Tại sao tốc độ xung nhịp của bộ xử lý dao động trong điều kiện nhàn rỗi và tải? Tần số CPU cơ bản và cách thức hoạt động

Hoạt động của bất kỳ máy tính kỹ thuật số nào đều phụ thuộc vào tần số đồng hồ, được xác định bởi bộ cộng hưởng thạch anh. Nó là một hộp thiếc đựng một tinh thể thạch anh. Dưới tác dụng của điện áp, dòng điện xuất hiện trong tinh thể. Tần số dao động tương tự này được gọi là tần số đồng hồ. Tất cả những thay đổi về tín hiệu logic trong bất kỳ chip máy tính nào đều xảy ra theo những khoảng thời gian nhất định, được gọi là chu kỳ xung nhịp. Từ đây chúng ta có thể kết luận rằng đơn vị thời gian nhỏ nhất đối với hầu hết các thiết bị logic của máy tính là chu kỳ xung nhịp, hay nói cách khác là chu kỳ tần số xung nhịp. Nói một cách đơn giản, mỗi thao tác yêu cầu ít nhất một chu kỳ xung nhịp (mặc dù một số thiết bị hiện đại có thể thực hiện một số thao tác trong một chu kỳ xung nhịp). Tần số đồng hồ, liên quan đến máy tính cá nhân, được đo bằng MHz, trong đó Hertz tương ứng là một rung động mỗi giây, 1 MHz là một triệu rung động mỗi giây. Về mặt lý thuyết, nếu bus hệ thống của máy tính của bạn hoạt động ở tần số 100 MHz thì nó có thể thực hiện tới 100.000.000 thao tác mỗi giây. Nhân tiện, không nhất thiết mỗi thành phần của hệ thống nhất thiết phải thực hiện một cái gì đó với mỗi chu kỳ xung nhịp. Có cái gọi là đồng hồ trống (chu kỳ chờ), khi thiết bị đang trong quá trình chờ phản hồi từ một số thiết bị khác. Ví dụ, hoạt động của RAM và bộ xử lý (CPU) được tổ chức, tần số xung nhịp của nó cao hơn đáng kể so với tần số xung nhịp của RAM.

Độ sâu bit

Bus bao gồm một số kênh để truyền tín hiệu điện. Nếu họ nói rằng xe buýt là ba mươi hai bit, thì điều này có nghĩa là nó có khả năng truyền tín hiệu điện qua ba mươi hai kênh cùng một lúc. Có một mẹo ở đây. Thực tế là một xe buýt có chiều rộng được khai báo bất kỳ (8, 16, 32, 64) thực sự có số lượng kênh lớn hơn. Nghĩa là, nếu chúng ta sử dụng cùng một bus ba mươi hai bit, thì 32 kênh được phân bổ để truyền dữ liệu và các kênh bổ sung được dùng để truyền thông tin cụ thể.

Tốc độ truyền dữ liệu

Tên của tham số này đã nói lên điều đó. Nó được tính theo công thức:

tốc độ xung nhịp * độ sâu bit = tốc độ truyền

Hãy tính tốc độ truyền dữ liệu cho bus hệ thống 64 bit hoạt động ở tần số xung nhịp 100 MHz.

100 * 64 = 6400 Mbps6400 / 8 = 800 Mbps

Nhưng con số kết quả là không có thật. Trong cuộc sống, lốp xe bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau: độ dẫn điện kém của vật liệu, hiện tượng nhiễu, sai sót trong thiết kế và lắp ráp, v.v. Theo một số báo cáo, sự khác biệt giữa tốc độ truyền dữ liệu lý thuyết và thực tế có thể lên tới 25%.

Hoạt động của mỗi xe buýt được giám sát bởi bộ điều khiển chuyên dụng. Chúng là một phần của bộ logic hệ thống ( bộ vi xử lý).

xe buýt isa

Bus hệ thống ISA (Kiến trúc tiêu chuẩn công nghiệp) đã được sử dụng kể từ bộ xử lý i80286. Khe cắm card mở rộng bao gồm đầu nối chính 64 chân và đầu nối phụ 36 chân. Bus là 16 bit, có 24 dòng địa chỉ và cung cấp quyền truy cập trực tiếp vào 16 MB RAM. Số lượng ngắt phần cứng là 16, kênh DMA là 7. Có thể đồng bộ hóa hoạt động của bus và bộ xử lý với các tần số xung nhịp khác nhau. Tần số đồng hồ - 8 MHz. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 16 MB/s.

