Тактовая частота процессора

Т08. Архитектура компьютеров. Основные характеристики компьютеров

Цель: освоить принципы построения компьютера и его архртектуру. Понять требования к характеристикам компьютера.

Оборудование: ПК

Программное обеспечение: Internet Explorer

Описание занятия

1. Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

⚡️📌 Требование на полях конспекта или перед заголовком обязательно записать: - 📖дату занятия, - группу и - ФИО.👋🏻

2. Выполнить контрольные задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

4. Сделайте вывод о проделанной работе

5. Полученные результаты отправить на электронный адрес radaev1964@gmail.com (или в личку VK)

Теоретические сведения:

Архитектура компьютера - это совокупность основных функциональных блоков и схем их взаимодействия, определяющих функционально-логическую и структурную организацию вычислительной машины.

Рассматривать архитектуру компьютера необходимо с разных углов:

-Структурная схема ЭВМ

-Средства и способы доступа к элементам структурной схемы ЭВМ

-Организация и разрядность интерфейсов ЭВМ

-Организация и способы адресации памяти

-Способы представления и форматы данных ЭВМ

-Набор машинных команд ЭВМ

-Обработка прерываний

Магистрально-модульный принцип построения компьютера. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi-Fi, контроллер IЕЕЕ 1394 для подключения цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъемов.

 

Чипсет. Важнейшей частью материнской платы является чипсет, контроллер, который во многом определяет характеристики и архитектуру компьютера. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета (рис. 08.01):

- контроллер-концентратор памяти, или Северный мост (англ. North Bridge), который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;

- контроллер-концентратор ввода/вывода, или Южный мост (англ. South Bridge), обеспечивающий работу с внешними устройствами.

 

Пропускная способность шины. Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройства зависит от тактовой Частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах — МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт. (Такт — это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.)

Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в горцах — Гц, 1 Гц = 1 такт в секунду):

пропускная способность шины = разрядность шины х частота шины.

 

Системная шина (см. рис. 1.12). Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от англ. FrontSide Bus). В наиболее быстрых компьютерах (2008 год} частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц · 4 = 1600 МГц. Так как разрядкость системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с  = 12,5 Гбайт/с.

 

Частота процессора. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. Например, в современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8. Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет 400 МГц · 8 = 3,2 ГГц.

Список современных сокетов:

• LGA 1151_v2 – массовая платформа для процессоров Intel в противовес АМ4 от AMD. Для данного сокета доступны как бюджетные модели Celeron/Pentium, так и высокопроизводительные ЦПУ серии Core.
• LGA 2066 – аналог TR4 от AMD и также предназначена для профессионалов и энтузиастов, кому нужна сверхпроизводительность. Под данный сокет можно устанавливать процессоры Core i9, которые являются самыми мощными на потребительском рынке.
• АМ4 – платформа для процессоров AMD, которую можно использовать как для игр, так и для офисных задач. Она поддерживает производительные CPU семейства Ryzen, а также APU с мощным встроенным видеоядром (А-серия). Стоит отметить, что в Ryzen с индексом G также есть встроенная графическая подсистема.
• TR4 – сокет для самых мощных процессоров AMD серии Threadripper. Предназначен для энтузиастов и специалистов, которым нужна максимальная производительность. Процессоры Threadripper имеют до 32 ядер и 4-канальный контроллер памяти.

Процессоры семейства AMD Ryzen и Intel Core – это основные игроки на рынке практически под любые задачи и ценовой сегмент.

• AMD Ryzen 3 и Intel Core i3 – отличный вариант для домашнего компьютера и нетребовательных к мощности процессора игр;
• AMD Ryzen 5,7 и Intel Core i5, i7 линейки процессоров средней и высокой ценовой категории для заядлых игроманов, стримеров и работы с тяжелыми программами;
• AMD Ryzen Threadripper и Intel Core i9 – мощные и высокопроизводительные процессоры верхнего ценового сегмента для сложных расчётов.

Тактовая частота процессора

От тактовой частоты процессора зависит минимальное (номинальная) и максимальное количество рабочих операций (тактов) в секунду. Измеряется тактовая частота в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц).

Исторически сложилось, что тактовая частота долгое время представляла собой главный показатель быстродействия процессора. Сегодня это утверждение верно лишь при сравнении процессоров определенной линейки в рамках одного и того же поколения и с идентичным числом ядер.

Процессор последнего поколения на такой же частоте в большинстве случаев будет работать быстрее, чем аналогичная модель на устаревшей архитектуре.

Два ядра – бюджетные решения для офисных задач;

Четыре ядра – игровые процессоры начального и среднего уровня, которые также можно использовать для видеомонтажа, работы в графических редакторах и офисных задач;

Шесть ядер и 12 потоков – оптимальный выбор для игрового ПК. Такие ЦПУ можно применять для работы с видео, стриминга и обработки графики, а также разработки ПО;

Восемь ядер и 16 потоков – решения профессионального уровня для разработки, обработки видео и графики, киберспортсменов.

 

Шина памяти (см. рис. 1.12). Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти (DDRS от англ. double-data-rate) ‘Частота шины памяти может составлять 400 МГц · 4 = 1600 МГЦ, т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с.

Модули памяти маркируются своей пропускной способностью, выраженной в Мбайт/с: РС4200, РС8500, РС12800 и др.

DDR4 – современный тип ОЗУ, разработанный в 2012 году. Является эволюционным развитием предыдущих типов. Пропускная способность памяти снова повысилась, теперь достигая 25,6 Гб/с. Частота работы также поднялась – в среднем от 2133 МГц до 3600 МГц. Если же сравнивать новый тип с DDR3, который продержался на рынке целых 8 лет и получил массовое распространение, то прирост производительности незначителен, к тому же далеко не все материнские платы и процессоры поддерживают новый тип.