Что такое тактовая частота процессора и на что она влияет

Принцип работы и устройство

Ноутбук – это сложное, технологическое устройство для получения, отправки, обработки, преобразования и отображения цифровой информации в понятный и привычный для человека формат.

Возможно, для кого то будет неожиданное открытие, но принцип работы ноутбука имеет сходство с функционированием человеческого организма. В ноутбуке есть:

«Сердце» – блок питания. Та самая черная коробочка с индикатором, расположенная между вилкой кабеля питания и ноутбуком. Он преобразует напряжение сети до нужного уровня и питает ноутбук, а также предохраняет устройство от скачков напряжения.
«Тело» – корпус ноутбука. Большинство корпусов выполняются из качественного пластика, но есть и модели в алюминиевой оболочке.
«Мозг» – центральный процессор. Отвечает за все вычислительные процессы, влияет непосредственно на скорость отклика и работу программ, от него зависит время загрузки операционной системы и функционирование софта.
«Центральная нервная система» – материнская плата. Координирует работу всех систем лэптопа и дает возможность для подключения дополнительных устройств.
«Визуализация» – карта графики или интегрированный графический ускоритель. Активно включается во все процессы, связанные с обработкой и воспроизведением любого графического контента (игры, софт, воспроизведение видео, монтаж, прочее). От карты графики зависит качество изображения, которое выводится на экран.
«Память» – жесткий диск (устаревающее название – винчестер). Является физически местом хранения всей информации (фото, видео, музыка, компоненты программ, временные/системные файлы, кеш браузера и т.д.).
«Короткая память» – оперативная память. Является вспомогательным инструментом для быстрой работы включенных и часто используемых программ. Возможно вы замечали, что первый запуск Photoshop/Офисных и других сложных программ осуществляется дольше чем последующие – это заслуга оперативной памяти, так как в нее загружаются временные файлы. От объема оперативной памяти зависит сколько программ на ноутбуке может работать одновременно и с какой скоростью будет отвечать устройство на запросы пользователя.
«Терморегуляция организма» – система охлаждения ноутбука. Состоит из: вентиляционных отверстий, кулера, радиатора охлаждения, отводящих тепло каналов и пластичных теплопроводящих элементов. При работе ноутбука, особенно когда потребляется большое количество вычислительных ресурсов, процессор, карта графики и другие элементы сильно нагреваются, если их не охлаждать, они попросту не выдерживают критической температуры и сгорают. Система охлаждения ноутбука очень важна, и как правило, через определенный период требует квалифицированного сервисного обслуживания.
«Подсознание» – БИОС (BIOS) – Basic Input/Output System, что в переводе с английского означает «базовая система ввода-вывода». Как и в случае с подсознанием в жизни, рядовой пользователь не подозревает о существовании БИОСа, но он есть.
«Сознание» – операционная система. Самые распространенные: Windows, Linux, MacOS. С помощью этого софта происходит управление ноутбуком. Это базовая программа, без которой другие не работают.
«Органы приема и передачи информации» – модули беспроводной связи (Wi-Fi/Bluetooth) и разъемы для подключения кабелей Ethernet, USB, прочее.
Монитор/экран, единственная его функция – отображение информации для человека. С помощью специальных разъемов и кабелей, картинку с ноутбука можно передавать на несколько отдельных мониторов. В ноутбуках-трансформерах монитор сенсорный, как в смартфоне или планшете.

Существуют и другие «органы», части ноутбука, которые решают определенные задачи: тачпад, клавиатура, микрофон, динамики, аккумуляторная батарея, дисковод, веб камера.

Более того, есть масса гаджетов и девайсов, которые можно подключить к ноутбуку, например usb-вентилятор/лампа, принтер, сканер, 3D-принтер и т.д.

Что такое тактовая частота

Количество операций, которое может выполнить центральный процессор за единицу времени, называется тактовой частотой. Если с одноядерным процессором все более-менее понятно, то многие неправильно понимают, как посчитать тактовую частоту процессора, где ядер несколько. Поэтому сегодня мы расскажем, что такое тактовая частота многоядерного процессора и как ее правильно посчитать.