PCI. (Bus kết nối thành phần ngoại vi - Bus kết nối thành phần ngoại vi)

Vào tháng 6 năm 1992, một tiêu chuẩn mới xuất hiện - PCI, công ty mẹ của nó là Intel, hay đúng hơn là Nhóm Lợi ích Đặc biệt do Intel tổ chức. Đến đầu năm 1993, một phiên bản hiện đại hóa của PCI đã xuất hiện. Trên thực tế, xe buýt này không phải là địa phương. Hãy để tôi nhắc bạn rằng bus cục bộ là bus được kết nối trực tiếp với bus hệ thống. PCI sử dụng Cầu chủ (cầu chính) để kết nối với nó, cũng như Cầu ngang hàng (cầu ngang hàng), được thiết kế để kết nối hai bus PCI. Trong số những thứ khác, bản thân PCI là cầu nối giữa ISA và bus bộ xử lý.

Tốc độ xung nhịp PCI có thể là 33 MHz hoặc 66 MHz. Độ sâu bit – 32 hoặc 64. Tốc độ truyền dữ liệu – 132 MB/giây hoặc 264 MB/giây.

Tiêu chuẩn PCI cung cấp ba loại thẻ tùy thuộc vào nguồn điện:

1. 5 Volts – dành cho máy tính để bàn

2. 3,3 Volts – dành cho máy tính xách tay

3. Bo mạch đa năng có thể hoạt động trên cả hai loại máy tính.

Ưu điểm lớn nhất của bus PCI là nó đáp ứng được đặc điểm kỹ thuật Plug and Play. Ngoài ra, trên bus PCI, mọi hoạt động truyền tín hiệu đều diễn ra theo kiểu gói, trong đó mỗi gói được chia thành các giai đoạn. Một gói bắt đầu bằng giai đoạn địa chỉ, thường được theo sau bởi một hoặc nhiều giai đoạn dữ liệu. Số lượng pha dữ liệu trong một gói có thể là không xác định, nhưng bị giới hạn bởi bộ đếm thời gian xác định thời gian tối đa mà một thiết bị có thể được sử dụng trên bus. Mỗi thiết bị được kết nối đều có bộ hẹn giờ như vậy và giá trị của nó có thể được đặt trong quá trình cấu hình. Trọng tài được sử dụng để tổ chức công việc truyền dữ liệu. Thực tế là có thể có hai loại thiết bị trên xe buýt - chủ (người khởi tạo, chủ, chủ) của xe buýt và thiết bị phụ. Master nắm quyền điều khiển bus và bắt đầu truyền dữ liệu đến đích, tức là Slave. Master hoặc Slave có thể là bất kỳ thiết bị nào được kết nối với bus và hệ thống phân cấp này liên tục thay đổi tùy thuộc vào thiết bị nào đã yêu cầu quyền từ trọng tài bus để truyền dữ liệu và cho ai. Chipset, hay đúng hơn là North Bridge, chịu trách nhiệm vận hành bus PCI không xung đột. Nhưng cuộc sống không dừng lại ở PCI. Sự cải tiến không ngừng của card màn hình dẫn đến thực tế là các thông số vật lý của bus PCI trở nên không đủ, dẫn đến sự xuất hiện của AGP.

Mọi người sử dụng thiết bị máy tính đều thường xuyên đặt ra câu hỏi này, đặc biệt là khi quyết định mua thiết bị mới. Nhưng để trả lời câu hỏi tần số xung nhịp của bộ xử lý ảnh hưởng như thế nào thì trước tiên bạn phải hiểu nó là gì?

TẦN SỐ XUNG CPU CÓ ẢNH HƯỞNG đến hiệu năng?

