Что такое частота системной шины

Компьютер вашей мечты. Часть 2: Реальность и фикция

Вторая часть опуса будет посвящена ключевым компонентам современной системы — центральному процессору, оперативной памяти и видеокарте. В том, что эти компоненты основные, вряд ли кто-то сомневается, вопрос стоит в другом — кто из них главнее? На что следует обратить внимание в первую очередь при сборке машины под определенные задачи? На какой девайс и какие его характеристики?

Для начала сделаю небольшое отступление.
Моя предыдущая статья вызвала на хабре довольно неоднозначную реакцию. Суть большинства негативных комментариев сводилась к одному: «Это всё очевидные вещи! Ничего нового! Всё уже известно! Где конкретика?».
Что поделать, я не могу писать кратко (да-да, краткость — сестра таланта, но не моя), не могу не делать различных отступлений. Не могу писать инструкции вида «делай раз, делай два, делай три».
И мой предыдущий топик — это не инструкция, не руководство «как собрать компьютер». Это вступление для одного большого материала, описывающее лишь общие принципы. Да и сам материал тоже не инструкция и не руководство, а пища для соображений, повод изменить некоторые свои взгляды и начать думать в ситуациях, где это вы считали лишним.
Вторую часть я планировал опубликовать дня через 2-3 после первой и писать начал практически сразу, но как-то дело не клеилось. Через неделю было готово процентов 60. Я сел, прочитал написанное, и оно мне дико не понравилось. Получилось действительно слишком растянуто и скучно. Поэтому всё было переписано заново, практически с нуля. Я постарался сделать материал более читаемым и, насколько возможно, сократить длину. Буду рад, если мои старания оказались не напрасны =)

Часть 2. Реальность и фикция

; ; ; .

Максимально возможное равенство условий тестирования;
Отказ от использования результатов синтетических тестов и бенчмарков.

Центральный процессор

Ядро и его степпинг;
Количество вычислительных ядер;
Тактовая частота;
Тип и частота системной шины;
Тип и значение системного множителя;
Характеристики кэш-памяти (количество уровней и объём на каждом из них);
Наборы инструкций и расширений, поддержка различных фирменных технологий;
Уровень энергопотребления и тепловыделения (тепловой пакет, TDP).

AMD K8 (практически все Athlon 64 и Athlon 64 X2, за исключением буквально пары моделей);
AMD K10 (Athlon 7xxx и Phenom первого поколения, а так же пара моделей Athlon 64 X2);
AMD K10.5 (Athlon II и Phenom II, а так же новые Sempron — все модели данной микроархитектуры имеют трёхзначный индекс);
Intel Core 2 (включает в себя два поколения процессоров — 65нм Conroe и 45нм Penryn);
Intel Nehalem (Core i7,i5,i3 и т.д.).

Сразу же видно безнадежное устаревание K8 и не самую лучшую картину с K10. K10.5 показывает более приятные результаты, кое где даже обгоняя продукцию Intel, но расстраивает полный слив всех процессоров AMD в задачах, связанных с графикой. Если же говорить о продукции Intel — планомерный рост при переходе к Penryn, и ещё более приятный — к более современным Nehalem, которые помимо всего ещё и в видеокодировании отличились.
Вообщем выводы о первоначальной расстановке сил сделать можно довольно точно.
Что касается степпинга (ревизии) ядра — влияет он в основном на TDP и частотный потенциал процессора.Бывает, что новые степпинги приносят дополнительные наборы инструкций и расширений. Уточняйте на сайте производителя =)

Количество ядер

Первое, что видно из графика — явно не в играх. Вообще, есть конечно несколько игр, где прирост производительности довольно высок (до 50%), но их очень мало — меньше чем пальцев на руках (самые-самые ядрозависимые — GTA IV и World in Conflict) =) В большинстве же он составляет от 0 до 15% и падает с увеличением настроек качества и разрешения.
Наиболее эффективно многоядерные конфигурации показывают себя в 3D-рендеринге и компиляции. Хорошие результаты также в кодировании видео. При работе с графикой прирост есть, но он не так высок, как хотелось бы.
Ну и наконец сильный удар по стереотипам — сжатие данных. Архиваторы показывают впечатляющие цифры во встроенных синтетических бенчмарках, но когда дело доходит до работы с реальными данными — выясняется, что лишние ядра им, как собаке пятая нога.
Трёхъядерная конфигурация действительно оказывается весьма интересной — отличные результаты в оптимизированных под многопоточность приложениях и гораздо большая польза, чем от 4-ядерников — в неоптимизированных. При не сильной разнице в цене с 2-ядерными ЦП — может стать хорошим выбором.
Что же касается технологии Hyper-Threading (виртуальное распараллеливание), возрожденной в процессорах Intel Core i7, то польза от неё есть только в очень чувствительных к количеству ядер приложениях (тех, у которых на графике колбаса длиннее 40 😉 ). Ну и никакого мифического двукратного роста включение HT естественно не даёт — лишь 1/3 от того, что получилось бы при увеличении реального количества ядер вдвое. Графики приводить не буду.

Тактовая частота

Да, всё-таки зависимость производительности от частоты ЦП гораздо заметнее, чем от количества ядер. Например, при увеличении частоты с 2.8 до 3.8ГГц, т.е. на 35%, в большинстве случаев мы будем иметь рост производительности больше 30%, что очень хорошо. C играми картина хуже, влияние частоты меньше раза в два, да к тому же, как и в случае с количеством ядер, падает с увеличением настроек качества, разрешения, и… частоты, т.е. зависимость эта нелинейна. Если углубиться в тесты, то можно сделать вывод, что наиболее важный участок — от 2 до 3ГГц, а к сверхвысоким частотам (выше 4ГГц) игры относятся довольно холодно.
Большинство современных процессоров имеет заводскую частоту как раз от 2 до 3ГГц, т.е. покупка модели с более высокой частотой (на 300-500МГц) действительно даст преимущество везде.

