Максимальная частота процессора, что это такое

Обновлено: 03.07.2024

Недавно я разговаривал с другом о компиляции LaTeX. LaTeX может использовать только одно ядро для компиляции. Таким образом, для скорости компиляции LaTeX наиболее важна тактовая частота процессора (см. Советы по выбору оборудования для лучшей производительности компиляции LaTeX)

Из любопытства я искал процессоры с самой высокой тактовой частотой. Я думаю, что Intel Xeon X5698 с тактовой частотой 4,4 ГГц (источник) имел самую высокую тактовую частоту.

Но этот вопрос касается не процессоров, которые продаются. Я хотел бы знать, как быстро это может произойти, если вас не волнует цена.

Итак, один вопрос: существует ли физический предел скорости процессора? Насколько это высоко?

И еще один вопрос: какова на данный момент максимальная скорость процессора?

Я всегда думал, что скорость процессора ограничена, потому что охлаждение (а значит, и нагрев) становится очень сложным. Но мой друг сомневается, что причина именно в этом (когда не приходится использовать традиционные/дешевые системы охлаждения, например, в научном эксперименте).

В [2] я прочитал, что задержки передачи вызывают еще одно ограничение скорости процессора. Однако они не упоминают, насколько быстро это может произойти.

Что я нашел

[1] Ученые нашли фундаментальный предел максимальной скорости процессора. Похоже, речь идет только о квантовых компьютерах, но этот вопрос касается «традиционных» процессоров.
[2] Почему существуют ограничения на скорость процессора?

Обо мне

Я изучаю информатику. Я кое-что знаю о процессоре, но не слишком много. И еще меньше о физике, которая может быть важна для этого вопроса. Пожалуйста, имейте это в виду при ответах, если это возможно.

\$\begingroup\$ Ваш вопрос хороший, ожидайте очень хороших и грамотных ответов. Мои два цента: вывод «он работает только на одном ядре» -> «часы важнее всего» не соответствует действительности. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Текущим рекордсменом среди разогнанных процессоров является AMD Bulldozer, работающий на частоте 8,4 ГГц. Охлаждали жидким азотом. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Хотя заголовок вопроса "Что ограничивает скорость процессора?" следует отметить, что утверждение: «LaTeX может использовать только одно ядро для компиляции. Поэтому для скорости компиляции LaTeX наиболее важна тактовая частота ЦП» не обязательно верно. Кэш ЦП также может иметь значение. Из-за того, как работают современные ЦП, в сочетании с тем фактом, что существуют разные ЦП с одинаковыми частотами, но разным размером (ами) кеша (кешей) и тем, как программное обеспечение было написано и используется, кеш ЦП может иметь большее влияние на скорость выполнения, чем Частота процессора. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Однопоточная производительность не прямо пропорциональна тактовой частоте; отношения более сложные. Это может быть частично замаскировано сходством последних микроархитектур Intel x86 с улучшениями микроархитектуры, компенсирующими некоторые затраты на увеличение частоты. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Я предлагаю сравнить процессор с частотой 2 ГГц 2004 года и процессор с частотой 2 ГГц 2014 года; вы обнаружите, что они не находятся на одном уровне даже в однопоточных задачах, и даже когда оба реализуют один и тот же набор инструкций - инструкции CISC, которые они кормят, - это одно, но микрооперации, которые они разбивают в совсем другое. \$\конечная группа\$

7 ответов 7

На практике скорость процессора ограничивается как выделением тепла, так и задержкой гейта, но обычно тепло становится гораздо более серьезной проблемой, прежде чем срабатывает последний.

Последние процессоры производятся с использованием технологии CMOS. Каждый раз, когда есть тактовый цикл, мощность рассеивается. Следовательно, более высокая скорость процессора означает большее рассеивание тепла.

Вот некоторые цифры:

Вы действительно можете увидеть, как мощность перехода процессора увеличивается (в геометрической прогрессии!).

Кроме того, существуют некоторые квантовые эффекты, возникающие при уменьшении размеров транзисторов. На уровне нанометров затворы транзисторов фактически становятся «дырявыми».