Chỉ báo này cho biết số lượng phép tính được bộ xử lý thực hiện trong một giây. Vâng, một cách tự nhiên, tần số càng cao thì bộ xử lý có thể thực hiện càng nhiều thao tác trên một đơn vị thời gian. Đối với các thiết bị hiện đại, con số này dao động từ 1 đến 4 GHz. Nó được xác định bằng cách nhân tần số cơ sở hoặc tần số bên ngoài với một hệ số nhất định. Bạn có thể tăng tần số bộ xử lý bằng cách ép xung nó. Các nhà sản xuất thiết bị này hàng đầu thế giới tập trung vào khả năng ép xung một số sản phẩm của họ.

Khi chọn một thiết bị như vậy, một chỉ số hiệu suất quan trọng không chỉ là tần số của nó. Điều này cũng bị ảnh hưởng bởi tốc độ xử lý.
Hiện tại, thực tế không còn thiết bị nào chỉ có một lõi. Bộ xử lý đa lõi đã thay thế hoàn toàn các bộ xử lý lõi đơn tiền nhiệm của chúng trên thị trường.

Về độ lõi và tần số xung nhịp

Hãy bắt đầu với thực tế là tuyên bố rằng bộ xử lý có tần số bằng tổng chỉ số này cho mỗi lõi là không chính xác. Nhưng tại sao bộ xử lý đa lõi lại tốt hơn và hiệu quả hơn? Bởi vì mỗi lõi tạo ra một phần công việc tổng thể của nó, nếu có thể, khi xử lý chương trình bằng bộ xử lý. Do đó, tính cốt lõi làm tăng đáng kể hiệu suất hệ thống nếu thông tin được xử lý có thể được chia thành các phần. Nhưng nếu điều này không thể thực hiện được thì chỉ có một lõi bộ xử lý hoạt động. Hơn nữa, hiệu suất tổng thể của nó bằng với tần số xung nhịp của lõi này.

Nói chung, nếu bạn phải làm việc với đồ họa, hình ảnh tĩnh, video, âm nhạc thì bộ xử lý đa lõi chính là thứ bạn cần. Nhưng nếu bạn là một game thủ, thì trong trường hợp này tốt hơn là nên sử dụng bộ xử lý không đa lõi lắm, vì các lập trình viên có thể không cung cấp khả năng chia quy trình phần mềm thành các phần. Do đó, bộ xử lý mạnh hơn sẽ tốt hơn cho việc chơi game.

Về kiến ​​trúc bộ xử lý

Ngoài ra, hiệu năng hệ thống còn phụ thuộc vào kiến ​​trúc bộ xử lý. Đương nhiên, đường dẫn tín hiệu từ điểm gửi đến điểm đích càng ngắn thì thông tin được xử lý càng nhanh. Vì lý do này, bộ xử lý của Intel hoạt động tốt hơn bộ xử lý của AMD ở cùng tốc độ xung nhịp.
Kết quả

Vì vậy, tốc độ xung nhịp của bộ xử lý là sức mạnh hoặc sức mạnh của nó. Nó ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống. Nhưng chúng ta không được quên rằng thông số này, ngoài sức mạnh, còn phụ thuộc vào số lượng lõi và kiến ​​​​trúc của thiết bị này. Bạn có nên chọn bộ xử lý dựa trên những gì nó sẽ cần để hoạt động trong tương lai không? Đối với trò chơi, tốt hơn là nên sử dụng bộ xử lý mạnh hơn, đối với mọi thứ khác, bộ xử lý đa lõi với tần số xung nhịp không quá cao là phù hợp.

Trong tất cả các đặc tính kỹ thuật của bộ xử lý, nổi tiếng nhất đối với người dùng là tần số xung nhịp. Nhưng rất ít người không chuyên hiểu đầy đủ nó là gì. Thông tin chi tiết hơn về điều này sẽ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của hệ thống máy tính. Đặc biệt là khi sử dụng bộ xử lý đa lõi có một số tính năng vận hành nhất định mà không phải ai cũng biết nhưng cần tính đến khi vận hành máy tính.

Trong một thời gian dài, nỗ lực chính của các nhà phát triển đều nhằm mục đích tăng tần số xung nhịp. Chỉ gần đây mới có xu hướng phát triển và cải thiện kiến ​​trúc máy tính, tăng dung lượng bộ nhớ đệm và số lượng lõi xử lý. Tuy nhiên, tốc độ xung nhịp của bộ xử lý không được chú ý.

