Geum.ru

И в свет разрешаю на основании «Единых правил», п 14 Заместитель первого проректора начальник организационно методи- ческого управления В. Б. Юскаев Строение персонального компьютера учебное пособие

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


Основные параметры и характеристики
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   14

Основные параметры и характеристики


Среди наиболее важных характеристик процессора можно перечислить следующие:
  • компания-производитель;
  • тип разъема, к которому можно подключить такой процессор;
  • быстродействие процессора;
  • его модель.

Одни из главных параметров работы процессора – частота работы кристалла, определяющая количество операций за единицу времени, частота работы системной шины, объем внутренней кэш-памяти SRAM. По частоте работы кристалла маркируют процессор.

Частота работы кристалла определяется скоростью переключений транзисторов из закрытого состояния в открытое. В кварцевом кристалле, который заключен в оловянный корпус, при пропускании через него электрического тока возникают колебания. Электрический ток является не «сплошным», так сказать, не непрерывным, а «порубленным» на кусочки, чтобы можно было из него составлять комбинации единиц (когда ток присутствует) и нулей (когда ток отсутствует). То есть идет череда тока и пауз.

«Рубит» электрический ток на «кусочки» в компьютере тактовый генератор, вмонтированный в центральный процессор. Выше частота тактового генератора — «мельче» кусочки тока и короче паузы между ними, следовательно, быстрее проходит и обрабатывается информация, закодированная током и паузами, присутствием и отсутствием тока.

Ток присутствует в компьютере всегда (порядка до пяти вольт), но роль пауз (нулей) выполняют пониженные участки (2,5 вольта), а роль собственно тока (единиц) — участки с напряжением до 5 вольт. Напряжение тока, разумеется, не является абсолютно стабильной величиной, а постоянно колеблется в каких-то пределах, так вот колебания от нуля до 2,5 вольта принимаются за "ноль", а колебания, в пределах выше 2,5 вольта, но ниже 5 вольт, принимаются за "единицу". Такие колебания напряжения тока и есть тактовая частота. Одно колебание - один такт. Принято, что изменение логических сигналов идет не как непрерывная функция, а в соответствии с тактами генератора. Итак, одна математическая или логическая операция выполняется процессором за 1 такт, таким образом, количество тактов в единицу времени определяет количество выполняемых процессором операций. Из школьного курса физики известно, что частота в 1 Hz соответствует 1 колебанию в секунду. В компьютерных технологиях 1 электрическое колебание соответствует одному такту процессора. Таким образом, при частоте электрических колебаний в 1 Hz процессор выполнял бы 1 математическую или логическую операцию в секунду.

Частота электрических колебаний, задающая скорость работы CPU, называется тактовой частотой процессора, т.е. тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота определяет быстродействие компьютера и измеряется в мегагерцах (МГц). При тактовой частоте в 1 MHz процессор уже способен выполнять миллион операций в секунду, при частоте в 100 MHz – 100 млн операций. Тактовая частота современных процессоров может достигать 1, 2 или даже 3 GHz, то есть подобные процессоры способны выполнять несколько миллиардов операций в секунду. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность и быстродействие процессора.

Тактовая частота процессора определяется двумя составляющими: внешней тактовой частотой, часто называемой частотой шины (FSB – Frequency System Bus), и коэффициентом умножения. В зависимости от того, какую частоту тактов обеспечивает синтезатор переменной частоты (кварцевый резонатор), и получается рабочая тактовая частота системной шины (FSB), которая расположена на материнской плате. Тактовая частота процессора получается умножением частоты шины FSB (Front Side Bus), по которой CPU "общается" с северным мостом чипсета и через него - с памятью, на коэффициент умножения. Стандартными частотами FSB современных процессоров являются 100, 133, 166 MHz, именно они фигурируют в настройках материнской платы. Для процессоров Duron эффективная частота FSB составляет 200 MHz, для Athlon XP -- 266 или 333 MHz DDR (Double Data Rate), для Pentium 4 -- 400 или 533 MHz QDR (Quad Data Rate), Celeron 1,7 GHz и старше -- 400 MHz QDR.

Кроме того, от частоты FSB зависят частоты и других шин, таких, как PCI и AGP. Частота шины генерируется чипсетом и может изменяться в довольно широких пределах - от 66 до 166 МГц. Множитель в ранних моделях процессоров Intel определялся как комбинация уровней на специальных входах процессора. В современных процессорах Intel коэффициент умножения фиксирован, так что внутренняя тактовая частота определяется одним параметром – частотой FSB.

Существуют два типа частот FSB: документированные и недокументированные (официальные и неофициальные). К документированным частотам относятся: 66, 100, 133 МГц (есть и выше), к недокументированным: 75, 83, 105, 110, 115 МГц, хотя вот тут могут быть и некоторые отличия, на то они и называются - недокументированные частоты. Разница вот в чем, возьмем шину PCI, которая работает на частоте 33 МГц (или 66 МГц). Так вот, работать на этой частоте она будет только тогда, когда частота FSB равна 66, 100 и 133 МГц, т. е. системная шина работает на документированной частоте. В противном же случае частота PCI будет изменяться, а это не есть хорошо, так как не все PCI-устройства могут работать на частоте, не равной 33 МГц.

