CPU-Z CPUID – Если нужно узнать характеристики процессора и не только

З нать какие точные характеристики скрывает ваш центральный процессор, его частоту, количество ядер, маркировку, да и просто банально название, крайне полезно для общего развития и демонстрации знаний при выборе или замене этого устройства. В этом деле нам то и поможет маленькая программка под названием CPU-Z. Помимо определения типа процессора и его маркировки, она отображает различное множество других не менее важных характеристик процессора.

Итак, при запуске программы после непродолжительного сбора данных об установленных на компьютер вычислительных компонентах вы попадаете сразу на вкладку CPU, где отображаются все сведения о вашем процессоре. Пойдем по порядку.

CPU

Name – наименование модели процессора.

Code name – кодовое имя процессора. Техническое наименование, которое не используется маркетологами для продажи на рынке.

Package – показывает тип socket’а или гнезда для подключения к материнской плате.

Technology – нормы технологического процесса по которым был сделан процессор.

Core Voltage – показывает напряжение процессора.

Specification – строка выдающая полное название вашего процессора.

Family, Model, Stepping – определяет ядро и ревизию ядра процессора.

Ext. Family, Ext.model, Revision – определяет дополнительные регистры и ревизию ядра процессора.

Instructions – отображает набор инструкций, которые поддерживает процессор (SSE, SSE2, SSE 3, MMX, EM64T и другие)

Далее идут отображения данных тактовых частот процессора, шины:

Core Speed – тактовая частота центрального процессора, которая обновляется в реальном времени.

Multiplier – показывает множитель процессора.

Bus Speed – частота шины процессора.

Rated FSB – эффективная частота центрального процессора.

Тут же радом отображается информация о кэш-памяти процессора:

L1 Data – кэш-память первого уровня.

Level 2 – кэш-память второго уровня.

Level 3 – кэш-память третьего уровня.

Нижняя строчка, где находится меню Selection – позволяет выбрать процессор, для отображения его характеристик. Так же здесь показано количество ядер(Cores) процессора и количество потоков(Threads).

В этой программе помимо основных характеристик процессора можно более подробно посмотреть данные кэш-памяти процессора во вкладке Caches.

CACHES

Обычно тут отображается полный размер кэш-памяти Size – в Кб или Мб, а также строка Descriptor – которая отображает характеристики кэш-памяти, ассоциативность и объем линии кэша.

Помимо сведений о процессоре можно посмотреть информацию о вашей системной плате во вкладке Mainboard.

MAINBOARD

Manufacturer – производитель системной платы.

Model – номер модели материнской платы и ее ревизия.

Chipset – наименование производителя, тип модели и ревизия чипсета.

South bridge — название производителя, модели и ревизия южного моста.

LPCIO – мультиввод-вывод.

Далее идет техническая информация о компоненте BIOS:

Brand – наименование компании производителя BIOS.

Version – версия BIOS.

Date – дата выпуска BIOS.

В группе Graphic Interface представлена информация о типе графической шины:

Version – версия порта (PCI, PCI-Express или AGP).

Transfer Rate – режим шины.

Max supported – режим шины поддерживаемый на максимальном уровне.

Sideband – дополнительная опция AGP шины.

Еще одна не менее интересная вкладка это Memory – сведения об установленной на ваш компьютер оперативной памяти.

MEMORY

Type – тип или вид памяти (DDR, DDR2, DDR3).

Size – количество установленной оперативной памяти на компьютере в мегабайтах.

Channels # — показывает режим работы памяти, двухканальный или одноканальный.

DC mode – режимы при работе двухканального доступа.

NB Frequency – показывает частоту контроллера оперативной памяти.

Далее идут параметры тайминга оперативной памяти, которые показывают время выполнения определенного действия:

Frequency – реальная частота оперативной памяти.

FSB:DRAM – отображает соотношение частоты оперативной памяти и системной шины.

CAS# Latency (CL) – задержка чтения данных.

RAS# to CAS# Delay (tRCD) – минимальный промежуток времени между подачей сигнала на выбор строки и сигнала на выбор столбца.

RAS# Precharge (tRP) – скорость, предварительного заряда банка.

