Число циклов, которое процессор выполняет за 1 секунду, равно
Обновлено: 21.11.2024
Процессор (также называемый центральным процессором или ЦП, если он один) — это двигатель компьютера (а память — бензобак). Подобно тому, как автомобильный двигатель многократно перемещает каждый поршень вверх и вниз, процессор многократно выполняет цикл выборки-исполнения:
<р>1. выборка следующей инструкции из памяти2. извлекать необходимые данные из памяти
3. выполнить инструкцию
4. сохранить результат обратно в память
5. перейти к 1
Сколько циклов можно выполнить за секунду? Партии, один цикл в секунду называется Герц или Гц. Скорость процессора Pentium измеряется в сотнях мегагерц (МГц). Один МГц — это миллион циклов в секунду!
Какие типы инструкций может выполнять процессор? Удивительно простые.
Арифметика
Процессор может складывать, умножать, вычитать и делить целые числа, представленные в виде битовых строк. (Байтовая арифметика была описана в книге «Биты и байты». Процессор просто обеспечивает аппаратную реализацию этих алгоритмов.)
Вот формат типичной инструкции добавления (хотя формат может различаться в зависимости от типа процессора).
В этой инструкции X и Y являются адресами. Процессор выполняет эту инструкцию следующим образом:
<р>1. получить число, хранящееся в ячейке памяти X: num1 = memory.read(X)2. получить число, хранящееся в ячейке памяти Y: num2 = Y или memory.read(Y)
3. добавить num1 и num2: результат = num1 + num2
4. при необходимости установите флаги переноса или переполнения
5. сохранить результат обратно в ячейку памяти X: memory.write(X, результат)
Если мы представим адрес как битовую строку и закодируем операции (сложение, подпрограмма, mul, div и т. д.) как битовые строки (называемые кодами операций), то вся инструкция может быть закодирована как битовая строка. :
Поскольку инструкция — это просто битовая строка, а программа — последовательность инструкций, то и вся программа (Halo, Linux, Photoshop) — это просто битовая строка.
Инструкция перемещения позволяет нам перемещать данные в памяти.
move X Y ��� (переместить данные, хранящиеся по адресу Y, в адрес X)
Разновидность позволяет нам хранить константы в ячейках памяти:
сохранить X C � (сохранить константу C по адресу X)
Логика
Надоело, что философские дебаты перерастают в крики, и Готфрид Лейбниц, один из изобретателей исчисления (вместе с Ньютоном), выдвинул идею исчисления рассуждений: математической системы для определения того, истинны или ложны утверждения. С его помощью философские дебаты можно было бы свести к обработке чисел:
Единственный способ исправить наши рассуждения — сделать их такими же осязаемыми, как рассуждения математиков, чтобы мы могли с первого взгляда найти свою ошибку, а когда между людьми возникают споры, мы могли просто сказать: давайте посчитаем, без лишних слов, чтобы увидеть, кто прав.
Мечта Лейбница сделала огромный шаг вперед столетие спустя, когда британский математик Джордж Буль отбросил определения истинного и ложного и принял их за произвольные, но различные значения:
истина = 1
ложь = 0
Он разработал не исчисление рассуждений, а алгебру рассуждений. В этой алгебре, позже названной Булевой алгеброй, сложение интерпретировалось как операция ИЛИ, умножение — как операция И, а отрицание — как операция НЕ.
Например, предположим, что приемная комиссия университета принимает абитуриента, если он или она не является уголовником и является либо хорошим (средний балл > 3,0) — студентом из штата, либо отличным (средний балл > 3,5) студентом из другого штата. ученик. Мы можем представить критерий приема символически как:
F = "Заявитель является уголовником"
R = "Заявитель является резидентом"
G = "Абитуриент хорошо учится"
E = "Абитуриент - отличник"
Допустить = НЕ F И ((R И G) ИЛИ (НЕ R И E))
Мы можем пойти еще дальше и представить критерий приема в виде выражения в булевой алгебре:
Допустить = -F * ((R * G) + (-R * E))
Теперь предположим, что конкретный заявитель не является преступником (F = false = 0), не является резидентом штата (R = false = 0) и имеет средний балл 3,9 (G = E = true = 1). . Подставляя в уравнение получаем:
Допустить = -0 * ((0 * 1) + (-0 * 1))
Законы булевой алгебры аналогичны законам регулярной алгебры за некоторыми исключениями. Вот некоторые из них:
-0 = 1 и -1 = 0
1 + 1 = 1
Упрощая нашу формулу, мы получаем:
Допустить = -0 * ((0 * 1) + (-0 * 1)) = 1 * (0 + 1) = 1 * 1 = 1 = верно
Другими словами, заявитель должен быть принят.
Алгебра Буля могла бы так и остаться математической диковинкой, если бы она не стала основой всей компьютерной науки.
Для начала очень просто реализовать логические операции в виде компонентов, состоящих из нескольких транзисторов. Они называются логическими вентилями. Вот схема, представляющая критерий поступления:
Мы могли бы использовать этот дизайн для создания микрочипа, который можно было бы использовать для обработки приложений.
Но, конечно, нам не нужно создавать микрочип. Во всех языках программирования есть инструкции для логических операторов И, ИЛИ и НЕ.
Производительность вашего ЦП — «мозга» вашего ПК — оказывает большое влияние на скорость загрузки программ и их бесперебойную работу. Однако есть несколько различных способов измерения производительности процессора. Тактовая частота (также «тактовая частота» или «частота») является одной из самых важных.
Если вам интересно, как проверить тактовую частоту, откройте меню «Пуск» (или нажмите клавишу Windows*) и введите «Информация о системе». Название модели вашего ЦП и тактовая частота будут указаны в разделе «Процессор».
Что такое тактовая частота?
В целом более высокая тактовая частота означает более быстрый процессор. Однако в игру вступают многие другие факторы.
Ваш процессор каждую секунду обрабатывает множество инструкций (низкоуровневых вычислений, таких как арифметические операции) из разных программ. Тактовая частота — это количество циклов, выполняемых ЦП в секунду, измеряемое в ГГц (гигагерцах).
С технической точки зрения «цикл» — это импульс, синхронизированный внутренним генератором, но для наших целей это базовая единица, которая помогает понять скорость процессора. Во время каждого цикла миллиарды транзисторов внутри процессора открываются и закрываются.
Частота – это большее количество операций за заданный промежуток времени, как указано выше.
ЦП с тактовой частотой 3,2 ГГц выполняет 3,2 миллиарда циклов в секунду. (Скорость старых ЦП измерялась в мегагерцах или миллионах циклов в секунду.)
Иногда за один такт выполняется несколько инструкций; в других случаях одна инструкция может обрабатываться в течение нескольких тактов. Поскольку процессоры разных конструкций обрабатывают инструкции по-разному, лучше сравнивать тактовые частоты ЦП одной марки и поколения.
Например, ЦП с более высокой тактовой частотой пятилетней давности может уступать по производительности новому ЦП с более низкой тактовой частотой, поскольку новая архитектура более эффективно обрабатывает инструкции. Процессор Intel® серии X может превзойти процессор серии K с более высокой тактовой частотой, поскольку он распределяет задачи между большим количеством ядер и имеет больший кэш-память ЦП. Но в ЦП того же поколения процессор с более высокой тактовой частотой обычно превосходит процессор с более низкой тактовой частотой во многих приложениях. Вот почему важно сравнивать процессоры одной марки и поколения.
Как тактовая частота влияет на игры?
До появления многоядерных процессоров тактовая частота считалась ключевой характеристикой для сравнения одноядерных процессоров. Сегодня это учитывается наряду с количеством ядер, кэш-памятью ЦП и энергопотреблением.
Влияние тактовой частоты на конкретную игру зависит от игрового движка и инструментов, используемых для его создания. Сайты сравнительного анализа, такие как Tom’s Hardware, обнаружили, что некоторые игровые движки, такие как Dunia для Far Cry: Primal, выигрывают больше от высокой однопоточной производительности, чем от многопоточной. 2 С другой стороны, многие новые игры ААА, особенно в многопоточных движках, таких как Unreal Engine 4, могут выиграть как от дополнительных ядер, так и от увеличения тактовой частоты. 3
Конкретные тесты — это лучший способ оценить производительность ЦП в конкретном игровом движке, но тактовая частота — хороший общий показатель относительной производительности процессоров в семействе продуктов.
Что означает турбочастота?
В спецификациях ЦП Intel указаны как максимальная частота в режиме Turbo, так и базовая частота процессора. Базовая частота процессора относится к обычной рабочей точке ЦП, а максимальная частота в режиме Turbo — к максимальной скорости, которую процессор может достичь с помощью технологии Intel® Turbo Boost.
Технология Intel® Turbo Boost — это инструмент, динамически повышающий тактовую частоту для работы с большими нагрузками. Он работает, не требуя установки или настройки пользователем. Технология оценивает тепловой запас процессора, а также количество используемых ядер, а затем повышает тактовую частоту до максимально безопасного уровня. Подробнее о технологии читайте здесь.
Я читал книгу о процессоре компьютера. И я столкнулся с некоторыми терминами, такими как тактовые импульсы, тактовый цикл и тактовая частота, которые мне очень трудно понять. Буду очень признателен, если кто-то объяснит это простым языком. Заранее спасибо!
Клещи кусаются. Не используйте это слово. Часы делают цикл. Тактовый цикл — это количество пикосекунд, прошедших между импульсами тактового сигнала (количество миллиметров, на которое распространяется пакет фотонов). Плюс можно сделать цикл в 2 раза короче, обнаруживая как подъемы, так и спады сигнала.Также есть множители и так далее.
2 ответа 2
Скорость компьютерного процессора или центрального процессора определяется тактовым циклом, то есть количеством времени между двумя импульсами генератора. Вообще говоря, чем больше число импульсов в секунду, тем быстрее процессор компьютера сможет обрабатывать информацию. Тактовая частота измеряется в Гц, обычно либо в мегагерцах (МГц), либо в гигагерцах (ГГц). Например, процессор с частотой 4 ГГц выполняет 4 000 000 000 тактовых циклов в секунду. Компьютерные процессоры могут выполнять одну или несколько инструкций за такт, в зависимости от типа процессора. Ранние компьютерные процессоры и более медленные процессоры могут выполнять только одну инструкцию за такт, но более быстрые и продвинутые процессоры могут выполнять несколько инструкций за такт, обрабатывая данные более эффективно.
И, с другой стороны, тактовая частота (иногда называемая тактовой частотой) относится к числу импульсов в секунду, генерируемых генератором, который устанавливает темп для процессора. Тактовая частота обычно измеряется в МГц (мегагерцах или миллионах импульсов в секунду) или ГГц (гигагерцах или миллиардах импульсов в секунду). Современные персональные компьютеры работают с тактовой частотой в сотни мегагерц, а некоторые превышают один гигагерц. Тактовая частота определяется кварцевой схемой, похожей на те, что используются в радиокоммуникационном оборудовании.
Спасибо за вашу помощь. Ну, я искал больше о Clock Cycle. Не могли бы вы объяснить мне более подробно о тактовом цикле, пожалуйста. ?
Гц равен 1/с. Таким образом, вы можете перевести длину тактового цикла в какое-то время. Я не уверен, что вы стреляете в это.
На всякий случай, если кого-то еще это смутит, как и меня, в абзаце 1 выделен тактовый цикл, но затем большая часть объяснения посвящена тактовой частоте. Я бы подумал, что тактовый цикл будет обратным значением тактовой частоты (период против частоты) и будет измеряться в наносекундах или чем-то еще.
-
Предположим, что при запуске программы А время ЦП пользователя составляет 3 секунды, истекшее время настенных часов составляет 4 секунды, а производительность системы составляет 10 млн флоп/сек. Предположим, что нет других процессов, требующих сколько-нибудь значительного времени, и компьютер либо выполняет вычисления в ЦП, либо выполняет ввод-вывод, но он не может делать и то, и другое одновременно. Теперь мы заменяем процессор на тот, который работает в шесть раз быстрее, но не влияет на скорость ввода-вывода. Каковы будут теперь время ЦП пользователя, время настенных часов и производительность MFLOP/сек?
Производительность ЦП B / производительность ЦП A = время ЦП A / время ЦП B
Время процессора пользователя = 0,5 секунды
Поскольку увеличение производительности не влияет на время ввода-вывода, для выполнения ввода-вывода по-прежнему требуется 1 секунда. Следовательно, выполнение программы A на более быстром процессоре занимает 1 + 0,5 = 1,5 секунды
Время настенных часов = 1,5 секунды
Производительность системы в MFLOPS = количество операций с плавающей запятой * 10 6 /Wallclock Time
Производительность новой системы = 40 * 10 6 /1,5
<УЛ>-
Рассчитайте CPI для эталона B.
Если мы говорим, что инструкций 100, то:
30 из них будут загружаться и храниться.
50 из них будут арифметическими инструкциями.
20 из них будут все остальные.
(30 * 6) + (50 * 4) + (20 * 3) = 440 циклов/100 инструкций
Поэтому на одну инструкцию приходится 4,4 цикла.
Формула для расчета MIPS:
MIPS = тактовая частота/(CPI * 10 6 )
Тактовая частота составляет 200 МГц.
MIPS = (200 * 10 6 )/(4,4 * 10 6 ) = 45,454545
Время часов = 1/время цикла
Время цикла = 1/время часов
Время цикла = 1/(200 * 10 6 ) = 5 * 10 -9
Время цикла увеличивается на 20 %:
(5 * 10 -9 ) * 1,2 = 6 * 10 -9
Таким образом, новая тактовая частота:
1/(6 * 10 -9 ) = 166,667 * 10 6 или 166,667 МГц
В части b было 100 инструкций, поэтому мы уменьшим количество загрузок и сохранений на
половина, и это уменьшит общее количество инструкций. Таким образом, новый набор инструкций будет таким:
15 загрузок и сохранений
50 арифметических инструкций
Общее количество инструкций теперь равно 85, поэтому ответ таков:
((15 * 6) + (50 * 4) + (20 * 3)) / 85 = 350 циклов/ 85 инструкций = 4,12 CPI
Секунды ЦП = (количество инструкций * количество тактов на инструкции)/тактовая частота
Первое, что нам нужно сделать, это подсчитать количество инструкций, которые выполняются за 11 секунд в новом эталонном тесте, где вдвое меньше операций загрузки и сохранения.
Для этого нам нужно выяснить, сколько инструкций выполняется в исходном тесте за 11 секунд. Поскольку мы знаем MIPS или количество миллионов инструкций в секунду для исходного теста, мы говорим:
(45,45 * 10 6 ) * 11 = 500 * 10 6 инструкций за 11 секунд
Теперь нам нужно выяснить, сколько из них являются загрузками и хранилищами, поэтому:
(500 * 10 6 ) * .3 = 150 * 10 6 являются инструкциями по загрузке и сохранению, поскольку на диаграмме указано, что 30% всех инструкций относятся к загрузке и сохранению. Теперь нам нужно сократить это число вдвое, потому что новый бенчмарк говорит, что у нас в два раза меньше количество загрузок и хранилищ, но время цикла увеличивается на 20%. Следовательно, есть только 75 * 10 6 загрузок и магазинов. Это также означает, что общее количество инструкций теперь меньше, всего 425 * 10 6 инструкций.
Читайте также: