Быстродействие процессора

Быстродействие — одна из характеристик процессора, которую зачастую толкуют по-разному. Из этого раздела вы узнаете о быстродействии процессоров Intel, AMD и VIA/Cyrix.

Быстродействие компьютера во многом зависит от тактовой частоты, обычно измеряемой в ме­гагерцах (МГц). Она определяется параметрами кварцевого резонатора, представляющего собой кристалл кварца, заключенный в небольшой оловянный контейнер. В новых материнских платах кварцевый резонатор может быть интегрирован в набор микросхем системной логики. Под воз­действием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания электрическо­го тока с частотой, определяемой формой и размером кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой. Микросхемы обычного компьютера работают на частоте не­скольких миллионов или миллиардов герц. (Герц — одно колебание в секунду.) Быстродействие измеряется в мегагерцах, т.е. в миллионах циклов в секунду. Тактовый сигнал имеет форму си-нусообразной волны, расстояние между пиками которой и определяет частоту (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Графическое представление понятия тактовой частоты

Наименьшей единицей измерения времени (квантом) для процессора как логического уст­ройства является период тактовой частоты, или просто такт. На каждую операцию затрачи­вается минимум один такт. Например, первый обмен данными с памятью процессор Pentium 4

выполняет минимум за три такта; последующие 3-6 операций обмена данными выполняются за один такт. Дополнительные циклы первой операции обмена данными называют циклами ожида­ния, Цикл ожидания — это такт, в котором ничего не происходит; он необходим только для того, чтобы процессор не "убегал" вперед от менее быстродействующих узлов компьютера.

Различное количество тактов, необходимых для выполнения команд, затрудняет сравне­ние производительности компьютеров, основанное только на их тактовой частоте (т.е. коли­честве тактов в секунду). Почему при одной и той же тактовой частоте один из процессоров работает быстрее другого? Причина кроется во внутренней архитектуре процессоров.

Процессор 486 обладает более высоким быстродействием по сравнению с 386-м, так как на выполнение команды ему требуется в среднем в два раза меньше тактов, чем 386-му; процес­сору Pentium требуется в два раза меньше тактов, чем 486-му. Таким образом, процессор 486 с тактовой частотой 133 МГц (типа AMD 5x86-133) работает даже медленнее, чем Pentium с тактовой частотой 75 МГц! Это происходит потому, что при одной и той же частоте Pentium выполняет вдвое больше команд, чем процессор 486. Процессоры Pentium II и III приблизи­тельно на 50% быстрее процессора Pentium, работающего на той же частоте, потому что они могут выполнять значительно больше команд в течение того же количества циклов.

К сожалению, в процессорах, более современных, чем Pentium III, сравнивать скорость стало еще сложнее, так как сама архитектура делает одни процессоры эффективнее других. Эта эффективность и определяет возможности процессоров, работающих на разных тактовых частотах. Чем меньше эффективность одного цикла, тем большую тактовую частоту должен иметь процессор для поддержания одного и того же быстродействия (и наоборот).