Влияние тактовой частоты на производительность процессора

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Какова частота колебаний пружинного маятника (рис.1), если масса груза равна 200 г, а жесткость пружины составляет 160 $\frac{Н}{м}$? Каковы единицы измерения полученной величины?

Решение. Частота колебаний пружинного маятника равна:

\

Рассмотрим единицы измерения величин, входящих в правую часть выражения (1.1):

\=\left=\sqrt{\frac{\left}{\left}}=\sqrt{\frac{кг}{с^2}\cdot \frac{1}{кг}}=\frac{1}{с}.\]

\=кг;;\ \left=\frac{Н}{м}=\frac{кг\cdot м}{с^2}\cdot \frac{1}{м}=\frac{кг}{с^2}.\]

Вычислим искомую частоту, но прежде переведем массу в систему СИ: $m=200\ г=0,2\ кг$.

\

Ответ. $\nu \approx 4,5$ Гц

Пример 2

Задание. Какова частота колебаний в электрическом контуре, который содержит катушку индуктивностью $L=4$ мкГн и конденсатор емкостью $C=0,4\ нФ$ рис.2? Ответ запишите в МГц.

Решение. Частоту в колебательном контуре можно найти, используя формулу:

\

Принимая во внимание, что $\left=Гн=\frac{м^2кг}{с^2А^2}$; $\left=Ф=\frac{А^2с^4}{м^2кг}$, в качестве единицы измерения частоты получаем:

\=\left=\frac{1}{\left}=\frac{1}{\sqrt{\frac{м^2кг}{с^2А^2}\cdot \frac{А^2с^4}{м^2кг}}}=\frac{1}{с}=Гц.\]

Для проведения вычислений будем иметь в виду, что: $L=4$ мкГн=$4\cdot {10}^{-6}Гн;;\ C=0,4\ нФ=4\cdot {10}^{-10}Ф.$

\

Учитывая, что:

\

получим:

\

Ответ. $\nu =4\ МГц$

Частота процессора: тактовая, максимальная

Уже подросло целое поколение компьютерных пользователей, которые не застали знаменитую «гонку мегагерцев», развернувшуюся между двумя ведущими производителями центральных процессоров для настольных компьютеров (кто не в курсе — Intel и AMD) на рубеже тысячелетий. Ее конец наступил примерно в 2004 году, когда стало очевидным, что частота процессора — не единственная характеристика, влияющая на его и крайне высокочастотные процессоры Pentium IV на ядре Prescott вплотную подбирались к 4 GHz, и при этом с трудом конкурировали с архитектурой K8, на которой были построены новые «камни» от AMD, имевшие частоту не выше 2,6-2,8 GHz.

После этого оба производителя синхронно отошли от практики идентификации своих изделий по рабочей частоте и перешли к абстрактным модельным индексам

Такое решение обосновывалось нежеланием вводить конечного пользователя в заблуждение насчет производительности процессора, акцентируя внимание только на одной его характеристике. Действительно, есть ведь еще и частота шины процессора, и размер кэш-памяти, и технологический процесс, по которому изготовлено ядро, и много чего еще

Но частота процессора все еще остается одним из самых наглядных и интуитивно понятных для большинства людей мерил «качества» CPU.

Тактовая частота процессора, действительно, влияет на его производительность, характеризуя количество выполняемых операций в секунду. Но дело в том, что процессоры, построенные на различных ядрах, тратят на выполнение одной операции разное количество тактов, и от поколения к поколению этот параметр может отличаться в разы. Именно благодаря этому нынешний процессор с номинальной частотой 2,0 GHz оставит далеко позади флагмана семилетней давности с тактовой частотой 3,8 GHz. Кроме того, на быстродействие процессора, как уже указывалось выше, влияет и размер кэш-памяти (чем он больше, тем реже процессор будет вынужден обращаться к сравнительно медленной оперативной памяти), и частота шины процессора (чем она выше, тем быстрее будет обмен данными между «камнем» и ОЗУ), и множество других, не столь заметных, но от того не менее важных, характеристик.

В последнее время в обиход начинает входить и такое понятие, как максимальная частота процессора.