Как вычисляется

Вычисляется тактовая частота процесора путем умножения частоты шины (ее еще называют базовой) на множитель. На примере процессора Intel i7 5600U с множителем 20 и базовой частотой шины 133МГц получаем частоту путем перемножения 133*20 итого 2,66 ГГц. Но не всегда предельная тактовая частота исчисляется так просто. Иногда возможности процессора позволяют ее разогнать: для этого нужно поднять либо множитель, либо базовую частоту. Множитель часто поднимают в тех устройствах, в которых он разблокирован (для чипов Intel – это серии, обозначенные индексом “U”, а для AMD – серия FX unlocked).

Частота многоядерного процессора

Но как определить общую производительность процессора, состоящего из нескольких ядер? Возьмем в пример 4-х ядерный процессор с тактовой частотой 3ГГц. Каждое ядро в нем будет работать именно с этой частотой, то есть, если все ядра будут выполнять какие-то вычислительные задачи, то можно сказать, что каждое ядро будет выполнять одинаковые вычисления в единицу времени. За загруженность ядер отвечает запущенное на компьютере приложение. Конечно, говорить о том, что 4-х ядерный процессор с указанной частотой равен по производительности одноядерному с тактовой частотой 12ГГЦ мы уже не будем. Это в корне неверно, ведь суть производительности процессоров с несколькими ядрами состоит в том, что процесс вычисления разбивается на несколько параллельных потоков, которые выполняются одновременно всеми (или несколькими) ядрами.

Приведем пример. Представим себе 4 абсолютно одинаковых ручья, ширина и глубина которых составляет один метр. Скорость течения воды в каждом отдельно взятом ручье будет равна трем метрам в секунду. Сколько кубометров воды за секунду протечет в этих ручьях вместе? Очевидно, что 12. Но скорость всех четырех ручьев мы по тому же принципу посчитать не можем. То же самое в компьютерах: мы не можем посчитать тактовую частоту (скорость воды в ручье), которая никак не умножается и не суммируется, когда увеличивается количество ядер.

Плюсы многоядерности

Преимущество многоядерных процессоров проявляется при работе с теми программами, которые разбивают процессы вычисления на параллельные потоки. В таких программах (зачастую это игры) производительность заметно возрастает по сравнению с одноядерными. А вот при работе со старыми приложениями вся производительность будет ограничена возможностями только лишь одного ядра. Точно также не следует сравнивать производительность 2-х ядерного процессора с частотой 3,5 ГГЦ и 4-х ядерного с частотой 2,7 ГГц (например). Скорость работы будет зависеть от конкретного приложения и от того как распределяется процесс на параллельные потоки. Если приложение может разбивать вычислительный процесс на несколько потоков, то эффективнее для него будет 4-х ядерный процессор. Если же нет – тогда 2-х ядерный, так как частота у него выше.

Материнская плата

Пожалуй, оценить её актуальность сложнее всего, потому что нельзя оперировать какими либо цифрами. Материнка – компонент, связывающий всё остальное железо, и именно от её «начинки» зависит, насколько актуальные комплектующие будут установлены. Поэтому когда речь заходит о материнских платах, сразу всплывает вопрос возможностей и совместимости. Например , оперативная память формата DDR3 сильно уступает планкам формата DDR4, а NVME-накопитель значительно быстрее классического SSD. Процессоры на современном сокете, как мы уже выяснили, ощутимо производительнее своих предшественников, совместимых с устаревшим интерфейсом.

Современные топовые материнские платы оснащаются целым рядом интересных технологий. Например, они поддерживают XMP-профили, которые позволяют эффективнее разгонять оперативную память. Также во многих моделях разблокирован множитель и частота процессорной шины. Накопители можно объединять в RAID-массивы. Северный и южный мосты оснащены радиаторами для лучшего охлаждения, а общее количество интерфейсов переваливает за несколько десятков.

