Waarom fluctueert de kloksnelheid van de processor tijdens inactiviteit en belasting? Basis-CPU-frequentie en hoe het werkt
De werking van elke digitale computer is afhankelijk van de klokfrequentie, die wordt bepaald door een kwartsresonator. Het is een tinnen houder waarin een kwartskristal is geplaatst. Onder invloed van elektrische spanning ontstaan er oscillaties van elektrische stroom in het kristal. Deze zelfde oscillatiefrequentie wordt de klokfrequentie genoemd. Alle veranderingen in logische signalen in een computerchip vinden plaats met bepaalde intervallen, klokcycli genoemd. Hieruit kunnen we concluderen dat de kleinste tijdseenheid voor de meeste logische apparaten van een computer een klokcyclus is of, op een andere manier, een periode van klokfrequentie. Simpel gezegd vereist elke bewerking minstens één klokcyclus (hoewel sommige moderne apparaten erin slagen meerdere bewerkingen in één klokcyclus uit te voeren). De klokfrequentie wordt, in relatie tot personal computers, gemeten in MHz, waarbij Hertz respectievelijk één trilling per seconde is, en 1 MHz een miljoen trillingen per seconde. Theoretisch gezien kan de systeembus van uw computer, als deze op een frequentie van 100 MHz werkt, tot 100.000.000 bewerkingen per seconde uitvoeren. Het is overigens helemaal niet nodig dat elk onderdeel van het systeem noodzakelijkerwijs bij elke klokcyclus iets uitvoert. Er zijn zogenaamde lege klokken (wachtcycli), wanneer het apparaat wacht op een reactie van een ander apparaat. Zo is de werking van RAM en een processor (CPU) georganiseerd, waarvan de klokfrequentie aanzienlijk hoger is dan de klokfrequentie van RAM.
Beetje diepte
De bus bestaat uit verschillende kanalen voor het verzenden van elektrische signalen. Als ze zeggen dat een bus tweeëndertig bits is, betekent dit dat hij in staat is om elektrische signalen tegelijkertijd via tweeëndertig kanalen te verzenden. Er is hier één truc. Feit is dat een bus van welke breedte dan ook (8, 16, 32, 64) feitelijk een groter aantal kanalen heeft. Dat wil zeggen, als we dezelfde tweeëndertig-bits bus nemen, dan worden 32 kanalen toegewezen voor het verzenden van gegevens zelf, en zijn extra kanalen bedoeld voor het verzenden van specifieke informatie.
Gegevensoverdrachtsnelheid
De naam van deze parameter spreekt voor zich. Het wordt berekend met de formule:
kloksnelheid * bitdiepte = baudrate
Laten we de gegevensoverdrachtsnelheid berekenen voor een 64-bits systeembus die werkt op een klokfrequentie van 100 MHz.
100 * 64 = 6400 Mbps6400 / 8 = 800 Mbps
Maar het resulterende getal is niet reëel. In het leven worden banden beïnvloed door een heleboel verschillende factoren: ineffectieve geleidbaarheid van materialen, interferentie, ontwerp- en montagefouten, en nog veel meer. Volgens sommige rapporten kan het verschil tussen de theoretische gegevensoverdrachtsnelheid en de praktische snelheid oplopen tot 25%.
De werking van elke bus wordt bewaakt door speciale controllers. Ze maken deel uit van de systeemlogicaset ( chipset).
is een bus
De ISA-systeembus (Industry Standard Architecture) wordt gebruikt sinds de i80286-processor. Het uitbreidingskaartslot bevat een 64-pins primaire connector en een 36-pins secundaire connector. De bus is 16-bit, heeft 24 adreslijnen en biedt directe toegang tot 16 MB RAM. Het aantal hardware-interrupts is 16, DMA-kanalen zijn 7. Het is mogelijk om de werking van de bus en processor te synchroniseren met verschillende klokfrequenties. Klokfrequentie - 8 MHz. De maximale gegevensoverdrachtsnelheid bedraagt 16 MB/s.
PCI. (Peripheral Component Interconnect-bus - perifere componentverbindingsbus)
In juni 1992 verscheen een nieuwe standaard op het toneel: PCI, waarvan Intel de moedermaatschappij was, of beter gezegd de door haar georganiseerde Special Interest Group. Begin 1993 verscheen een gemoderniseerde versie van PCI. In feite is deze bus niet lokaal. Ik wil u eraan herinneren dat de lokale bus de bus is die rechtstreeks is aangesloten op de systeembus. PCI gebruikt de Host Bridge (hoofdbrug) om er verbinding mee te maken, evenals de Peer-to-Peer Bridge (peer-to-peer bridge), die is ontworpen om twee PCI-bussen met elkaar te verbinden. PCI is onder andere zelf een brug tussen de ISA en de processorbus.