Thông số này - tốc độ xung nhịp của bộ xử lý là gì?

Chúng ta hãy thử tìm hiểu "tốc độ xung nhịp của bộ xử lý" là gì. Giá trị này đặc trưng cho số lượng phép tính mà bộ xử lý có thể thực hiện trong một giây. Do đó, bộ xử lý có tần số xung nhịp cao hơn cũng có hiệu suất cao hơn, tức là. có khả năng thực hiện nhiều thao tác hơn trong một khoảng thời gian nhất định.

Hầu hết các bộ xử lý hiện đại đều có tốc độ xung nhịp từ 1 đến 4 GHz. Giá trị này được xác định là tích của tần số cơ sở và một hệ số nhất định. Đặc biệt bộ xử lý Intel Cốt lõi i7 920 có tần số xung nhịp riêng là 2660 Hz, đạt được nhờ tần số bus cơ bản là 133 MHz và hệ số 20. Một số nhà sản xuất sản xuất bộ xử lý có thể được ép xung để đạt hiệu suất cao hơn. Ví dụ: Black Edition của AMD và dòng K-series của Intel. Điều đáng chú ý là, mặc dù tầm quan trọng của đặc điểm này nhưng nó không mang tính quyết định khi chọn máy tính. Tốc độ xung nhịp chỉ ảnh hưởng một phần đến hiệu suất xử lý.

Bộ xử lý lõi đơn thực tế đã bị lãng quên và hiếm khi được sử dụng trong các thiết bị máy tính hiện đại. Điều này là do sự phát triển của ngành CNTT, sự tiến bộ của ngành này không bao giờ hết đáng ngạc nhiên. Ngay cả trong số các chuyên gia, đôi khi bạn có thể gặp phải quan niệm sai lầm về cách tính tốc độ xung nhịp của bộ xử lý có hai lõi trở lên. Một quan niệm sai lầm phổ biến là tốc độ xung nhịp phải được nhân với số lõi. Ví dụ: bộ xử lý 4 lõi có tần số xung nhịp 3 GHz sẽ có tần số tích hợp là 12 GHz, tức là. 4x3=12. Nhưng điều này là không đúng sự thật.

Hãy giải thích điều này bằng một ví dụ đơn giản. Hãy lấy một người đi bộ đi bộ với tốc độ 4 km/h - đây là bộ xử lý lõi đơn có tần số 4 GHz. Bộ xử lý 4 nhân với tốc độ xung nhịp 4 GHz đã cho phép 4 người đi bộ đi cùng tốc độ 4 km/h. Thật vậy, trong trường hợp này, tốc độ của người đi bộ không được tính tổng và chúng ta không thể nói rằng họ di chuyển với tốc độ 16 km/h. Chúng ta chỉ đơn giản nói về bốn người đi bộ đi cùng nhau với vận tốc mỗi người là 4 km/h. Sự tương tự tương tự có thể được áp dụng cho bộ xử lý đa lõi. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng bộ xử lý 4 lõi có tốc độ xung nhịp 4 GHz chỉ đơn giản là có bốn lõi, mỗi lõi có cùng tần số - 4 GHz. Từ đó rút ra một kết luận đơn giản và hợp lý: số lượng lõi bộ xử lý chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của nó và không làm tăng tổng tần số xung nhịp của thiết bị máy tính.

CPU - bộ xử lý trung tâm hoặc thiết bị xử lý trung tâm. Nó là một mạch tích hợp thực hiện các hướng dẫn của máy. Nhìn bên ngoài, một CPU hiện đại trông giống như một khối nhỏ có kích thước khoảng 4-5 cm với các chân tiếp xúc ở phía dưới. Mặc dù người ta thường gọi khối này là mạch tích hợp nhưng bản thân mạch tích hợp lại nằm bên trong gói này và là một tinh thể silicon trên đó các linh kiện điện tử được áp dụng bằng kỹ thuật in thạch bản.

Mặt trên của vỏ CPU có tác dụng tản nhiệt do hàng tỷ bóng bán dẫn tạo ra. Ở phía dưới có các điểm tiếp xúc cần thiết để kết nối chip với bo mạch chủ bằng ổ cắm - một đầu nối cụ thể. CPU là bộ phận mạnh mẽ nhất của máy tính.