Частота системной шины и множитель

Производители очень любят меряться инновациями в области системных шин, вовсю рекламируя различные QuickPath’и с HyperTransport’ами, которые по пропускной способности затыкают за пояс «классическую» FSB.
Если здесь есть те, кто уверовал в эти слова — рекомендую вернуться к первому графику. Может, заслуги высокопроизводительных шин там и есть, но это определенно не тот фактор, который оказывает сильное влияние на результат.
Нет, в своё время это конечно было очень важно. Но сейчас даже бюджетные решения с поддержкой той самой «морально устаревшей» FSB работают изначально с эффективной частотой 800МГц и имеют пропускную способность 6.4Гб/с. Здесь мы сталкиваемся с понятием «достаточности».
Вообще частота системной шины в плане производительности наиболее важна как основополагающая скорости обмена данными между процессором и оперативной памятью. Чтобы реализовать потенциал высокоскоростных шин важно использование высокоскоростной оперативной памяти (обратное утверждение тоже верно). Так что отложим этот вопрос до тестов оперативной памяти.
Что же касается периферийных устройств — младшие Nehalem, например, используют для связи с ними шину DMI с пропускной способностью 2Гб/с. И опять же — хватает.
Системный множитель определяет результирующую частоту ядер. Умножается он соответственно на частоту системной шины, либо на частоту системного генератора — в зависимости от реализации. Множитель может быть полностью заблокирован (сейчас встречается редко), разблокирован в сторону уменьшения (встречается почти повсеместно, т.к. эта функция является одной из оставляющих энергосберегающих технологий) или полностью разблокирован (специальные оверклокерские модели процессоров).
Отсюда вывод — на тип и частоту системной шины, а также множитель в общем случае можно не обращать внимания.

Объем кэш-памяти

Как видно — влияние объёма кэш-памяти везде разное и сильно зависит от конкретной задачи. О линейности говорить не приходится, но переход 4Мб->6Мб даёт очень маленький прирост практически везде, т.е. некоторые выводы о достаточности уже напрашиваются. А ещё, в отличие от предыдущих тестов, сильную любовь к кэшу показывают игры.
Из всего этого многообразия результатов больше всего интересует нас тот, который на графике показан черным цветом, т.е. 2МБ->6МБ. Почему? Младшие Intel Pentium имеют 2Мб кэш-памяти, а старшие Core 2 Duo — 4-6мб. Среди современной продукции AMD 2мб кэша 2 уровня имеет вообще большинство процессоров, а Phenom II помимо этого обладают ещё и кэшем 3 уровня объёмом 4-6мб (для первых Phenom этот показатель скромнее — 2Мб). Учитывая вышесказанные слова о достаточности, можно сделать вывод, что «чёрная колбаса» весьма наглядно показывает соотношение производительности между младшими и старшими линейками процессоров. Более глубокое изучение тестов этот вывод вообщем-то подтверждает.

Оперативная память

Тип памяти;
Реальная и эффективная частота;
Количество каналов;
Схема таймингов;
Объем.

Тип памяти

Является основополагающей для остальных характеристик памяти, но в плане производительности сам по себе не важен.

Частота

Совершенно несерьёзно — при росте ПСП ВДВОЕ рост производительности в большинстве случаев не превышает даже 5-6%. Вывод напрашивается один — достаточность пропускной способности современной памяти.
Собственно этим же можно поставить и окончательную точку в вопросе пропускной способности системной шины.

Количество каналов

Многоканальные режимы работы с памятью предназначены опять же для увеличения ПСП.
При включении двухканального режима удаётся добиться в лучшем случае 2-3% прироста производительности, а хвалёный трёхканальный контроллер процессоров Intel Core i7 на платформе S1366 в подавляющем большинстве случаев вообще не может оторваться от одноканального. Причина — повышенное количество тактов, тратящееся на синхронизацию такой схемы.

Схема таймингов

Тайминги памяти — это временные задержки сигнала (выраженные количеством тактов) при операциях обращения к памяти. Всего таймингов довольно много, но в основную схему входят 4 наиболее важных — CAS Latency, RAS to CAS Delay, RAS Precharge Time, Row Active Time. Чем меньше задержки, тем соответственно выше скорость доступа к памяти, однако с повышением частоты для сохранения стабильности работы их приходится увеличивать. Поэтому на практике приходится решать вопрос о том, что важнее — пропускная способность памяти или скорость доступа.
Влияние таймингов на производительность оказывается тоже весьма незначительно. Для систем со встроенным в процессор контроллером памяти можно выиграть 2-5% при снижении таймингов на одну ступень. Для систем, у которых контроллер памяти находится в чипсете, для достижения такого результата необходимо понизить их уже на две ступени.
Если рассматривать чувствительность отдельных приложений к таймингам — расклад примерно тот же, что и с ПСП.

Объём

Профессиональная работа с графикой. Хранение истории правок для тяжелых файлов может серьёзно кушать оперативку, однако на практике отразится это только в чуть более быстрой работе тех же функций отмены/повтора.
Несколько виртуальных машин. Опустим вопрос о необходимости держания нескольких одновременно работающих ВМ на одном компьютере, но если такая необходимость есть — память естественно для этого тоже понадобится.
Веб-сервера, терминальные сервера и т.п. Одним словом — сервера. Вообще серьёзные сервера с большим количеством одновременно работающих приложений могут потребовать и 16, и 32ГБ, и ещё побольше, но этот вопрос уже выходит за рамки данной статьи =)

Видеокарта

Видеокарта как графический адаптер используется для вывода изображения на экран;
Видеокарта как 3D-ускоритель используется для обработки трехмерной графики.

Видеокарта НЕ используется как ускоритель в процессе обработки 2D-графики;
Видеокарта НЕ используется как ускоритель в процессе воспроизведения видео.

Видеокарта как устройство вывода

Внутренний интерфейс;
Внешние интерфейсы;
Поддерживаемые режимы вывода изображения;
Поддерживаемые ОС;
TDP.