De PCI-kloksnelheid kan 33 MHz of 66 MHz zijn. Bitdiepte – 32 of 64. Snelheid van gegevensoverdracht – 132 MB/sec of 264 MB/sec.
De PCI-standaard biedt drie soorten kaarten, afhankelijk van de voeding:
1. 5 volt – voor desktopcomputers
2. 3,3 volt – voor laptopcomputers
3. Universele borden die in beide soorten computers kunnen werken.
Het grote voordeel van de PCI-bus is dat deze voldoet aan de Plug and Play-specificatie. Bovendien vindt op de PCI-bus elke signaaloverdracht pakketsgewijs plaats, waarbij elk pakket in fasen wordt verdeeld. Een pakket begint met een adresfase, meestal gevolgd door een of meer datafasen. Het aantal datafasen in een pakket kan onbeperkt zijn, maar wordt beperkt door een timer die bepaalt hoe lang een apparaat maximaal door de bus kan worden gebruikt. Elk aangesloten apparaat heeft een dergelijke timer en de waarde ervan kan tijdens de configuratie worden ingesteld. Er wordt een arbiter gebruikt om de gegevensoverdracht te organiseren. Feit is dat er twee soorten apparaten op de bus kunnen zijn: een master (initiator, master, master) van de bus en een slaaf. De master neemt de controle over de bus over en initieert de dataoverdracht naar de bestemming, d.w.z. de slave. Elk apparaat dat op de bus is aangesloten, kan master of slave zijn, en deze hiërarchie verandert voortdurend, afhankelijk van welk apparaat toestemming heeft gevraagd aan de busarbiter om gegevens over te dragen en aan wie. De chipset, of beter gezegd de North Bridge, is verantwoordelijk voor een conflictvrije werking van de PCI-bus. Maar het leven stopte niet bij PCI. De voortdurende verbetering van videokaarten leidde ertoe dat de fysieke parameters van de PCI-bus onvoldoende werden, wat leidde tot de opkomst van AGP.
Elke gebruiker van computerapparatuur stelde deze vraag vaak, vooral bij de beslissing om nieuwe apparatuur aan te schaffen. Maar om de vraag te beantwoorden: wat beïnvloedt de klokfrequentie van de processor, moet u eerst begrijpen wat het is?
INVLOED VAN CPU-KLOKFREQUENTIE op prestaties?
Deze indicator geeft het aantal berekeningen weer dat door de processor in één seconde is uitgevoerd. Hoe hoger de frequentie, hoe meer bewerkingen de processor per tijdseenheid kan uitvoeren. Voor moderne apparaten varieert dit cijfer van 1 tot 4 GHz. Het wordt bepaald door de basis- of externe frequentie met een bepaalde coëfficiënt te vermenigvuldigen. U kunt de processorfrequentie verhogen door deze te overklokken. De wereldleiders in de productie van deze apparaten richten een aantal van hun producten op mogelijk overklokken.
Bij het kiezen van een dergelijk apparaat is een belangrijke prestatie-indicator niet alleen de frequentie. Dit wordt ook beïnvloed door de processorsnelheid.
Momenteel zijn er vrijwel geen apparaten meer die slechts één kern hebben. Multi-core processors hebben hun single-core voorgangers volledig van de markt verdrongen.
Over kernheid en klokfrequentie
Laten we beginnen met het feit dat de bewering dat de processor een frequentie heeft die gelijk is aan de totale som van deze indicator voor elk van de kernen niet correct is. Maar waarom is een multi-coreprocessor beter en efficiënter? Omdat elk van de kernen, indien mogelijk, zijn deel van het totale werk produceert bij het verwerken van het programma met de processor. Coreness verhoogt dus de systeemprestaties aanzienlijk als de verwerkte informatie in delen kan worden verdeeld. Maar als dit niet mogelijk is, werkt er slechts één processorkern. Bovendien zijn de algehele prestaties gelijk aan de klokfrequentie van deze kern.
