Характеристики процессоров

Posted in Компоненты ПК, Процессоры | Комментариев нет

Когда речь заходит о процессоре, то в качестве его основных характеристик указы­вают тактовую частоту, микроархитектуру ядра и количество ядер, технологиче­ский процесс производства, частоту системной шины, размер кэша, параметры энергоэффективности и поддерживаемые технологии. Все эти характеристики так или иначе определяют самую главную характеристику любого процессора — его производительность.

Тактовая частота

До недавнего времени тактовая частота процессора напрямую связывалась с его производительностью, то есть чем выше тактовая частота процессора, тем он производительнее.

Собственно, сама микроархитектура NetBurst, положенная в основу процессоров Intel Pentium 4, изначально была ориентирована на то, что основным средством увеличения производительности процессоров будет рост тактовой частоты. Действительно, за пять лет существования процессоров Intel Pentium 4 их тактовая частота была увеличена почти в три раза. Стартовав с от­метки чуть больше 1 ГГц, за пять лет тактовая частота достигла значения 3,8 ГГц. Конечно, увеличение тактовой частоты — далеко не единственное нововведение, которое сопутствовало появлению новых процессоров семейства Intel Pentium 4. В то же время можно сказать, что для процессора Pentium 4 повышение тактовой частоты являлось одним из основных способов увеличения его производитель­ности.

Однако и потребители и разработчики могут сейчас убедиться в том, что подобная «гигагерцовая гонка» не стала оптимальным способом увеличения мощности. Зависимость между тактовой частотой процессора и его производительностью достаточно простая. Производительность процессора принято отождествлять со скоростью выполнения им инструкций программного кода; таким образом, произ­водительность — это количество инструкций, выполняемых процессором в едини­цу времени:

Производительность = Кол-во инструкций / Время выполнения

Переписав это выражение в виде произведения количества инструкций, выполня­емых за один такт процессора (Instruction Per Clock, IPC), на количество тактов процессора за единицу времени (тактовая частота процессора, f ):

Производительность =Кол-во инструкций / Кол-во тактов x Кол-во тактов / Время выполнения = IPC х f, получаем, что производительность процессора прямо пропорциональна его такто­вой частоте.

Микроархитектура процессора

Из приведенной формулы вытекает, что, кроме тактовой частоты, производитель­ность процессора зависит и от количества инструкций, выполняемых за один такт процессора, которое, в свою очередь, определяется микроархитектурой процессора, то есть от количества исполняемых блоков, от длины конвейера и эффективности его заполнения, от блока предвыборки и т. д. Кроме того, естественно, существует также зависимость от оптимизации программного кода к данной микроархитекту­ре процессора.

Технологический процесс производства

Казалось бы, технологический процесс производства никак не отражается на про­изводительности процессора. Действительно, прямой зависимости между проект­ной нормой процессора и его производительностью не;г, однако от технологии производства процессоров, определяющей минимальные размеры используемых транзисторов, их быстродействие и время задержки передачи сигнала в межуров- невых соединениях, зависит и его тактовая частота и размер кэша. Увеличение тактовой частоты просто невозможно без изменения технологического процесса производства процессора. То есть в пределах одного семейства процессоров, опре­деляемого технологическим процессом производства, потенциальный запас по наращиванию тактовой частоты ограничен и дальнейшее увеличение тактовой частоты возможно только при уменьшении проектной нормы производства про­цессоров.

В 2009 году основным в процессорной индустрии стал 45-нанометровый техпро­цесс. Более тонкие технологические нормы (32 и 28 нм) планируется осваивать в 2010—2011 годах.

Частота системной шины

Частота системной шины определяет пропускную способность шины, связывающей процессор с чипсетом. Естественно, что чем выше частота системной шины, тем выше и производительность процессора. Если говорить о процессорах Intel, то частоту системной шины называют частотой FSB. К примеру, если частота FSB составляет 800 МГц, то ее пропускная способность (с учетом 64-битной или 8-байтной ширины шины) составляет 6,4 Гбайт/с. Для шины FSB с частотой 1066 МГц про­пускная способность составит уже 8,5 Гбайт/с.

Напомним, что в новых процессорах Intel системная шина FSB заменена на но­вую — QPI, с частотой работы 1333 МГц и выше.

Внимание

В случае процессоров AMD системная шина называется HyperTransport. Частота этой ши­ны для современных процессоров AMD может быть равной 1600 или 2000 МГц.

Размер кэша

Как уже отмечалось, современный процессор имеет несколько типов кэша, интег­рированных на кристалл процессора: кэш первого уровня (L1) и кэш второго уровня (L2). Кэш L1, который делится на кэш команд и кэш данных, используется непосредственно ядром процессора. Кэш L2 представляет собой своеобразный буфер между оперативной памятью и кэшем L1. В пределах одного семейства процессоры могут различаться размером кэша L2. Непосредственного влияния на производи­тельность Цроцессора размер кэша не оказывает, однако при недостаточном размере кэша увеличивается время простоя процессора, в течение которого в кэш загружа­ются данные из оперативной памяти. Это, в свою очередь, отражается на произво­дительности процессора. Поэтому чем больше размер кэша L2, тем лучше.