Внутренний интерфейс

Если говорить о современной ситуации — выбор тут будет невелик — либо дискретная плата с интерфейсом PCI Express, либо интегрированное в чипсет решение (Intel извратились до того, что начали встраивать видеоядра в центральный процессор — Core i3 и Pentium G, однако суть от этого мало поменялась — использование этого ядра возможно только с определенными чипсетами — Intel H55/H57, что вообщем-то, ИМХО, убило хорошую идею), использующее тот же PCI Express. Видеокарты с интерфейсом AGP окончательно вымерли, а изредка встречающиеся девайсы для старого доброго PCI относятся к разряду «для извращенцев». Что касается поддержки PCI Express 2.0, то она важна в том случае, если вы собрались строить систему с использованием нескольких высокопроизводительных видеокарт — материнские платы в этом случае, как правило, переключают слоты PCIE в менее производительные режимы и удвоенная пропускная способность оказывается кстати.

Внешний интерфейс

Здесь выбор зависит исключительно от того, на что вы собираетесь выводить изображение. Интерфейсы DVI и VGA (чаще через переходник DVI-VGA) поддерживают все видеокарты поголовно. Многие имеют поддержку HDMI (чаще опять же через переходник DVI-HDMI). DisplayPort встречается редко, но его и на технике что-то не особо видать =)
Кстати, не стоит расстраиваться, если выбранный девайс начисто лишен поддержки HDMI. Большинство отзывов о попытках использования данного интерфейса по назначению пестрит гневом и бранью. Личный опыт дал ту же картину — замечательное изображение через «в конец устаревший» VGA и ужасно дерьмовое через «новый высокотехнологичный» HDMI. Ну и помимо этого — совершенно жлобские цены на соответствующие кабели.

Поддерживаемые режимы вывода изображения

В этом вопросе больше важны мультимониторные возможности видеокарты. Даже при наличии 3-4 внешних интерфейсов, одновременно выводить изображение девайс скорее всего может только на 2, причём тот же HDMI часто бывает запараллелен с DVI, что соответственно не даёт использовать их вместе. Так что, если хочется подключать к компьютеру 3 и более монитора — придётся либо поискать девайс с такой функцией (добрый производитель не забудет упомянуть об этом, как об одной из ключевых фич), либо запасаться второй видеокартой.
Что же касается непосредственно режимов вывода — даже бюджетные решения обладают поддержкой широченного набора этих режимов, вплоть до 2560х1600. Хотя перестраховаться и уточнить никто не мешает.

Поддерживаемые ОС

Тут всё зависит от наличия и качества драйверов под нужную ось. Особенно болезненным в своё время этот вопрос был для адептов пингвиноподобных операционок, однако сейчас, вроде бы, всё наладилось. Если же говорить о Windows, то качество драйверов AMD — частый предмет холиваров. Объективно тут что-то говорить трудно, однако камень в огород «красных» всё же можно кинуть: AMD выпускает апдейты драйверов строго раз в месяц, и на этот график не могут повлиять ни внезапно обнаруженные баги, ни прилёт НЛО, ни прочие факторы; NVIDIA таким маразмом не страдает — обновления выходят по мере надобности, кроме того всегда есть публичные бета-версии. Выводы делайте сами.

Видеокарта как 3D-ускоритель

Графический процессор и его ревизия;
Количество текстурных блоков и блоков растеризации;
Количество и тип шейдерных процессоров;
Частоты ГП (могут задаваться отдельно для растрового и шейдерного доменов);
Характеристики видеопамяти (ширина шины памяти, тип памяти, реальная и эффективная частота, объём);
Уровень поддержки DirectX, OpenGL и Shader Model.

Графический процессор

GeForce 8800GTS/512MB
GeForce 9800GTX
GeForce 9800GTX+
GeForce 250GTS

Количество специализированных блоков

Вообще говоря, эти параметры относятся к напрямую влияющим на производительности, но, как было уже сказано выше — напрямую их сравнивать нельзя.
Шейдерные процессоры современных ГП AMD, кстати, суперскалярные и выполняют 5 инструкций за такт, а хитрый производитель заявляет, что у него самих процессоров в 5 раз больше =)

Характеристики видеопамяти

Уж не знаю, почему так сложилось, но тянет людей мерять производительность видеокарт характеристиками видеопамяти.
Всякий бюджетный хлам вроде GeForce 8400 или Radeon HD4300 расходится как горячие пирожки, ибо продаётся под лозунгом «крутая игровая видеокарта на гиг». Смешно. И грустно. А в последнее время другая тенденция наметилась. Начало всё больше появляться «специалистов», которые прочитав по диагонали пару статей (люди то айтишники блин, или хотя бы близко к IT — вот что обидно) делают вывод, что главный параметр — это ширина шины видеопамяти. И даже практическими примерами пытаются доказать. Вот только если бы статьи те они читали не по диагонали, а нормально, то знали бы, что сама по себе ширина шины в себе огромной важности не несёт, но определяет действительно значимую характеристику — пропускную способность памяти (которой, в отличие от ситуации с ОП, сейчас чем больше — тем лучше, причём заметно лучше). И то, что ПСП для случаев с использование 256bit GDDR3 на частоте 2ГГц и 128bit GDDR5 на 4ГГц, например, будет абсолютна равна.
Возвращаясь же к объёму — большинство решений среднего сегмента имеет на борту либо 512, либо 1ГБ видеопамяти. Тесты показывают, что гигабайт может пригодиться лишь для видеокарт верхнего сегмента при работе в высоких разрешениях (1920х1080, например), и то не всегда. А ещё большие объёмы соответственно — исключительно маркетинговая «замануха».
Двухчиповые видеокарты, к слову, имеют не тот объём, что указан на коробке, а «два раза по половинке». Т.е. Radeon HD4870X2 2GB, например, имеет не 2Гб памяти, а по 1Гб на процессор. А какая разница? Очень большая — каждый из ГП может использовать только свою память. Так-то =)

Уровень поддержки API

Уровень поддержки различных API и Shader Model ничего, кроме совместимости видеокарты с ними, естественно не определяет. И вообще, не стоит за ними гоняться. К тому времени, как нормальной (а не на уровне пары эффектов) поддержкой новых API обзаводится достаточное количество игр (а тем более когда они перестают тормозить. ), сменяется не одно поколение видеокарт.