Over het algemeen is een multi-coreprocessor precies wat u nodig heeft als u met grafische afbeeldingen, statische afbeeldingen, video of muziek moet werken. Maar als je een gamer bent, is het in dit geval beter om een niet erg multi-coreprocessor te nemen, omdat programmeurs er misschien niet in voorzien om softwareprocessen in delen te verdelen. Daarom is een krachtigere processor beter voor gamen.
Over de processorarchitectuur
Bovendien zijn de systeemprestaties ook afhankelijk van de processorarchitectuur. Hoe korter het signaalpad van het zendpunt naar het bestemmingspunt, hoe sneller de informatie wordt verwerkt. Om deze reden presteren processors van Intel beter dan die van AMD bij dezelfde kloksnelheid.
Resultaten
De kloksnelheid van een processor is dus zijn kracht of vermogen. Het beïnvloedt de systeemprestaties. Maar we mogen niet vergeten dat deze parameter, naast het vermogen, afhangt van het aantal kernen en van de architectuur van dit apparaat. Moet u een processor kiezen op basis van waar deze in de toekomst mee moet werken? Voor games is het beter om een krachtigere processor te nemen; al het andere is een multi-coreprocessor met een niet erg hoge klokfrequentie.
Van alle technische kenmerken van de processor is de klokfrequentie de bekendste onder gebruikers. Maar weinig niet-specialisten begrijpen volledig wat het is. Meer gedetailleerde informatie hierover zal helpen om de werking van computersystemen beter te begrijpen. Vooral bij gebruik van multi-coreprocessors die bepaalde bedieningsfuncties hebben die niet bij iedereen bekend zijn, maar waarmee rekening moet worden gehouden bij het bedienen van een computer.
Lange tijd waren de belangrijkste inspanningen van ontwikkelaars juist gericht op het verhogen van de klokfrequentie. Pas onlangs is er een tendens geweest om de computerarchitectuur te ontwikkelen en te verbeteren, de hoeveelheid cachegeheugen en het aantal processorkernen te vergroten. De kloksnelheid van de processor blijft echter niet onopgemerkt.
Wat is deze parameter: kloksnelheid van de processor?
Laten we proberen erachter te komen wat "kloksnelheid van de processor" is. Deze waarde karakteriseert het aantal berekeningen dat de processor in één seconde kan uitvoeren. Bijgevolg heeft een processor met een hogere klokfrequentie ook hogere prestaties, d.w.z. in staat zijn om binnen een bepaalde tijd een groter aantal handelingen uit te voeren.
De meeste moderne processors hebben kloksnelheden tussen 1 en 4 GHz. Deze waarde wordt gedefinieerd als het product van de basisfrequentie en een bepaalde coëfficiënt. Met name de verwerker Intel Core i7 920 heeft zijn eigen klokfrequentie van 2660 Hz, die wordt verkregen dankzij de basisbusfrequentie van 133 MHz en een factor 20. Sommige fabrikanten produceren processors die kunnen worden overgeklokt voor betere prestaties. Bijvoorbeeld AMD's Black Edition en Intel's K-series lijn. Het is vermeldenswaard dat dit, ondanks het belang van dit kenmerk, niet doorslaggevend is bij het kiezen van een computer. De kloksnelheid heeft slechts gedeeltelijk invloed op de processorprestaties.
Single-core processors zijn praktisch in de vergetelheid geraakt en worden zelden gebruikt in moderne computerapparatuur. Dit wordt veroorzaakt door de ontwikkeling van de IT-industrie, waarvan de vooruitgang nooit ophoudt te verbazen.
Zelfs onder experts kun je soms een misvatting tegenkomen over het berekenen van de kloksnelheid van een processor met twee of meer kernen. Een veel voorkomende misvatting is dat de kloksnelheid moet worden vermenigvuldigd met het aantal cores. Een 4-coreprocessor met een klokfrequentie van 3 GHz heeft bijvoorbeeld een geïntegreerde frequentie van 12 GHz, d.w.z. 4x3=12. Maar dit is niet waar.. Laten we een voetganger nemen die met een snelheid van 4 km/u loopt: dit is een single-coreprocessor met een frequentie van 4 GHz. Een 4-coreprocessor met een kloksnelheid van 4 GHz is al 4 voetgangers die met dezelfde snelheid van 4 km/u lopen. In dit geval wordt de snelheid van voetgangers inderdaad niet opgeteld, en we kunnen niet zeggen dat ze zich met een snelheid van 16 km/u voortbewegen. We hebben het eenvoudigweg over vier voetgangers die samen lopen met een snelheid van elk 4 km/u. Dezelfde analogie kan worden toegepast op een multi-coreprocessor. We kunnen dus zeggen dat een 4-coreprocessor met een kloksnelheid van 4 GHz eenvoudigweg vier kernen heeft, die elk dezelfde frequentie hebben: 4 GHz. Hieruit volgt een eenvoudige en logische conclusie: het aantal processorkernen heeft alleen invloed op de prestaties en verhoogt niet de totale klokfrequentie van het computerapparaat.