Cycle Time (tRAS) – наименьшее время активности строки.

Bank Cycle Time (tRC) – минимальное время между активацией строк одного банка.

Command Rate (CR) – отображает время, которое необходимо для декодирования команд и адресов.

DRAM Idle Timer – показывает количество тактов, если к страницы памяти не было обращений, принудительно закрывая и перезаряжая ее.

Total CAS# (tRDRAM) – тайминг, памяти RDRAM.

Row to Column (tRCD) — ещё тайминг памяти RDRAM.

Так же помимо основных сведений об оперативной памяти, во вкладке SPD можно посмотреть характеристики отдельно взятого слота памяти. Где будет отображаться техническая информация об установленной в определенный слот оперативной памяти. Такие данные как размер в мегабайтах, ее частота, производитель, тип и другая полезная информация, которая касается определенного слота, куда установлена конкретная планка памяти.

SPD

Предпоследняя вкладка под названием Graphics тоже может оказаться полезной. В ней отображается информация об установленной на вашем компьютере графической карте.

GRAPHICS

Name – наименование графического адаптера.

Code name – кодовое имя чипа видео карты.

Technology – нормы технологического процесса по которым выполнен чип.

Revision – ревизия ядра GPU.

Core – отображает частоту GPU.

Shaders – частота шейдеров.

Memory – показывает частоту видеопамяти.

Size – размер видеопамяти.

Type – тип оперативной памяти видеокарты (DDR, DDR2,3,4,5)

Bus width – пропускная способность шины памяти.

И последняя вкладка, отображающая сведения об авторе программы и ее версии About. В ней помимо этого можно сохранить ваши технические характеристики в виде отчета в формате TXT или HTML.

ABOUT

Как видите, эта программа показывает достаточно большое и полное количество технических характеристик вашего персонального компьютера. И хоть она и призвана отображать данные только о вашем центральном процессоре, но также ей можно воспользоваться для просмотра таких характеристик как оперативная память, материнская плата, графический адаптер. И как говорится эта программа, которая Must have – что значит должна быть.

Факторы и настройки производительности компьютера

Многие пользователи задаются вопросом, что в наибольшей степени влияет на производительность компьютера?

Читайте так же:

Какая резина стоит на газ 2410?

Оказывается, однозначного ответа на этот вопрос дать нельзя. Компьютер – это набор подсистем (памяти, вычислительная, графическая, хранения), взаимодействующих друг с другом через материнскую плату и драйверы устройств. При неправильной настройке подсистем они не обеспечивают максимальную производительность, которую могли бы выдать.

Комплексная производительность складывается из программных и аппаратных настроек и особенностей.
Перечислим их.

Аппаратные факторы производительности:

Количество ядер процессора – 1, 2, 3 или 4
Частота процессора и частота системной шины (FSB) процессора – 533, 667, 800, 1066, 1333 или 1600 МГц
Объем и количество кэш-памяти процессора (CPU) – 256, 512 Кбайт; 1, 2, 3, 4, 6, 12 Мбайт.
Совпадение частоты системной шины CPU и материнской платы
Частота оперативной памяти (RAM) и частота шины памяти материнской платы – DDR2-667, 800, 1066
Объем оперативной памяти – 512 и более Мбайт
Используемый на материнской плате чипсет (Intel, VIA, SIS, nVidia, ATI/AMD)
Используемая графическая подсистема – встроенная в материнскую плату или дискретная (внешняя видеокарта со своей видеопамятью и графическим процессором)
Тип интерфейса винчестера (HDD) – параллельный IDE или последовательные SATA и SATA-2
Кэш винчестера – 8, 16 или 32 МБ.

Увеличение перечисленных технических характеристик всегда увеличивает производительность.

На данный момент большинство выпускаемые процессоров имеют как минимум 2 ядра (кроме AMD Sempron, Athlon 64 и Intel Celeron D, Celeron 4xx). Количество ядер актуально в задачах 3D-рендеринга или кодирования видео, а также в программах, код которых оптимизирован под многопоточность нескольких ядер. В остальных случаях (например, в офисных и интернет-задачах) они бесполезны.

Четыре ядра имеют процессоры Intel Core 2 Extreme и Core 2 Quad со следующими маркировками: QX9xxx, Q9xxx, Q8xxx, QX6xxx;
AMD Phenom X3 – 3 ядра;
AMD Phenom X4 – 4 ядра.

Надо помнить, что количество ядер значительно увеличивает энергопотребление CPU и повышает требования по питанию к материнской плате и блоку питания!

А вот поколение и архитектура ядра сильно влияют на производительность любого процессора.
К примеру, если взять двухядерные Intel Pentium D и Core 2 Duo с одинаковой частой, системной шиной и кэш-памятью, то Core 2 Duo несомненно выиграет.

Частоты процессора, памяти и шин материнской платы

Также очень важно, чтобы совпадение частот различных комплектующих.
Скажем, если ваша материнская плата поддерживает частоту шины памяти 800 МГц, а установлен модуль памяти DDR2-677, то частота модуля памяти будет снижать производительность.

В то же время, если материнская плата не поддерживает частоту 800 МГц, а в то время как установлен модуль DDR2-800, то он работать будет, но на меньшей частоте.

Кэш памяти процессора в первую очередь сказывается при работе с CAD-системами, большими базами данных и графикой. Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами.

Когда CPU обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.
Процент попаданий в кэш у процессоров Intel выше.

Все CPU отличаются количеством кэшей (до 3) и их объемом. Самый быстрый кэш – первого уровня (L1), самый медленный – третьего (L3). Кэш L3 имеют только процессоры AMD Phenom Так что очень важно, чтобы именно кэш L1 имел большой объем.

Мы протестировали зависимость производительности от объема кэш-памяти. Если вы сравните результаты 3D-шутеров Prey и Quake 4, являющих типичными игровыми приложениями, разница в производительности между 1 и 4 Мбайт примерно такова, как между процессорами с разницей по частоте 200 МГц. То же самое касается тестов кодирования видео для кодеков DivX 6.6 и XviD 1.1.2, а также архиватора WinRAR 3.7. Однако, такие интенсивно нагружающие CPU приложения, как 3DStudio Max 8, Lame MP3 Encoder или H.264 Encoder V2 от MainConcept не слишком сильно выигрывают от увеличения размера кэша.
Напомним, что кэш L2 гораздо больше влияет на производительность CPU Intel Core 2, чем AMD Athlon 64 X2 или Phenom, так как у Intel кэш L2 общий для всех ядер, а у AMD отдельный для каждого ядра! В этом плане, Phenom оптимальнее работают с кэшем.

Оперативная память

Как уже было сказано, оперативная память характеризуется частотой и объемом. В то же время сейчас выпускается 2 типа памяти DDR2 и DDR3, которые различаются архитектурной, производительностью, частотой и напряжением питания – то есть всем!
Частота модуля памяти должна совпадать с частотой самого модуля.

Объем оперативной памяти также влияет на производительность операционной системы и на ресурсоемкие приложения.
Расчеты просты – ОС Windows XP занимает в оперативной памяти после загрузки 300-350 МБ. Если в автозагрузке находятся дополнительные программы, то они также загружают RAM. То есть свободных остается 150-200 МБ. Туда могут поместиться только легкие офисные приложения.
Для комфортной работы с AutoCAD, графическими приложениями, 3DMax, кодированием и графикой требуется не менее 1 ГБ оперативной памяти. Если же используется Windows Vista – то не менее 2 ГБ.

Графическая подсистема

Часто в офисных компьютерах используются матерински платы, имеющие встроенную графику. Материнские платы на таких чипсетах (G31, G45, AMD 770G и т.д.) имеют букву G в маркировке.
Такие встроенные видеокарты используются часть RAM для видеопамяти, тем самым уменьшая объем доступного для пользователя пространства RAM.

Соответственно, для увеличения производительности встроенную видеокарту надо отключать в BIOS материнской платы, а в слот PCI-Express устанавливать внешнюю (дискретную) видеокарту.
Все видеокарты различаются графическим чипсетом, частотой работы его конвейеров, количеством конвейеров, частотой видеопамяти, разрядностью шины видеопамяти.

