Zdecydowana większość procesorów komputerowych działa w oparciu o częstotliwość taktowania. Częstotliwość zegara jest miarą częstotliwości oscylacji generatora zegara procesora. Te impulsy zegarowe są używane do synchronizacji operacji procesora i są rozsądnym wskaźnikiem szybkości procesora. Innymi słowy, jest to szybkość, z jaką procesor może wykonywać określone funkcje.
Częstotliwość zegara jest mierzona w cyklach na sekundę przy użyciu jednostek SI Hertz. Współczesne procesory i karty graficzne są zwykle mierzone w gigahercach (GHz) lub miliardach cykli na sekundę. Historycznie, megaherc (MHz), a nawet kiloherc (kHz), był używany, gdy częstotliwość taktowania procesora była niższa.
Zegar nie jest tam, gdzie myślisz, że jest
Możesz pomyśleć, że rzeczywisty generator zegara używany do ustawiania częstotliwości taktowania procesora znajduje się na samym procesorze. Generator zegara znajduje się w chipsecie procesora na płycie głównej. Chipset ustawia zegar bazowy. Zwykle jest to dokładnie 100 MHz. Następnie procesor ustawia prędkość zegara, stosując mnożnik do zegara bazowego.
Oscylator rdzenia, który ustawia częstotliwość zegara, to kryształ kwarcu oscylujący dokładnie z jedną częstotliwością, gdy przyłożony jest ładunek elektryczny. Zastosowanie mnożnika oznacza, że można dowolnie zmieniać rzeczywistą częstotliwość taktowania procesora. Może się to przydać, gdy próbujesz oszczędzać energię na biegu jałowym lub gdy próbujesz zwiększyć moc pod obciążeniem. Podkręcanie to proces ręcznego zwiększania tego mnożnika.
Niektóre płyty główne oferują drugi zegar bazowy, który może działać z częstotliwością 125 MHz. Tworzy to drugi fizyczny kryształ kwarcu, który oscyluje z większą szybkością. Jak można się spodziewać, może to zwiększyć wydajność systemu, nawet na procesorach z zablokowanym mnożnikiem, ponieważ jest on teraz zamknięty na pomnożenie większej wartości. Niestety może to powodować problemy ze stabilnością innych komponentów, ponieważ w zasadzie wszystko zakłada zegar bazowy 100 MHz. Twój przebieg może się różnić, ale generalnie nie jest to zalecane.
Zezwalanie na ograniczenia prędkości
Elektrony w obwodach elektrycznych mogą podróżować dość szybko, zwykle dwie trzecie prędkości światła. Może to zabrzmieć szybko, ale są pewne problemy z częstotliwością taktowania w zakresie GHz. Przy taktowaniu 5 GHz zegar procesora oscyluje co 0,2 nanosekundy. Absolutnym ograniczeniem prędkości wszechświata jest prędkość światła w próżni. Prędkość światła jest bardzo duża, prawie 300 milionów metrów na sekundę. Mimo to w ciągu 0,2 nanosekund światło podróżuje tylko 6 centymetrów lub 2,4 cala.
Teraz procesory nie są szczególnie duże, ale mają stosunkowo blisko sześć centymetrów. Ścieżka elektronu – wolniejsza niż światło – przez procesor nie jest prosta. Prowadzi to do problemów z koherencją, ponieważ – przy pojedynczym zegarze – jedna strona procesora po prostu otrzyma impuls zegara później. Aby temu zaradzić, procesory mają wiele zegarów, które są starannie zsynchronizowane, ale obejmują znacznie mniejszy obszar całego procesora. Pozwala to na synchronizację nowoczesnych szybkich procesorów.
Binning
Procesory są zaprojektowane do pracy z określoną częstotliwością zegara. Producenci sprzedają je z gwarantowaną częstotliwością zegara. Szybsze modele prawie zawsze będą droższe. Nawet bez wad tolerancje produkcyjne prowadzą do niewielkich różnic wpływających na wydajność. Zanim każdy procesor zostanie sprzedany, jest testowany w celu potwierdzenia jego możliwości. Jest sortowany do wysokowydajnego „pojemnika”, jeśli może osiągnąć najwyższą częstotliwość taktowania.
Podobnie procesory, które nie osiągają prędkości szczytowych, ale mogą osiągnąć prędkości przeznaczone dla niższych warstw procesorów, są sortowane do pojemników o niższej wydajności. Proces ten nazywa się „binningiem” i ogólnie oznacza, że droższe procesory prawdopodobnie będą w stanie pracować z wyższymi częstotliwościami zegara. Procesory z niższych pojemników mogą działać lepiej niż ich reklamowana warstwa. Jednak mogą nie być w stanie go przekroczyć, ponieważ zwykle nie były umieszczane w wyższych pojemnikach.
Jednak nie każdy procesor wychodzi idealnie, a wady produkcyjne mogą po prostu uniemożliwić działanie procesora. Te wady produkcyjne mogą czasami być na tyle niewielkie, że niektóre funkcje można po prostu wyłączyć. Na przykład, jeśli procesor ma małą usterkę, może to uniemożliwić pracę pojedynczego rdzenia, podczas gdy reszta procesora jest w porządku.
Aby sprzedać produkt, producent zazwyczaj wyłącza uszkodzone części – a jeśli to konieczne, aby spełnić poziom produktu – nawet niektóre doskonale funkcjonalne części. Może to pozwolić producentowi na sprzedaż tego, co było na przykład procesorem sześciordzeniowym, jako procesora czterordzeniowego, co nadal przynosi im więcej pieniędzy niż po prostu odrzucanie drogiego produktu. Zazwyczaj nie wpływa to bezpośrednio na częstotliwość taktowania, chociaż może to oznaczać, że to, co byłoby topowym procesorem bin, zostanie umieszczone na niższym poziomie tylko dlatego, że niektóre części zostały wyłączone.
Wniosek
Częstotliwość zegara jest krytycznym czynnikiem wpływającym na wydajność procesora, chociaż może nie być bezpośrednio porównywalna między architekturami procesorów. Taktowanie procesora jest w rzeczywistości ustawiane pośrednio. Prawie wszystkie komputery używają standardowego zegara bazowego 100 MHz.
Następnie procesor ustawia mnożnik tego zegara bazowego, aby uzyskać jego rzeczywistą częstotliwość taktowania. Procesory są sprzedawane z gwarancją działania z określoną częstotliwością zegara lub niższą. W wielu przypadkach można je przekroczyć poprzez podkręcanie. Jednak często wymaga to dobrego chłodzenia, ponieważ pobiera więcej energii i generuje więcej ciepła.