От чего зависит производительность процесса. Архитектура микропроцессора Intel и основные факторы, влияющие на его производительность. Сравнение результатов тестирования с эталонными результатами в программе PC-Wizard

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;

За прошедшие годы производители микропроцессоров разработали ряд улучшений, которые оптимизируют работу процессора. Параллелизм состоит в одновременном выполнении инструкций на разных процессорах относительно одной и той же программы. Программа разделяется на несколько процессов, которые обрабатываются параллельно, чтобы сохранить время выполнения.

Однако для этого типа технологий необходима синхронизация и связь между различными процессами, так же как в компании распределяются задачи: работа делится на разные процессы, которые перехватываются различными отделами. Функционирование такой компании может быть сильно нарушено, если связь между отделами не работает хорошо.

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;

Что скрывается за обозначениями Conroe или Wolfdale?

Трубопровод - это технология, которая позволяет увеличить скорость выполнения путем параллельного переключения ступеней. Чтобы понять механизм трубопровода, нужно сначала понять фазы выполнения команды. Этапы выполнения команды для процессора, содержащие «классический» 5-этажный трубопровод, следующие.

Команды «очереди» в памяти и загружаются по одному. Благодаря трубопроводу для обработки информации требуется максимум пять упомянутых этапов. Поскольку порядок этих этапов является переменным, в процессоре можно создать определенное количество специализированных схем для каждой из этих фаз.

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;

Целью трубопровода является возможность завершения каждого этапа параллельно с предыдущим и последующими, т.е. чтобы читать инструкцию, в то время как предыдущий декодируется и перед ним, а другой, предшествующий ему, обращается к памяти, и, наконец, первая из серии уже находится на этапе записи в регистрах.

Наличие нескольких ядер

Обычно приходится вычислять от 1 до 2 тактов для каждой фазы трубопровода, т.е. максимум 10 тактов за команду. Для двух инструкций требуется не более 12 тактов, поскольку предыдущая инструкция уже находится в конвейере. Для 3-х инструкций для этого требуется 14 тактов и т.д.

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.

Основные характеристики процессора

Таким образом, принцип трубопровода сопоставим с принципом цепи производства автомобилей. Автомобили идут с одной рабочей станции на другую, следуя сборочной цепочке и полностью собираются из зала. Чтобы правильно понять принцип, цепь должна рассматриваться как целое, а не каждый автомобиль индивидуально. Требуется 3 часа для сборки автомобиля, но один автомобиль производится в минуту!

Процессор и критерии производительности

Следует отметить, что существует несколько типов трубопроводов, от 2 до 40 этажей, но принцип остается неизменным. Процессор называется «движком» смартфона. Технические характеристики включают тактовую частоту и количество ядер, которые делят работу.

Процессор - диапазон требований к услугам и мощности

Диапазон услуг зависит не только от этих функций, но также от потребления энергии и взаимодействия между программным и аппаратным обеспечением. Потребность в мощности для смартфона зависит в первую очередь от задачи.

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).

Процессор может работать только в качестве силового тормоза в экстремальных условиях нагрузки. В играх высокой четкости или видео. Серфинг с текстом и неподвижными изображениями, электронными письмами без изображений, запросами базы данных, навигацией, телефонными звонками - у большинства приложений нет этой необходимости, и даже более слабые процессоры не «потеют». Пользователь не должен ожидать длительных задержек при запуске приложений.

«Ничего определенного, что вы не знаете»

Также следует учитывать: двухъядерные или четырехъядерные процессоры могут потреблять больше энергии, чем одноядерные, поэтому батарея должна быть быстрее для зарядного устройства. Этот эпизод не является обязательным. Кажется, что не существует практического метода точной оценки и координации потребностей в производительности и предложений услуг.

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.

Для «нормальных» приложений, которые не вызывают экстремальной нагрузки, производительность процессора вряд ли имеет значение. Рекомендация: попробуйте в магазине или с друзьями, что вы хотите делать в основном со смартфоном и достаточно ли рабочей скорости для вашего обычного случая.

Быстрые игры выполняются «круглее» с четырехъядерным процессором. Для менее подвижного контента достаточно одного ядра. Попробуйте, сравните одну и ту же задачу одновременно на разных смартфонах. Скорость процессора смартфонов и планшетов. Скорость процессора задается как тактовая частота в гигагерцах. Он обеспечивает обратную связь о производительности компьютеров или мобильных устройств, таких как смартфоны и планшеты. Арифметический блок с высокой тактовой частотой может обрабатывать многие процессы и потоки процессов за короткое время.