О производительности в играх

Вообще, кстати, важно упомянуть о том, как измеряется производительность в играх.
Если зайти на любой железячный форум, то можно обнаружить как массу ~~школоты~~ людей, кричащих о том, что «кризис на максималках летает без тормозов» на их бюджетных девайсах прошлого поколения, так и собсно железячников, тщетно пытающихся то самое «без тормозов» выжать на топовых карточках за 500$.
Причина здесь в методике измерения производительности. У ~~школоты~~ народных масс это субъективные ощущения, у айтишников всё же помимо субъективного мнения есть и объективный показатель — FPS.
FPS (Frames Per Second) — количество кадров, которое успевает отрисовать игровой движок за одну секунду.
«Минимальной игровой планкой» считается 25-30FPS.
«Уровнем комфорта» — вдвое больше, т.е. 50-60FPS.
Откуда взяты цифры, расписывать не буду. Это общепринятые значения и стали они ими не просто так. Если есть желание — поищите сами.
Как и в случае с любой динамической величиной, можно рассматривать максимальный, минимальный, и средний FPS.
Пиковая производительность нам малоинтересна, поскольку очень кратковременна и на общую картину не влияет, а вот средняя и минимальная — очень даже.
Некоторые игровые движки, правда, страдают нехорошей особенностью — лагать (дёргаться) при вроде приличном FPS. К счастью, такой эффект встречается нечасто.
Итак, если средний FPS находится на уровне 50-60 и выше, в пике нагрузки не опускается ниже 25-30, а различные лаги/подергивания/подвисания отсутствуют — только тогда можно объективно говорить об отсутствии тормозов при текущем разрешении и настройках качества.
Что касается настроек качества — это тоже палка о двух концах. Лично я не считаю допустимым называть настройки «максимальными», если выключено полноэкранное сглаживание (FSAA), например. Что поделать, люблю я красивую чистую картинку и не люблю лесенки. Кстати, встречаются игры, где FSAA отсутствует, или есть, но не даёт эффекта — это, как правило, те же поделия, что лагают при любом FPS =)

Дополнительные возможности современных видеокарт

DirectX Video Acceleration — технология аппаратного ускорения видео. Позволяет практически полностью переложить процесс декодирования видео с центрального процессора на ГП, соответственно заметно его разгрузив. Требует поддержку со стороны ГП (GeForce 8 и старше, кроме тех, что на ГП G80, и все Radeon HD2000 и старше) и софта (название намекает, что работать оно не будет без оси от мелкомягких, а более глубокое изучение вопроса — что и вообще без Vista/7 с их Enhanced Video Renderer). Поддерживает далеко не все кодеки, да и вообще капризна и ест не любой файл, а только «правильно закодированный» (что, естественно, встречается совсем не повсеместно).

что означает частота шины у процессора и сильно ли она важна?

Частота шины данных (Front Side Bus, или FSB). Шина данных — это набор сигнальных линий для передачи информации в процессор и из него.
Частота шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера.
Нужно отметить, что в процессорах Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 используется технология Quad Pumping, которая позволяет передавать четыре блока данных за один такт. При этом эффективная частота шины увеличивается в четыре раза. Для указанных процессоров в поле «Частота шины» приводится эффективная, то есть увеличенная в четыре раза, частота шины.
В процессорах компании AMD Athlon 64 и Opteron использована технология HyperTransport. Она позволяет процессору и оперативной памяти взаимодействовать эффективнее, что положительно сказывается на общей производительности системы.

Процессоры

Ядро — это самый основной элемент ЦП (CPU). Им определяется бóльшая часть характеристик процессора. Прежде всего, от ядра зависит тип сокета, диапазон рабочих частот, а также частота внутренней шины (FSB).

Ядро процессора определяется следующими характеристиками:

технологический процесс;
объем внутреннего кэша L1 и L2;
напряжение;
теплоотдача.

Перед покупкой центрального процессора, необходимо удостовериться, что выбранная вами материнская плата сможет с ним работать.

Примечательно, что одна линейка процессоров может содержать в себе ЦП, оснащенные разными ядрами. К примеру, в линейке Intel Core i5 имеются процессоры с ядрами Lynnfield, Clarkdale, Arrandale и Sandy Bridge.

Что такое частота шины данных?

Показатель частоты шины данных также обозначается как Front Side Bus (или сокращенно FSB).

Шина данных — это набор сигнальных линий, предназначенных для передачи данных в и из процессора.

Частота шины — это тактовая частота, с которой осуществляется обмен данными между процессором и системной шиной.

Следует отметить, что процессоры Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 применяют технологию Quad Pumping. Она дает возможность осуществлять передачу 4 блоков данных за один такт. Эффективная частота шины, при этом, возрастает вчетверо. Следует помнить, что для выше-обозначенных процессоров, в графе «частота шины» указывается увеличенный в 4 раза показатель.

Процессоры компании AMD Athlon 64 и Opteron применяют технологию HyperTransport, которая дает возможность процессору и ОЗУ осуществлять эффективное взаимодействие. Данная система существенно повышает общую производительность.

Что такое тактовая частота процессора?

Тактовая частота процессора — это число операций процессора в секунду. Под операциями, в данном случае, подразумеваются такты. Показатель тактовой частоты пропорционален частоте шины (FSB).

Обычно, чем выше тактовая частота, тем выше производительность. Однако, это правило работает только для моделей процессоров, принадлежащих одной линейке. Почему? В них, на производительность процессора, помимо частоты, оказывают влияние также такие параметры, как:

размер кэша второго уровня (L2);
присутствие и частота кэша третьего уровня (L3);
присутствие специальных инструкций и прочее.

Диапазон тактовой частоты процессора: от 900 до 4200 МГц.

Что такое техпроцесс?

Техпроцесс — это масштаб технологии, определяющей габариты полупроводниковых элементов, составляющих базу внутренних цепей процессора. Цепи образуют соединенные между собой транзисторы.

Пропорциональное сокращение габаритов транзисторов, по мере развития современных технологий, приводит к улучшению характеристик процессоров. К примеру, ядро Willamette, выполненное согласно техпроцессу 0.18 мкм, обладает 42 млн. транзисторов; ядро Prescott с техпроцессом 0.09 мкм, имеет уже 125 млн. транзисторов.

Что такое величина тепловыделения процессора?

Тепловыделение — это показатель отведенной системой охлаждения мощности для обеспечения нормального функционирования процессора. Чем выше значение данного параметра, тем сильнее греется процессор в ходе своей работы.

Данный показатель крайне важно учитывать в случае завышения частоты центрального процессора. Процессор, обладающий низким тепловыделением, охлаждается быстрее, и, соответственно, разогнать его можно сильнее.

Следует также учитывать, что производители процессоров измеряют показатель тепловыделения по-разному. Поэтому сравнение по этой характеристике уместно только в рамках одной компании-производителя.

Диапазон тепловыделения процессора: от 10 до 165 Вт.

Поддержка технологии Virtualization Technology

Virtualization Technology — технология, позволяющая единовременную работу нескольких операционных систем на одном ПК.

Так, благодаря технологии виртуализации, одна компьютерная система может функционировать в виде нескольких виртуальных.

Поддержка технологии SSE4

SSE4 — технология, включающая в себя пакет, состоящий из 54 новых команд, направленных на улучшение показателей производительности процессора в ходе выполнения им различных ресурсоемких задач.

Поддержка технологии SSE3

SSE3 — технология, включающая в себя пакет, состоящий из 13 новых команд. Их введение в новую генерацию направлено на улучшение показателей производительности процессора в части операций потоковой обработки данных.

Поддержка технологии SSE2

SSE2 — технология, включающая в себя пакет команд, дополняющий технологии своих «предшественников»: SSE и MMX. Является разработкой корпорации Intel. Включенные в набор команды позволяют добиться существенного прироста производительности в приложениях, оптимизированных под SSE2. Данную технологию поддерживают практически все современные модели процессоров.

Поддержка технологии NX Bit

NX Bit — технология, способная предотвращать внедрение и исполнение вредоносного кода некоторых вирусов.

Поддерживается операционной системой Windows XP SP2, а также всеми 64-битными ОС.

Поддержка технологии HT (Hyper-Threading)

Hyper-Threading — технология, дающая возможность процессору обрабатывать два потока команд параллельно, что существенно повышает эффективность выполнения определенных ресурсоемких приложений, связанных с многозадачностью (редактирование аудио и видео, 3D-моделирование и прочее). Впрочем, в некоторых приложениях применение данной технологии может произвести обратный эффект. Так, технология Hyper-Threading имеет опциональный характер, и в случае необходимости, пользователь может в любое время отключить ее. Автором разработки является компания Intel.

Поддержка технологии AMD64/EM64T

Процессоры, построенные на 64-битной архитектуре, могут работать как с 32-битными приложениями, так и с 64-битными, причем, с абсолютно одинаковой эффективностью.

Минимальный объем оперативной памяти для процессоров, поддерживающих 64-битную адресацию, составляет 4 Гб. Такие параметры недоступны для традиционных 32-битных процессоров. Чтобы активировать работу 64-битных процессоров, необходимо, чтобы операционная система была под них адаптирована, то есть, тоже имела x64-архитектуру.

Названия реализации 64-битных расширений в процессорах:

AMD — AMD64;
Intel — EM64T.

3DNow! — технология, вмещающая в себя пакет, состоящий из 21 дополнительной команды для обработки мультимедиа. Главной целью данной технологии является улучшение процесса обработки мультимедийных приложений.

Технология 3DNow! реализована исключительно в процессорах компании AMD.

Что такое объем кэша L3?

Под объемом кэша L3 подразумевается кэш-память третьего уровня.

Оснащаясь быстродействующей системной шиной, кэш-память L3 образует высокоскоростной канал для обмена данными с системной памятью.

Обычно, кэш-памятью L3 комплектуются лишь топовые процессоры и серверные системы. К примеру, такие линейки процессоров, как AMD Opteron, AMD Phenom, AMD Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon.

Диапазон объема кэша L3: от 0 до 30720 Кб.

Что такое объем кэша L2?

Под объемом кэша L2 подразумевается кэш-память второго уровня.

Кэш-память второго уровня представляет собой блок высокоскоростной памяти, выполняющий аналогичные кэшу L1 функции. Данный блок обладает более низкой скоростью, а также отличается бóльшим объемом.

Если пользователю необходим процессор для выполнения ресурсоемких задач, то следует выбирать модель с большим объемом кэша L2.

В моделях процессоров, обладающих несколькими ядрами, указывается общий объем кэш-памяти второго уровня.

Диапазон объема кэша L2: от 128 до 16384 Кб.

Что такое объем кэша L1?

Под объемом кэша L1 подразумевается кэш-память первого уровня.

Кэш-память первого уровня представляет собой блок высокоскоростной памяти, находящийся непосредственно на ядре процессора. В этот блок производится копирование извлеченных из оперативной памяти данных. Обработка данных из кэша осуществляется в разы быстрее, чем обработка данных из оперативной памяти.

Кэш память дает возможность повысить производительность процессора за счет более высокой скорости обработки данных. Кэш-память первого уровня исчисляется килобайтами, она довольно небольшая. Как правило, «старшие» модели процессоров оснащены кэш-памятью L1 большего объема.

В моделях процессоров, обладающих несколькими ядрами, объем кэш-памяти первого уровня указывается всегда для одного ядра.

Диапазон объемов кэша L1: от 8 до 128 Кб.

Номинальное напряжение питания ядра процессора

Данный параметр обозначает напряжение, необходимое процессору для его работы. Им характеризуется энергопотребление процессора. Этот параметр особенно важно учитывать при выборе процессора для мобильной и нестационарной системы.

Диапазон напряжения ядра: от 0.45 до 1.75 В.

Максимальная рабочая температура

Это показатель максимально допустимой температуры поверхности процессора, при которой возможна его работа. Температура поверхности зависит от загруженности процессора, а также от качества теплоотвода.

При нормальном охлаждении, температура процессора находится в диапазоне 25-40°C (холостой режим);
При большой загруженности температура может достигать 60-70 °C.

Процессоры с высокой рабочей температурой требуют установки мощных систем охлаждения.

Диапазон максимальной рабочей температуры процессора: от 54.8 до 105.0 °C.

Что такое линейка процессора?

Каждый процессор относится к определенному модельному ряду или линейке. В рамках одной линейки, процессоры могут серьезно отличаться друг от друга по целому ряду характеристик. Каждый производитель имеет линейку недорогих процессоров. Скажем, у Intel это Celeron и Core Solo; у AMD — Sempron.

Процессоры бюджетных линеек, в отличие от более дорогих «собратьев», не имеют некоторых функций, а их параметры — обладают меньшими значениями. Так, в недорогих процессорах может быть существенно уменьшенная кэш-память, более того, она может и вовсе отсутствовать.

Бюджетные линейки процессоров подходят для офисных компьютеров, не предполагающих работы с большими нагрузками и масштабными задачами. Более ресурсоемкие задачи (обработка видео /аудио) требуют установки «старших» линеек. К примеру, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core i3, Core i5, Core i7, Phenom X3, Phenom X4, Phenom II X4, Phenom II X6 и т.д.

Серверные материнские платы, обычно, используют специализированные линейки процессоров: Opteron, Xeon и им подобные.

Что такое коэффициент умножения процессора?

На основании коэффициента умножения процессора осуществляется подсчет итоговой тактовой частоты его работы.

Тактовая частота процессора = частота шины (FSB) _* коэффициент умножения.

В большинстве современных процессоров этот параметр заблокирован на уровне ядра, он не подлежит изменению.

Следует также отметить, что процессоры типа Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 применяют технологию Quad Pumping (передача 4-х блоков данных за один такт). В данном случае, эффективная частота шины возрастает, соответственно, в 4 раза. В поле «Частота шины», в случае с выше-приведенными процессорами, указывается увеличенная в четыре раза частота шины. Чтобы получить показатель физической частоты шины, необходимо эффективную частоту разделить на 4.

Диапазон коэффициента умножения: от 6.0 до 37.0.

Число ядер в процессоре

Современные технологии производства процессоров позволяют размещать несколько ядер в одном корпусе. Чем больше ядер имеет процессор, тем выше его производительность. К примеру, в серии Core 2 Duo применяются 2-ядерные процессоры, а в линейке Core 2 Quad — 4-ядерные.

Диапазон количества ядер в процессоре: от 1 до 16.

Что такое Socket (сокет)?

Каждая материнская плата оснащена разъемом определенного типа, предназначенным для установки процессора. Этот разъем и называется сокетом. Обычно, тип сокета определяется числом ножек, а также компанией-производителем процессора. Различные сокеты соответствуют различным типам процессоров.

В настоящее время, производители процессоров применяют следующие типы сокетов:

Intel

LGA1155;
LGA2011.

AM3+;
FM1.

В зависимости от условий эксплуатации техники, часто возникает ситуация что радиаторы и забиваются пылью, грязью, термоинтерфейс изменяет свои свойства теплопроводности, крепления радиатора слабеют, иногда не равномерно.

В этом случае, необходимо, при подозрении на перегрев, снять систему охлаждения, отчистить радиаторы, поправить крепления, заменить термопасту.Также снизить температуру в корпусе, сменить вентилятор процессорного кулера на более мощный или, если конструкция позволяет, сменить кулер, добавить корпусный кулер на вдув и\или на выдув.

Как определить, что термозащита в действии?

Существует два способа. Первый — программный. Запускаем TAT (Intel Thermal Analysis Tool) для процессоров семейства Core, RMClock для всех остальных и следите за сообщениями в TAT и за графиком во второй. Как только сработает термозащита, TAT выдаст предупреждение, а в мониторинге RMClock появится график CPU Throttle.

Второй способ — опосредованный. Основан на том, что включение термозащиты, особенно
троттлинга, обязательно сопровождается сильным падением производительности процессора.

Температура первого ядра в Х-ядерном процессоре выше на несколько °C, по сравнению со вторым. Чем это объяснить?

Это нормально. Ядро, использующееся в первую очередь, загружено типично больше, поэтому
и нагревается соответственно больше.

Как устроен центральный процессор

Процессор — это программа или устройство, предназначенные для обработки чего-либо. Является центральным вычислительным элементом любого компьютера, управляет всеми остальными его элементами. Современный микропроцессор — это прямоугольная пластинка из кристаллического кремния. На ее маленькой площади расположены схемы (транзисторы). Пластинка находится в керамическом или пластмассовом корпусе, к которому она подсоединяется посредством золотых проводков. Благодаря такой конструкции процессор легко и надежно подсоединяется к системной плате ПК.

У процессора есть:

Тактовая частота процессора

Тактовая частота указывает скорость работы процессора в герцах – количество рабочих операций в секунду. Тактовая частота процессора подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Да, эта характеристика процессора значительно влияет на скорость работы вашего ПК, но производительность зависит далеко не только от неё. Внутренняя тактовая частота обозначает темп, с которым процессор обрабатывает внутренние команды. Чем выше показатель – тем быстрее внешняя тактовая частота. Внешняя тактовая частота определяет, с какой скоростью процессор обращается к оперативной памяти.