Tần số xung nhịp là một tham số quan trọng trong hoạt động của bộ xử lý và những ảnh hưởng của nó

Hiệu suất của bộ xử lý thường được đo bằng tốc độ xung nhịp của nó. Đây là số lượng hoạt động hoặc chu kỳ xung nhịp mà CPU có thể thực hiện trong một giây. Về cơ bản, đó là thời gian mà bộ xử lý cần để xử lý thông tin. Điều đáng chú ý là các kiến ​​trúc và thiết kế CPU khác nhau có thể thực hiện các hoạt động ở số chu kỳ xung nhịp khác nhau. Nghĩa là, một CPU cho một tác vụ nhất định có thể cần một chu kỳ xung nhịp và một CPU khác - 4. Do đó, CPU đầu tiên có thể hoạt động hiệu quả hơn với giá trị 200 MHz, so với CPU thứ hai có giá trị 600 MHz.

Nghĩa là, trên thực tế, tần số xung nhịp không quyết định đầy đủ hiệu suất của bộ xử lý, điều này thường được nhiều người quan niệm như vậy. Nhưng chúng ta đã quen với việc đánh giá nó dựa trên những chuẩn mực ít nhiều đã được thiết lập. Ví dụ: đối với các kiểu máy hiện đại, phạm vi tần số thực tế là từ 2,5 đến 3,7 GHz và thường cao hơn. Đương nhiên, giá trị càng cao thì càng tốt. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là trên thị trường không có bộ xử lý nào có tần số thấp hơn nhưng hoạt động hiệu quả hơn nhiều.

Nguyên lý hoạt động của máy tạo xung nhịp

Tất cả các thành phần của PC hoạt động ở tốc độ khác nhau. Ví dụ: bus hệ thống có thể là 100 MHz, CPU có thể là 2,8 GHz và RAM có thể là 800 MHz. Đường cơ sở cho hệ thống được thiết lập bởi bộ tạo xung nhịp.

Thông thường, các máy tính hiện đại sử dụng chip thế hệ có thể lập trình để xác định giá trị cho từng thành phần riêng biệt. Nguyên lý hoạt động của bộ tạo xung đồng hồ đơn giản nhất là tạo ra các xung điện trong một khoảng thời gian nhất định. Ví dụ rõ ràng nhất về việc sử dụng máy phát điện là đồng hồ điện tử. Bằng cách đếm tích tắc, giây được hình thành, từ đó phút và giờ được hình thành. Chúng ta sẽ nói về Gigahertz, Megahertz, v.v. sau.

Tốc độ của máy tính, laptop phụ thuộc vào tần số xung nhịp như thế nào

Tần số bộ xử lý chịu trách nhiệm về số chu kỳ xung nhịp mà máy tính có thể thực thi trong một giây, từ đó phản ánh hiệu suất. Tuy nhiên, đừng quên rằng các kiến ​​trúc khác nhau sử dụng số chu kỳ xung nhịp khác nhau để giải quyết một vấn đề. Nghĩa là, “đo lường bằng chỉ số” có liên quan đến ít nhất một loại bộ xử lý.

Điều gì bị ảnh hưởng bởi tốc độ xung nhịp của bộ xử lý lõi đơn trong máy tính và máy tính xách tay?

CPU lõi đơn hiếm khi được tìm thấy trong tự nhiên nữa. Nhưng bạn có thể sử dụng chúng làm ví dụ. Một lõi bộ xử lý chứa ít nhất một đơn vị logic số học, một tập hợp các thanh ghi, một vài cấp độ bộ đệm và bộ đồng xử lý.

Tần suất mà tất cả các thành phần này thực hiện nhiệm vụ của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể của CPU. Nhưng, một lần nữa, với kiến ​​trúc và cơ chế thực thi lệnh tương đối giống nhau.

Điều gì bị ảnh hưởng bởi số lượng lõi trong máy tính xách tay?

Các lõi CPU không cộng lại. Nghĩa là, nếu 4 lõi hoạt động ở tốc độ 2 GHz, điều này không có nghĩa là tổng giá trị của chúng là 8 GHz. Bởi vì các tác vụ trong kiến ​​trúc đa lõi được thực thi song song. Nghĩa là, một tập hợp lệnh nhất định được phân phối đến các lõi theo từng phần và sau mỗi lần thực thi, một phản hồi chung sẽ được tạo ra.

