تعمل الغالبية العظمى من معالجات الكمبيوتر على أساس معدل الساعة. معدل الساعة هو مقياس لتردد تذبذبات مولد ساعة المعالج. تُستخدم نبضات الساعة هذه لمزامنة عمليات المعالج وهي مؤشر معقول لسرعة المعالج. بمعنى آخر ، إنه المعدل الذي يمكن أن تؤدي به وحدة المعالجة المركزية وظائف محددة.
يتم قياس معدل الساعة في دورات في الثانية باستخدام SI يوحد Hertz. عادةً ما يتم قياس وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات معالجة الرسومات (GPU) الحديثة بوحدة جيجاهيرتز (GHz) ، أو مليارات الدورات في الثانية. تاريخيًا ، تم استخدام Megahertz (MHz) وحتى Kilohertz (kHz) عندما كانت معدلات ساعة المعالج أقل.
الساعة ليست في المكان الذي تعتقده
قد تعتقد أن مولد الساعة الفعلي المستخدم لضبط معدل الساعة لوحدة المعالجة المركزية موجود على وحدة المعالجة المركزية نفسها. يوجد مولد الساعة في شرائح وحدة المعالجة المركزية على اللوحة الأم. تعيّن مجموعة الشرائح الساعة الأساسية. هذا هو عادة 100 ميغا هرتز بالضبط. تقوم وحدة المعالجة المركزية بعد ذلك بتعيين سرعة الساعة من خلال تطبيق مُضاعِف على الساعة الأساسية.
المذبذب الأساسي الذي يحدد معدل الساعة هو بلورة كوارتز تتأرجح بتردد واحد على وجه التحديد عند تطبيق شحنة كهربائية. يعني استخدام المضاعف أنه من الممكن تغيير معدل ساعة وحدة المعالجة المركزية الفعلي حسب الرغبة. يمكن أن يكون هذا مفيدًا عند محاولة توفير الطاقة عند التباطؤ أو عند محاولة التعزيز أعلى عند وجود حمل. رفع تردد التشغيل هو عملية زيادة هذا المضاعف يدويًا.
تقدم بعض اللوحات الرئيسية ساعة أساسية ثانية يمكن أن تعمل بتردد 125 ميجا هرتز. هذا يشكل بلورة كوارتز فيزيائية ثانية تتأرجح بمعدل أسرع. كما قد تتوقع ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة أداء النظام ، حتى على وحدات المعالجة المركزية (CPU) ذات المضاعف المقفل ، لأنه مغلق الآن لمضاعفة قيمة أكبر. لسوء الحظ ، يمكن أن يتسبب هذا في حدوث مشكلات في الاستقرار مع المكونات الأخرى لأن كل شيء يفترض أساسًا ساعة أساسية 100 ميجاهرتز. قد تختلف المسافة المقطوعة بالأميال ، ولكن هذا غير مستحسن بشكل عام.
السماح بحدود السرعة
يمكن للإلكترونات في الدوائر الكهربائية أن تتحرك بسرعة كبيرة ، وعادة ما تكون ثلثي سرعة الضوء. قد يبدو ذلك سريعًا ، ولكن هناك بعض المشكلات المتعلقة بمعدلات الساعة في نطاق GHz. بسرعة ساعة تبلغ 5 جيجاهرتز ، تتأرجح ساعة وحدة المعالجة المركزية مرة واحدة كل 0.2 نانو ثانية. الحد الأقصى للسرعة المطلقة للكون هو سرعة الضوء في الفراغ. سرعة الضوء كبيرة جدًا ، تقارب 300 مليون متر في الثانية. ومع ذلك ، في 0.2 نانوثانية ، يسافر الضوء فقط 6 سم أو 2.4 بوصة.
الآن وحدات المعالجة المركزية ليست كبيرة بشكل خاص ، لكنها قريبة نسبيًا من ستة سنتيمترات في الحجم. المسار أ - أبطأ من الضوء - يمر عبر الإلكترون من خلال وحدة المعالجة المركزية بالكاد يكون مستقيمًا. يؤدي هذا إلى مشاكل في الاتساق - مع ساعة واحدة - سيحصل جانب واحد من وحدة المعالجة المركزية ببساطة على نبض الساعة لاحقًا. لمكافحة ذلك ، تحتوي وحدات المعالجة المركزية على ساعات متعددة تتم مزامنتها بعناية ولكنها تغطي مساحة أصغر بكثير داخل وحدة المعالجة المركزية الإجمالية. هذا يسمح لوحدات المعالجة المركزية الحديثة عالية السرعة بالبقاء متزامنة.