Читайте так же:

Какая резина стоит на Приоре с завода?

Подсистема накопителей

Производительность накопителей очень сильно сказывается при обращении к большим объемам данных – видео, аудио, а также при открытии большого количества маленьких файлов.

Из технических характеристик, влияющих на скорость доступа к файлам надо отметить Тип интерфейса винчестера (HDD) – параллельный IDE или последовательные SATA и SATA-2 и кэш винчестера – 8, 16 или 32 МБ.
На данный момент рекомендуется устанавливать винчестеры только с интерфейсом SATA-2, имеющим наибольшую пропускную способность и с наибольшим кэшем.

Программные факторы производительности:

Количество установленных программ
Фрагментация файловой системы
Ошибки файловой системы, bad-секторы
Фрагментация реестра ОС
Ошибки реестра ОС
Размер файла подкачки (объем виртуальной памяти)
Включенные элементы визуализации графического интерфейса ОС
Программы и службы Windows, загружающие в автозагрузке

Это далеко не полный список, но именно эти особенности ОС Windows могут сильно тормозить её работу.
Но об этих характеристиках, настройках и параметрах мы поговорим в следующей статье.

Организация ЭВМ и периферийные устройства

В данной части учебного пособия излагаются основы организации и функционирования компьютеров. Рассматриваются показатели производительности компьютеров и процессоров, приведена структура компьютера, описаны её основные компоненты. Подробно рассмотрен центральный процессор, включая его структуру, особенности системы команд, принцип конвейерной обработки команд, основные режимы работы, особенности построения и функционирования современных микропроцессоров. Рассмотрены основные характеристики и разновидности устройств памяти, принципы их построения и функционирования. Проиллюстрировано функционирование компьютера при выполнении команд. Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 09.03.02 «Информационные системы и технологии», а также может быть полезно студентам, обучающихся по другим направлениям, связанным с применением компьютеров в различных прикладных областях.

Производительность компьютера является объективной мерой эффективности его функционирования и используется в качестве одного из основных его технических параметров. Производительность определяется архитектурой и рабочей частотой процессора, пропускной способностью системной шины, типом и объёмом оперативной и кэш-памяти и другими особенностями конфигурации. Кроме того, она зависит от типа используемой ОС, применённых для получения программы трансляторов с языков программирования, конкретных приложений и др.

Таким образом, понятие производительности компьютера является весьма многоплановым, в связи с чем для её оценки используется целый ряд различных показателей.

2.1. Показатели производительности

Различают следующие показатели производительности:

1. Пиковая — максимально достижимая производительность процессорной подсистемы компьютера, включающей процессор, кэш — и оперативную память.

2. Номинальная — средняя производительность процессорной подсистемы компьютера.

3. Системная — средняя производительность всей аппаратно-программной системы ПК в целом, т.е. с учётом обмена данными с жёстким диском, видеосистемой, и другими внешними устройствами, взаимодействия с ОС.

4. Эксплуатационная — производительность компьютера на реальной рабочей нагрузке, с учётом конкретных используемых приложений, например текстовых процессоров, систем автоматизации проектирования, компиляторов и др.

Очевидно, что для обычного пользователя наибольший интерес представляет именно эксплуатационная производительность компьютера на наиболее часто используемых приложениях. Если же набор таких приложений не определён, то используются значения системной, номинальной и пиковой производительности.

2.2. Методы определения показателей производительности

2.2.1. Пиковая производительность

Пиковая производительность — производительность процессорной подсистемы компьютера при выполнении коротких команд, т.е. команд, не выполняющих обращений к оперативной и кэш-памяти. Такие команды обычно связаны с выполнением различных регистровых операций (например, инкремент регистра INC AX, пересылка данных MOV AX, BX) и могут выполняться за один цикл работы процессора.

Таким образом, пиковая производительность — число команд типа «регистр — регистр», выполняемых процессорной подсистемой в единицу времени без учета статистического веса таких команд в реальных программах. Обычно пиковая производительность оценивается для команды типа «Нет операции» (NOP — No OPeration) 2 .