CPU – centrale verwerkingseenheid of centraal verwerkingsapparaat. Het is een geïntegreerd circuit dat machine-instructies uitvoert. Uiterlijk ziet een moderne CPU eruit als een klein blokje van ongeveer 4-5 cm groot met pincontacten aan de onderkant. Hoewel het gebruikelijk is om dit blok te noemen, bevindt de geïntegreerde schakeling zelf zich in deze behuizing en is een siliciumkristal waarop elektronische componenten worden aangebracht met behulp van lithografie.
De bovenkant van de CPU-behuizing dient om de warmte af te voeren die wordt gegenereerd door de miljarden transistors. Aan de onderkant bevinden zich contacten die nodig zijn om de chip met het moederbord te verbinden via een socket - een specifieke connector. De CPU is het krachtigste onderdeel van de computer.
Klokfrequentie als een belangrijke parameter voor de werking van de processor, en wat deze beïnvloedt
De prestaties van een processor worden meestal gemeten aan de hand van de kloksnelheid. Dit is het aantal bewerkingen of klokcycli dat de CPU per seconde kan uitvoeren. In wezen de tijd die de processor nodig heeft om informatie te verwerken. Het addertje onder het gras is dat verschillende CPU-architecturen en -ontwerpen bewerkingen kunnen uitvoeren in een verschillend aantal klokcycli. Dat wil zeggen dat één CPU voor een bepaalde taak mogelijk één klokcyclus nodig heeft, en een andere - 4. De eerste kan dus efficiënter blijken te zijn met een waarde van 200 MHz, versus de tweede met een waarde van 600 MHz.
Dat wil zeggen dat de klokfrequentie in feite niet volledig de prestaties van de processor bepaalt, die doorgaans door velen als zodanig wordt gepositioneerd. Maar we zijn eraan gewend het te beoordelen op basis van min of meer gevestigde normen. Voor moderne modellen ligt het werkelijke bereik in cijfers bijvoorbeeld van 2,5 tot 3,7 GHz, en vaak hoger. Hoe hoger de waarde, hoe beter uiteraard. Dit betekent echter niet dat er geen processor op de markt is met een lagere frequentie, maar die wel veel efficiënter werkt.
Werkingsprincipe van een klokgenerator
Alle pc-componenten werken op verschillende snelheden. De systeembus kan bijvoorbeeld 100 MHz zijn, de CPU kan 2,8 GHz zijn en het RAM-geheugen kan 800 MHz zijn. De basislijn voor het systeem wordt ingesteld door de klokgenerator.
Meestal gebruiken moderne computers een programmeerbare generatiechip, die de waarde voor elk onderdeel afzonderlijk bepaalt. Het werkingsprincipe van de eenvoudigste klokpulsgenerator is het genereren van elektrische pulsen met een bepaald tijdsinterval. Het meest voor de hand liggende voorbeeld van het gebruik van een generator is een elektronisch horloge. Door het tellen van tikken worden seconden gevormd, waaruit minuten en vervolgens uren worden gevormd. We zullen iets later praten over wat Gigahertz, Megahertz, etc. zijn.
Hoe de snelheid van een computer en laptop afhangt van de klokfrequentie
De processorfrequentie is verantwoordelijk voor het aantal klokcycli dat een computer in één seconde kan uitvoeren, wat op zijn beurt de prestaties weerspiegelt. Vergeet echter niet dat verschillende architecturen verschillende aantallen klokcycli gebruiken om één probleem op te lossen. Dat wil zeggen dat “meten aan de hand van indicatoren” relevant is binnen ten minste één klasse van verwerkers.
Wat wordt beïnvloed door de kloksnelheid van een single-coreprocessor in een computer en laptop?
Single-core CPU's worden zelden meer in de natuur aangetroffen. Maar je kunt ze als voorbeeld gebruiken. Eén processorkern bevat minimaal een rekenkundig-logische eenheid, een set registers, een paar cacheniveaus en een coprocessor.