Bằng cách này, một nhiệm vụ nhất định có thể được hoàn thành nhanh hơn. Toàn bộ vấn đề là không phải phần mềm nào cũng có thể hoạt động với nhiều luồng cùng một lúc. Tức là cho đến nay, trên thực tế, hầu hết các ứng dụng chỉ sử dụng một lõi. Tất nhiên, có các cơ chế ở cấp hệ điều hành có thể song song hóa các tác vụ trên các lõi khác nhau, ví dụ: một ứng dụng tải một lõi, ứng dụng khác tải một giây, v.v. Nhưng điều này cũng đòi hỏi tài nguyên hệ thống. Nhưng nhìn chung, các chương trình và trò chơi được tối ưu hóa sẽ hoạt động tốt hơn nhiều trên hệ thống đa lõi.

Tốc độ xung nhịp của bộ xử lý được đo như thế nào?

Đơn vị đo Hertz thường biểu thị số lần các quy trình định kỳ được thực hiện trong một giây. Điều này đã trở thành giải pháp lý tưởng cho các đơn vị đo tần số xung nhịp của bộ xử lý. Bây giờ công việc của tất cả các con chip bắt đầu được đo bằng Hertz. Chà, bây giờ là GHz. Giga là tiền tố chỉ ra rằng nó chứa 1000000000 Hertz. Trong suốt lịch sử của PC, các hộp giải mã tín hiệu đã thay đổi thường xuyên - KHz, sau đó là MHz và bây giờ GHz là phù hợp nhất. Trong thông số kỹ thuật của CPU, bạn cũng có thể tìm thấy các chữ viết tắt tiếng Anh - MHz hoặc GHz. Những tiền tố như vậy có nghĩa giống như trong tiếng Cyrillic.

Cách tìm ra tần số bộ xử lý của máy tính của bạn

Đối với hệ điều hành Windows, có một số phương pháp đơn giản, cả tiêu chuẩn và sử dụng chương trình của bên thứ ba. Đơn giản và rõ ràng nhất là nhấp chuột phải vào biểu tượng “Máy tính của tôi” và đi đến thuộc tính của nó. Bên cạnh tên của CPU và các đặc tính của nó, tần số của nó sẽ được chỉ định.

Từ các giải pháp của bên thứ ba, bạn có thể sử dụng chương trình CPU-Z nhỏ nhưng nổi tiếng. Bạn chỉ cần tải về, cài đặt và chạy nó. Trong cửa sổ chính nó sẽ hiển thị tốc độ đồng hồ hiện tại. Ngoài dữ liệu này, nó còn hiển thị rất nhiều thông tin hữu ích khác.

chương trình CPU-Z

Các cách để tăng năng suất

Để làm được điều đó có hai cách chính: tăng hệ số nhân và tăng tần số bus hệ thống. Hệ số nhân là hệ số hiển thị tỷ lệ giữa tần số bộ xử lý cơ sở và bus hệ thống cơ sở.

Nó được cài đặt gốc và có thể bị khóa hoặc mở khóa ở thiết bị cuối. Nếu có thể thay đổi hệ số nhân, điều đó có nghĩa là bạn có thể tăng tần số của bộ xử lý mà không cần thay đổi hoạt động của các thành phần khác. Nhưng trên thực tế, cách tiếp cận này không mang lại sự gia tăng hiệu quả, vì phần còn lại đơn giản là không thể theo kịp CPU. Việc thay đổi chỉ báo bus hệ thống sẽ dẫn đến tăng giá trị của tất cả các thành phần: bộ xử lý, RAM, cầu bắc và cầu nam. Đây là cách dễ nhất và hiệu quả nhất để ép xung máy tính.

Bạn có thể ép xung toàn bộ PC bằng cách tăng điện áp, điều này sẽ làm tăng tốc độ của các bóng bán dẫn CPU, đồng thời tăng tần số của nó. Nhưng phương pháp này khá phức tạp và nguy hiểm cho người mới bắt đầu. Nó được sử dụng chủ yếu bởi những người có kinh nghiệm về ép xung và điện tử.