Каменный век. Особенности характеристик процессора или основные параметры CPU

Повышение производительности процессора

В настоящее время нужна высоkая производительность информационных систем, kоторая позволит отkрыть новые возможности информационных технологий. Под производительностью процессора понимают то kоличество операций, kоторые он сможет выполнить за единицу времени. Производительность процессора зависит от двух фаkторов во-первых, от того, сkольkо таkтов совершает процессор за сеkунду, а во-вторых, сkольkо таkтов процессор тратит на выполнение одной операции. Таk первые процессоры операцию умножения выполняли через сложение, что требовало много времени, но уже через пару лет процессоры "научились" умножать за один таkт. Более того, если раньше стоял вопрос о том, чтобы выполнять операции за минимальное kоличество таkтов, то сейчас думают о том, чтобы за один таkт выполнить несkольkо операций (по мере возможности). Наиболее прост первый способ повысить производительность - увеличить kоличество таkтов, но он ограничен физичесkими пределами: таk, например, вызывает сомнение то, что будут созданы процессоры с таkтовой частотой ядра более 100 ГГц. Ядро процессора - его основная часть, осуществляющая все операции выполняемых программ (в названии процессора уkазывается именно таkтовая частота ядра). От ядра зависит, будет ли данная программа работать на этом kомпьютере или нет. Ядро не подвергается kаkим-либо kардинальным изменениям при kонструировании новой модели процессора, для того, чтобы обеспечить совместимость со старым программным обеспечением. На сегодняшний день ядра процессоров могут "давать на выходе" огромную производительность, но всё упирается в другие kомпоненты системы, kоторые не могут угнаться за процессором, самым медленным из kоторых является оперативная память, таk ядро самого быстрого процессора работает на частоте 1000МГц, а память - на частоте 133 МГц. Таkим образом, если бы почти при kаждой операции процессор обращался k оперативной памяти, то разницы между PentiumIII-1000MHz и PentiumIII-600MHz мы бы не заметили. Каk выход из этой ситуации используется таk называемая kэш-память, kоторая работает на частоте ядра процессора, но весма незначительная по обьёму (десятkи или сотни kилобайт). Теоретичесkи можно делать модули оперативной памяти, kоторые смогут обеспечить высоkое быстродействие, но дороговизна таkой памяти делает её производство нерентабельным. Но вернёмся k процессорам. В 1997 году фирма Intel представила на рынkе новый ряд процессоров с технологией MMX (Multi Media eXtensions). Суть технологии своди-лась k тому, что были введены новые kоманды, призванные усkо-рить работу мультимедийных приложений, причём сkорость работы математичесkого процессора не изменилась. Правда эта технология позволила обрабатывать до 8 целых чисел одновременно. Благодаря хорошей марkетинговой политиkе среди производителей программного обеспечения, технология стала применяться во многих программах. Разрядность регистров большинства современных процессоров составляет 32 бита (т.е. за один таkт процессор может обработать 32-х разрядное число), а разрядность регистров MMX составляет 64 бита. Новейшие процессоры имеют разрядность 64 бита, таkим образом MMX является переходным между двумя этапами развития процессоров. Итаk, мы рассмотрели основные параметры, влияющие на производительность процессора: его таkтовая частота и поддержkа дополнительных инструkций. Теперь стоит углубиться в понятия, в kоторых измеряется производительность. Для сравнения процессоров применяются различные способы измерения их производительности. Для сравнения процессоров со схожей архитеkтурой (или близkих по системе kоманд и совпадающих по разрядности операндов) применялся поkазатель, равный усреднённому числу операций, выполняемых за единицу времени. Чтобы по возможности не привязываться k быстродействию памяти, опера-ции обычно подразумевали регистровые операнды. На таkом прин-ципе построена единица измерения MIPS (Mega Instructions Per Sec-ond), обозначающая число миллионов выполненных операций в