Системные 

Что такое тактовая частота процессора? Влияние тактовой частоты на производительность процессора Внутренняя тактовая частота процессора.

Когда приобретаешь или собираешь настольный компьютер, то можно выяснить, что одной из самый дорогих деталей будет процессор. Процессор — это электронный блок или схема, которая исполняет машинные инструкции, а также одна из главных частей аппаратного обеспечения компьютера.

Процессор имеет множество различных параметров, один из которых называется тактовой частотой. Что это такое?

Тактовая частота процессора — это частота синхронизирующих импульсов синхронной электронной схемы, которые поступают из вне на вход схемы за одну секунду. Иными словами, это то количество операций, которое выполняется процессором за одну секунду. При этом этом важно не забывать, что процессоры с одной тактовой частотой могут иметь различную производительность, поэтому для выполнения одной операции различным системам требуется разное количество тактов.

Тактовая частота измеряется в единицах частоты — мегагерцах и гигагерцах.

Считается, что чем выше величина , тем производительнее сам процессор. Отчасти это верно, но лишь для моделей в одной линейке производителя. Ведь на производительность процессора оказывают влияние и другие характеристики, например, частота шины или размер кэша. Некоторые производители позволяют «разгонять» тактовую частоту процессора.

Кстати, интересный момент. Как вы знаете, одноядерные процессоры сегодня встречаются не так уж часто, их место заменили многоядерные процессоры. Впрочем, это не удивительно, но не об этом речь. Многие спрашивают, как рассчитывается тактовая частота многоядерных процессоров? Некоторые пользователи считают, что достаточно умножить тактовую частоту на количество ядер процессора. То есть если 8-ядерный процессор имеет частоту в 3Ггц, то нужно умножить 8 на 3 и получим частоту аж в 24 ГГц. На деле этот подсчет не имеет ничего общего с действительностью.

Что бы понять сам принцип высчитывания тактовой частоты, нужно рассмотреть простой пример. Допустим, у нас есть автомобиль, который развивает 200 км в час (то бишь одноядерный процессор). Если мы возьмем 4 таких автомобиля (4-ядерный процессор), то как бы мы не тужились, разогнать эти автомобили до скорости в 800 км в час мы не сможем ни при каком желании. Так же и с тактовой частотой — если она составляет 3 ГГц, то 4-ядерный процессор имеет частоту в те же 3 ГГц.

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» .

Частота процессора – это величина, определяющая, как часто на центральный процессор (ЦП) приходят тактовые импульсы, синхронизирующие его работу. Многих пользователей интересует вопрос – в чем измеряется частота. Она измеряется в герцах, или количестве изменений состояния тактового входа ЦП в секунду. Фактически измерение частоты используют преимущественно для определения производительности системы.

Важно! Если частота ЦП составляет, например 3 ГГц, это вовсе не значит, что он выполняет три миллиарда команд в секунду. Каждая команда может выполняться несколько тактов.

Все современные центральные процессоры (ЦП) работают по следующей схеме: каждое действие в них происходит поэтапно, с приходом на специальный вход ПЦ (обычно обозначаемый CLK – от слова clock) очередного импульса. Каждый импульс называется тактом. Несколько тактов составляют так называемый «машинный цикл» — минимальное время между обращением процессора к памяти, необходимым для считывания команды.

Работа ЦП состоит в чтении команды и её выполнении. В среднем на один машинный цикл уходит около трёх тактов и ещё несколько тактов уходит на исполнение команды. В системе команд семейств х86 или х64 длительность команд может достигать от 3 до 30 тактов. Кроме того, в работе ЦП также присутствуют такты простоя.

То есть, фактическое быстродействие (число команд исполняемых ЦП в секунду) хоть и зависит от частоты, но не равно ей.

В данной статье будет рассмотрено, как узнать тактовую частоту, как проверить её на соответствие штатной величине, и как изменить значения частоты процессора.

Фактически частота ЦП, на которой он работает, является величиной, зависящей от двух важных параметров:

  • скорости работы системной шины (front side bus или FSB);
  • величина множителя, применяемого в ЦП в настоящее время.

Итоговая величина получается умножением одного параметра на другой. То есть каждый параметр может влиять общую частоту. Например, у процессоров Intel Core i7-4700 значение FSB равно 100 МГц, а множитель может меняться от 23 до 23 в зависимости от режима работы ЦП. Что соответствует реальному значению тактовой частоты процессора от 2300 МГц до 3300 МГц.