Я не буду вдаваться в подробности того, как работает эта технология, но я уверен, что вы можете использовать Google для поиска этих тем.

Хорошо, теперь о задержках передачи.

Каждый «провод» внутри процессора действует как небольшой конденсатор. Кроме того, база транзистора или затвор полевого МОП-транзистора действуют как небольшие конденсаторы. Чтобы изменить напряжение на соединении, вы должны либо зарядить провод, либо снять заряд. По мере того, как транзисторы уменьшаются, сделать это становится все труднее. Вот почему для SRAM нужны усилительные транзисторы, потому что на самом деле транзисторы массива памяти такие маленькие и слабые.

В типичных конструкциях ИС, где очень важна плотность, битовые ячейки имеют очень маленькие транзисторы. Кроме того, они обычно встраиваются в большие массивы с очень большой емкостью битовой линии. Это приводит к очень медленному (относительно) разряду битовой линии битовой ячейкой.

В основном дело в том, что маленьким транзисторам сложнее управлять межсоединениями.

Кроме того, бывают задержки входа. Современные ЦП имеют более десяти этапов конвейера, возможно, до двадцати.

Есть также индуктивные эффекты. На микроволновых частотах они становятся весьма значительными. Вы можете посмотреть перекрестные помехи и тому подобное.

Теперь, даже если вам удастся заставить работать процессор с частотой 3 265 810 ТГц, еще одним практическим ограничением является скорость, с которой его может поддерживать остальная часть системы. У вас должны быть либо ОЗУ, хранилище, связующая логика и другие межсоединения, работающие так же быстро, либо огромный кэш-память.

\$\begingroup\$ Действительно ли он увеличивается экспоненциально или только квадратично? На самом деле в этом видео сказано, что Мощность = Частота^1,74. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Хорошо, однако, что одна из основных трудностей при проектировании ЦП — межсоединения. Физически большой чип может быть возможен, но помните, что он работает в гигагерцовом диапазоне. Вы хотите, чтобы провода были короткими. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Поскольку вопрос является теоретическим, можно добавить, что другие полупроводники, такие как арсенид галлия, допускают более высокие частоты. \$\конечная группа\$

Проблему жары хорошо решает fuzzyhair. Подводя итог задержкам передачи, рассмотрим следующее: время, необходимое для прохождения электрического сигнала через материнскую плату, теперь составляет более одного такта современного процессора. Поэтому создание более быстрых процессоров мало что даст.

Сверхбыстрый процессор действительно полезен только в массовых вычислительных процессах, и то только в том случае, если ваш код тщательно оптимизирован для выполнения своей работы на кристалле. Если ему часто приходится обращаться за данными в другое место, вся эта дополнительная скорость тратится впустую. В современных системах большинство задач можно выполнять параллельно, а большие задачи распределяются по нескольким ядрам.

Похоже, ваш процесс компиляции латекса можно улучшить за счет:

Быстрый ввод-вывод. Попробуйте RAM-диск.
Запуск разных документов на разных ядрах
Не ожидайте, что задание на 200 страниц с большим количеством изображений будет выполнено за 2 секунды.

\$\begingroup\$ Жаль, что мне разрешен только один голос. Ваш ответ заслуживает большего, чтобы указать, что тактовая частота может не быть узким местом в проблеме ОП. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ В последнее время это становится все более устаревшим, поскольку в последнее время кеш на чипе взрывается. Threadripper имеет 256 МБ кеша. Если бы у нас был чип с частотой 50 ГГц, ничто не мешало бы увеличить размеры кэш-памяти чипа, чтобы избежать этого узкого места. Конечно, это требует оптимизации в программном обеспечении. \$\конечная группа\$

Есть три физических ограничения: тепло, задержка ворот и скорость передачи электроэнергии.