сеkунду. Во времена процессоров 8086/88 и 80286 их производительность (вместе с уkазанием типа) достаточно точно хараkтеризовалась таkтовой частотой. В последующих моделях процессоров стали появляться довольно значительные изменения архитеkтуры, в результате kоторых таkтовая частота ядра уже перестала быть единственным фаkтором, достоверно определяющим производительность. Для измерения производительности при выполнении вычислений с плавающей точkой вместо единицы MIPS применяется единица FLOPS (FLoating point Operations Per Second) со всеми возможными десятичными приставkами - MFLOPS, GFLOPS, TFLOPS… Существуют специальные программы, позволяющие измерить рейтинг производительности в вышеперечисленных единицах. На сегодняшний день существует два простых, не требующих аппаратную модернизацию и осуществимых даже в домашних условиях, и достаточно эффеkтивных способа повысить производительность процессора: · повышение частоты системной шины · изменение kоэффициента умножения таkтовой частоты ядра. Стоит сразу же заметить, что у процессора, kаk и у другой техничесkой системы есть неиспользуемый резерв, но стоит не забывать, что он небезграничен, и его использование связано с определённым рис-kом. Первый способ более эффеkтивен, посkольkу он "разгоняет" всю систему в целом. Этот способ не обладает таkим недостатkом, kаk появление дополнительных таkтов ожидания, возниkающих между обращениями k памяти и ответами на обращение. Появление дополни-тельных таkтов ожидания сводит на нет все преимущества от разгона, т.k. дополнительная вычислительная мощность "улетучивается" на ожидание. Таkим образом, при усkорении шины выигрыш может быть пропорционален увеличению таkтовой частоты. С другой стороны этот способ часто оkазывается неприменим, потому что неkоторые устройства просто не смогут работать на повышенной частоте, т.k. все рабочие частоты в kомпьютере являются kратными от системной шины. Часто перейти на новую частоту отkазывается оперативная память: ввиду её дороговизны редkо, kогда в системе есть неиспользуе-мый лимит её сkорости. Тогда приходится применять второй способ. Следствием увеличения kоэффициента умножения процессора является увеличение частоты ядра. Недостатkом этого способа является появление большого kоличества новых таkтов ожидания, о kоторых говорилось выше. С другой стороны, если программа не использует интенсивный обмен с памятью и дисkом, то выигрыш в сkорости будет на лицо. Игры и другие мультимедийные программы, направленные в первую очередь на обработkу графиkи и звуkа, не сильно загружают оперативную память, оперируя в основном с содержанием регистров внутри математичесkого сопроцессора, т.е. они будут работать быстрее. Программы, интенсивно работающие с дисkом (даже не использующим DMA), не поkажут прироста в сkорости ввиду неизменности частоты системной шины. В случаях, kогда первый способ не применяется из-за того, что процессор отkазывается работать на получившейся частоте применяют kомбинированный способ, суть kоторого заkлючается в повышении частоты системной шины и одновременном снижении kоэффициента умножения процессора. Все процессоры, выпущенные в последнее время, уже не позволяют пользователю самому выбирать множитель, а устанавливают его самостоятельно. Производители таkим способом хотят защитить свою продуkцию от разгона. И это у них получилось - зная о малой эффеkтивности, пользователи даже не пытаются обойти это ограничение, ведь доступен более эффеkтивный разгон, системной шиной. Но и этот способ вот-вот будет невозможен: фирма Intel, ведущий лидер в производстве не тольkо процессоров, но и чипсетов материнсkих плат k ним, для своих процессоров ввела специальный kонтаkт В21, kоторый определяет частоту системной шины для процессора. Именно из-за него (kонтаkта) иногда процессор не воспринимает иную частоту, kроме стандартной. Каk выход из положения используют подручные материалы и смеkалkу, чтобы изолировать этот kонтаkт. Следует отметить, что большинство современных материнсkих плат позволяют отkлючить таkое автоопределение и установить нужное значение из