Marea majoritate a procesoarelor computerelor funcționează pe baza unei frecvențe de ceas. Frecvența de ceas este o măsură a frecvenței oscilațiilor generatorului de ceas al procesorului. Aceste impulsuri de ceas sunt folosite pentru a sincroniza operațiunile procesorului și sunt un indicator rezonabil al vitezei procesorului. Cu alte cuvinte, este rata la care CPU-ul poate face anumite funcții.
Frecvența ceasului este măsurată în cicluri pe secundă folosind SI unește Herți. Procesoarele și GPU-urile moderne sunt de obicei măsurate în gigaherți (GHz) sau miliarde de cicluri pe secundă. Din punct de vedere istoric, megaherți (MHz) și chiar kiloherți (kHz) au fost folosiți atunci când ratele de ceas ale procesorului erau mai mici.
Ceasul nu este unde crezi că este
S-ar putea să credeți că generatorul de ceas real folosit pentru a seta rata de ceas a unui procesor se află pe procesorul însuși. Generatorul de ceas este situat în chipsetul CPU de pe placa de bază. Chipsetul setează ceasul de bază. Acesta este de obicei exact 100 MHz. Procesorul își setează apoi viteza de ceas aplicând un multiplicator la ceasul de bază.
Oscilatorul central care stabilește frecvența ceasului este un cristal de cuarț care oscilează exact la o frecvență atunci când este aplicată o sarcină electrică. Utilizarea unui multiplicator înseamnă că este posibilă modificarea ratei reale de ceas a procesorului după bunul plac. Acest lucru poate fi util atunci când încercați să economisiți energie la ralanti sau când încercați să creșteți mai mult când este sub sarcină. Overclockarea este procesul de creștere manuală a acestui multiplicator.
Unele plăci de bază oferă un al doilea ceas de bază care poate rula la 125MHz. Acesta formează un al doilea cristal fizic de cuarț care oscilează cu o viteză mai rapidă. După cum v-ați putea aștepta, acest lucru poate crește performanța sistemului, chiar și pe procesoarele cu un multiplicator blocat, deoarece acum este aproape de a multiplica o valoare mai mare. Din păcate, acest lucru poate cauza probleme de stabilitate cu alte componente, deoarece practic totul presupune un ceas de bază de 100 MHz. Kilometrajul dvs. poate varia, dar acest lucru nu este, în general, recomandabil.
Permiterea limitelor de viteză
Electronii din circuitele electrice pot călători destul de repede, de obicei două treimi din viteza luminii. Ar putea suna rapid, dar există unele probleme cu ratele de ceas în intervalul GHz. La o viteză de ceas de 5 GHz, ceasul procesorului oscilează o dată la 0,2 nanosecunde. Limita absolută de viteză a universului este viteza luminii în vid. Viteza luminii este foarte mare, aproape 300 de milioane de metri pe secundă. Totuși, în 0,2 nanosecunde, lumina parcurge doar 6 centimetri sau 2,4 inci.
Acum CPU-urile nu sunt deosebit de mari, dar au dimensiuni relativ apropiate de șase centimetri. Calea a – mai lent decât lumina – pe care ar urma-o electronul printr-un procesor nu este aproape dreaptă. Acest lucru duce la probleme de coerență, deoarece – cu un singur ceas – o parte a procesorului ar primi pulsul ceasului mai târziu. Pentru a combate acest lucru, procesoarele au mai multe ceasuri care sunt toate sincronizate cu grijă, dar acoperă o zonă mult mai mică în întregul procesor. Acest lucru permite procesoarelor moderne de mare viteză să rămână sincronizate.
Binning
CPU-urile sunt proiectate să ruleze la o anumită viteză de ceas. Producătorii le vând cu o viteză de ceas garantată. Modelele mai rapide vor fi aproape întotdeauna mai scumpe. Chiar și fără defecte, toleranțele de fabricație duc la mici variații care afectează performanța. Înainte ca fiecare procesor să fie vândut, acesta este testat pentru a-și confirma capacitățile. Este sortat într-un „bin” de înaltă performanță dacă poate atinge cea mai mare frecvență de ceas.
În mod similar, procesoarele care nu ating vitezele de vârf, dar pot atinge vitezele destinate nivelurilor inferioare de procesor sunt sortate în compartimente cu performanță mai scăzută. Acest proces se numește „binning” și înseamnă, în general, că procesoarele mai scumpe vor putea rula la rate de ceas mai mari. Este posibil ca procesoarele din containerele inferioare să aibă performanțe mai bune decât nivelul lor anunțat. Cu toate acestea, s-ar putea să nu-l depășească cu mult, deoarece de obicei nu au fost plasați în coșuri mai înalte.
Totuși, nu fiecare procesor iese perfect, iar defectele de fabricație pot împiedica pur și simplu un procesor să funcționeze. Aceste defecte de fabricație pot fi uneori suficient de minore încât anumite funcții pot fi pur și simplu dezactivate. De exemplu, dacă un procesor are o defecțiune mică, acest lucru poate împiedica funcționarea unui singur nucleu în timp ce restul procesorului este în regulă.
Pentru a vinde produsul, producătorul va dezactiva de obicei piesele afectate - și, dacă este necesar, pentru a îndeplini un nivel de produs - chiar și unele piese perfect funcționale. Acest lucru poate permite producătorului să vândă ceea ce era, de exemplu, un procesor cu șase nuclee ca un procesor cu patru nuclee, ceea ce îi aduce în continuare mai mulți bani decât pur și simplu aruncarea unui produs scump. De obicei, acest lucru nu afectează în mod direct rata de ceas, deși poate însemna că ceea ce ar fi fost un procesor de top bin este plasat într-un nivel inferior pur și simplu pentru că unele părți au fost dezactivate.
Concluzie
Frecvența ceasului este un factor critic în performanța procesorului, deși este posibil să nu fie direct comparabilă între arhitecturile CPU. Frecvența de ceas a unui procesor este de fapt setată indirect. Un ceas de bază standard de 100 MHz este utilizat în aproape toate computerele.
Procesorul setează apoi un multiplicator pe acest ceas de bază pentru a obține rata de ceas reală. Procesoarele sunt vândute cu garanția de a funcționa la o anumită frecvență de ceas sau mai mică. În multe cazuri, acestea pot fi împinse dincolo de aceasta prin overclockare. Cu toate acestea, aceasta necesită adesea o răcire bună, deoarece consumă mai multă energie și generează mai multă căldură.