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 .

Полезно знать о скорости процессора

Это позволяет быстро открывать программы и приложения, а также более быстрый доступ к веб-страницам. Например, процессор, центральный процессор компьютеров или смартфонов обрабатывает множество потоков при запуске программы или приложения и загрузке веб-сайтов или содержимого игры. Это потоки процессов, которые содержат информацию и инструкции. Скорость задается в тактовой частоте, единица измерения которой является частотой в герцах. Процессоры вычисляют потоки соответственно в циклах. Текущие мобильные телефоны, даже для новичков, имеют тактовые частоты одного гигагерца и более.

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.

Какое влияние оказывает количество вычислительных ядер на производительность?

Один гигагерц равен 1 миллиарду циклов в секунду. Чем выше процессор смартфона или планшета, тем быстрее он обрабатывает инструкции. Скорость процессора напрямую влияет на производительность смартфонов. Высокий или быстрый тактовый процессор ускоряет запуск приложений и позволяет использовать нулевую задержку. Скорость можно увидеть, например, при навигации по анимированным меню операционной системы и программ во время игры или серфинга на мобильных сайтах. Тем не менее, только тактовая частота не определяет, насколько быстро работает смартфон.

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.

Влияние высокой скорости процессора

Если каждый из этих ядер синхронизируется с частотой 1, 5 гигагерца, процессы распределяются при параллельном использовании приложений на отдельных ядрах - при условии соответствующей архитектуры и подходящей операционной системы. Параллельные вычисления также ускоряют работу системы и повышают производительность. Длительное время загрузки или заикание в играх ушли в прошлое с многоядерными процессорами с тактовой частотой, превышающими один знак гигагерца. Хорошо сконфигурированная мобильная телефонная система является текучей.

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.

Перемещение между приложениями или открытие нескольких вкладок в веб-браузере происходит мгновенно. Хотя скорость процессора не влияет на телефонные звонки, если он достаточно высок, это будет иметь положительное влияние на любое другое приложение на базе смартфона. Игра в игры, съемка и обмен ими в социальных сетях и серфинг в Интернете - все это возможно благодаря быстрым мобильным процессорам в мерцающей среде. Старые смартфоны часто занимают больше времени, чтобы переключиться с одного приложения на другое или загрузить веб-страницы.

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.

Когда смартфоны считаются быстрыми

Как быстро смартфон зависит не только от скорости процессора. Только высокая тактовая частота не делает мобильный телефон флаером. Скорее, речь идет о взаимодействии аппаратного обеспечения, операционной системы и программного обеспечения. Если операционная система и приложения полностью соответствуют установленным компонентам, производительность жидкости возможна даже при более медленных процессорах. В целом, смартфоны с высокой скоростью процессора имеют смысл.

Это относится, в частности, к пользователям, которые обращаются к мобильному телефону, и к одному с преимущественным доступом к онлайн-контенту, а также к владельцам смартфонов, которые придают большое значение развлекательному характеру мобильных устройств. Все больше и больше людей заинтересованы в понимании характеристик компьютеров или других устройств при покупке новой модели. Многие производители используют преимущества, чтобы предоставить чрезмерно упрощенную информацию, чтобы запутать пользователя и заставить его купить ваш продукт.

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.

Когда мы идем покупать мобильный телефон или компьютер, мы видим, что они говорят нам о таких характеристиках, как процессорные ядра и их скорость, они дают нам понять, что больше ядер и больше скорости означает большую производительность, но это не всегда так, поскольку это зависит от многих другие функции. Ядра процессора очень сложны, и их много. Например, процессоры, использующие мобильный телефон, практически не имеют отношения к тем, которые используют компьютеры, в настоящее время нередко можно увидеть мобильный телефон с десятиядерным процессором, в то время как ноутбуки состоят из двух или четырех ядер.

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.

Сравнение результатов тестирования с эталонными результатами в программе PC-Wizard

Другими факторами, определяющими производительность процессора, являются алгоритмы распараллеливания инструкций, что они делают, чтобы диктовать, как будут выполняться очереди команд, используя все ядра процессора. Проблема в том, что не все задачи могут быть распараллелены, поэтому иногда гораздо более сильное ядро, чем несколько более слабых ядер, будет намного лучше. В целом, распараллеливание является чем-то очень сложным и дорогостоящим, поэтому программистам намного проще работать с одним очень мощным ядром.

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.