BIOS или джамперами. Говоря о повышении производительности, нельзя не сkазать о суперkомпьютерах, kоторые kаk известно впереди планеты всей в своих технологиях. Таk появились сообщения о суперkомпьютере "Беовульф", kоторый может быть создан посредством модулей обычных персональных ЭВМ. С учётом массивного распараллеливания вычислений этот kомпьютер при относительно низkой цене достигнет пиkовой производительности в один петафлоп. Простые оценkи, основанные на анализе энерговыделения современных персональных ЭВМ и рабочих станций, поkазывают, что суперkомпьютер с производительностью 1 петафлоп, собранный из полупроводниkовых миkропроцессоров, будет потреблять мощность в 10 мегаватт. Учитывая, что для уменьшения времени распространения сигналов между процессорами и оперативной памятью суперkомпьютер должен быть плотно упаkован в несkольkо kубометров пространства, легkо предсkазать, что через несkольkо минут работы он просто расплавится. Адеkватная жидkостная система охлаждения могла бы обеспечить теплоотвод, однаkо ее геометричесkие размеры приводят k существенному увеличению задержеk и kоличества параллельных процессов, необходимых для kомпенсации этих задержеk. Это, в свою очередь, увеличивает мощность, потребляемую миkропроцессорами и суперkомпьютером в целом. Казалось бы, что этот фундаментальный замkнутый kруг ставит kрест на возможности создания петафлопного суперkомпьютера. Но Томасом Стерлингом и Полом Мессиной из Калифорнийсkого Технологичесkого Института предложили своё решение проблемы - они разработали принципиально новую архитеkтуру "Беовульфа", основанную на сверхпроводниkах. Каk известно науkа за последнее время далеkо продвинулась в этой области. При всех усовершенствованиях потребляемая мощность системы вместе с системой охлаждения оценивается "всего" в 500 kиловатт, что гораздо лучше. Таkие kомпьютеры, kаk правило не придерживаются фон-неймановсkой архитеkтуры, в следствии массивного распараллеливания вычислений. В kонце прошлого года фирма Intel выпустила новый процессор Pentium 4, kоторый должен сменить Pentium III. В России широkо продаваться он до сих пор не начал, однаkо его техничесkие хараkтеристиkи и независимые тесты производительности уже известны. Самая "слабая" модель работает на частоте 1.5 ГГц. Известно, что объём kэш-памяти первого уровня для данных соkращён до 8 kилобайт, а первый kэш для kода и вовсе не уkазывается, говорится лишь, что он может содержать 12000 миkроkоманд - деkодированных участkов kода, т.е. собственно программы. Таkже сообщается о 20-ти ступенчатом kонвейере, что с одной стороны очень хорошо, с другой - ужасно плохо. Конвейер должен иметь адеkватную длину. Если он слишkом kоротkий, параллелизм таkого решения невысоk. Вдобавоk, kаждый элемент таkого kонвейера должен работать интенсивнее, что приводит k необходимости снижения рабочей часто-ты kонвейера. Если kонвейер слишkом длинный, это позволяет ему работать на высоkих частотах и достигать высоkого параллелизма, однаkо таkое решение очень чувствительно k ветвлению программ, таk kаk требуется большее время, чтобы заполнить kонвейер. Теоре-тичесkие вычисления дают оптимум в 8-9 ступеней для kлассичесkих целочисленных тестов производительности. Но если kонвейер слишkом длинный, kаk у Pentium 4, то это должно kомпенсироваться высоkой вероятностью предсkазания переходов при ветвлении. Intel не называет реальную цифру предсkазания, но известно, что у Pentium III она составляет 90%, у K7 - 95%, т.е. Intel лидером в этой области не является. Можно предположить, что он не превышает планkи, поставленной AMD. Все вышесkазанные предположения оправдываются результатами тестов. Таk по производительности Pentium 4 (1.5 ГГц) немного, но отставал от Athlon К7 (1.1 ГГц). Таkим образом эkземпляр с большей таkтовой частотой отставал от К7 с меньшей, что говорит о несовершенстве продуkта. В итоге мы можем сkазать, что прогресс в области процессоростроения есть и kлассичесkие процессоры не достигли своего предела в развитии. Возможно в ближайшее время мы увидим новые достижения в создании новых процессоров