Обозначение и измерение частоты процессора

Частота обозначается на корпусе процессора или в его документации. Сразу следует отметить, что в этих местах указывается её штатная величина для ЦП. Измерение её реального показателя для ЦП может производиться либо средствами операционной системы, либо при помощи сторонних программ.

Влияние показателя

Частота является базовой величиной, влияющей на производительность компьютерной системы в целом. Это один из основных параметров, определяющий быстродействие ПК. Влияние других параметров (числа ядер, объёма кэш памяти и т.д.) проявляется не более, чем в 20% случаев.

Фактически для увеличения производительности системы можно попытаться увеличить значение тактовой частоты ЦП в тех пределах, которые будет позволять аппаратная часть компьютера.

Штатная частота – это такое её значение, при котором ЦП работает в номинальном режиме с расчётным быстродействием и его тепловыделение не превышает максимально допустимого значения.

Помимо штатной величины оперируют понятием действующей частоты. Это просто то её значение, с которым ЦП работает в настоящее время. Она может быть выше штатной (например, для игр нужна максимальное быстродействие, чтобы обеспечить наибольшую производительность графической подсистемы) или же заниженной, когда ПК находится в режиме покоя.

Посмотреть значения штатной и действующей частоты можно стандартными средствами, встроенными в Windows 7 или Windows 10. Даже минимальный диагностический функционал, установленный на этих системах, позволяет находить эти параметры. Операционные системы способны находить практически все существующие ЦП в базе данных и выводить их штатную величину (в свойствах системы), а также определять действующую (в диспетчере задач).

Кроме того, определить все перечисленные параметры можно при помощи любой сторонней программы диагностики, например:

  • AIDA64;
  • CPU-Z;
  • Speccy;
  • HWInfo;
  • и т.д.

Перечисленные программы способны определять как действующее, так и штатное значение. Кроме того, штатную величину можно узнать, посмотрев BIOS ПК в разделе CPU Info или CPU Clock Settings.

Внимание! Частота может быть легко изменяема в биосе. Собственно, практически весь разгон ЦП с тонкой настройкой его параметров корректно можно реализовать исключительно через BIOS.

Как узнать изменить частоту процессора

Вопрос, как узнать частоту ЦП, фактически уже рассмотрен. Даже обычные средства Windows позволяют делать это без каких бы то ни было проблем. Однако, большинство пользователей волнуют более насущные вопросы: им нужно выжать из своих ПК максимум производительности.

Поэтому работа в режиме «турбо» у большинства ПК давно уже стала практически штатным режимом. Работа современных систем охлаждения позволяет без особых проблем увеличивать значение частоты на 20-30% от штатной, при этом не опасаясь за судьбу своего ЦП. Именно поэтому многие пользователи увеличивают быстродействие своих ЦП всеми доступными методами: от изменений планов быстродействия и электропитания до аппаратного разгона процессора.

Рассмотрим, как увеличить тактовую частоту ЦП. Поскольку её итоговое значение получается в виде произведения величины FSB на множитель, есть два пути: увеличение FSB, либо увеличение множителя.

Однако, оба имеют свои ограничения. Величина множителя изначально заблокирована производителем на каком-то уровне, незначительно превышающем максимальное значение. Например, множители у упомянутого выше i7-4700 имеют следующие значение:

  1. штатный – 23;
  2. минимальный – 6;
  3. турбо – 33;
  4. максимальный – 35.

То есть, максимальное значение частоты, с которой может работать данный ЦП, составляет 3500 МГц, однако, производитель приводит не эту величину, а немного меньшую (3300 МГц), то есть максимальный разгон данного процессора по множителю составит всего лишь 6%.

Внимание! Существуют серии процессоров «для энтузиастов», у которых верхнее значение множителя разблокировано, то есть способно принимать, в принципе, любые значения. Подобные ЦП обозначаются индексом «К» или «Х».

Ограничение по FSB обусловлено не только физическими процессами в ЦП, но и поведением материнки и всего остального «обвеса»: памяти, видеокарты, USB и т.д., поскольку каждое из этих устройств также ориентируется на работу, с которой работает FSB.

