Mis on kellasagedus?

Valdav enamus arvutiprotsessoreid töötab taktsageduse alusel. Taktsagedus on protsessori taktgeneraatori võnkesageduse mõõt. Neid taktimpulsse kasutatakse protsessori toimingute sünkroniseerimiseks ja need on protsessori kiiruse mõistlik näitaja. Teisisõnu, see on kiirus, millega CPU suudab konkreetseid funktsioone täita.

Taktsagedust mõõdetakse tsüklites sekundis, kasutades SI-i ühikuid hertsi. Kaasaegseid protsessoreid ja GPU-sid mõõdetakse tavaliselt gigahertsides (GHz) ehk miljardeid tsükleid sekundis. Ajalooliselt on megahertse (MHz) ja isegi kilohertse (kHz) kasutatud siis, kui protsessori taktsagedused olid madalamad.

Kell pole seal, kus te arvate

Võib arvata, et protsessori taktsageduse määramiseks kasutatav tegelik kella generaator on protsessoris endas. Kella generaator asub emaplaadi CPU kiibistikus. Kiibistik määrab baaskella. Tavaliselt on see täpselt 100 MHz. Seejärel määrab protsessor oma taktsageduse, rakendades baaskellale kordajat.

Tuumaostsillaator, mis määrab taktsageduse, on kvartskristall, mis võngub elektrilaengu rakendamisel täpselt ühel sagedusel. Kordaja kasutamine tähendab, et protsessori tegelikku taktsagedust on võimalik oma äranägemise järgi muuta. See võib olla kasulik, kui üritate tühikäigul energiat säästa või koormuse all. Ülekiirendamine on selle kordaja käsitsi suurendamise protsess.

Mõned emaplaadid pakuvad teist baaskella, mis võib töötada 125 MHz. See moodustab teise füüsilise kvartskristalli, mis võngub kiiremini. Nagu arvata võis, võib see suurendada süsteemi jõudlust isegi lukustatud kordajaga protsessorites, kuna see on nüüd suletud suurema väärtuse korrutamiseks. Kahjuks võib see põhjustada stabiilsusprobleeme teiste komponentidega, kuna põhimõtteliselt eeldab kõik 100 MHz baaskella. Teie läbisõit võib erineda, kuid üldiselt pole see soovitatav.

Kiiruspiirangute lubamine

Elektrilistes ahelates olevad elektronid võivad liikuda üsna kiiresti, tavaliselt kaks kolmandikku valguse kiirusest. See võib tunduda kiire, kuid GHz vahemikus on taktsagedustega probleeme. 5 GHz taktsagedusel võngub protsessori takt iga 0,2 nanosekundi järel. Universumi absoluutne kiiruspiirang on valguse kiirus vaakumis. Valguse kiirus on väga kiire, ligi 300 miljonit meetrit sekundis. Siiski liigub valgus 0,2 nanosekundiga vaid 6 sentimeetrit ehk 2,4 tolli.

Nüüd pole CPU-d eriti suured, kuid on suhteliselt kuue sentimeetri lähedal. Tee a – valgusest aeglasem – elektroni, mille läbiks protsessori, on vaevalt sirge. See toob kaasa sidususprobleeme, kuna ühe kella korral saab protsessori üks pool lihtsalt kella impulsi hiljem. Selle vastu võitlemiseks on protsessoritel mitu kella, mis on kõik hoolikalt sünkroonitud, kuid katavad kogu protsessoris palju väiksema ala. See võimaldab kaasaegsetel kiiretel protsessoritel sünkroonida.

Binning

Protsessorid on loodud töötama kindlal taktsagedusel. Tootjad müüvad neid garanteeritud taktsagedusega. Kiiremad mudelid on peaaegu alati kallimad. Isegi ilma defektideta põhjustavad tootmistolerantsid väikseid erinevusi, mis mõjutavad jõudlust. Enne iga protsessori müümist testitakse selle võimekust. See sorteeritakse suure jõudlusega prügikasti, kui see suudab saavutada kõrgeima taktsageduse.

Samamoodi sorteeritakse protsessorid, mis ei saavuta tippkiirust, kuid suudavad saavutada madalamate protsessoritasemete jaoks ettenähtud kiirusi, madalama jõudlusega salvedesse. Seda protsessi nimetatakse "binninguks" ja see tähendab üldiselt, et kallimad protsessorid saavad tõenäoliselt töötada kõrgema taktsagedusega. Madalamatest sahtlitest pärit protsessoritel võib olla parem toimivus kui nende reklaamitud tasand. Siiski ei pruugi nad seda palju ületada, kuna tavaliselt ei paigutatud neid kõrgematesse prügikastidesse.

Iga protsessor ei pruugi siiski täiuslik olla ja tootmisdefektid võivad protsessori töötamise lihtsalt takistada. Need tootmisdefektid võivad mõnikord olla piisavalt väikesed, et teatud funktsioonid saab lihtsalt keelata. Näiteks kui protsessoril on väike viga, võib see takistada ühe tuuma töötamist, kui ülejäänud protsessoriga on kõik korras.

Toote müümiseks keelab tootja tavaliselt mõjutatud osad – ja vajaduse korral tootetaseme täitmiseks – isegi mõned täiesti funktsionaalsed osad. See võib lubada tootjal müüa näiteks kuuetuumalist protsessorit neljatuumalise protsessorina, mis teenib siiski rohkem raha kui lihtsalt kalli toote äraviskamine. Tavaliselt see taktsagedust otseselt ei mõjuta, kuigi see võib tähendada, et see, mis oleks olnud kõrgeima prügikasti CPU, paigutatakse madalamale tasemele lihtsalt seetõttu, et mõned osad olid keelatud.

Järeldus

Kellasagedus on protsessori jõudluses kriitiline tegur, kuigi see ei pruugi olla protsessori arhitektuuride vahel otseselt võrreldav. Protsessori taktsagedus määratakse tegelikult kaudselt. Peaaegu kõigis arvutites kasutatakse tavalist 100 MHz baaskella.

Seejärel määrab protsessor sellele baaskellale kordaja, et saada selle tegelik taktsagedus. Protsessoreid müüakse garantiiga, et need töötavad kindla või madalama taktsagedusega. Paljudel juhtudel saab neid kiirendamise abil sellest kaugemale lükata. Kuid see nõuab sageli head jahutust, kuna see võtab rohkem energiat ja toodab rohkem soojust.