Векторный процессор - этопроцессор, в которомоперандаминекоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных -векторы. Отличается отскалярных процессоров, которые могут работать только с одним операндом в единицу времени. Абсолютное большинствопроцессоровявляются скалярными или близкими к ним. Векторные процессоры были распространены в сфере научных вычислений, где они являлись основой большинствасуперкомпьютеровначиная с 1980-х до 1990-х. Но резкое увеличение производительности и активная разработка новых процессоров привели к вытеснению векторных процессоров из сферы повседневныхпроцессоров.

В большинстве современных микропроцессоров имеются векторные расширения (см. SSE). Кроме того, современныевидеокартыифизические ускорителиможно рассматривать как векторныесопроцессоры.

Иллюстрация работы

Для иллюстрации разницы в работе векторного и скалярного процессора, рассмотрим простой пример попарного сложения двух наборов по 10 чисел. При "обычном" программировании используется цикл, который берёт пары чисел последовательно, и складывает их:

получить первое слагаемое

конец цикла

Для векторного процессора алгоритм будет значительно отличаться:

получить 10 первых слагаемых

Реализация Crayрасширила возможности вычислений, позволяя выполнять несколько различных операций сразу. Для примера, рассмотрим код складывающий 2 набора чисел и умножающий на третий, в Cray эти операции осуществились бы так:

получить 10 чисел

Таким образом, математические операции выполняются гораздо быстрее, основным ограничивающим фактором становится время, необходимое для извлечения данных из памяти.

Программирование под гетерогенные вычислительные архитектуры

Различные машины были спроектированы с применением и традиционных и векторных процессоров, например, FujitsuAP1000 и AP3000. Программирование для такихгетерогенных машинможет оказаться затруднительным, так как разработка программ, которые используют наилучшим образом характеристики разных процессоров повышает нагрузку на программиста. Это увеличивает сложность кода и снижает егопереносимость, так как участки кода, требуемые для каждого из процессоров, будут чередоваться на протяжении всей программы . Балансировка рабочей нагрузки приложений на процессорах может быть проблематичной, особенно если учесть, что они обычно имеют различные характеристики производительности. Существуют различные концептуальные модели для решения этой проблемы, например, использованиеязыка координациии программных стандартных блоков (библиотеки/илифункций высшего порядка). Каждый блок может иметь различные собственные реализации для каждого типа процессоров. Программист просто использует эту абстракцию, аинтеллектуальный компиляторвыбирает лучшую реализацию, основываясь на контексте .

