Александр Ватаманюк - Апгрейд, ремонт и обслуживание компьютера

По умолчанию единицей одного такта считается 1 Гц. Это означает, что при частоте 1 ГГц ядро процессора выполняет 1 млрд тактов. Теоретически, если считать, что за один такт ядро выполняет одну операцию, скорость работы процессора составила бы 1 млрд операций в секунду. На практике же этот показатель вычислить достаточно трудно, поскольку на него влияют количество выполняемых операций за такт, сложность операции [7], пропускная способность шин кэш-памяти и оперативной памяти и т. д.

Слово «шина» следует понимать как некоторый канал с определенными характеристиками, через который процессор обменивается данными с остальными компонентами. Примером такого канала может быть канал, по которому идет обмен данными с кэш-памятью, контроллером памяти, видеокартой, жестким диском и т. д.

Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы. Так, чем выше ее разрядность и частота, тем больше данных проходит через шину за единицу времени, а значит, больше данных будет обработано процессором или другим компонентом. К примеру, если брать процессоры AMD, то они имеют несколько подобных шин (внешних и внутренних), которые работают на разных частотах и имеют разную разрядность. Это связано с технологическими особенностями, поскольку не все компоненты способны функционировать с частотой наиболее быстрой шины.

Именно здесь и кроется первая и самая главная ошибка многих пользователей, которые считают, что частота процессора является показателем его скорости работы. На самом же деле все упирается в пропускную способность шины. Например, если предположить, что за один такт ядра передается 64 бит, или 8 байт, информации (64-битный процессор) и частота шины составляет 100 МГц, то пропускная способность шины составит 8 байт Ґ 100 000 000 тактов, что равно примерно 763 Мбайт. В то же время частота ядра процессора может быть в несколько раз выше. Это, в свою очередь, означает, что при достижении этого показателя оставшийся запас скорости процессора элементарно простаивает.

С другой стороны, существуют шины, например, между процессором и кэш-памятью первого уровня, которые позволяют им наиболее эффективно обмениваться данными, что достигается за счет их работы на одной частоте.

Разрядность процессора определяет то количество информации, которое он может обработать за один такт. Чем выше будет его разрядность, тем больше информации он сможет обработать. Однако это совсем не означает, что скорость процессора от этого повышается. Главным образом разрядность влияет на объем адресуемых данных (а соответственно, и объем используемой оперативной памяти), хотя, конечно, может повышаться скорость выполнения целочисленных операций. Мало того, разрядность процессора тесно связана с разрядностью модулей оперативной памяти.

Однако стоит отметить тот факт, что разрядность процессора совсем не означает, что он работает именно с ней. На самом деле это просто говорит о том, что он может выполнять, к примеру, 64-битные команды. В то же время процессор спокойно может работать с разрядностью, например, 80 или 128 бит, когда дело касается операций с плавающей точкой.

На сегодняшний день используются 32– и 64-разрядные процессоры.

Как вы уже поняли, скорость работы процессора определяется скоростью работы всех его участков. Скорость работы этих участков зависит от их аппаратных возможностей и пропускных способностей соответствующих шин данных. Предвидя такую ситуацию, производители процессоров придумали и внедрили кэш-память с целью максимально ускорить работу их аппаратных блоков.

Главное отличие кэш-памяти от оперативной памяти компьютера – скорость работы. На практике скорость работы кэш-памяти в десятки раз выше скорости работы оперативной памяти, что связано с технологическим процессом их изготовления и условий функционирования.

Чтобы не заходить в теоретические дебри, достаточно будет сказать, что существует несколько типов кэш-памяти. Так, наиболее быстрой является кэш-память первого уровня, после нее по скорости идет кэш-память второго и третьего уровней. Обычно обязательными являются только первые две позиции, хотя ничто не мешает сделать кэш-память четвертого уровня и т. д. В любом случае эта память будет быстрее оперативной памяти.

Что касается размера кэш-памяти, то он может быть разным, в зависимости от модели процессора и его производителя. Обычно размер кэш-памяти первого уровня значительно меньше размера кэш-памяти второго или третьего уровня. Кроме того, кэш-память первого уровня имеет наибольшее быстродействие, поскольку работает на частоте ядра процессора.