Характеристики процессоров ПК

Сейчас, почти  во всех сегментах рынка уже не осталось одноядерных процессоров. Ну оно и логично, ведь IT-индустрия  не стоит на месте, а постоянно  движется вперёд семимильными шагами. Поэтому нужно чётко уяснить, каким образом рассчитывается частота у процессоров, которые имеют два ядра и более.

Посещая множество  компьютерных форумов, я заметил, что  существует распространенное заблуждение  насчёт понимания (высчитывания) частот многоядерных процессоров. Сразу же приведу пример этого неправильного рассуждения: «Имеется 4-х ядерный процессор с тактовой частотой 3 ГГц, поэтому его суммарная тактовая частота будет равна: 4 х 3ГГц=12 ГГц, ведь так?»- Нет, не так.

Я попробую объяснить, почему суммарную частоту процессора нельзя понимать как: « количество ядер х указанную частоту».

Приведу пример: «По дороге идёт пешеход, у него скорость 4 км/ч. Это аналогично одноядерному процессору на N ГГц. А вот если по дороге идут 4 пешехода со скоростью 4 км/ч, то это аналогично 4-ядерному процессору на N ГГц. В случае с пешеходами мы не считаем, что их скорость будет равна 4х4 =16 км/ч, мы просто говорим: "4 пешехода идут со скоростью 4 км/ч". По этой же причине мы не производим никаких математических действий и с частотами ядер процессора, а просто помним, что 4-ядерный процессор на N ГГц обладает четырьмя ядрами, каждое из которых работает на частоте N ГГц».

То есть, по сути, частота  процессора от количества ядер не изменяется, увеличивается лишь производительность процессора. Это нужно понимать и помнить.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем кэш-памяти

Кэш современных  процессоров значительно поддает им производительности. Кэш – это сверхбыстрая энергозависимая память, которая позволяет процессору быстро получить доступ к определённым данным, которые часто используются.

Различают кэш-память нескольких уровней:

- кэш первого  уровня является самым быстрым,  но при этом его размер очень  ограничен;

- кэш второго  уровня чуть медленнее, но при  этом немного больше по объёму.

- также и  с кэш-памятью третьего уровня, которая немного медленнее кэша  первого и второго уровня, но  всё равно значительно быстрее  оперативной памяти. Сейчас размер  кэш-памяти третьего уровня достигает  12-16 Мбайт и более. Ограниченность объёма кэш-памяти проявляется в её дороговизне из-за сложного процесса производства.

-Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням. Уже достаточно давно практически все процессоры оснащаются данным типом памяти, что ещё раз доказывает полезность её наличия. В данной статье, мы поговорим о структуре, уровнях и практическом назначении кэш-памяти, как об очень немаловажной характеристике процессора.

Что такое кэш-память и её структура

Кэш-память –  это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.

Кэш-память построена  на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.

Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.

Для чего нужна кэш-память процессора?

Как уже упоминалось  выше, главное назначение кэш-памяти – это хранение данных, которые  часто используются процессором. Кэш  является буфером, в который загружаются данные, и, несмотря на его небольшой объём, (около 4-16 Мбайт) в современных процессорах, он дает значительный прирост производительности в любых приложениях.

Чтобы лучше  понять необходимость кэш-памяти, давайте  представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная  память будет являть собою шкаф с  папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.

Есть такие  элементы, которые размещены на столе  бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.

Точно так же, данные могут добавиться из тех больших  блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.

Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.

Уровни  кэш-памяти процессора

Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2 –ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.

В общем, могут  быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому  из них:

1. Кэш  первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.

Мы будем  рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)

2. Кэш  второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.

3. Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.

 

Сокет процессора

Сокетом, является разъём на материнской плате, в который  устанавливается сам процессор. Опять же, сокет не является прямой характеристикой процессора, но данный фактор настолько важен, что мы не можем о нем не вспомнить. Очень важно, чтобы сокет процессора и сокет материнской платы совпадали, ибо процессор который позиционируется под сокет LGA 1155, никак не будет работать на материнской плате с сокетом LGA 775, об этом нужно помнить, и всегда при подборе комплектующих сверять данные параметры. Настоятельно рекомендую ознакомиться с полной статьей о сокетах процессоров.

Сокет. Что и как?

Попросту говоря, сокет (socket) – это разъём (гнездо) на материнской плате, куда устанавливается процессор. Но когда мы говорим «сокет процессора», то подразумеваем под этим, как гнездо на материнской плате, так и поддержку данного сокета определенными линейками процессоров. Сокет нужен именно для того, чтобы можно было с легкостью заменить вышедший из строя процессор или улучшить систему более производительным процессором.

На физическом уровне, сокеты отличаются количеством  контактов, типом контактов, расстоянием  креплений для процессорных кулеров  и множеством других мелочей, которые  и делают практически все сокеты несовместимыми. Также, имеются технологические отличия: наличие различных дополнительных контроллеров, более высокие параметры производительности, поддержка интегрированной графики в процессоре и т.д.