Мировой рекорд по самой высокой тактовой частоте на данный момент составляет (согласно этой ссылке) 8722,78 МГц

Скорость электрической передачи (примерно такая же, как скорость света) является абсолютным физическим пределом, поскольку никакие данные не могут передаваться быстрее, чем их носитель. В то же время этот предел очень высок, поэтому обычно не является ограничивающим фактором.

ЦП состоит из огромного количества вентилей, многие из которых соединены последовательно (один за другим). Переключение из высокого состояния (например, 1) в низкое состояние (например, 0) или наоборот занимает некоторое время. Это задержка ворот. Таким образом, если у вас есть 100 логических элементов, соединенных последовательно, и для переключения одного из них требуется 1 нс, вам придется подождать не менее 100 нс, чтобы все это дало вам действительный результат.

Эти переключатели потребляют больше всего энергии ЦП. Это означает, что если вы увеличите тактовую частоту, вы получите больше переключателей, которые потребляют больше энергии, а значит, и тепловыделение.

Перенапряжение (=> обеспечение большей мощности) немного уменьшает задержку затвора, но снова увеличивает тепловую мощность.

Примерно на частоте 3 ГГц потребление энергии для тактовой частоты резко возрастает. Вот почему процессоры с частотой 1,5 ГГц могут работать на смартфонах, тогда как большинство процессоров с частотой 3–4 ГГц даже не работают на ноутбуках.

Но тактовая частота – не единственное, что может ускорить работу ЦП. Кроме того, оптимизация конвейера или архитектуры микрокода может привести к значительному ускорению. Вот почему процессор Intel i5 с тактовой частотой 3 ГГц (Dualcore) в несколько раз быстрее процессора Intel Pentium D с тактовой частотой 3 ГГц (Dualcore).

На вкладке "ЦП" монитора ресурсов Windows рядом со значениями "Использование ЦП" есть поле состояния и график для параметра "Максимальная частота". Что это значит? Значение иногда превышает 100% в моей системе. что это может означать?

Глядя на отчет CPU-z в режиме реального времени о тактовой частоте процессора, кажется, что он слабо связан с тем, на какой частоте работает ЦП, что подразумевает, что это означает «процент от максимально возможной частоты, на которой работает ЦП». в"; это может иметь значение для систем с технологиями SpeedStep и/или TurboBoost (или аналогичными). Кроме того, установка системы в «режим энергосбережения» снижает значение «максимальной частоты» примерно до 60%, а установка в «высокопроизводительный» режим устанавливает его примерно до 110%. Однако процентное соотношение не точно соответствует отображаемой скорости процессора. Какое значение это на самом деле представляет тогда?

@Mikel: У меня есть один Core i5 M430, двухъядерный процессор с гиперпоточностью. Он не разогнан, но имеет турбобуст. BIOS нормально его определяет.

4 ответа 4

Это просто означает общую максимальную нормальную скорость ваших процессоров.

Если шаг скорости, энергосбережение и все остальное отключено, всегда должно отображаться значение 100%.

Если на вашем ноутбуке есть функция энергосбережения, которая снижает тактовую частоту вашего процессора по сравнению со штатной скоростью, он будет сообщать о более низком проценте.

Если у вас есть турбонаддув или аналогичный, процент будет выше.

Итак, опять же, это текущий максимальный процент, который ваш процессор может в настоящее время запустить, по сравнению с заявленной нормальной скоростью.

Я не уверен на 100%, но я предполагаю, что при разгоне разогнанная величина будет "базовой" скоростью для Windows, а разгон на 20% не покажет максимальную частоту 120% - это только предположение, У меня нет возможности проверить.

Он сообщает только об изменениях скорости, вызванных самой системой, по отношению к ее номинальной скорости в соответствии с настройками BIOS, будь то по умолчанию или в разгоне. Как уже упоминалось, к ним относятся SpeedStep и Turbo Mode, а также снижение скорости из-за опции управления питанием «пассивное охлаждение» или дросселирования системы из-за перегрева.

Это кажется разумным ответом, хотя, если кто-нибудь найдет какую-либо официальную документацию о том, что это значит, я хотел бы ее увидеть.