Разрядность процессора

Разрядность представляет собой предельное количество разрядов двоичного числа, над которым может производиться машинная операция передачи информации.

Размерность технологического процесса

Определяет размеры транзистора (толщину и длину затвора). Частота работы кристалла определяется частотой переключений транзисторов (из закрытого состояния в открытое). С уменьшением размера уменьшается выделение тепла. Размерность технологического процесса измеряется в нанометрах.

Сокет (разъем)

Гнездовой или щелевой разъем, предназначен для интеграции чипа в схему материнской платы. Каждый разъем допускает установку только определенного типа процессоров.

PGA (Pin Grid Array) – корпус квадратной или прямоугольной формы, штырьковые контакты
BGA (Ball Grid Array) – шарики припоя
LGA (Land Grid Array) – контактные площадки

Кэш-память процессора

Кэш-память процессора является одной из ключевых характеристик, на которую стоит обратить внимание при выборе. Кэш-память – массив сверхскоростной энергозависимой ОЗУ. Является буфером, в котором хранятся данные, с которыми процессор взаимодействует чаще или взаимодействовал в процессе последних операций. Благодаря этому уменьшается количество обращений процессора к основной памяти. Этот вид памяти делится на три уровня: L1, L2, L3. Каждый из уровней отличается по размеру памяти и скорости, и задачи ускорения у них отличаются. L1 — самый маленький и быстрый, L3 — самый большой и медленный. К каждому уровню процессор обращается поочередно (от меньшего к большему), пока не обнаружит в одном из них нужную информацию. Если ничего не найдено, обращается к оперативной памяти.

Энергопотребление и тепловыделение

Чем выше энергопотребление процессора, тем выше его тепловыделение. TDP (Thermal Design Power) – параметр, указывающий на то количество тепла, которое способна отвести охлаждающая система от определенного процессора при наибольшей нагрузке. Значение представлено в ваттах при максимальной температуре корпуса процессора. ACP (Average CPU Power) – средняя мощность процессора, показывающая энергопотребление процессора при конкретных задачах.

Рабочая температура процессора

Наивысший показатель температуры поверхности процессора, при котором возможна нормальная работа (54-100 °С). Этот показатель зависит от нагрузки на процессор и от качества отвода тепла. При превышении предела компьютер либо перезагрузится, либо просто отключится. Это очень важная характеристика процессора, которая напрямую влияет на выбор типа охлаждения.

Множитель и системная шина

Front Side Bus – частота системной шины материнской платы. Тактовая частота процессора является произведением частоты FSB на множитель процессора. У большинства процессоров заблокирован разгон по множителю, поэтому приходится разгонять по шине.

Встроенное графическое ядро

Процессор может быть оснащен графическим ядром, отвечающим за вывод изображения на монитор. В последние годы, встроенные видеокарты такого рода хорошо оптимизированы и без проблем тянут основной пакет программ и большинство игр на средних или минимальных настройках. Для работы в офисных приложениях и серфинга в интернете, просмотра Full HD видео и игры такой видеокарты вполне достаточно.

Количество ядер (потоков)

Многоядерность одна из важнейших характеристик центрального процессора, но в последнее время ей уделяют слишком много внимания. Не так давно процессоры были одноядерными, их производительность на то время была достаточно хорошой, и не требовала увеличения мощности, когда процессоры уже уперлись в какой-то “потолок”. На замену одноядерным пришли процессоры с 2, 4 и 8 ядрами. Если 2 и 4-ядерные вошли в обиход очень быстро, процессоры с 8 ядрами пока не так востребованы. Для использования офисных приложений и серфинга в интернете достаточно 2 ядер, 4 ядра требуются для САПР и графических приложений, которым просто необходимо работать в несколько потоков. Что касается 8 ядер, очень мало программ поддерживают так много потоков, а значит, такой процессор для большинства приложений просто бесполезен. Обычно, чем меньше потоков, тем больше тактовая частота. Из этого следует, что если программа, адаптированная под 4 ядра, а не под 8, на 8-ядерном процессе она будет работать медленнее. Но этот процессор отличное решение для тех, кому необходимо работать сразу в большом количестве требовательных программ одновременно. Равномерно распределив нагрузку по ядрам процессора можно наслаждаться отличной производительностью во всех необходимых программ. В большинстве процессоров количество физических ядер соответствует количеству потоков: 8 ядер – 8 потоков. Но есть процессоры, где благодаря Hyper-Threading, к примеру, 4-ядерный процессор может обрабатывать 8 потоков одновременно.

Как это работает

Сам процессор представляет собой небольшую квадратную пластину (чип), внутри которой находятся миллионы транзисторов. Если говорить о том, как работает процессор Intel или его конкурент AMD, нужно посмотреть, как устроены эти чипы. Первый микропроцессор появился еще в далеком 1971 году. Он мог выполнять только простейшие операции сложения и вычитания с обработкой всего лишь 4 бит информации, т. е. имел 4-битную архитектуру. Современные процессоры, как и первый, основаны на транзисторах и обладают куда большим быстродействием. Изготавливаются они методом фотолитографии из определенного числа отдельных кремниевых пластинок, составляющих единый кристалл, в который как бы впечатаны транзисторы. Схема создается на специальном ускорителе разогнанными ионами бора. Во внутренней структуре процессоров основными компонентами являются ядра, шины и функциональные частицы, называемые ревизиями. Если посмотреть, как работает процессор, нужно четко представлять себе, что любая команда имеет две составляющие – операционную и операндную. Операционная часть указывает, что должна выполнить в данный момент компьютерная система, операнда определяет то, над чем должен работать именно процессор. Кроме того, ядро процессора может содержать два вычислительных центра, которые разделяют выполнение команды на несколько этапов:

Выработка
Дешифрование
Выполнение команды
Обращение к памяти самого процессора
Сохранение результатов

Сегодня применяется раздельное кэширование в виде использования двух уровней кэш-памяти, что позволяет избежать перехвата двумя и более командами обращения к одному из блоков памяти. Процессоры по типу обработки команд разделяют на линейные (выполнение команд в порядке очереди их записи), циклические и разветвляющиеся (выполнение инструкций после обработки условий ветвления). Среди основных функций, возложенных на процессор, в смысле выполняемых команд или инструкций различают основные задачи: математические действия на основе арифметико-логического устройства; перемещение данных (информации) из одного типа памяти в другой; принятие решения по исполнению команды, и на его основе – выбор переключения на выполнения других наборов команд. Взаимодействие с памятью (ПЗУ и ОЗУ) В этом процессе следует отметить такие компоненты, как шина и канал чтения и записи, которые соединены с запоминающими устройствами. ПЗУ содержит постоянный набор байт. Сначала адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, затем передает его на шину данных, после чего канал чтения меняет свое состояние и ПЗУ предоставляет запрошенный байт. Но процессоры могут не только считывать данные из оперативной памяти, но и записывать их. В этом случае используется канал записи. Но, если разобраться, по большому счету современные компьютеры чисто теоретически могли бы и вовсе обойтись без ОЗУ, поскольку современные микроконтроллеры способны размещать нужные байты данных непосредственно в памяти самого процессорного чипа. Но вот без ПЗУ обойтись никак нельзя. Кроме всего прочего, старт системы запускается с режима тестирования оборудования (команды BIOS), а только потом управление передается загружаемой операционной системе. Нужно четко понимать, что, если бы процессор не работал, компьютер бы не смог начать загрузку вообще. Но на примере функционирования человеческого организма нужно понимать, что в случае остановки сердца умирает весь организм. Так и с компьютерами. Не работает процессор – «умирает» вся компьютерная система.

История создания. Дальнейшее развитие процессоров

В настоящее время технология развивается стремительно, каждый год появляется несколько новых микропроцессоров. Однако факторы, влияющие на это развитие, известны. Зная эти факторы, довольно уверенно можно предсказывать и основные пути развития процессоров в ближайшем будущем. Нам необходимо, выявить основную цель развития процессоров, определить ограничения, которые накладываются на процессоры, оценить существующие современные подходы построения микропроцессоров.

Устремления и ограничения — общая цель, которую стремятся достичь все разработчики микропроцессоров – получить процессор максимальной производительности с наименьшими затратами как в разработке, так и в производстве. При этом процессор должен быть как можно более универсален. Лишь при достаточно большой массовости производства можно разделить все расходы по разработке модели на такое количество выпущенных экземпляров, что цена одного процессора будет иметь разумный размер. Если же процессор найдет весьма узкое применение, то львиную долю его стоимости будут составлять расходы по собственно разработке процессора, а не расходы по его производству. Именно поэтому так дороги уникальные серверные и процессорные платформы, применяемые для нужд обороны и прочих малораспространенных задач. В общем случае, расходы по разработке, скажем, новой модели Celeron и какой-либо сложной специализированной структуры весьма сопоставимы. Однако цена специализированной системы будет превышать цену обычной в десятки раз.

Проще всего создать процессор, оптимизированный под одну-единственную задачу. В рамках этой задачи можно достичь пика производительности для данной элементной базы. Но в связи с универсальностью происходят потери в производительности. Борьба противоположных требований, при всей своей простоте, является основным фактором влияния. Другим фактором, является удобство применения процессора для разработки приложений. При разработке любого сложного проекта на каком-то этапе сама технология производства оказывается делом первостепенной важности. Качественная реализация проекта оказывается невозможной без применения специальных средств для контроля за качеством производимых программных продуктов. Именно в этом заключаются корни популярности объектно-ориентированного подхода в языках высокого уровня. В той же мере и на уровне машинных кодов удобство системы команд может оказывать большое влияние на качество работы. Чем удобнее окажется процессор для разработчиков, тем больше будет выпущено программных продуктов именно для этой платформы, и тем привлекательней окажется эта платформа для конечных пользователей. Процессор должен обладать максимальной производительностью, при этом он должен сохранять свою относительную универсальность, обеспечивающую массовость производства. Также процессор должен быть достаточно удобен для разработки сложных приложений. С учетом всех этих требований можно рассматривать ныне существующие модели, оценивать их перспективность и, до некоторой степени, предсказывать их дальнейшее развитие.

Самым существенным фактором, влияющим на архитектурные решения современных процессоров, является постоянное совершенствование технологии производства. Как следствие,- рост уровня интеграции, уменьшение задержек в транзисторах и связях, снижение энергопотребления при переключении транзистора.С ростом уровня интеграции увеличиваются ресурсы на кристалле и повышается тактовая частота работы, что позволяет повышать производительность процессоров. Первое направление связано с увеличением объёма внутренней кэш-памяти. Второе направление связано с реализацией в процессорах принципов конвейеризации и параллельной обработки в нескольких конвейерах на разных стадиях выборки и выполнения команд.

Практически все накопленные в процессе конкуренции различных фирм архитектурные решения находят своё воплощение в новых архитектурах. В архитектуре современных процессоров различных производителей много общего, и ставится вопрос об унификации архитектур. Современный процессор – это 64-разрядный суперконвейерный, суперскалярный процессор с RISC-операционным ядром и большим числом дополнительных блоков, реализующий динамическое исполнение команд. Для эффективной обработки данных мультимедиа и графики система команд современных процессоров расширяется за счёт специализированных команд мультимедийной обработки.

Для унификации структур обработки данных в структуры некоторых современных процессоров включают специальные преобразователи исходных кодов команд во внутренние машинные команды «исполнительного процессора». Масштабные исследования ведутся по созданию процессорных элементов и компьютеров в целом с использованием принципиально иной элементной базы: биполярных молекул, молекул ДНК, квантовых кубитов и света.