Тактовая частота

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 00:03, 19 апреля 2017.
Сравнение тактовых частот процессоров компании Intel

Тактовый сигнал или синхросигнал — сигнал, использующийся для согласования операций одной или более цифровых схем.[1]

Синхросигнал обычно имеет форму меандра и колеблется между высоким и низким логическими уровнями.

Активным уровнем тактового сигнала принято называть момент переключения из одного состояния в другое. Активным уровнем является высокий уровень, если схема переключается в момент, задаваемый фронтом синхросигнала, то есть когда синхросигнал переключается из нижнего уровня в верхний. Если переключение происходит по срезу синхросигнала, то активный уровень — низкий.[2]

Тактовая частота процессора определяет минимальный квант времени, за который процессор выполняет некоторую условную элементарную операцию. Тактовые частоты измеряются в мегагерцах и определяют количественные характеристики производительности компьютерных систем в целом. Чем больше (выше) тактовая частота, тем быстрее работает центральный процессор.

Каждый микропроцессор имеет определенное число элементов памяти, называемых регистрами, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления.[3]

Регистры используются для временного хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессора. В АЛУ производится арифметическая н логическая обработка данных.[4]

Устройство управления вырабатывает необходимые управляющие сигналы для внутренней работы микропроцессора и связи его с другой аппаратурой через внешние шины микропроцессора.[5]

Частота синхросигнала

Та́ктовая частота́ — частота синхронизирующих импульсов синхронной электронной схемы, то есть количество синхронизирующих тактов, поступающих извне на вход схемы за одну секунду. Обычно термин употребляется применительно к компонентам компьютерных систем. В самом первом приближении тактовая частота характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то есть количество выполняемых операций в секунду. Однако системы с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным системам может требоваться различное количество тактов (обычно от долей такта до десятков тактов), а кроме того, системы, использующие конвейерную и параллельную обработку, могут на одних и тех же тактах выполнять одновременно несколько операций.

Период синхросигнала — отрезок времени между соседними переключениями, совершаемыми в одном и том же направлении.
Частота синхросигнала  — величина, обратная периоду.
Скважность синхросигнала — отношение периода синхросигнала к длительности его активного состояния (скважность меандра равна двум).
Коэффициент заполнения — величина, обратная скважности.

В процессорной технике

Такт процессора или такт ядра процессора — промежуток между двумя импульсами тактового генератора, который синхронизирует выполнение всех операций процессора.

Выполнение различных элементарных операций может занимать от долей такта до многих тактов в зависимости от команды и процессора. Общая тенденция заключается в уменьшении количества тактов, затрачиваемых на выполнение элементарных операций.

Конфигурация таковой в частоты в многоядерных процессорах

Процесс подсчета таковой частоты многядерного процессора, как определяющий фактор производительности CPU, иной, в отличии от подсчета производительности одноядерного процессора. На примере 4-х ядерного процессора, можно увидеть каждое ядро работает с тактовой частотой 3ГГц. То есть каждое ядро может выполнить равное количество вычислений в единицу времени при условии, что все ядра будут загружены процессом вычисления. За загрузку ядер «работой» отвечает приложение, которое запущено на компьютере пользователя (будь то игра, или архиватор). Нельзя сказать, что 4-х ядерный процессор с частотой 3ГГц будет иметь производительность на уровне одноядерного с частотой 12ГГц. Это совсем не так. Суть производительности многоядерных процессоров сводится к тому, что вычислительный процесс должен быть разбит на параллельные потоки, которые могут быть выполнены в одно и то же время различными ядрами процессора. У Intel параллельные потоки или многопоточность называется Hyper-Threading.

AMD FX-8150

Максимальная частота процессора

Компания AMD с гордостью объявила, что 31 августа 2011 года команде специалистов под названием «Team AMD FX» удалось установить новый мировой рекорд Гиннеса, достигнув наивысшей тактовой частоты среди компьютерных процессоров. Новый рекорд составляет 8,429 ГГц, что на 121 МГц превышает предыдущее достижение (8,308 ГГц). Для его достижения команда «Team AMD FX» использовала новый восьмиядерный процессор AMD FX-8150, охлаждение которого осуществлялось с помощью жидкого гелия. Это достижение позволило компании AMD продемонстрировать высокий оптимизационный потенциал новых процессоров, официальный релиз которых запланирован на четвертый квартал текущего года.[6]

Динамика развития тактовой частоты

Динамика развития тактовой частотыl

Согласно закону мура, количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца, что в теории должно увеличивать частоту процессора. Однако, как видно на графике, этого не происходит. Дело в том, что при увеличении частоты, необходимо повышать напряжение на процессоре, одно существует предел, при котором процессор может работать на определенной частоте. При увеличении частоты процессора увеличивается его теплоотдача, т. е., увеличивая частоту процессора необходимо увеличивать мощность теплоотвода иначе процессор может попросту расплавиться.

Источники

  1. Тактовый сигнал [Электронный ресурс]: Wikipedia — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Тактовый_сигнал
  2. Тактовый сигнал и синхронизация [Электронный ресурс]: Analog Devices –– режим доступа: http://www.analog.com/ru/products/clock-and-timing.html
  3. Тактовый сигнал [Электронный ресурс]: mirmk –– режим доступа: http://www.sbup.com/wiki/Тактовый_сигнал
  4. Хранение информации [Электронный ресурс]: Seo Wiki –– режим доступа: http://book.mirmk.net/book1/text/glava06.htm
  5. Процессор [Электронный ресурс]: Shkolo — Режим доступа: http://shkolo.ru/protsessor/
  6. Процессор AMD FX-8150 установил новый мировой рекорд Гиннеса [Электронный ресурс]: GECID — Режим доступа: http://ru.gecid.com/news/protsessor_amd_fx-8150_ustanovil_novyy_mirovoy_rekord_ginnesa/?lang=ukr/

См. также