Каков технический термин "тактовая частота" процессора?
Я часто слышал, как люди говорят, что у них такая-то тактовая частота. Так что же означает эта тактовая частота и определяет ли она скорость системы? Каково его значение?
5 ответов
"Тактовая частота" - это просто то, как часто таймер (часто кварцевый генератор) сообщает ЦП "продвигаться" или идти вперед.
Вот и все, и поэтому сравнение тактовых частот разных архитектур процессоров практически бесполезно при попытке измерить относительную производительность. Даже в рамках конкретной архитектуры различные функции, которые могут быть отключены на младших моделях и включены на старших моделях, могут привести к тому, что тактовая частота не будет хорошим эталоном для сравнения.
- Скалярные процессоры выполняют один или несколько тактов для выполнения одной инструкции.
- Суперскалярные процессоры могут выполнять несколько команд за один такт.
- Процессорам с конвейерной обработкой требуется много тактов для выполнения команды, но они могут выполнять несколько команд одновременно на разных "стадиях", что позволяет им по-прежнему достигать примерно 1 инструкции / такта.
- Многоядерные процессоры имеют несколько дискретных подразделений (ядер), которые могут обрабатывать команды независимо друг от друга, каждый со своим кешем (L1), но они совместно используют другие компоненты уровня процессора (кеш L2 и L3, контроллер памяти, системная шина)., так далее.)
В настоящее время большинство настольных процессоров являются многоядерными конвейерными скалярными процессорами. Некоторые процессоры Intel имеют в своем конвейере более 17 этапов (т. Е. Для выполнения одной инструкции может потребоваться до 17 тактов от начала до конца).
Если вы хотите узнать больше об определении "тактового цикла", вы должны сначала начать задавать более конкретные вопросы. Если вы спросите "Что процессор Intel Core 3-го поколения делает во время тактового цикла?", То вы можете получить массу информации, описывающей, как работает этот конкретный процессор и что он делает (хотя такой вопрос не подходит для этого сайта, но это будет отличная отправная точка для Google или спрашивать на форумах).
Тактовая частота - это количество "операций", выполняемых процессором в секунду.
Теперь я говорю "операции", а не "инструкции", потому что современные основаны на CISC, что может занять несколько циклов для выполнения одной инструкции.
Количество циклов, которое может выполнить инструкция, может варьироваться в зависимости от семейств процессоров, поэтому более медленный процессор может работать с более высоким тактовым процессором, он может выполнять больше работы за цикл.
Я настоятельно рекомендую подкаст "Безопасность сейчас!" они знакомятся с основами создания компьютера с нуля и подробно объясняют, как все это работает.
- 233 - Давайте создадим компьютер (часть 1)
- 235 - Машинный язык
- 237 - косвенное указание: сила указателей
- 239 - Стеки, регистры и рекурсия
- 241 - Аппаратные прерывания
- 247 - "Мульти" обратный
- 250 - Операционные системы
- 252 - RISCy Business
- 254 - Что мы сделаем для скорости
Я настоятельно рекомендую перечислять слушателям эпизоды обратной связи между эпизодами, возвращаться к тем вещам, которые люди смущали с прошлой недели и писали о них.
В качестве "сердца" процессоры имеют кварцевый генератор или другой очень точный механизм синхронизации, называемый тактовой частотой процессора (не путать с "системными часами", которые поддерживают текущее время с использованием другой системы). Эти тактовые импульсы посылают импульсы напряжения в схему ЦПУ, что, наряду с напряжением в цепях ввода / вывода, представляющих биты данных, которые должны быть обработаны, позволяет компьютеру выполнять свою работу. Каждый импульс позволяет обрабатывать один набор входных битов в виде набора выходных битов в результате некоторой операции.
Следовательно, "тактовая частота" является (очень) грубым показателем скорости, с которой процессор может выполнять инструкции. Чем выше тактовая частота, тем быстрее она может обрабатываться. Однако у этого подхода есть несколько физических ограничений, не последним из которых является второй закон термодинамики, который гласит, что ни одна система не может быть абсолютно энергоэффективной. Некоторая часть потребляемой энергии теряется в виде тепла, и тепло может очень быстро привести к разбуханию и короткому замыканию чувствительной схемы процессора, а в крайнем случае даже к плавлению. Существуют также физические ограничения на частоту, с которой вы можете вибрировать электроны в проводящих материалах; в какой-то момент вы пытаетесь вибрировать их быстрее, чем электроны могут физически прыгать между атомами. Наконец, есть момент уменьшения отдачи от ускорения работы процессора, когда другие ограничения, присущие другим компонентам компьютера, превышены. Когда ЦП ожидает получения битов данных с жесткого диска или сетевого подключения, он не может выполнить какую-либо инструкцию, которая нуждается в них, и поэтому
Вместо этого разработчики современных процессоров отказались от тактовой частоты, чтобы заставить один тактовый импульс делать больше. Более эффективные "конвейеры" для извлечения данных, необходимых для инструкций, и теперь больше ядер, встроенных в один и тот же чип процессора (я считаю, что нынешний золотой стандарт для рабочих станций составляет 8 ядер), позволяют дизайнерам умножать работу, выполняемую одним импульсом, и поэтому продолжать увеличить вычислительную мощность с точки зрения команд в секунду. Однако этот подход требует, чтобы программисты полностью использовали потенциал ЦП, позволяя одновременно выполнять их программу несколькими ядрами, и такой дизайн программы "разделяй и властвуй" во многих случаях может привести вас только к такому результату. Это известно как "параллельная проблема" и является следующей большой задачей для разработчиков процессоров и языковых архитекторов.
Тактовая частота - это показатель того, как быстро компьютер выполняет основные вычисления и операции. Он измеряется как частота в герцах (Гц) и чаще всего относится к скорости центрального процессора компьютера (ЦП). Хотя разработчики и пользователи компьютеров могут ссылаться на этот термин в отношении производительности ЦП, он потерял популярность, поскольку ЦП стали более сложными. Самые простые способы повысить тактовую частоту в компьютере включают обновление компонентов и "разгон" части аппаратного обеспечения.
Тактовая частота процессора измеряется в герцах (Гц), и, вообще говоря, процессор, работающий на частоте 1 герц, обрабатывает инструкцию в одной строке программного кода сборки за одну секунду. По этой метрике процессор, работающий на частоте 2,13 гигагерц (ГГц), способен обрабатывать около 2 130000000 строк кода каждую секунду. Если у вас есть так называемая двухъядерная система, работающая на частоте 2,13 ГГц, у вас есть машина, которая может обрабатывать две инструкции за один и тот же период времени, при условии, что либо сама программа разработана с поддержкой многопоточности, либо у вас есть две активные программы, запущенные одновременно. Многопоточность просто означает, что различные вычисления в программе могут быть делегированы для параллельного выполнения на отдельном процессоре, если таковой имеется.
Тактовая частота - самая распространенная метрика, используемая рекламодателями.