De frequentie waarmee al deze componenten hun taken uitvoeren, heeft rechtstreeks invloed op de algehele prestaties van de CPU. Maar nogmaals, met een relatief vergelijkbare architectuur en een mechanisme voor het uitvoeren van opdrachten.
Wat wordt beïnvloed door het aantal kernen in een laptop?
De CPU-kernen kloppen niet. Dat wil zeggen, als 4 kernen op 2 GHz werken, betekent dit niet dat hun totale waarde 8 GHz is. Omdat taken in multi-core architecturen parallel worden uitgevoerd. Dat wil zeggen, een bepaalde reeks opdrachten wordt in delen naar de kernen gedistribueerd en na elke uitvoering wordt een gemeenschappelijk antwoord gegenereerd.
Op deze manier kan een bepaalde taak sneller worden voltooid. Het hele probleem is dat niet alle software tegelijkertijd met meerdere threads kan werken. Dat wil zeggen dat tot nu toe de meeste applicaties in feite slechts één kern gebruiken. Er zijn uiteraard mechanismen op besturingssysteemniveau die taken over verschillende kernen kunnen parallelliseren, bijvoorbeeld: de ene applicatie laadt de ene kern, de andere laadt een tweede, enz. Maar dit vereist ook systeembronnen. Maar over het algemeen presteren geoptimaliseerde programma's en games veel beter op multi-core systemen.
Hoe wordt de kloksnelheid van de processor gemeten?
De meeteenheid Hertz geeft doorgaans het aantal keren aan dat periodieke processen in één seconde worden uitgevoerd. Dit werd de ideale oplossing voor de eenheden waarin de klokfrequentie van de processor wordt gemeten. Nu begon de arbeid van alle chips in Hertz te worden gemeten. Nou, nu is het GHz. Giga is een voorvoegsel dat aangeeft dat het 1000000000 Hertz bevat. Door de geschiedenis heen van pc's zijn settopboxen regelmatig veranderd: KHz, vervolgens MHz en nu is GHz het meest relevant. In CPU-specificaties kun je ook Engelse afkortingen vinden: MHz of GHz. Dergelijke voorvoegsels betekenen hetzelfde als in het Cyrillisch.
Hoe u de processorfrequentie van uw computer kunt achterhalen
Voor het Windows-besturingssysteem zijn er verschillende eenvoudige methoden, zowel standaard als met behulp van programma's van derden. De eenvoudigste en meest voor de hand liggende is om met de rechtermuisknop op het pictogram "Deze computer" te klikken en naar de eigenschappen ervan te gaan. Naast de naam van de CPU en zijn kenmerken, wordt de frequentie aangegeven.
Van oplossingen van derden kunt u het kleine maar bekende CPU-Z-programma gebruiken. U hoeft het alleen maar te downloaden, installeren en uitvoeren. In het hoofdvenster wordt de huidige kloksnelheid weergegeven. Naast deze gegevens wordt er nog veel andere nuttige informatie weergegeven.
CPU-Z-programma
Manieren om de productiviteit te verhogen
Om dit te doen zijn er twee manieren: de vermenigvuldiger en de systeembusfrequentie verhogen. De vermenigvuldiger is een coëfficiënt die de verhouding weergeeft tussen de basisprocessorfrequentie en de basissysteembus.
Deze is in de fabriek ingesteld en kan op het eindapparaat worden vergrendeld of ontgrendeld. Als het mogelijk is om de vermenigvuldiger te wijzigen, betekent dit dat u de frequentie van de processor kunt verhogen zonder wijzigingen aan te brengen in de werking van andere componenten. Maar in de praktijk levert deze aanpak geen effectieve toename op, omdat de rest de CPU simpelweg niet kan bijhouden. Het wijzigen van de systeembusindicator zal leiden tot een verhoging van de waarden van alle componenten: processor, RAM, noord- en zuidbruggen. Dit is de gemakkelijkste en meest effectieve manier om een computer te overklokken.
Je kunt ook de pc als geheel overklokken door de spanning te verhogen, waardoor de snelheid van de CPU-transistoren en tegelijkertijd de frequentie toeneemt. Maar deze methode is behoorlijk ingewikkeld en gevaarlijk voor beginners. Het wordt voornamelijk gebruikt door mensen die ervaring hebben met overklokken en elektronica.