بينينغ
تم تصميم وحدات المعالجة المركزية (CPU) لتعمل بسرعة ساعة محددة. يبيعها المصنعون بسرعة ساعة مضمونة. ستكون النماذج الأسرع دائمًا أكثر تكلفة. حتى بدون عيوب ، تؤدي تفاوتات التصنيع إلى اختلافات طفيفة تؤثر على الأداء. قبل بيع كل وحدة معالجة مركزية ، يتم اختبارها للتأكد من قدراتها. يتم فرزها في "سلة" عالية الأداء إذا كان يمكن أن تصل إلى أعلى معدل على مدار الساعة.
وبالمثل ، فإن وحدات المعالجة المركزية (CPU) التي لا تصل إلى السرعات القصوى ولكن يمكن أن تصل إلى السرعات المخصصة لمستويات المعالجات الأقل يتم تصنيفها في صناديق ذات أداء أقل. تسمى هذه العملية "binning" وتعني عمومًا أن وحدات المعالجة المركزية الأكثر تكلفة من المحتمل أن تكون قادرة على العمل بمعدلات ساعة أعلى. يمكن أن يكون أداء وحدات المعالجة المركزية (CPU) من الصناديق السفلية أفضل من مستواها المعلن عنه. ومع ذلك ، قد لا يتمكنون من تجاوزها كثيرًا نظرًا لعدم وضعها عادةً في صناديق أعلى.
ومع ذلك ، لا تأتي كل وحدة معالجة مركزية بشكل مثالي ، ويمكن أن تمنع عيوب التصنيع ببساطة تشغيل وحدة المعالجة المركزية. قد تكون عيوب التصنيع هذه في بعض الأحيان بسيطة بما يكفي لتعطيل بعض الميزات. على سبيل المثال ، إذا كانت وحدة المعالجة المركزية بها عطل بسيط ، فقد يمنع ذلك نواة واحدة من العمل بينما تكون بقية وحدة المعالجة المركزية على ما يرام.
لبيع المنتج ، ستقوم الشركة المصنعة عادةً بتعطيل الأجزاء المتأثرة - وإذا لزم الأمر ، لتلبية طبقة المنتج - حتى بعض الأجزاء التي تعمل بشكل مثالي. يمكن أن يسمح ذلك للشركة المصنعة ببيع ما كان ، على سبيل المثال ، وحدة معالجة مركزية سداسية النواة كوحدة معالجة مركزية رباعية النوى ، والتي لا تزال تكسبها أموالًا أكثر من مجرد التخلص من منتج باهظ الثمن. عادةً ، لا يؤثر هذا بشكل مباشر على معدل الساعة ، على الرغم من أنه قد يعني أن ما كان يمكن أن يكون وحدة معالجة مركزية ذات صندوق علوي يتم وضعه في مستوى أدنى لمجرد أنه تم تعطيل بعض الأجزاء.
استنتاج
يعد معدل الساعة عاملاً حاسمًا في أداء وحدة المعالجة المركزية ، على الرغم من أنه قد لا يكون قابلاً للمقارنة بشكل مباشر بين بنيات وحدة المعالجة المركزية. يتم في الواقع تعيين معدل ساعة وحدة المعالجة المركزية بشكل غير مباشر. يتم استخدام ساعة أساسية قياسية 100 ميجاهرتز في جميع أجهزة الكمبيوتر تقريبًا.
ثم تقوم وحدة المعالجة المركزية بتعيين مُضاعِف على هذه الساعة الأساسية للحصول على معدل الساعة الفعلي. تُباع وحدات المعالجة المركزية (CPU) بضمان للعمل بمعدل ساعة محدد أو أقل. في كثير من الحالات ، يمكن تجاوز ذلك من خلال رفع تردد التشغيل. ومع ذلك ، غالبًا ما يتطلب ذلك تبريدًا جيدًا لأنه يجذب المزيد من الطاقة ويولد مزيدًا من الحرارة.