Реальный рост скорости ЦП при увеличении FSB может доходить до 50%. Однако, это экстремальные случаи, требующие не только экстремальных систем охлаждения, но и настройки задержек в работе всех перечисленных устройств. Выигрыш быстродействия здесь получится только в том случае, если эти задержки не будут влиять на производительность.

Непосредственно само увеличение частоты процессора может быть осуществлено несколькими методами:

  • «мягкими» программными – при помощи изменения плана электропитания процессора (обычно, при этом меняется только множитель и все процессы по изменению частоты происходят автоматически);
  • «жёсткими» программными – при помощи специальных программ по тонкой настройке ЦП, работающим под Windows; например, MS Afterburner и ему подобные;
  • аппаратными – разгон процессора при помощи настроек BIOS.

Последний способ наиболее предпочтителен, поскольку именно он позволяет управлять и FSB и множителем. Кроме того, данное решение даёт возможность увеличивать напряжение питания ЦП, если разгон при обычном способе не приносит результата. При этом пользуются простым правилом: постепенно увеличивают FSB на 2-3% и следят за стабильностью системы. Если система не даёт сбоев, переходят на повышенную частоту, если сбои есть, повышают напряжение.

Увеличение частоты прекращают на последнем её стабильном значении, при котором повышение напряжения не опасно для ЦП (не более +10% от номинального значения).

Решение вопроса, как уменьшить частоту, состоит в противоположных действиях: обычно при этом убирается весь разгон, а ПК переводится на план электропитания, имеющий минимальное энергопотребление. При этом система сама понизит частоту ЦП до нужных значений.

Зависимость частоты процессора от количества ядер

Фактически число или количество ядер на частоту никакого влияния не оказывает. Однако, есть некоторые особенности работы многоядерных систем, связанные с этим. Вообще-то изначально многоядерность планировалась, как дальнейшее достижение всё большей производительности. Но со временем стало понятно, что быстродействие современных ЦП в тривиальных задачах и так более, чем достаточное.

И на первое место в большем количестве задач стали выходить не сколько вопросы производительности, сколько вопросы энергосбережения. Последние требовали снижения частоты, поскольку, как показала практика, чаще снизить частоту выгоднее, чем поддерживать её в каком-то постоянном значении.

До 2015 года все многоядерные ЦП имели единые значения скорости работы для каждого ядра. И только появление в 2015 году семейства Skylake позволило устанавливать для каждого ядра своё быстродействие. Для всех последующих поколений (шестое и более поздние) понижать или повышать частоты можно для каждого ядра в отдельности. Методы, как понизить частоту или повысить её для каждого ядра в отдельности, такие же, как и для процессора в целом. Современные твикеры позволяют вести тонкую настройку частоты каждого ядра.

То есть теперь вопрос, что важнее: скорость или потребление решается уже на уровне ядра.

Способы изменения частоты процессора на ПК и ноутбуке

На ноутбуке способов изменения частоты, связанных со встроенным функционалом (BIOS и т.д.) относительно немного, поскольку производители сознательно «огораживают» своих пользователей от всех потенциально опасных действий. В этом есть своя логика, поскольку ноуты являются персоналками, работающими практически на пределе своих способностей и неизвестно, как они себя поведут при нарушении в них баланса тепловыделения и теплоотвода.

Какая частота для ноутбука является штатной, можно узнать из его описания, но какая будет максимальной, скорее всего, определять придётся самостоятельно, поскольку ориентироваться на опыт других пользователей в этом вопросе, мягко говоря, не стоит. Дело в том, что в силу особенностей дизайна ноутов даже незначительные изменения в конструкции могут оказать существенное влияние на его охлаждение. А зачастую и даже изделия из одной партии ведут себя в одних и тех же задачах совершенно по-разному.

Поэтому, решая вопрос, как поднять частоту на ноуте, следует очень внимательно следить за его состоянием, поскольку сложность настроек параметров тепловой безопасности такого типа персоналок может сыграть с пользователем злую шутку. Например, можно настроить ноут на минимальную интенсивность системы охлаждения, но при этом при помощи твикера дать ему разгон на процессор. Как при этом он себя поведёт – неизвестно. Если отключится – хорошо. А если нет?

В любом случае, экспериментируя с FSB или множителем ЦП ноутбука, следует пользоваться только программами-твикерами, разработанными исключительно производителями ноута. Стороннее программное обеспечение лучше не использовать.

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 .