Пиковая производительность зависит как от тактовой частоты процессора, так и от его архитектуры и микроархитектуры. Для выявления эффективности архитектуры и микроархитектуры целесообразно проводить сравнение пиковой производительности процессоров при одинаковой частоте.

2.2.2. Номинальная производительность

Номинальная производительность — среднее число команд, включая команды обмена с оперативной памятью, выполняемых в единицу времени процессорной подсистемой. Используемые при этом наборы команд подбирают с учетом их статистического веса (частоты использования) в популярных приложениях и имитируют реальную нагрузку на процессорную подсистему.

Номинальная производительность измеряется при помощи как абсолютных (количество операций в секунду), так и относительных единиц (программные тесты).

В качестве абсолютных используются следующие единицы:

• количество миллионов инструкций (команд) в секунду, MIPS (Million Instructions Per Second);

• количество операций в секунду над числами с плавающей точкой, FLOPS (FLoating-point Operations Per Second), а также производные единицы MFLOPS, GFLOPS, TFLOPS, PFLOPS и др.

Для оценки номинальной производительности широко используется тестовый пакет SPEC CPU от фирмы SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) 3 . Пакет вычисляет две оценки — SPECint и SPECfp, представляющие целочисленные вычисления и вычисления над числами с плавающей точкой соответственно.

Тест SPECint использует универсальные наборы команд над числами с фиксированной точкой и сбалансирован по типам операций, глобальных и локальных переменных и констант в результате статистического исследования и усреднения по большому числу реальных программ (архивация, компиляция с С, комбинаторная оптимизация, искусственный интеллект, игра в шахматы, сжатие видео). Таким образом, тест фактически оценивает производительность процессорной подсистемы без учёта математического сопроцессора.

Тест SPECfp использует базовые арифметические команды над числами с фиксированной и плавающей точками одинарной и двойной точности с равновероятным распределением команд, операции вычисления тригонометрических функций, логарифмов и др. (распознавание речи, уравнение Максвелла, вычисление 3-мерных моделей в гидравлике, моделирование биомолекулярных систем, имитация отжига, симплес-метод).

Результат измерения выдается в виде коэффициента соотношения производительности тестируемой системы к производительности эталонной системы. В качестве эталонной системы корпорация SPEC выбрала систему Sun «Ultra Enterprise 2» на базе процессора Sun UltraSPARC II с частотой 296 МГц (1997 г.), но с увеличенным объемом кэша и оперативной памяти.

Читайте так же:

Какое масло лить в Тойоту Короллу 160?

2.2.3. Системная производительность

Результаты оценки системной производительности некоторого компьютера обычно приводятся относительно базового компьютера стандартной конфигурации либо относительно некоторого набора компьютеров. Результаты оформляются в виде сравнительных таблиц, двухмерных и трёхмерных графиков и диаграмм.

Одним из известных тестов системной производительности является Business Winstone 4 . Тест Winstone измеряет среднюю производительность компьютера при выполнении популярных офисных Windows — приложений с учётом величины занимаемого этими приложениями сектора рынка (текстовые процессоры, электронные таблицы, системы управления базами данных, программы деловой графики, издательские системы и т.д.). Результаты теста Winstone представляются в виде индекса производительности относительно базового ПК.

Сектор рынка, занимаемый некоторым приложением, косвенно определяет удельный вес общего компьютерного времени, используемого данным приложением.

Популярным тестом системной производительности является также пакет SYSmark. Он широко используется специалистами по информационным технологиям, производителями компьютерного оборудования, аналитиками и журналистами. Тесты SYSmark SE разделены на два сценария: создание интернет-контента и офисная производительность. В тесте создания интернет-контента можно выделить три тестовые группы: 3D-графика, 2D-графика и web-публикация. Сценарий офисной производительности также разделён на три тестовые группы: связь (электронная почта, календарь и просмотр web-страниц), создание документов и анализ данных. Приложения запускаются не последовательно, одно за другим (как в предыдущих версиях), а одновременно, и в процессе прохождения теста осуществляется переключение между ними, что точнее соответствует реальным условиям типичной офисной работы.