Таким образом, невозможно иметь древнюю материнскую плату и при этом актуальное железо (исключение составляет видеокарта). Для офисных компьютеров для условной работы с офисным пакетом – не обязательно иметь современную материнку. А для игровых и профессиональных – must have.

Сама по себе замена материнской платы не дает прироста производительности. Увеличение мощности происходит за счет других компонентов системы (видеокарта, процессор, оперативная память, накопитель). Понять, что материнская плата устарела – очень легко. К ней просто нельзя будет подключить современные комплектующие. Выбрать новую тоже несложно. Возникла необходимость в установке RAID-массива или SLI-связке? Смотрим на модели, которые поддерживают данные технологии. Хотите обновить память? Ищите материнки, которые будут с ней работать.

Маркировка процессора

Весьма важно уметь читать и правильно истолковывать маркировку процессора, ибо магазины бывают разные, продавцы – не всегда честные, а вот выложить лишние N-тысяч рублей за непонятный «камень» вряд ли кому-то хочется, а посему важно уметь читать маркировку процессора. Давайте разберем ее на конкретном примере, допустим, для производителя AMD

В общем виде маркировку от AMD (для поколения Family 10h) можно представить в следующем виде (см. изображение):

Расшифровка будет следующей:

Марка процессора (1). Возможны следующие символы:

A – AMD Athlon;
H – AMD Phenom;
S – AMD Sempron;
O – AMD Optheron.

Назначение процессора (2). Варианты:

D – desktop – для рабочих станций или настольных ПК;
E – embedded server – для выделенных серверов;
S – server – для серверов.

Модель процессора (3). Возможны обозначения:

Е – энергоэффективные процессоры;
Х – заблокированный множитель;
Z – разблокированный множитель.

Тепловой пакет и класс системы охлаждения (4). Данные берутся из таблицы (см. изображение):

Корпус процессора (5). Данные берутся из таблицы (см. изображение).

Количество ядер (6). Значения от 2 до С (12).

Объем кэш-памяти (7). Данные из таблицы (см. изображение).

Ревизия процессора или степпинг (8). Данные из таблицы (см. изображение).

Итак, на основании данных таблицы можно легко определить, что перед нами за процессор, допустим, судя по модели ниже (см. изображение), перед нами..

..процессор AMD с маркировкой HDZ560WFK2DGM, которая означает:

H – CPU семейства AMD Phenom;
D – назначение: рабочие станции/настольные ПК;
Z560 – модельный номер процессора 560 (Z — со свободным множителем);
WF – TDP до 95 Вт;
K – упакован процессор в корпус 938 pin OµPGA (Socket AM3);
2 – общее количество активных ядер;
D – объем кэш-памяти L2 512 КБ и объем кэш-памяти L3 6144 КБ;
GM — ядро процессора степпинга C3.

Вот так, зная учетные данные таблиц, можно легко вычислить, что перед Вами за экземпляр.

Собственно, это все, что хотелось бы рассказать. Думаю, что информация окажется для Вас полезной и пригодится еще не один раз.

Кэш-память и другие хвосты

Помимо оперативной памяти существует сверхбыстрая кэш-память, с которой и работает кристалл процессора, ибо он не может ждать, пока ОЗУ «раскачается» и выполнит требуемые операции.

Кэш-память – это область процессорного кристалла, в которой обрабатываются и хранятся промежуточные данные между процессорными ядрами, оперативной памятью и другими шинами. Другими словами – это сверхбыстрый энергозависимый буфер, позволяющий быстро получить доступ к часто используемым данным.

Кэш-память имеет трехуровневую организацию (хотя некоторые процессоры имеют только 2):

L1 – кэш первого уровня. Самый маленький (по объему, 16—128 Кбайт) и очень быстрый, зачастую он работает на частоте самого CPU. Имеет высокую пропускную способность и процессорные ядра работают с ним напрямую.
L2 – медленней, но больше чем L1 по объему.
L3 – самый объемный кэш (от 6 до 16 Мб).

