Що таке тактова частота?

Переважна більшість комп’ютерних процесорів працює на основі тактової частоти. Тактова частота є мірою частоти коливань тактового генератора процесора. Ці тактові імпульси використовуються для синхронізації операцій процесора та є прийнятним показником швидкості процесора. Іншими словами, це швидкість, з якою центральний процесор може виконувати певні функції.

Тактова частота вимірюється в циклах за секунду з використанням одиниць СІ, герц. Сучасні процесори та графічні процесори зазвичай вимірюються в гігагерцах (ГГц) або мільярдах циклів на секунду. Історично мегагерци (МГц) і навіть кілогерци (кГц) використовувалися, коли тактова частота процесора була нижчою.

Годинник не там, де ви думаєте

Ви можете подумати, що фактичний генератор тактової частоти, який використовується для встановлення тактової частоти ЦП, знаходиться на самому ЦП. Тактовий генератор розташований у чіпсеті ЦП на материнській платі. Чіпсет встановлює базовий годинник. Зазвичай це рівно 100 МГц. Потім ЦП встановлює свою тактову частоту, застосовуючи множник до базової частоти.

Основним осцилятором, який встановлює тактову частоту, є кристал кварцу, який коливається на точно одній частоті, коли прикладається електричний заряд. Використання множника означає, що фактичну тактову частоту процесора можна змінити за бажанням. Це може стати в нагоді під час спроби заощадити енергію під час холостого ходу або під час спроби збільшити потужність під навантаженням. Розгін — це процес ручного збільшення цього множника.

Деякі материнські плати пропонують другу базову частоту, яка може працювати на частоті 125 МГц. Це утворює другий фізичний кристал кварцу, який коливається з більшою швидкістю. Як і слід було очікувати, це може підвищити продуктивність системи, навіть на процесорах із заблокованим множником, оскільки тепер він закритий для множення більшого значення. На жаль, це може спричинити проблеми зі стабільністю інших компонентів, оскільки в основному все передбачає базову частоту 100 МГц. Ваш пробіг може відрізнятися, але зазвичай це не рекомендується.

Дозвіл на обмеження швидкості

Електрони в електричних колах можуть рухатися досить швидко, зазвичай дві третини швидкості світла. Це може здатися швидким, але є деякі проблеми з тактовою частотою в діапазоні ГГц. При тактовій частоті 5 ГГц тактова частота процесора коливається кожні 0,2 наносекунди. Абсолютною межею швидкості Всесвіту є швидкість світла у вакуумі. Швидкість світла дуже велика, майже 300 мільйонів метрів за секунду. Проте за 0,2 наносекунди світло проходить лише 6 сантиметрів або 2,4 дюйма.

Зараз процесори не дуже великі, але вони відносно близькі до шести сантиметрів. Шлях a – повільніший за світло – електрон, який би пройшов через ЦП, навряд чи є прямим. Це призводить до проблем узгодженості, оскільки – з одним тактовим генератором – одна сторона ЦП просто отримає тактовий імпульс пізніше. Щоб боротися з цим, процесори мають кілька годинників, які всі ретельно синхронізовані, але охоплюють набагато меншу область у загальному процесорі. Це дозволяє сучасним високошвидкісним процесорам залишатися синхронізованими.

Бінгування

ЦП розроблені для роботи на певній тактовій частоті. Виробники продають їх з гарантованою тактовою частотою. Швидші моделі майже завжди будуть дорожчими. Навіть без дефектів виробничі допуски призводять до незначних відхилень, що впливають на продуктивність. Перш ніж продати кожен процесор, його тестують, щоб підтвердити його можливості. Його сортують у високопродуктивний «смітник», якщо він може досягти найвищої тактової частоти.

Подібним чином процесори, які не досягають максимальної швидкості, але можуть досягти швидкості, призначеної для нижчих рівнів процесора, сортуються в контейнери з нижчою продуктивністю. Цей процес називається «об’єднанням» і загалом означає, що дорожчі процесори, швидше за все, зможуть працювати на вищих тактових частотах. Цілком можливо, що процесори з нижчих ящиків працюють краще, ніж їхній рекламований рівень. Однак вони не можуть перевищити його значно, оскільки зазвичай їх не розміщують у вищих бункерах.

Однак не кожен ЦП виходить ідеальним, і виробничі дефекти можуть просто завадити ЦП працювати. Ці виробничі дефекти іноді можуть бути настільки незначними, що певні функції можна просто вимкнути. Наприклад, якщо центральний процесор має дрібну несправність, це може перешкодити роботі одного ядра, тоді як решта ЦП працює нормально.

Щоб продати продукт, виробник зазвичай відключає відповідні частини – і, якщо необхідно, щоб відповідати рівню продукту – навіть деякі ідеально функціональні частини. Це може дозволити виробнику продавати те, що було, наприклад, шестиядерним ЦП, як чотириядерний ЦП, що все ще приносить їм більше грошей, ніж просто відкинути дорогий продукт. Як правило, це безпосередньо не впливає на тактову частоту, хоча це може означати, що ЦП, який був би головним ЦП, поміщається на нижчий рівень просто тому, що деякі частини були вимкнені.

Висновок

Тактова частота є критичним фактором у продуктивності ЦП, хоча вона не може бути безпосередньо порівнянною між архітектурами ЦП. Тактова частота центрального процесора фактично встановлюється опосередковано. Майже в усіх комп’ютерах використовується стандартна базова частота 100 МГц.

ЦП потім встановлює множник для цієї базової тактової частоти, щоб отримати фактичну тактову частоту. ЦП продаються з гарантією роботи на певній тактовій частоті або нижче. У багатьох випадках їх можна вийти за межі цього за допомогою розгону. Однак для цього часто потрібне хороше охолодження, оскільки воно споживає більше енергії та генерує більше тепла.