Что такое скорость процессора?

Скорость ЦП или скорость центрального процессора в компьютере - это, по существу, скорость, с которой компьютер может выполнять вычисления, которые передаются ему посредством инструкций программного обеспечения, загружаемых в энергозависимую оперативную память (ОЗУ). Скорость процессора ограничена количеством транзисторов, встроенных в процессор, параллельными подключениями к другим процессорам, пропускной способностью шины для передачи данных назад и вперед из ЦП в память и другими техническими характеристиками оборудования. Большинство процессоров также имеют свои собственные регистры памяти для локального выполнения вычислений ядра без необходимости передавать их по шине другому аппаратному компоненту и обратно.

Компьютерные процессоры в современных системах способны работать такими быстрыми темпами, что ограничения производительности большинства персональных компьютеров гораздо больше связаны с узким местом в пропускной способности шины. Объем доступной оперативной памяти и дизайн программного обеспечения, которое обращается к системе, также более важны, чем фактическая производительность самого процессора. Многопоточность в проектировании ЦП является еще одним ключевым фактором скорости, который заключается в способности ЦП выполнять несколько задач в общей среде выполнения на ЦП, поэтому в процессе работы программы требуется хранить меньше информации и извлекать ее из памяти.

Любители часто меняют тактовую частоту процессора, разгоняя устройство. Частью того, что определяет скорость процессора на компьютере, является его тактовая частота, или тактовая частота, которая представляет собой количество тактовых циклов, основанных на внутренних тактовых частотах компьютера, которое требуется процессору для выполнения одной инструкции. Одинаковые ЦП могут иметь очень разные показатели производительности, если один из них тактируется, например, для сложения двух чисел за 10 тактов, когда другой ЦП выполняет те же вычисления за 2 такта.

Несмотря на то, что разгон ЦП компьютера выведет его из синхронизации со скоростью шины, он может значительно повысить производительность ЦП на старых системах, которые были улучшены с помощью новых шинных архитектур. Однако более новые процессоры не выиграют от изменений тактовой частоты, поскольку они уже работают на уровне, намного превышающем то, что может выдержать шина и память компьютера. При скорости процессора в диапазоне нескольких гигагерц выполняются миллиарды вычислений в секунду. Таким образом, процессор с тактовой частотой 2,4 гигагерца может выполнять 2,4 миллиарда вычислений в секунду, тогда как типичная 32- или 64-разрядная шина периферийного межкомпонентного соединения (PCI) будет работать в диапазоне 127–508 мегабайт (миллионы байтов) в секунду.

Другой ограничивающий фактор для скорости процессора, независимо от того, разогнан он или нет, связан со способностью всей компьютерной системы отводить тепло от процессора, так как повышенное тепло создает тепловой барьер для передачи электрических сигналов в полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника ( MOSFET) ЦП. Более быстрые процессоры требуют более мощных источников питания, что приводит к большей выработке тепла. Радиаторы, которые действуют как мини-радиаторы, встроены в поверхность процессоров для рассеивания тепла за счет теплопроводности, а системы вентиляторов в корпусе компьютера уносят его и за счет конвекции.

Параллельное использование нескольких процессоров для совместного использования вычислений на одном компьютере в настоящее время является общим подходом для большинства компьютеров для увеличения скорости процессора. В продвинутых системах также используется жидкостное охлаждение для поддержания стабильной температуры процессора. Очень продвинутые суперкомпьютеры используют тысячи процессоров, работающих параллельно, и охлаждаются жидким азотом или жидким гелием до температур около -452 ° по Фаренгейту (-269 ° по Цельсию), с тактовой частотой, достигающей более 500 гигагерц, или 500 миллиардов вычислений в секунду.