Постепенно и Intel, и AMD внедряют в своих продуктах такую функцию, как авторазгон. Технологию, по сути одну и ту же, один производитель называет Turbo Boost, другой — Turbo Core, но от этого ее суть не меняется: частота процессора может динамически изменяться, причем автоматически, без вмешательства пользователя. Необходимость применения такой технологии вызвана тем, что многоядерность современных процессоров стала уже, по сути, нормой, а вот многопоточность современных приложений, к сожалению, пока нет. Операционная система, видя, что одно из ядер процессора загружено значительно сильнее остальных, самостоятельно увеличивает частоту этого ядра, при этом стараясь оставить процессор в пределах его «родного» теплопакета (т.е. система старается подстраховаться от перегрева оборудования). Причем, в зависимости от модели процессора и от конкретных условий, такой прирост частоты может составлять величину от 100 до 600-700 MHz, а это уже, согласитесь, существенная прибавка к производительности. Такую технологию поддерживает большинство последних процессоров обоих производителей. У Intel это, в частности, все CPU модельного ряда Core i5 и Core i7, у AMD — все процессоры на разъеме AM3+, процессоры на разъеме FM1 (кроме процессоров с отключенным графическим ядром), а также некоторые «камни» к платформе AM3 (шестиядерные Tuban и четырехядерные Zosma). Причем для процессоров Intel, основанных на разъеме Socket 1155, такой авторазгон тем более актуален, если учесть, что из-за некоторых архитектурных особенностей полноценный «разгон» путем повышения частоты шины процессора практически невозможен. Впрочем, это тема уже совсем другой статьи…

Как проверить процессор

Когда компьютер начинает тормозить и зависать, у пользователя сразу возникает мысль о том, что проблема в ЦПУ, что-то случилось с мозгом компьютера. Давайте рассмотрим, как проверить процессор на работоспособность. Это можно сделать несколькими способами.

Перестановка процессора в другой компьютер

Предложение некоторых пользователей перенести ЦПУ на другой компьютер — не самое лучшее. Так обычно поступают с электроприборами, которые не включаются. Чтобы убедиться, что проблема в самом приборе, а не в розетке, его включают в другой источник питания. Можно, конечно, так поступить и с компьютером, если их у вас два. Но этот процесс сопряжен с некоторыми трудностями:

• Не в каждом доме есть два компьютера, тем более работающих на однотипных процессорах, а соседи или друзья, скорее всего, не позволят вам ковыряться в своем электронном друге.
• Сама перестановка CPU из одного компьютера в другой — процесс трудоемкий, хотя по сути своей, несложный.

Теперь, наверное, хотите узнать, как протестировать процессор, если рядом нет другого компьютера. Гораздо проще выполнить его проверку при помощи программ.

Программа, являющаяся неотъемлемой частью операционной системы. Она отражает загруженность компьютера и показывает его работоспособность. Вызвать можно двумя основными способами:

• Одновременным нажатием клавиш Ctrl + Shift + Esc , которые расположены в левой части клавиатуры, или Ctrl + Alt + Delete , находящиеся в центральной ее части.
• Кнопкой ПУСК , в некоторых ОС вместо нее используетсяПанель задач . Но нажимаете не левой клавишей мышки, как обычно, а правой. В открывшемся меню выбираете .

В появившемся окне на вкладке «Процессы

» в верхней строке можно увидеть общую загруженность процессора. Ниже — загруженность по отдельным программам. По динамике цифр можем сделать вывод о нагрузке ЦПУ в отдельных программах и его работоспособности в целом. 0% показывает, если утилита в состоянии покоя.

Вкладка «Производительность

» графически демонстрирует динамику работы CPU. Здесь же можно узнать о тактовой частоте процессора (скорости его работы), количестве ядер, КЭШах, памяти и др. Частота процессора — один из самых важных параметров ЦПУ, показывающих его работоспособность. Она выражается в Герцах. Заявленная производителем тактовая частота процессора, установленного в тестируемый компьютер, 3000 МГц или 3 ГГц.

Знание данного параметра необходимо при установке программ, чтобы убедиться, потянет ли конкретный компьютер ту или иную программу, игру. Разработчики программ всегда пишут системные требования к устройству, на котором будет работать заданная утилита.

