Базовая тактовая частота. Частота процессора и правильное ее понимание. Объяснение и пример его работы

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.

Утверждение:

Чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность.

Скорость работы процессоров всегда сравнивали на основе их ведущей и самой доступной для понимания характеристики - тактовой частоты. Моду на это в 1984 году ввели маркетологи IBM PC, которые утверждали, что процессор Intel 8088 в их компьютере почти в пять раз превосходит по тактовой частоте MOS Technology 6502
из Apple II - а значит, он почти в пять раз быстрее. Той же логике в 90-х следовали Intel и Microsoft, утверждая, что Pentium производительнее PowerPC из компьютеров Apple только потому, что у него выше тактовая частота. После того как в конце 90-х к гонке подключилась AMD, компании пришлось ввести специальную маркировку, которая сопоставляла их процессоры с процессорами Intel. Большинство потребителей были уверены, что тактовая частота - главная характеристика, и Intel, делавшая ставку на её рост, только поддерживала их в этом убеждении.

ДЖОН СПУНЕР

журналист

«После выхода процессоров Pentium III, работающих на частоте до 667 МГц, компания AMD может утратить лидерство. Представленные
в этом месяце процессоры Athlon работают
с максимальной частотой 650 МГц. Но долго лидерство Intel не продлится. Как заявили представители AMD, к концу года они выпустят процессор с частотой 700 МГц».

Почему это не так:

Время, которое занимает выполнение операций, важнее тактовой частоты.

Тактовую частоту корректно сравнивать только
у процессоров одного модельного ряда с одинаковой архитектурой. Хотя частота Intel 8088 и была почти в пять раз выше, чем у MOS Technology 6502, на деле одна и та же операция могла занимать у Intel 8088 больше тактов, из-за чего преимущество в частоте нивелировалось. Так было и
в дальнейшем: сначала Apple, а потом и AMD пытались разоблачить «миф о мегагерцах». В 2006 году к ним наконец присоединилась и Intel, которая достигла предела тактовой частоты на архитектуре, которую тогда использовала в настольных процессорах, и сменила парадигму.

Сегодня число операций, которое выполняет процессор
за один такт, как никогда важнее тактовой частоты. Дело
в том, что чем выше частота, тем выше тепловыделение,
а потому создатели мобильных процессоров делают упор
на оптимизацию, а не сухие цифры. Миф, впрочем, никуда
не исчез, и даже эволюционировал: так, многие начали считать, что скорость работы процессора пропорциональна числу ядер в нём. Да и если назвать обывателю два процессора с разной тактовой частотой, то он всё равно
по инерции выберет тот, у которого больше мегагерц.

То тактовая частота является наиболее известным параметром. Поэтому необходимо конкретно разобраться с этим понятием. Также, в рамках данной статьи, мы обсудим понимание тактовой частоты многоядерных процессоров , ведь там есть интересные нюансы, которые знают и учитывают далеко не все.

Достаточно продолжительное время разработчики делали ставки именно на повышение тактовой частоты, но со временем, "мода" поменялась и большинство разработок уходят на создание более совершенной архитектуры, увеличения кэш-памяти и развития многоядерности , но и про частоту никто не забывает.

Что же такое тактовая частота процессора?

Для начала нужно разобраться с определением «тактовая частота». Тактовая частота показывает нам, сколько процессор может произвести вычислений в единицу времени. Соответственно, чем больше частота, тем больше операций в единицу времени может выполнить процессор. Тактовая частота современных процессоров, в основном, составляет 1,0-4ГГц. Она определяется умножением внешней или базовой частоты, на определённый коэффициент. Например, процессор Intel Core i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20, в результате чего тактовая частота равна 2660 МГц.

Частоту процессора можно увеличить в домашних условиях, с помощью разгона процессора. Существуют специальные модели процессоров от AMD и Intel , которые ориентированы на разгон самим производителем, к примеру Black Edition у AMD и линейки К-серии у Intel.

Хочу отметить, что при покупке процессора, частота не должна быть для вас решающим фактором выбора, ведь от нее зависит лишь часть производительности процессора.

Понимание тактовой частоты (многоядерные процессоры)

Сейчас, почти во всех сегментах рынка уже не осталось одноядерных процессоров. Ну оно и логично, ведь IT-индустрия не стоит на месте, а постоянно движется вперёд семимильными шагами. Поэтому нужно чётко уяснить, каким образом рассчитывается частота у процессоров, которые имеют два ядра и более.

Посещая множество компьютерных форумов, я заметил, что существует распространенное заблуждение насчёт понимания (высчитывания) частот многоядерных процессоров. Сразу же приведу пример этого неправильного рассуждения: «Имеется 4-х ядерный процессор с тактовой частотой 3 ГГц, поэтому его суммарная тактовая частота будет равна: 4 х 3ГГц=12 ГГц, ведь так?»- Нет, не так.

Я попробую объяснить, почему суммарную частоту процессора нельзя понимать как: « количество ядер х указанную частоту».

Приведу пример: «По дороге идёт пешеход, у него скорость 4 км/ч. Это аналогично одноядерному процессору на N ГГц. А вот если по дороге идут 4 пешехода со скоростью 4 км/ч, то это аналогично 4-ядерному процессору на N ГГц. В случае с пешеходами мы не считаем, что их скорость будет равна 4х4 =16 км/ч, мы просто говорим: "4 пешехода идут со скоростью 4 км/ч" . По этой же причине мы не производим никаких математических действий и с частотами ядер процессора, а просто помним, что 4-ядерный процессор на N ГГц обладает четырьмя ядрами, каждое из которых работает на частоте N ГГц» .

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 .

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.