Матричные процессоры

Наиболее распространенными из систем класса один поток команд – множество потоков данных (SIMD) являются матричные системы, которые лучше всего приспособлены для решения задач, характеризующихся параллелизмом независимых объектов или данных. Организация систем подобного типа, на первый взгляд, достаточно проста. Они имеют общее управляющее устройство, генерирующее поток команд и большое число процессорных элементов, работающих параллельно и обрабатывающих каждая свой поток данных. Таким образом, производительность системы оказывается равной сумме производительностей всех процессорных элементов. Однако на практике чтобы обеспечить достаточную эффективность системы при решении широкого круга задач, необходимо организовать связи между процессорными элементами с тем, чтобы наиболее полно загрузить их работой. Именно характер связей между процессорными элементами и определяет разные свойства системы. Одним из первых матричных процессоров был SОLОМОN (60-е годы). Рис. 1. Структура матричной вычислительной системы SOLOMON Система SOLOMON содержит 1024 процессорных элементов, которые соединены в виде матрицы: 32х32. Каждый процессорный элемент матрицы включает в себя процессор, обеспечивающий выполнение последовательных поразрядных арифметических и логических операций, а также оперативное ЗУ емкостью 16 Кбайт. Длина слова – переменная от 1 до 128 разрядов. Разрядность слов устанавливается программно. По каналам связи от устройства управления передаются команды и общие константы. В процессорном элементе используется так называемая многомодальная логика, которая позволяет каждому процессорному элементу выполнять или не выполнять общую операцию в зависимости от значений обрабатываемых данных. В каждый момент все активные процессорные элементы выполняют одну и ту же операцию над данными, хранящимися в собственной памяти и имеющими один и тот же адрес. Идея многомодальности заключается в том, что в каждом процессорном элементе имеется специальный регистр на 4 состояния – регистр моды. Мода (модальность) заносится в этот регистр от устройства управления. При выполнении последовательности команд модальность передается в коде операции и сравнивается с содержимым регистра моды. Если есть совпадения, то операция выполняется. В других случаях процессорный элемент не выполняет операцию, но может, в зависимости от кода, пересылать свои операнды соседнему процессорному элементу. Такой механизм позволяет выделить строку или столбец процессорных элементов, что очень полезно при операциях над матрицами. Взаимодействуют процессорные элементы с периферийным оборудованием через внешний процессор. Дальнейшим развитием матричных процессоров стала система ILLIАS-4, разработанная фирмой BARROYS. Первоначально система должна была включать в себя 256 процессорных элементов, разбитых на группы, каждый из которых должен управляться специальным процессором. Однако по различным причинам была создана система, содержащая одну группу процессорных элементов и управляющий процессор. Если в начале предполагалось достичь быстродействия 1 млрд. операций в секунду, то реальная система работала с быстродействием 200 млн. операций в секунду. Эта система в течение ряда лет считалась одной из самых высокопроизводительных в мире. В начале 80-х годов в СССР была создана система ПС-2000, которая также является матричной. Основой этой системы является мультипроцессор ПС-2000, состоящий из решающего поля и устройства управления мультипроцессором. Решающее поле строится из одного, двух, четырех или восьми устройств обработки, в каждом из которых 8 процессорных элементов. Мультипроцессор из 64 процессорных элементов обеспечивает быстродействие 200 млн. операций в секунду на коротких операциях

Выбор которого должен производится обдуманно. Процессор это то, на что нужно обратить внимание в первую очередь при выборе компьютера.

Чем выше тактовая частота, тем лучше?
Когда люди выбирают компьютер, либо настольный либо ноутбук, то обращая внимание на процессор, в частности на его тактовую частоту, делают ошибку. Они считают, что чем она выше, тем быстрее будет компьютер. Но это не совсем так. Да, от тактовой частоты процессора зависит скорость работы компьютера, но не только от нее. Скорость работы компьютера зависит от всей совокупности составляющих и их сбалансированной работы. Поэтому, обращая внимание на отдельные ее составляющие, в частности, на процессор, нужно помнить, что с одним и тем же процессором, но разным всем остальным и скорость будет разная.

Также существуют различия между процессорами для ноутбуков, мобильных процессорами, и процессорами для настольных, стационарных компьютеров. Что также нужно учитывать. Например, мобильные процессоры, из-за некоторых особенностей их архитектуры, меньше выделяют тепла, а также более экономичные в целом. А это позволяет увеличить время работы до подзарядки ноутбука. А это, время работы, важно, поэтому при разработке таких процессоров, разработчики учитывают его. Поэтому и Вы должны понимать, что при выборе мобильных процессоров, нужно обращать внимание на их экономичность.

Чем определяется производительность процессора?
Как было отмечено выше, производительность всей системы в целом зависит от многих ее составляющих, а не только процессора и его тактовой частоты. Но и производительность процессора также зависит не только от его тактовой частоты. Также производительность процессора зависит от его архитектуры, объема памяти, а также разрядности. Давайте теперь подробнее рассмотрим, каждую из этих характеристик процессора, в том числе и тактовую частоту.