Кроме частоты процессора для установки емких программ и игр необходимо наличие оперативной и дисковой памяти. К примеру, Камтазия студио

стабильно работает только при наличии 4Гб оперативной памяти. В ее системных требованиях рекомендован двухъядерный процессор со скоростью 2ГГц и выше. В ходе редактирования программа не перегружает процессор. Максимальная его нагрузка происходит только при обработке формата видеофайлов, создании фильма.

Конечно, у каждого пользователя свои приоритеты, пристрастия и, соответственно, программы. Камтазия приведена в качестве примера.

Процессор загружен на 100 %

Поможет выяснить эту причину

Обратите внимание, какая именно программа перегружает процессор. Если уверены, что перегрузка безосновательна, то такую программу желательно удалить, а компьютер почистить антивирусной программой

Возможно, что программа конфликтует с каким-нибудь приложением. Если вы считаете, что данная утилита нужна, попробуйте ее переустановить.

Здесь же можно понять и то, что процессор начал перегреваться. Сведите к минимуму работу программ. И если загруженность процессора показывает 99–100%, значит, есть вероятность его перегрева. Конечно, можете возразить, что перегрев не позволяет максимально загружаться процессору. Но высокая температура перегружает CPU, поэтому стопроцентная загрузка является своеобразным индикатором перегрева.

Перегрев опасен для электронного устройства. Если не принять мер, оно рано или поздно сгорит. Если перегревается процессор, обязательно узнаете, что надо делать, дочитав статью до конца. Но сначала процессор протестируем в программе AIDA64

. Она поможет выявить причину перегрузки и перегрева процессора.

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%.

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.

Нужно ли изменять тактовую частоту

Срок службы ЦП определяет сам пользователь, решая, на какой мощности будет работать и какого качества будет охлаждение С целью повысить технические данные процессора и увеличить его производительность, можно изменить тактовую частоту CPU. Недостатком этого будет то, что после повышения входящих тактов, увеличится не только количество герц, но и количество подаваемой энергии. Будет регулярно перегреваться процессор, а значит, для его стабильной работы понадобится дополнительное охлаждение.

Решение изменить производительность – дело индивидуальное. Это делать можно, но с осторожным переходом между показателями, регулярно наблюдая за температурным режимом компьютера. Делать это не обязательно, но актуально, если ЦП слишком слаб для определенной игры или для работы в программе либо уже устарел.

Тактовая частота: что это такое и как она влияет на скорость работы компьютера

Для синхронизации и согласования работы различных устройств, имеющих разное быстродействие, используется тактовая частота. Любая команда выполняется за один или несколько циклов (тактов), а скорость чередования импульсов (частота) задает ритм работы всех составляющих системы и во многом определяет скорость работы. Источником тактовой частоты является отдельный блок – генератор, который представляет собой кварцевый резонатор. Чем больше импульсов за одну секунду подает генератор, тем быстрее происходят вычислительные операции, тем быстрее работает компьютер. Именно так до недавнего времени и было, но с изобретением многоядерных процессоров ситуация несколько изменилась. Итак, тактовая частота – это количество импульсов в секунду, которые синхронизируют работу компьютера.

Сегодня на производительность работы компьютера оказывает влияние не только тактовая частота, а и объем кэша, количество ядер, скорость работы видеокарты и архитектура процессора. Например, современные многоядерные процессоры имеют относительно невысокую тактовую частоту, а работают намного быстрее. Это достигается путем программного разделения вычислительных операций между ядрами процессора. Таким образом, операция при меньшей скорости обработки выполняется быстрее – увеличивается быстродействие компьютера. После появления многоядерных процессоров повышение тактовой частоты стало не столь актуальным. Сегодня скорость работы компьютера, наряду с этим параметром, определяется и количеством ядер, и скоростью реакции/обработки данных в других частях системы.

В процессе изготовления процессоры тестируются в различных режимах, при различных температурах и давлении. В результате тестов определяется максимальная рабочая тактовая частота, которая и стоит на маркировке. Но это не самое большое ее значение, существует такое понятие, как разгон процессора, при котором тактовая частота намного возрастает.

