Co to jest częstotliwość zegara?

Zdecydowana większość procesorów komputerowych działa w oparciu o częstotliwość taktowania. Częstotliwość zegara jest miarą częstotliwości oscylacji generatora zegara procesora. Te impulsy zegara służą 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 SI jedności Hertz. Współczesne procesory i karty graficzne są zwykle mierzone w gigahercach (GHz) lub miliardach cykli na sekundę. W przeszłości megaherce (MHz), a nawet kiloherce (kHz) były używane, gdy częstotliwość taktowania procesora była niższa.

Zegar nie jest tam, gdzie myślisz, że jest

Można by 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 swoją częstotliwość zegara, stosując mnożnik do zegara podstawowego.

Oscylator rdzeniowy, który ustawia częstotliwość zegara, to kryształ kwarcu oscylujący z dokładnie jedną częstotliwością po przyłożeniu ładunku elektrycznego. Użycie 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. Overclocking to proces ręcznego zwiększania tego mnożnika.

Niektóre płyty główne oferują drugi zegar bazowy, który może pracować 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 teraz jest on 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.

Dopuszczanie ograniczeń prędkości

Elektrony w obwodach elektrycznych mogą poruszać się dość szybko, zwykle z prędkością dwóch trzecich prędkości światła. To może brzmieć szybko, ale są pewne problemy z częstotliwościami taktowania w zakresie GHz. Przy częstotliwości zegara 5 GHz zegar procesora oscyluje raz na 0,2 nanosekundy. Bezwzględna granica prędkości wszechświata to prędkość światła w próżni. Prędkość światła jest bardzo duża, prawie 300 milionów metrów na sekundę. Mimo to w ciągu 0,2 nanosekund światło pokonuje tylko 6 centymetrów lub 2,4 cala.

Teraz procesory nie są szczególnie duże, ale mają rozmiar stosunkowo bliski sześciu centymetrów. Ścieżka – wolniejszego od światła – elektronu, który przebyłby przez procesor, nie jest prosta. Prowadzi to do problemów ze spójnością, ponieważ – w przypadku jednego zegara – jedna strona procesora po prostu dostałaby impuls zegara później. Aby temu zaradzić, procesory mają wiele zegarów, które są starannie zsynchronizowane, ale obejmują znacznie mniejszy obszar w całym procesorze. Pozwala to na synchronizację nowoczesnych, szybkich procesorów.

Sortowanie

Procesory są zaprojektowane do pracy z określoną częstotliwością zegara. Producenci sprzedają je z gwarantowaną szybkością zegara. Szybsze modele prawie zawsze będą droższe. Nawet bez defektów tolerancje produkcyjne prowadzą do niewielkich odchyleń wpływających na wydajność. Zanim każdy procesor zostanie sprzedany, jest testowany w celu potwierdzenia jego możliwości. Jest sortowany do „kosza” o wysokiej wydajności, jeśli może osiągnąć najwyższą częstotliwość taktowania.

Podobnie procesory, które nie osiągają szczytowych prędkości, ale mogą osiągnąć prędkości przeznaczone dla niższych poziomów procesorów, są klasyfikowane do niższych przedziałów wydajności. Ten proces nazywa się „binningiem” i ogólnie oznacza, że ​​droższe procesory prawdopodobnie będą mogły działać z wyższymi częstotliwościami taktowania. Może się zdarzyć, że procesory z niższych pojemników będą działać lepiej niż ich reklamowany poziom. Mogą jednak nie być w stanie go znacznie przekroczyć, ponieważ zazwyczaj 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 niewielką usterkę, może to uniemożliwić działanie pojedynczego rdzenia, podczas gdy reszta procesora jest w porządku.

Aby sprzedać produkt, producent zwykle wyłącza części, których dotyczy problem – a jeśli to konieczne, aby spełnić wymagania poziomu produktu – nawet niektóre doskonale działające części. To może pozwolić producentowi sprzedawać to, co było na przykład sześciordzeniowym procesorem jako czterordzeniowy procesor, co nadal przynosi im więcej pieniędzy niż zwykłe wyrzucanie drogiego produktu. Zwykle nie wpływa to bezpośrednio na częstotliwość taktowania, chociaż może oznaczać, że to, co byłoby procesorem z najwyższej półki, zostanie umieszczone na niższym poziomie po prostu dlatego, że niektóre części zostały wyłączone.

Wniosek

Częstotliwość zegara jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność procesora, chociaż może nie być bezpośrednio porównywalna między architekturami procesorów. Częstotliwość zegara procesora jest w rzeczywistości ustawiana pośrednio. Standardowy zegar bazowy 100 MHz jest używany w prawie wszystkich komputerach.

Następnie procesor ustawia mnożnik na tym zegarze bazowym, aby uzyskać rzeczywistą częstotliwość taktowania. Procesory są sprzedawane z gwarancją działania z określoną częstotliwością zegara lub niższą. W wielu przypadkach można je przesunąć poza to poprzez przetaktowywanie. Jednak często wymaga to dobrego chłodzenia, ponieważ pobiera więcej energii i generuje więcej ciepła.