Как уже говорилось выше, подбор сокета – немаловажная часть сборки системы. Если будет подобран процессор, который ориентирован на другой сокет, нежели в материнской плате, то система работать не будет, если вообще процессор встанет в несовместимое гнездо. Лучше подобных экспериментов с несовместимыми сокетами не проводить, так как можно повредить контакты на процессоре или разъёме, что, скорее всего, приведет к выходу комплектующих из строя. Поэтому при покупке материнской платы и процессора, сначала выбирайте процессор, а затем уже ищите под него материнскую плату с совместимым сокетом. Список поддерживаемых процессоров можно найти на официальном сайте производителя материнской платы, чтобы остаточно убедиться в совместимости той или иной модели.

Ну а сейчас, мы рассмотрим наиболее популярные сокеты процессоров от amd и intel, опуская сильно устаревшие версии по типу 370-ых сокетов для Pentium III и тому подобных.

Сокеты Intel

Динамика обновления сокетов для процессоров Intel, на порядок выше, чем у тех же сокетов новых процессоров AMD. В рамках своей предпоследней серии процессоров, появилось целых три новых сокета, причем они полностью несовместимы.

Всё это одновременно и хорошо, и плохо. Хорошо тем, что  с частым обновлением сокетов и выпуском под каждую (даже) часть линейки процессоров, мы можем наблюдать увеличение производительности и более специфическую заточку под конкретную модель. А вот жирный минус в том, что довольно тяжело делать апгрейд, когда каждая новая серия процессоров идет под новый сокет, приходится менять не только процессор, но и материнскую плату.

Теперь  давайте рассмотрим несколько конкретных сокетов от Интел:

Socket (сокет LGA 2011) – один из новых сокетов для некоторых процессоров Ivy Bridge (Corei7, i5, i3 – 3xxx) 
Можно отметить, что данный сокет был скорее маркетинговым ходом для встряски рынка и набивки цен (первое время) на процессоры, которые позиционировались под этот сокет. Но все-таки подвижки в производительности можно было заметить. Сейчас же, процессоры под данный сокет упали в цене, чего не скажешь про материнские платы с LGA 2011, они остаются в разы дороже подобных материнских плат, под тот же LGA 1155, который мы рассмотрим чуть ниже.

Socket (сокет LGA 1155, 1156, 1366) – данные сокеты можно условно поместить в одну «пачку», но повторюсь еще раз: они не совместимы, хоть и позиционируются под одну микроархитектуру Sandy Bridge II, просто для разных версий.

Наиболее ходовым оказался сокет 1155, на нем сейчас и построены большинство систем. Для мощных систем и серверных решений на борту с Сorei7 и Xeon, был разработан Socket 1366.

Socket (сокет LGA 775) – эти сокеты уже морально устарели, хотя еще живут во множестве систем, они позиционировались под несколько линеек сразу, таких как Core 2 Duo, Core 2Quad, Celeron и другие.

Сокеты AMD

Политика компании AMD, в этом плане более консервативна. Несколько сокетов имеют совместимость благодаря сериям с «+». К примеру, Socket AM2 совместим с AM2+, что дает более широкие возможности для апгрейда, но вместе с этим, это немного неприятное топтание на одном месте, что не позволительно для IT- сферы.

Некоторые примеры сокетов AMD:

Socket (сокет AM3 и AM3+) – можно сказать сокет и его модификация, по спецификациям они совместимы между собой, разрабатывались под процессоры FX, Phenom II, Athlon II. Сокет для наиболее мощных Bulldozer (FX) среди лагеря AMD, которые не оправдали надежды, но упав в цене стали более интересным приложением, с точки зрения неплохой производительности за низкую цену. Сокеты AM3 и AM3+, сейчас являются наиболее ходовыми, на них комплектуется большинство как дешевых, так и более дорогих систем. То есть можем смело констатировать практичность данных сокетов.

Socket (сокет AM2 и AM2+) – сокеты для процессоров Phenom, Athlon, Sempron. Также, полностью совместимы. На сегодняшний день можно считать немного устаревшими, хотя еще активно работает масса систем построенных на основе данных сокетов.

Socket (сокет FM1 и FM2) – сокеты FM создавались под процессоры серии AMD Fusion,которые отличаются очень мощной интегрированной графикой. На данный сокет и совместимые с ним процессоры, следует ориентироваться тем, кто не желает тратиться на дискретную видеокарту и будет довольствоваться интегрированной графикой.

Вот мы и рассмотрели, в довольно подробном виде, понятие сокета и основные сокеты процессоров intel и amd.

 

 

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org/

2. http://we-it.net/

3. Журнал ”КомпьютерПресс”  №5.

4. http://smartronix.ru/processor