Производство многоядерных процессоров решило еще одну проблему: уменьшение температуры процессора. С увеличением тактовой частоты повышалось выделение тепла процессором, что вело к перегреву и сбоям в работе. Многоядерные процессоры позволили при невысоких частотах увеличить быстродействие. Многие современные модели при неполной загрузке могут временно понижать тактовую частоту, сокращая энергопотребление и выделение тепла. За это время процессор успевает остывать, что ведет к снижению оборотов вентиляторов, уменьшению потребления электроэнергии и понижению шумов (на высоких оборотах вентиляторы «звучат» достаточно громко).

Для игровых компьютеров не меньшую роль играет тактовая частота видеокарты. Тут имеется прямая зависимость – чем выше этот параметр, тем быстрее идет прорисовка готовых пикселей и выборка текстурных данных. Но устанавливать высокоскоростную видеокарту и иметь низкоскоростной процессор и ОЗУ небольшого объема не имеет смысла. Параметры всех этих устройств должны быть сбалансированы. Только в этом случае компьютер будет работать с высокой скоростью и без сбоев.

Частота процессора

Последний критерий в списке, но далеко не по значимости – частота процессора

Этот тот критерий, который действительно влияет на быстродействие, и которому следует уделить внимание. Здесь работает принцип «чем больше, тем лучше»

Частота процессора – это показатель того, насколько быстро он выполняет задачи.

В современных ноутбуках с чипсетами высокого класса предусмотрена технология, которая самостоятельно регулирует частоту. У Intel она называется Turbo Boost, у AMD – Core Boost. Это делается для того, чтобы сэкономить энергию и не дать устройству перегреться. Гаджет понимает тип задачи, и если она не сложная, то выполняет ее с низкой частотой, а когда он почувствует нагрузку, то интеллектуально поднимает частоту, чтобы справиться быстрее.

При покупке следует учесть, какой показатель указан на ценнике. Обычно продавцы пишут максимальную частоту, то есть ту, которую ноутбук способен выдать при высокой нагрузке, но его постоянная производительность может быть существенно ниже. При этом покупатель не планирует нагружать лэптоп, а значит, попросту никогда не достигнет той самой высокой частоты.

Совет! Рекомендуется смотреть тактовую частоту, базовую и максимальную. Для этого достаточно сделать запрос в любой поисковой системе.

Пример: два чипсета с частотой 2 ГГц и 2,3 ГГц. При этом у первого нет технологии повышения частоты, а второй ей обладает и без нагрузок выдает только 1,7 ГГц. Покупателю нужен гаджет для работы в офисных приложениях. В таком случае следует купить устройство с 2 ГГц, так как иначе он будет пользоваться не максимальными 2,3 ГГц второго CPU, а 1,7 ГГц, которые для него базовые. Если же покупатель собирается играть, то следует выбрать второй вариант, так как он будет задействовать все мощности ноутбука, и процессор будет выдавать те самые необходимые 2,3 ГГц.

Что такое тактовая частота?

Процессор – это сердце любого компьютера. Именно данный аппаратный модуль отвечает за производительность вычислительной машины. И важнейшая характеристика любого CPU – тактовая частота. Но что это за параметр? Если рассматривать вопрос с технической точки зрения, то тактовая частота – это количество операций, которые может выполнить процессор за определенное количество времени (секунду). В компьютерной технике такую операцию называют тактом. Именно из-за этого показатель производительности процессора и получил такое название.

В чем измеряется частота процессора? Единицей измерения производительности CPU являются герцы (сокращенный вариант – Гц), которые хорошо знакомы нам еще со школьного курса физики. Однако, что означают обозначения по типу 1,8 ГГц или 2МГц?

Все довольно-таки просто. Современные компьютеры обладают просто огромной мощностью. Вычислительные машины способны выполнять миллионы операций за секунду. Поэтому измерять производительность в герцах не особо удобно. Именно по этой причине к характеристике прибавляется приставка М (мега – 10 в степени 6) или же Г (гига – 10 в степени 9). То есть обозначение 1,8 ГГц говорит о том, что производительность устройства составляет 1,8 миллиардов герц, а 2 МГц – 2 миллиона герц.