2.2.4. Эксплуатационная производительность

Эксплуатационная производительность — производительность компьютера (либо его компонента или подсистемы) при выполнении конкретных приложений. Так, например, если компьютер предполагается использовать преимущественно для решения задач автоматизации проектирования, то целесообразно протестировать его тестами AutoCAD, которые интегрально оценивают производительность ПК на этой нагрузке. Соответственно оценивается производительность тестами С Сomplier (тест компиляции с языка Си), Adobe Photoshop (тест фотоэффектов программы PhotoShop), текстовых процессоров (загрузка, прокрутка, печать документов, поиск/замена фрагментов текста), Quake (игровой тест) и т.д.

В случае систематического использования на компьютере нескольких приложений для оценки эксплуатационной производительности может быть сформирован интегральный показатель на основе определения весовых коэффициентов отдельных приложений.

2.3. Производительность процессоров

Достаточно продолжительное время основной мерой производительности процессоров и компьютеров в целом служила их тактовая частота. Однако по мере усложнения внутренней организации микропроцессоров (кэш-память, конвейерная обработка, суперскалярность, многоядерность и т.д.) этот параметр утратил своё определяющее значение. В настоящее время для оценки производительности процессоров используется ряд специальных единиц.

Для измерения производительности своих 32-разрядных процессоров фирма Intel в 1992 г. предложила следующую единицу: индекс относительной производительности микропроцессоров Intel, называемый iCOMP Index (Intel COmparative Microprocessor Performance Index).

В 1996 г. была введена новая единица — iCOMP Index 2.0, ориентированная на Pentium (MMX) — процессоры. При вычислении этого индекса полностью исключены 16-битные операции и добавлен мультимедийный тест (≈20 %).

Почему новые поколения процессоров быстрее при одинаковой тактовой частоте?

Вам может быть любопытно, как новые поколения процессоров могут быть быстрее при тех же тактовых частотах, что и старые процессоры. Это просто изменения в физической архитектуре или что-то большее?

Почему, например, двухъядерный Core i5 с частотой 2,66 ГГц будет быстрее, чем Core 2 Duo с частотой 2,66 ГГц, который также является двухъядерным?

Это из-за новых инструкций, которые могут обрабатывать информацию за меньшее количество тактов? Какие ещё архитектурные изменения затронуты?

Почему процессоры нового поколения быстрее при той же тактовой частоте?

Обычно это не из-за новых инструкций. Это просто потому, что процессору требуется меньше циклов инструкций для выполнения тех же инструкций. Это может быть по большому количеству причин:

Большие кеши означают меньше времени на ожидание памяти.
Больше исполнительных единиц означает меньше времени на ожидание начала выполнения инструкции.
Лучшее предсказание ветвления означает меньше времени, затрачиваемого на умозрительное выполнение инструкций, которые на самом деле никогда не нужно выполнять.
Улучшения исполнительного модуля сокращают время ожидания выполнения инструкций.
Более короткие конвейеры (pipeline) означают, что конвейеры заполняются быстрее.

Разработка процессора для обеспечения высокой производительности — это гораздо больше, чем просто увеличение тактовой частоты. Существует множество других способов повышения производительности, которые возможны благодаря закону Мура и играют важную роль в разработке современных процессоров.

Тактовая частота не может расти бесконечно

На первый взгляд может показаться, что процессор просто выполняет поток инструкций одну за другой, при этом производительность увеличивается за счёт более высоких тактовых частот. Однако одного лишь увеличения тактовой частоты недостаточно. Потребляемая мощность и тепловая мощность увеличиваются с увеличением тактовой частоты.

При очень высоких тактовых частотах необходимо значительное увеличение напряжения ядра процессора. Поскольку TDP увеличивается пропорционально квадрату Vcore, мы в конечном итоге достигаем точки, когда чрезмерное энергопотребление, тепловая мощность и требования к охлаждению предотвращают дальнейшее увеличение тактовой частоты. Этот предел был достигнут в 2004 году, во времена Pentium 4 Prescott. Хотя недавние улучшения в энергоэффективности помогли, значительное увеличение тактовой частоты уже невозможно.

График заводских тактовых частот современных ПК для энтузиастов за многие годы.

В соответствии с законом Мура, наблюдением, которое гласит, что количество транзисторов в интегральной схеме удваивается каждые 18–24 месяца, главным образом в результате уплотнения кристалла, были реализованы различные методы, повышающие производительность. Эти методы совершенствовались и совершенствовались на протяжении многих лет, что позволяет выполнять больше инструкций за определённый период времени. Эти методы обсуждаются ниже.

На первый взгляд последовательные потоки инструкций часто можно распараллелить

Хотя программа может просто состоять из серии инструкций, выполняемых одна за другой, эти инструкции или их части очень часто могут выполняться одновременно. Это называется параллелизмом на уровне инструкций (ILP). Использование ILP жизненно важно для достижения высокой производительности, и современные процессоры используют для этого множество методов.

Конвейерная обработка разбивает инструкции на более мелкие части, которые могут выполняться параллельно

Каждую инструкцию можно разбить на последовательность шагов, каждый из которых выполняется отдельной частью процессора. Конвейерная обработка инструкций позволяет нескольким инструкциям проходить эти шаги одна за другой, не дожидаясь полного завершения каждой инструкции. Конвейерная обработка обеспечивает более высокие тактовые частоты: при выполнении одного шага каждой инструкции в каждом тактовом цикле для каждого цикла потребуется меньше времени, чем если бы целые инструкции должны были выполняться по одной за раз.

Читайте так же:

Как увеличить громкость в беспроводных наушниках Xiaomi?

Классический конвейер RISC состоит из пяти этапов: выборка инструкций, декодирование инструкций, выполнение инструкций, доступ к памяти и обратная запись. Современные процессоры разбивают выполнение на множество этапов, создавая более глубокий конвейер с большим количеством этапов (и увеличивая достижимую тактовую частоту, поскольку каждый этап меньше и требует меньше времени для завершения), но эта модель должна обеспечить базовое понимание того, как работает конвейерная обработка.

Используются кэши для ускорения доступа к памяти

Современные процессоры могут выполнять инструкции и обрабатывать данные намного быстрее, чем к ним можно получить доступ в основной памяти. Когда процессору требуется доступ к ОЗУ, выполнение может приостанавливаться на длительные периоды времени, пока данные не станут доступными. Чтобы смягчить этот эффект, в процессор включены небольшие области высокоскоростной памяти, называемые кешами.

Из-за ограниченного пространства, доступного на кристалле процессора, кэши имеют очень ограниченный размер. Чтобы максимально использовать эту ограниченную емкость, кеши хранят только самые последние или часто используемые данные (временная локальность). Поскольку доступы к памяти имеют тенденцию группироваться в определенных областях (пространственной локальности), блоки данных рядом с тем, к чему недавно осуществлялся доступ, также хранятся в кэше. См .: Местоположение ссылки

Кеши также организованы на нескольких уровнях разного размера для оптимизации производительности, поскольку кеши большего размера, как правило, медленнее, чем кеши меньшего размера. Например, процессор может иметь кэш уровня 1 (L1) размером всего 32 КБ, в то время как его кэш уровня 3 (L3) может иметь размер в несколько мегабайт. Размер кеша, а также ассоциативность кеша, которая влияет на то, как процессор управляет заменой данных в полном кэше, значительно влияют на прирост производительности, получаемый с помощью кеша.

Итак, как эти методы со временем улучшают производительность процессора?

С годами конвейеры стали длиннее, что сократило время, необходимое для завершения каждого этапа, и, следовательно, позволило повысить тактовую частоту. Однако, помимо прочего, более длинные конвейеры увеличивают штраф за неправильное предсказание ветвления, поэтому конвейер не может быть слишком длинным. Пытаясь достичь очень высоких тактовых частот, процессор Pentium 4 использовал очень длинные конвейеры, до 31 ступени в Prescott. Чтобы уменьшить дефицит производительности, процессор будет пытаться выполнять инструкции, даже если они могут дать сбой, и будет продолжать попытки, пока они не достигнут успеха. Это привело к очень высокому энергопотреблению и снижению производительности, получаемой от гиперпоточности. Новые процессоры больше не используют конвейеры такой длины, особенно после того, как масштабирование тактовой частоты достигло предела; Haswell использует конвейер, длина которого варьируется от 14 до 19 этапов, а архитектуры с низким энергопотреблением используют более короткие конвейеры (Intel Atom Silvermont имеет от 12 до 14 этапов).

Точность предсказания ветвлений улучшилась с более продвинутыми архитектурами, уменьшив частоту сбросов конвейера, вызванных неверным предсказанием, и позволив одновременно выполнять больше инструкций. Учитывая длину конвейеров в современных процессорах, это критически важно для поддержания высокой производительности.

С увеличением бюджета транзисторов в процессор могут быть встроены более крупные и более эффективные кэши, что сокращает задержки из-за доступа к памяти. Доступ к памяти может потребовать более 200 циклов для выполнения в современных системах, поэтому важно максимально снизить потребность в доступе к основной памяти.

Новые процессоры могут лучше использовать преимущества ILP за счёт более продвинутой суперскалярной логики выполнения и «более широких» конструкций, которые позволяют одновременно декодировать и выполнять больше инструкций. Архитектура Haswell может декодировать четыре инструкции и выполнять 8 микроопераций за такт. Увеличение бюджета транзисторов позволяет включать в ядро процессора больше функциональных блоков, таких как целочисленные ALU. Ключевые структуры данных, используемые при неупорядоченном и суперскалярном выполнении, такие как станция резервирования, буфер переупорядочения и регистровый файл, расширены в новых конструкциях, что позволяет процессору искать более широкое окно инструкций для использования их ILP. Это основная движущая сила повышения производительности современных процессоров.

Более сложные инструкции включены в новые процессоры, и всё большее число приложений используют эти инструкции для повышения производительности. Достижения в технологии компиляторов, включая улучшения в выборе инструкций и автоматической векторизации, позволяют более эффективно использовать эти инструкции.

В дополнение к вышесказанному, большая интеграция частей, ранее внешних по отношению к ЦП, таких как северный мост, контроллер памяти и линии PCIe, сокращает ввод-вывод и задержку памяти. Это увеличивает пропускную способность за счёт сокращения простоев, вызванных задержками доступа к данным с других устройств.

Аппаратные составляющие производительности компьютера

Многие пользователи задаются вопросом, что в наибольшей степени влияет на производительность компьютера?

Аппаратные факторы производительности:

Количество ядер процессора – 1, 2, 3 или 4
Частота процессора и частота системной шины (FSB) процессора – 533, 667, 800, 1066, 1333 или 1600 МГц
Объем и количество кэш-памяти процессора (CPU) – 256, 512 Кбайт; 1, 2, 3, 4, 6, 12 Мбайт.
Совпадение частоты системной шины CPU и материнской платы
Частота оперативной памяти (RAM) и частота шины памяти материнской платы – DDR2-667, 800, 1066
Объем оперативной памяти – 512 и более Мбайт
Используемый на материнской плате чипсет (Intel, VIA, SIS, nVidia, ATI/AMD)
Используемая графическая подсистема – встроенная в материнскую плату или дискретная (внешняя видеокарта со своей видеопамятью и графическим процессором)
Тип интерфейса винчестера (HDD) – параллельный IDE или последовательные SATA и SATA-2
Кэш винчестера – 8, 16 или 32 МБ.

Читайте так же:

Какое счастливое число для весов?

Увеличение перечисленных технических характеристик всегда увеличивает производительность.

Частоты процессора, памяти и шин материнской платы

Оперативная память

Графическая подсистема

Подсистема накопителей

Программные факторы производительности:

Количество установленных программ
Фрагментация файловой системы
Ошибки файловой системы, bad-секторы
Фрагментация реестра ОС
Ошибки реестра ОС
Размер файла подкачки (объем виртуальной памяти)
Включенные элементы визуализации графического интерфейса ОС
Программы и службы Windows, загружающие в автозагрузке

голоса

Рейтинг статьи

CPU-Z CPUID – Если нужно узнать характеристики процессора и не только