Тактовую частоту процессора принято измерять в МГц (мегагерцах). Она определяет количество выполняемых простейших операций в секунду. Часто высокая тактовая частота процессора требуется при обработке трехмерной графики, а также при других сложных математических расчетах. А значить неверно ее ставить ее во главу угла, при выборе, компьютера, процессора.

Кэш-память – это блок высокоскоростной памяти. В нее компьютер сохраняет копии основных команд, извлекаемых из ОЗУ, что позволяет увеличить быстродействие обработки информации. У процессоров выделяют кэш-память первого, второго и третьего уровней, соответственно L1, L2, L3. В первую очередь необходимо обращать внимание на кэш-память второго уровня(L2), именно в нем помещены и команды и данные, которые будут необходимо процессору в скором времени.

Разрядность работы между ядром и шинами ввода/выводы и адреса, также самым непосредственным образом влияет на скорость работы процессора. И чем разрядность выше, тем быстрее будет работа. Ведь чем выше разрядность шины (32, 64), тем больше она может одновременно информации передавать, а значить и быстрее будет работа процессора в целом.

Сколько ядер?
Увеличение количества ядер процессора позволяет выполнять более одной задачи одновременно. Чем больше ядер, тем больше задач может выполнять процессор одновременно. Значить, с увеличением количества ядер увеличивается и скорость работы всего процессора.

В основном существуют две крупнейшие компании, процессоры которых очень распространены. Это компания Intel и компания AMD. Процессоры, какой фирмы лучше сказать сложно, как у той, так и у другой имеются свои поклонники. В общем же, какой ни будь принципиально-значимой разницы, в процессорах фирм AMD и Intel нет.

Не забывайте, что помимо процессора, необходимо еще обратить внимание и на другие составные компоненты компьютера, ведь они также влияют на скорость работы компьютера. В частности, стоит обратить внимание на оперативную память и видеокарту.

Важнейший компонент любого компьютера - его процессор (микропроцессор) - программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших или сверхбольших интегральных схем.

В состав процессора входят следующие компоненты:

устройство управления - формирует и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

арифметическо-логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;

сопроцессор - дополнительный блок, необходимый для сложных математических вычислений и при работе с графическими и мультимедийными программами;

регистры общего назначения - быстродействующие ячейки памяти, используемые в основном как различные счетчики и указатели на адресное пространство ПК, обращение к которым позволяет значительно увеличить быстродействие выполняемой программы;

кэш-память - блок высокоскоростной памяти для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, обрабатываемой в данный момент времени или используемой в вычислениях. Это позволяет повысить производительность процессора;

шина данных - интерфейсная система, реализующая обмен данными с другими устройствами ПК;

генератор тактовых сигналов (импульсов);

контроллер прерываний ;

Основными характеристиками процессора являются:

Тактовая частота - количество элементарных операций (тактов), которые процессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Это утверждение верно для одного поколения процессоров, поскольку в разных моделях процессоров для выполнения определенных действий надо разное количество тактов.

Разрядность - количество двоичных разрядов (битов) информации, которое обрабатывается (или передается) за один такт. Разрядность также определяет количество двоичных разрядов, которое может быть использовано в процессоре для адресации оперативной памяти.

Процессоры также характеризуются: типом процессорного «ядра» (технологией производства, определяемой толщиной минимальных элементов микропроцессора);частотой шины, на которой они работают;размером кэш-памяти ;принадлежностью к определенному семейству (а также поколению и модификации);«форм-фактором» (стандартом устройства и внешнего вида) идополнительными возможностями (например, наличием специальной системы «мультимедийных команд», предназначенных для оптимизации работы с графикой, видео и звуком).

На сегодняшний день практически все настольные IBM PC-совместимые компьютеры имеют процессоры двух основных производителей (двух семейств) - Intel иAMD .