Увеличение частоты путем разгона

Взаимодействуя с платой оперативной памяти, процессор обычно тратит больше одного такта. Этот показатель может быть увеличен искусственно, то есть в результате так называемого «разгона», но, выбрав такой путь, нужно знать о некоторых ограничениях

• процессор начинает потреблять заметно большее количество энергии, и с этим моментом может не справиться установленный и эксплуатируемый блок питания, поэтому стоит приобрести более эффективную модель;
• в результате «разгона» увеличивается количество отдаваемой энергии кристаллом, то есть и он, и другие комплектующие будут нагреваться быстрее (справиться с последствиями перегрева поможет только эффективная система охлаждения);
• если увеличивается объем подаваемой электроэнергии, обязательно возникают электромагнитные помехи, в частности, в работе шин данных (это может привести к уменьшению количества передаваемых данных).

Детальное определение

Итак, тактовая частота – это количество операций, которые процессор может выполнять за секунду. Измеряется эта величина в Герцах.

Эта единица измерения названа в честь известного ученого, который проводил эксперименты, направленные на изучение периодических, то есть повторяющихся процессов.

А причем Герц к операциям за секунду?

Такой вопрос возникает при чтении большинства статей в интернете у людей, которые не очень хорошо изучали физику в школе (может быть, не по своей вине). Дело в том, что эта единица как раз и обозначает частоту, то есть количество повторений, этих самых периодических процессов за секунду.

Она позволяет измерять не только число операций, а и другие всевозможные показатели. К примеру, если вы делаете 3 входа в секунду, значит, частота дыхания составляет 3 Герца.

Intel Core i7

Что же касается процессоров, то здесь могут выполняться самые разные операции, которые сводятся к вычислению тех или иных параметров. Собственно, количество вычислений этих самых параметров за секунду и называется тактовой частотой.

Как все просто!

На практике понятие «Герц» используется крайне редко, чаще мы слышим о мегаГерцах, килоГерцах и так далее. В таблице 1 приведены «расшифровки» этих величин.

Таблица 1. Обозначения

Первое и последнее в настоящее время используется крайне редко.

То есть, если вы слышите, что в нем 4 ГГц, значит, он может выполнять 4 миллиарда операций каждую секунду.

Много?

Отнюдь! На сегодняшний день это средний показатель. Наверняка, очень скоро мы услышим о моделях с частотой в тераГерц или даже больше.

Нужно ли изменять тактовую частоту

Срок службы ЦП определяет сам пользователь, решая, на какой мощности будет работать и какого качества будет охлаждение С целью повысить технические данные процессора и увеличить его производительность, можно изменить тактовую частоту CPU. Недостатком этого будет то, что после повышения входящих тактов, увеличится не только количество герц, но и количество подаваемой энергии. Будет регулярно перегреваться процессор, а значит, для его стабильной работы понадобится дополнительное охлаждение.

Решение изменить производительность – дело индивидуальное. Это делать можно, но с осторожным переходом между показателями, регулярно наблюдая за температурным режимом компьютера. Делать это не обязательно, но актуально, если ЦП слишком слаб для определенной игры или для работы в программе либо уже устарел.

Как образовывается

Конечно, то, о чем мы будем говорить дальше, смогут понять лишь те, кто хоть немного связан с физикой и инженерией, но мы все-таки попробуем объяснить все простым языком.

Итак, в нем есть следующие устройства:

• тактовый резонатор – представляет собой обычный кристалл кварца, заключен в специальный защитный контейнер;
• тактовый генератор – устройство, которое преобразовывает один вид колебаний в другие;
• металлическая крышка;
• шина данных;
• текстолитовая подложка, к которой крепятся все остальные устройства.

Устройство

Так вот, кристалл кварца, то есть тактовый резонатор образуют колебания вследствие подачи напряжения. В результате образовываются колебания электрического тока.

К подложке крепится тактовый генератор, который преобразовывает электрические колебания в импульсы.

Они передаются на шины данных, и таким образом результат вычислений попадает к пользователю.

Вот именно таким путем и получается тактовая частота.

Интересно, что в отношении данного понятия существует огромное количество заблуждений, в частности, относительно связи ядер и частоты. Поэтому об этом тоже стоит поговорить.