В связи с тем, что тактовая частота процессора определяется тактовой частотой FSB и коэффициентом умножения, значит, изменив эти параметры, можно изменить частоту CPU. Правда, следует отметить, что коэффициент можно изменить только в процессорах с ядрами до Klamath, а, начиная с ядра Deschutes, насколько мне известно, коэффициент уже заблокирован (оба ядра фирмы Intel).

Чем выше модель процессора, тем меньше требуется тактов для выполнения данной операции - тем же количеством тактов в секунду становится возможным выполнить больше операций (сложение, умножение и т.д.). В связи с быстрым развитием электронной промышленности скорость процессора (или мощность) удваивается каждые 1,5 - 2 года. Команды, отдаваемые процессору, довольно-таки примитивны (например, сложить два числа, запомнить результат и т.п.). Поэтому сообразительность компьютера определяется в основном скоростью выполнения таких команд и их разрядностью (8,16,32), а также тем, насколько быстро он обменивается информацией с периферийными устройствами. Интеловские серии Intel-80286, Intel – 80386, Intel- 80486 и Pentium, 80586, а также Pentium-2,3 и процессоры конкурирующей фирмы AMD различаются возрастающей производительностью самих тактов, а не только увеличением непосредственно тактовой частоты тактового генератора.

Напряжение питания современных процессоров имеет тенденцию к уменьшению, поскольку снижение напряжения питания приводит к уменьшению тепловыделения. Так, например, если ранние модели процессоров 486DX имели напряжение питания 5В, последние модели Pentium III имеют напряжение питания ядра 2,0 В, Pentium 4 имеет напряжение питания ядра 1.6В. Напряжение питания может быть различным для различных блоков процессора. Так, например, в процессоре Pentium II напряжение питания ядра равно 2В, напряжение питания встроенного кэша L2 равно 3,3.

Со времени выхода первых процессоров было замечено, что довольно часто процессор может работать не только на той частоте, которая нанесена при маркировке на его корпус, а на несколько большей. Причина этого может быть в следующем:
  • фирмы-производители процессоров не могут допустить, чтобы их изделия не обеспечивали надежную работу на той тактовой частоте, на которую маркирован процессор, поэтому они закладывают некоторый запас для обеспечения надежности;
  • на фирме-изготовителе процессоры тестируются на рабочей частоте в наиболее тяжелых режимах, которые редко встречаются на практике;
  • иногда случается и так, что фирма-производитель процессоров имеет большой заказ на партию процессоров с определенной тактовой частотой, но в процессе его выполнения перешла на новый технологический процесс, который позволяет добиться значительного увеличения частоты. В этом случае процессоры, изготовленные по новой технологии, просто маркируются на более низкую тактовую частоту, оговоренную в контракте на поставку, и в таком виде отправляются заказчику (например, партия процессоров AMD K-6-2 266 МГц, которые могут работать на тактовой частоте 350-400 МГц);
  • процессоры после изготовления проходят тесты и не все они могут стабильно работать на предполагаемой частоте. В этом случае производитель тестирует забракованные процессоры на заниженной тактовой частоте и если все в порядке, то именно ее и отпечатают на корпусе.

В любом случае необходимо знать, что у процессоров есть некий потенциал, заложенный производителем.

При выборе процессора можно дать рекомендацию, что не стоит стремиться устанавливать процессор с максимально большой частотой. Дело в том, что тактовая частота процессора - это важный фактор, но есть нечто, названное "bottleneck", что в переводе с английского означает "горлышко бутылки". Обычно, для понимания значения этого термина используется следующий пример: для передачи большого количества воды диаметр трубы намного важнее, чем давление в ней. Если сравнить частоты процессора с трубами и водой: допустим, что частота процессора это - количество воды, которое должно пройти через трубу как можно быстрее, а частота FSB - это сама труба.В таком случае получается, что процессор с 266FSB и, допустим, 2600Mgz не будет настолько же эффективен, как процессор с 333FSB и 2000Mgz, т.к. готовые вычисления будут находиться в "ожидании", а процессор с 333Мгц получит следующие данные для обработки.

Производительность и высокое быстродействие современных процессоров обеспечиваются не только тем, что они работают на высоких тактовых частотах, но также и тем, что в их внутренней архитектуре предусмотрена специальная, собственная область памяти, в которой должны храниться многократно выполняемые процессором директивы, наиболее часто используемые им данные или результаты обработки команд, которые могут потребоваться процессору для осуществления последующих операций. Такая “внутренняя” память носит название кэш процессора.

Действительно, какой бы высокой ни была тактовая частота CPU, микросхема будет ежесекундно простаивать в течение небольших промежутков времени, ожидая, пока нужные данные поступят для последующей обработки из оперативной памяти компьютера, поскольку шина, по которой передается эта информация, обладает ограниченной пропускной способностью и может транслировать лишь строго определенный объем битов в секунду. Гораздо быстрее и удобнее “взять” наиболее востребованную информацию непосредственно из кэша. Кэш большинства современных процессоров состоит из двух уровней:
  • в первом (Cache Level 1) сохраняются данные, наиболее часто необходимые процессору для работы;
  • во втором (Cache Level 2) – информация, не уместившаяся в кэше первого уровня, а также набор регулярно обрабатываемых процессором инструкций.