В целом основная задача разработчиков (в отношении кэша) – это определение его оптимальных размеров для выпускаемого процессора. Ведь именно от этого зависит прирост производительности в определенных приложениях. Любая кэш-память снабжена системой защиты от возможных ошибок (ECC), при обнаружении которых последние автоматически исправляются.

Вывод. Какой процессор выбрать исходя из этого? Если Вы страстный поклонник хорошей графики, компьютерных игр и мощных видеоподсистем с двумя видеокартами, то выбирайте процессор с большим объемом кэш-памяти третьего уровня (16 Мб и выше). Во всех остальных случаях вполне достаточно будет процессора с почти любым объемом сверхбыстрой памяти.

Ну вот и закончили мы с техническими параметрами, теперь рассмотрим некоторые, так сказать, фишки..

Внешние данные

Дизайн и внешние данные устройства – один из важнейших критериев при выборе. Внешний вид должен нравиться владельцу. Выбор осуществляют на основе личных вкусов. При этом учитывают несколько важных правил.

Корпус

При покупке обращают внимание на материал корпуса. Большинство моделей сочетают металлический каркас с пластиковой оболочкой

Дорогие лэптопы производят из легких сплавов алюминия и других металлов. Преимущество таких моделей в том, что они меньше перегреваются и обладают большей прочностью.

Нужно учесть:

Качество сборки;
Состояние стыков;
Внешние дефекты: потертостей, трещин; ударов;
Состояние петлей между нижней и верхней половиной лэптопа.

Внешние повреждения, царапины, трещины – признак того, что компьютер перевозили неаккуратно либо была нарушена целостность упаковки. Высокая вероятность неисправностей, которые проявляются при работе.

Рекомендуют отдавать предпочтение моделям, собранные по технологии Unibody. Это бесшовный корпус, отличающийся меньшим весом, но более высокой прочностью, долговечностью.

Экран

Характеристики жидкокристаллического дисплея определяют качество, удобство работы с гаджетом. Не зная, как ноутбук по параметрам, многие совершают серьезную ошибку, оставляя экран без должного внимания.

Нужно оценить такие критерии:

Диагональ экрана. Влияет на габариты и вес. Для повседневных задач приобретают лэптопы с . Ширина в 10-13 дюймов характерна для некоторых трансформеров и нетбуков.
Разрешение экрана. Влияет на качество визуализации изображения. Большинство современных моделей имеют разрешение Full HD 1920 на 1080 пикселей. Продвинутые дорогие лэптопы обладают более высоким показателем – до 3840 х 2160 пикселей. Чем выше разрешение, тем лучше качество изображения, но выше потребление энергии.
Тип матрицы. Самые распространенные– TN и IPS. Второй вариант более предпочтителен. Этот тип матрицы обладает лучшей цветопередачей и углами обзора.
Частота обновления кадров. Этот критерий отражает количество изображений, которые компьютер воспроизводит за 1 секунду. Минимальный показатель – 60 Гц. В игровых моделях она достигает 120 Гц, что необходимо для визуализации красивой графики.

Ноутбуки с высоким разрешением экрана незаменимы при работе в графических редакторах.

Экран, также как корпус, бывает глянцевым и матовым. Глянцевые дисплеи хорошо выглядят, дополняют стиль устройство, но признаны непрактичными. Они быстро пачкаются, собирают пыль, отпечатки. Их труднее очистить. Матовые экраны более предпочтительны, тем более что они не отражают блики. Перед покупкой нужно убедиться в том, что на экране отсутствуют битые пиксели, засвеченные участки, царапины или другие дефекты

Это особенно важно для сенсорных дисплеев, где любые повреждения приводит к нарушению функциональности

Считаем ядра и гигагерцы

В реальности более объективным показателем скорости работы ЦПУ является количество операций, выполняемых в единицу времени. А на это уже влияет количество микротранзисторов, способных одновременно обработать несколько сигналов. Может вы что-то слышали о нано технологиях? Так вот чем меньшего размера вычислительный элемент, тем их больше можно разместить на «камне» процессора.

