По-голямата част от компютърните процесори работят въз основа на тактова честота. Тактовата честота е мярка за честотата на трептенията на тактовия генератор на процесора. Тези тактови импулси се използват за синхронизиране на операциите на процесора и са разумен индикатор за скоростта на процесора. С други думи, това е скоростта, с която процесорът може да изпълнява определени функции.
Тактовата честота се измерва в цикли в секунда, като се използва SI единиците Hertz. Съвременните CPU и GPU обикновено се измерват в гигахерци (GHz) или милиарди цикли в секунда. Исторически, мегахерци (MHz) и дори килохерци (kHz) са били използвани, когато тактовите честоти на процесора са били по-ниски.
Часовникът не е там, където си мислите, че е
Може би си мислите, че действителният тактов генератор, използван за задаване на тактовата честота на процесора, е на самия процесор. Тактовият генератор се намира в чипсета на процесора на дънната платка. Чипсетът настройва основния часовник. Това обикновено е точно 100MHz. След това процесорът задава тактовата си честота чрез прилагане на множител към основния часовник.
Основният осцилатор, който задава тактовата честота, е кварцов кристал, който осцилира на точно една честота, когато се приложи електрически заряд. Използването на множител означава, че е възможно да промените действителната тактова честота на процесора по желание. Това може да бъде полезно, когато се опитвате да спестите енергия на празен ход или когато се опитвате да увеличите по-високо, когато сте под натоварване. Овърклокването е процес на ръчно увеличаване на този множител.
Някои дънни платки предлагат втори базов часовник, който може да работи на 125MHz. Това образува втори физически кварцов кристал, който осцилира с по-бърза скорост. Както може да очаквате, това може да повиши производителността на системата, дори на процесори със заключен множител, тъй като вече е затворен за умножаване на по-голяма стойност. За съжаление, това може да причини проблеми със стабилността на други компоненти, тъй като основно всичко предполага 100MHz базов часовник. Вашият пробег може да варира, но това обикновено не е препоръчително.
Разрешаване на ограничения на скоростта
Електроните в електрическите вериги могат да се движат доста бързо, обикновено две трети от скоростта на светлината. Това може да звучи бързо, но има някои проблеми с тактовите честоти в диапазона GHz. При тактова честота от 5 GHz, часовникът на процесора осцилира веднъж на всеки 0,2 наносекунди. Абсолютната граница на скоростта на Вселената е скоростта на светлината във вакуум. Скоростта на светлината е много висока, почти 300 милиона метра в секунда. Все пак за 0,2 наносекунди светлината изминава само 6 сантиметра или 2,4 инча.
Сега процесорите не са особено големи, но са относително близо до шест сантиметра по размер. Пътят на a – по-бавен от светлината – електрон, който би изминал през процесора, едва ли е прав. Това води до проблеми с кохерентността, тъй като – с един часовник – едната страна на процесора просто ще получи тактовия импулс по-късно. За да се борят с това, процесорите имат множество часовници, които са внимателно синхронизирани, но покриват много по-малка област в рамките на общия процесор. Това позволява на съвременните високоскоростни процесори да останат синхронизирани.
Биниране
Процесорите са проектирани да работят на определена тактова честота. Производителите ги продават с гарантирана тактова честота. По-бързите модели почти винаги ще бъдат по-скъпи. Дори и без дефекти, производствените допуски водят до леки вариации, оказващи влияние върху производителността. Преди всеки CPU да бъде продаден, той се тества, за да се потвърдят неговите възможности. Той се сортира във високопроизводителен „кош“, ако може да достигне най-високата тактова честота.
По същия начин процесорите, които не достигат пиковите скорости, но могат да достигнат скоростите, предназначени за по-ниски процесорни нива, се сортират в контейнери с по-ниска производителност. Този процес се нарича „binning“ и обикновено означава, че по-скъпите процесори вероятно ще могат да работят с по-високи тактови честоти. Възможно е процесорите от по-ниските контейнери да се представят по-добре от рекламираното им ниво. Възможно е обаче да не успеят да го надвишат много, тъй като обикновено не са били поставяни в по-високи контейнери.
Не всеки процесор обаче излиза перфектен и производствените дефекти могат просто да попречат на процесора да работи. Тези производствени дефекти понякога могат да бъдат достатъчно незначителни, за да могат определени функции просто да бъдат деактивирани. Например, ако процесорът има малка грешка, това може да попречи на едно ядро да работи, докато останалата част от процесора е наред.
За да продаде продукта, производителят обикновено ще деактивира засегнатите части – и ако е необходимо, за да отговори на продуктовото ниво – дори някои напълно функционални части. Това може да позволи на производителя да продаде това, което беше, например, шестядрен процесор като четириядрен процесор, което все още им печели повече пари, отколкото просто да изхвърли скъп продукт. Обикновено това не засяга пряко тактовата честота, въпреки че може да означава, че това, което би било CPU с най-висок клас, се поставя в по-ниско ниво, просто защото някои части са деактивирани.
Заключение
Тактовата честота е критичен фактор за производителността на процесора, въпреки че може да не е пряко сравнима между процесорните архитектури. Тактовата честота на процесора всъщност се задава индиректно. Стандартен базов часовник от 100MHz се използва в почти всички компютри.
След това процесорът задава множител на този базов часовник, за да получи действителната си тактова честота. Процесорите се продават с гаранция за работа при определена тактова честота или по-ниска. В много случаи те могат да бъдат изтласкани отвъд това чрез овърклок. Това обаче често изисква добро охлаждане, тъй като черпи повече енергия и генерира повече топлина.