Я не думаю, что мой опыт показывает, что это правда. Я хотел бы посмотреть, что MS говорит об этом, например, nhinkle.

Максимальная частота в мониторе ресурсов такая же, как производительность процессора \ % от счетчика максимальной частоты в мониторе производительности.

Например, если у вас есть процессор 2,5 ГГц, который работает на частоте 800 МГц. затем % от максимальной частоты = 800/2500 = 31%. Таким образом, процессор работает на частоте 31 %, или 800 МГц, от максимальной частоты процессора, равной 2500 МГц (2,5 ГГц).

"Лучший" процент максимальной частоты субъективен. По сути, вы хотите, чтобы ЦП работал на частоте, достаточно быстрой, чтобы делать то, что вы хотите, используя наименьшее количество энергии, чтобы он не разряжал вашу батарею и не увеличивал ваши счета за электроэнергию без необходимости.

Ваша мощность. план в Windows является частью того, что определяет частоту, а также настройки в BIOS компьютера.

Посмотрите раздел Управление питанием процессора (PPM) может привести к искусственному увеличению загрузки ЦП в этой статье: Интерпретация загрузки ЦП для анализа производительности

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.

Yoodley поддерживается читателями. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию.

Как пользователь Windows Vista, вы наверняка сталкивались с термином "Максимальная частота" в мониторе ресурсов.

Где именно это находится? На вкладке «ЦП» монитора ресурсов Windows вы увидите график (и поле состояния), который находится рядом со значениями «Использование ЦП», помеченными как «Максимальная частота»?

Максимальная частота – это максимальное значение нормальной скорости вашего процессора.

Если у вас отключен шаг скорости, энергосбережение и другие функции, влияющие на нормальную скорость процессора, максимальная частота монитора отклика для вашей Windows Vista всегда равна 100%.

Другими словами, максимальная частота эквивалентна производительности процессора\% счетчика максимальной частоты в системном мониторе.

Вот пример. Если ваш процессор с частотой 2,5 ГГц работает на частоте 800 МГц, то, согласно приведенной выше формуле, ваша максимальная частота составит 31 %. Это означает, что процессор работает на частоте 31 % от максимальной частоты процессора 2,5 ГГц.

Теперь максимальная частота монитора ответов колеблется при выполнении определенных действий в вашей системе. Например, если энергосбережение включено, частота процессора будет снижена по сравнению со штатной частотой. В этом случае максимальная частота будет показывать более низкий процент.

Аналогичным образом, если в вашей системе включен режим турбонаддува, максимальная частота на мониторе отклика будет показывать более высокий процент.

Как максимальная частота связана с тактовой частотой процессора?

Поначалу, когда вы посмотрите на него, вы сможете сделать вывод, что максимальная частота слабо связана с частотой, на которой работает ЦП. Теперь, если максимальная частота связана с частотой, на которой работает ЦП, это в совокупности может означать, что максимальная частота означает «процент от максимально возможной частоты, на которой работает ЦП»

Теперь, если вы переключите свою систему Windows в режим энергосбережения, максимальная частота снизится до значения примерно 60 %, а установка вашей системы в режим высокой производительности увеличит значение максимальной частоты примерно до 110 %.

Несмотря на то, что процентное значение не полностью коррелирует с отображаемой частотой ЦП, оно зависит от того, как работает ваш ЦП — с точки зрения BIOS или каким-либо другим образом.

Ниже мы обсудили, как добавить максимальную частоту процессора в Windows 10:

Способ 1 с использованием командной строки

Нажмите клавишу Windows + R, введите «cmd», а затем нажмите Ctrl + Shift + Enter.Теперь будет открыта новая командная строка с повышенными правами, и предоставьте административные привилегии новой командной строке, нажав «Да» в строке UAC (контроль учетных записей).
Введите команду powercfg -attributes SUB_PROCESSOR 75b0ae3f-bce0-45a7-8c89-c9611c25e100 -ATTRIB_HIDE в новой командной строке и нажмите Enter.
Теперь вам нужно перезагрузить компьютер.
Откройте диалоговое окно «Выполнить». Для этого нажмите клавишу Windows + R. Введите « powercfg.cpl » в пустое поле и нажмите Enter.
В меню "Параметры электропитания" нажмите "Изменить дополнительные параметры электропитания".
Прокрутите вниз, перейдите к пункту «Максимальная частота процессора» и измените значения.
Перезагрузите компьютер после успешного изменения значений.