Так же тактовую производительность процессора определяет его архитектура (оптимизация взаимодействия между отдельными модулями) и количество потоков (каналов одновременного обращения к ядру).

Кроме того, для одновременного решения нескольких задач в ЦПУ используется несколько ядер. Причем имеются процессоры для смартфонов с различной тактовой частотой отдельных ядер: по 4-е энергоэффективных (1,8 ГГц) и по 4-е мощных (свыше 2,3 Ггц). Многоядерные устройства, установленные на ПК, имеют свой алгоритм оптимизации. Что дает ядрам возможность работать с разной тактовой частотой.

Раз, уж я затронул тему многоядерности, то расскажу вам об одном распространенном заблуждении, касающимся нашей основной темы. Некоторые пользователи, покупая, например, процессор Intel Core 2 Quad, с частотой каждого ядра 2,5 ГГц считают, что они получат устройство способное выдавать 4 х 2,5 = 10 млрд. тактов в секунду.

Преимуществ и недостатки ноутбуков

Лэптоп — небольшое устройство, подходящее для тех, кто часто путешествует или когда необходимо работать не в одном офисе, а в разных местах. Мобильность, компактность, небольшой вес — главные плюсы ноутбука. Гаджет легко помещается в сумку, и его можно взять с собой буквально куда угодно, а информация всегда будет под рукой.

Отдавая предпочтение ноутбуку, отпадет необходимость копировать Гб или Тб данных на флешку и переносить их на другое устройство. Нужно просто включить ноутбук, найти нужный файл и открыть его, начать работу из любого места. Ноутбук имеет такие плюсы:

можно подключиться к любой беспроводной сети Wi-Fi для доступа к интернету или использовать встроенный 3G-модем;
гаджет работает от аккумулятора — не придется носить с собой кабель и искать розетку;
на базе одного корпуса реализована максимально полная комплектация: динамики, веб-камера, микрофон, тачпад (замена мышки), клавиатура, дисплей.

У ноутбука много преимуществ, но есть и весомые минусы:

хрупкость;
дорогостоящий ремонт в случае поломки;
более низкая производительность по сравнению со стационарным ПК.

Но самый серьезный минус заключается в том, что ноутбук практически невозможно обновить до актуальных характеристик — электронная начинка этих устройств очень быстро устаревает, а любой апгрейд имеет свой предел, так как ограничен возможностями материнской платы.

Количество ядер и потоков

Количество ядер напрямую влияет на количество одновременно выполняемых задач:

2 ядра – офисная работа;
4 ядра – офисная работа и игры среднего уровня, любительский видеомонтаж;
, , 10 ядер – требовательные игры, 3D-моделирование, инженерные расчеты, профессиональный видеомонтаж.

Процессоры с , 14, , , , 22 ядрами и более выбираются для оборудования сервера и других узкоспециальных задач.

Учитывать количество ядер следует только для ресурсоемких задач, т.к. даже самые дешевые современные процессоры имеют 2 ядра, чего вполне хватает для офисных приложений, просмотра видео и несложных игр. А вот игры со сложной 3D графикой и прикладные программы для математических вычислений активно пользуются возможностями многоядерных процессоров.

Сегодня актуальны процессоры, в которых количество ядер составляет 4-16:

Ryzen 3 (4 ядра), Core i3 (2-4 ядра);
Ryzen 5, Core i5 (4-6 ядер);
Ryzen 7 (8 ядер), Core i7 (4-8 ядер);
Ryzen Threadripper (12 ядер), Ryzen 9 (12 ядер), Core i9 (8-16 ядер).

Есть отличия в реализации многоядерности процессоров AMD и Intel, но это играет роль лишь в отдельных специализированных задачах, поэтому достаточно знать, что Intel, на данный момент, работает быстрее.

Во многих процессорах предусмотрены виртуальные дополнительные ядра, которые обеспечиваются технологией Hyper-Threading (Intel) или SMT (AMD). Тем самым количество потоков обработки данных увеличивается вдвое. Например, 8-потоковый CPU может иметь как 8, так и 4 реальных ядер. При этом производительность процессора с 8 реальными ядрами несколько выше, чем у 4-х ядерного аналога.

Для монтажа видео оптимальным выбором будут CPU, которые обеспечивают 8; 12 или 16 потоков, а для игр – 8- или 12-потоковые процессоры.

Параметры, которые нужно учитывать

Каждый процессор обладает набором определённых технических характеристик, от которых напрямую зависят его возможности

При этом не следует забывать простое и важное правило — любые комплектующие для компьютера или ноутбука следует оценивать только по комплексу их параметров. Каждая отдельно взятая цифра не сможет ничего сказать о том, как устройство будет работать в той или иной ситуации

Частота

Основной параметр, на который все обращают внимание, – это тактовая частота процессора. От неё зависит быстродействие системы, то есть какое количество операций будет производиться в единицу времени

У обоих производителей предусмотрена функция автоматического повышения частоты при росте нагрузки — Turbo Core или Turbo Boost. При этом довольно распространённым является заблуждение, что лучший показатель всегда обеспечивает лучшую производительность. На самом деле, устройства с разной микроархитектурой при одинаковой частоте могут иметь существенные различия в эффективности. Конечно, эта характеристика является одной из важнейших, но она не должна становиться единственной, на основе которой делается выбор.

Количество ядер

Буквально десять лет назад эта характеристика для многих становилась определяющей. Между тем, эпоха процессоров с одним ядром давно ушла в прошлое.

В наши дни практически все производители сходятся во мнении, что именно увеличение их числа — один из наиболее эффективных путей повышения производительности системы.

Меньшего количества будет достаточно для рабочего ноутбука, но выпуск таких моделей ограничен. При этом следует учитывать, что в приложениях, не оптимизированных под многопоточность, увеличение количества ядер не даст никакого эффекта.

Способность работать с графикой

Практически каждый современный микропроцессор имеет интегрированную видеокарту. У этих модулей отсутствует собственная память, поэтому при интенсивной нагрузке на видеочип потребляются дополнительные ресурсы оперативной памяти. Такой системы достаточно для использования ноутбука в качестве рабочего или учебного.

Отдельная видеокарта может потребоваться при необходимости использования таких серьёзных программ, как AutoCAD или Photoshop. Поклонникам компьютерных игр, а также тем, кто работает с видео или графикой, тоже не обойтись без дискретной платы.

Энергосбережение

Потребление процессором электроэнергии напрямую влияет на продолжительность автономной работы ноутбука. В конструкциях систем предусмотрена программная возможность снижения напряжения при меньшей загрузке устройства.

Помимо экономии энергии, это понижает температуру процессора, предохраняя его от излишних перегрузок. Главный принцип здесь — чем ниже производительность компьютера, тем меньше он потребляет электричества. Поэтому, если возможность долго работать без доступа к розетке является приоритетной, следует выбирать менее мощный процессор.

Кэш

В современных центральных процессорах кэш — это небольшой модуль памяти, работающий на очень высокой скорости. Основное его назначение — ускорение доступа к самым востребованным при работе данным. Объём и его быстродействие напрямую влияют на производительность процессора.

Весь кэш, как правило, делится на три уровня, работающих на разной скорости. Последний из них сейчас достигает объёма порядка 20 Мб. Столь небольшая цифра связана со значительными техническими трудностями при производстве и высокой стоимостью модулей.

Связь с оперативкой

Модули памяти являются связующими звеньями между всеми частями компьютера и его центральным процессором. Через них проходит вся информация, в памяти постоянно находится операционная система и другие выполняемые программы.

Контроллер управления оперативной памятью в современных ноутбуках находится не на материнской плате, а в самом процессоре. Таким образом, именно от него будет зависеть максимальный поддерживаемый объём ОЗУ, а также скорость обмена данными.