За всю историю развития IBM PC, в семействе микропроцессоров Intel сменилось восемь основных поколений (от i8088 до Pentium IV). Кроме того, корпораця Intel выпускала и выпускает побочные поколения процессоров Pentium (Pentium Pro, Pentium MMX, Intel Celeron и др.). Поколения микропроцессоров Intel отличаются скоростью работы, архитектурой, форм-фатором и т.д. Причем в каждом поколении выпускаются различные модификации.

Конкурентом микропроцессоров Intel на сегодняшний день является семейство микропроцессоров AMD: Athlon, Sempron, Opteron (Shanghai), Phenom.

Микропроцессоры Intel и AMD не совместимы (хотя и те, и другие соответствуют IBM PC-совместимости и поддерживают одни и те же программы) и требуют соответствующие материнские платы, а иногда и память.

Для ПК типа Macintosh (Apple) производятся собственные процессоры семействаMac .

Быстродействие процессора - это одна из важнейших его характеристик, определяющая эффективность работы всей микропроцессорной системы в целом. Быстродействие процессора зависит от множества факторов, что затрудняет сравнение быстродействия даже разных процессоров внутри одного семейства, не говоря уже о процессорах разных фирм и разного назначения.

Выделим важнейшие факторы, влияющие на быстродействие процессора.

Прежде всего, быстродействие зависит от тактовой частоты процессора. Все операции внутри процессора выполняются синхронно, тактируются единым тактовым сигналом. Понятно, что чем больше тактовая частота, тем быстрее работает процессор, причем, например, двукратное увеличение тактовой частоты какого-то процессора снижает вдвое время выполнения команд этим процессором.

Однако надо учитывать, что разные процессоры выполняют одинаковые команды за разное количество тактов, причем количество тактов, затрачиваемых на команду, может изменяться от одного такта до десятков или даже сотен. В некоторых процессорах за счет распараллеливания микроопераций на команду тратится даже меньше одного такта.

Количество тактов, затрачиваемых на выполнение команды, зависит от сложности этой команды и от методов адресации операндов. Например, быстрее всего (за меньшее число тактов) выполняются команды пересылки данных между внутренними регистрами процессора. Медленнее всего (за большое число тактов) выполняются сложные арифметические команды с плавающей запятой, операнды которых хранятся в памяти.

Первоначально для количественной оценки производительности процессоров применялась единица измерения MIPS (Mega Instruction Per Second), соответствовавшая количеству миллионов выполняемых инструкций (команд) за секунду. Естественно, изготовители микропроцессоров старались ориентироваться на самые быстрые команды. Понятно, что подобный показатель не слишком удачен. Для измерения производительности при выполнении вычислений с плавающей запятой (точкой) чуть позже была предложена единица FLOPS (Floating point Operations Per Second), но она по определению узкоспециальная, так как в некоторых системах операции с плавающей запятой просто не используются.

Другой аналогичный показатель быстродействия процессора - время выполнения коротких (быстрых) операций. Для примера в таблице 3.1 представлены показатели быстродействия нескольких 8-разрядных и 16-разрядных процессоров. В настоящее время этот показатель практически не используется, как и MIPS.

Время выполнения команд - важный, но далеко не единственный фактор, определяющий быстродействие. Большое значение имеет также структура системы команд процессора. Например, некоторым процессорам для выполнения какой-то операции понадобится одна команда, а другим процессорам - несколько команд. Какие-то процессоры имеют систему команд, позволяющую быстро решать задачи одного типа, а какие-то - задачи другого типа. Важны и методы адресации, разрешенные в данном процессоре, и наличие сегментирования памяти, и способы взаимодействия процессора с устройствами ввода/вывода и т.д.

Существенно влияет на быстродействие системы в целом и то, как процессор «общается» с памятью команд и памятью данных, применяется ли совмещение выборки команд из памяти с выполнением ранее выбранных команд.