Способ 2 с использованием редактора реестра

Нажмите клавишу Windows + «Выполнить», введите «regedit» в пустое поле и нажмите Enter, чтобы открыть редактор реестра. Предоставьте права администратора по запросу UAC (Контроля учетных записей).
Перейдите на панель навигации и вставьте «HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Power\PowerSettings\54533251-82be-4824-96c1-47b60b740d00\75b0ae3f-bce0-45a7-8c89-c9611c25e100».
Дважды щелкните атрибуты на правой плоскости. Измените значения атрибутов на 2, чтобы включить меню «Максимальная частота процессора».

Хорошо, вы научились добавлять максимальную частоту процессора в Windows 10. Теперь мы обсудим изменение максимальной частоты процессора в Windows 10.

Способ 1 с использованием меню Power Option

Убедитесь, что вы уже включили меню «Максимальная частота процессора». В случае, если вы не использовали какой-либо из приведенных выше способов для включения.
Нажмите клавишу Windows + «Выполнить», введите «powercfg.cpl» в диалоговом окне «Выполнить» и нажмите Enter.
В меню «Параметры электропитания» нажмите «Изменить параметры плана», а затем нажмите «Изменить дополнительные параметры электропитания» в параметрах плана.
Теперь просто прокрутите вниз и нажмите "Управление питанием процессора".
В раскрывающемся меню «Управление питанием процессора» нажмите значок + рядом с максимальной частотой процессора.
Измените значения параметров «От батареи» и «От сети» в соответствии с возможностями ЦП, затем нажмите «Применить», чтобы сохранить изменения.
Перезагрузите компьютер.

Способ 2 с использованием командной строки

Нажмите клавишу Windows + R, введите « cmd » и нажмите Ctrl + Shift + Enter.
Введите команду « powercfg -setdcvalueindex SCHEME_CURRENT 54533251-82be-4824-96c1-47b60b740d00 75b0ae3f-bce0-45a7-8c89-c9611c25e100 » в командной строке с повышенными привилегиями, чтобы изменить значения по умолчанию для максимальной частоты процессора (при работе от батареи). P.S. Не забудьте заменить в команде частоту, которую вы хотите использовать.
Введите « powercfg -setacvalueindex SCHEME_CURRENT 54533251-82be-4824-96c1-47b60b740d00 75b0ae3f-bce0-45a7-8c89-c9611c25e100 » для подставленных значений. Замените на пользовательскую частоту, как на шаге 2.
Перезагрузите компьютер после изменения значений.

Что на самом деле означает «длина очереди диска» в мониторе ресурсов Windows 7?

Для любого данного диска, если есть очередь ожидающих операций, длина очереди диска будет обозначать длину очереди с точки зрения операций ввода-вывода.

Проще говоря, длина очереди диска в мониторе ответов — это количество запросов, которые накопились в стеке, ожидая обработки этих запросов дисковым накопителем.

Например, если ваш диск может обработать одну задачу в заданную секунду, но получает 7 других запросов для обработки в этот промежуток времени, длина очереди диска будет равна 6 (поскольку один запрос будет обработан за одну секунду).

Что такое область Modified и Standby Ram в мониторе ресурсов?

Инструмент Resource Monitor отображает информацию об использовании как аппаратных, так и программных ресурсов в режиме реального времени. Его можно легко запустить, выполнив « resmon.exe ».

Измененный, как следует из названия, он содержит измененные данные. Резервная память на самом деле представляет собой список кеша, в котором хранятся данные или информация, которые можно использовать позже. Резервные данные можно легко удалить или удалить.

Читайте также: