhelezo/protsessory/147-mnogoyadernost-protsessora-ili-kharakteristika-kolichestva-yader
https://mira-m59.ru/taktovaya-chastota-mnogoyadernogo-protsessora/