Что влияет на производительность ЦП? Вот все, что вам нужно знать

Правда, что если вы потратите тысячи долларов на покупку самого дорогого ЦП, доступного на рынке в данный момент, он будет работать лучше, чем альтернативы. Однако он может работать лишь на 5-10 процентов быстрее, чем следующий по качеству ЦП, который стоит на несколько сотен долларов дешевле. Поэтому важно знать факторы, влияющие на производительность ЦП, чтобы вы могли принять лучшее решение о покупке.

Что такое ЦП

ЦП (центральный процессор), иногда известный как «процессор», является одним из самых важных компонентов в компьютерной системе. Являясь «мозгом» компьютерной системы, его задача - заботиться о всех расчетах данных и обеспечивать их обработку в максимально короткие сроки.

ЦП нельзя увидеть снаружи компьютера. На самом деле, вы не сможете увидеть ЦП на полностью собранном ПК. Чтобы увидеть его, вам нужно удалить корпус компьютера, отключить провод и снять радиатор (и вентилятор), и только после этого вы сможете увидеть поверхность ЦП. Форма ЦП - это небольшой квадратный чип с множеством контактных штырей внизу.

На изображениях ниже показаны задняя и верхняя части ЦП.

Как работает ЦП

Чтобы было проще, способ работы ЦП можно проиллюстрировать следующими тремя шагами:

1. Когда вы нажимаете для выполнения приложения, необработанная инструкция сначала извлекается с жесткого диска (иногда из памяти) и отправляется в ЦП для обработки.
2. Когда ЦП получает инструкцию, он выполняет логику и производит результат.
3. После завершения обработки ЦП отправляет результат соответствующему устройству для вывода на экран пользователя.

Хотя это может показаться простым, все три шага должны быть выполнены за несколько секунд. Задержка на любом из этих шагов приведет к задержке в работе компьютера.

Тактовая частота

Каждый ЦП оснащён внутренними часами, которые обеспечивают ему рабочий «ритм». «Тактовая частота», также известная как «частота», относится к количеству операций, которые ЦП может выполнять за одну секунду.

Это число в Гц (герцах, а также мегаГц и гигаГц, обозначаемое как МГц и ГГц), которое вы обычно видите рядом с названием ЦП.

Проблема в том, что, чтобы работать быстрее, нужно пропускать больше электричества через ЦП, и это производит тепло. После верхней границы 4 ГГц становится сложно поддерживать ЦП в адекватно охлажденном состоянии.

Производительность ЦП в Гц в основном влияет на однопоточные приложения. Большинство современных программ, таких как популярные браузеры Chrome и Firefox, разработаны для того, чтобы использовать преимущества многопоточности (более подробно об этом в следующем разделе), а не только полагаться на тактовую частоту. Обычно компьютер будет работать лучше на ЦП с несколькими ядрами, но с медленной тактовой частотой, чем на более быстром, но с одним ядром.

Количество ядер

Поскольку увеличение фактической скорости стало все труднее реализовать, производители ЦП решили добавить многофункциональные возможности, добавив больше ядер в ЦП.

Обозначать многопоточные ЦП как эквивалент «склеивания двух или более ЦП в одном корпусе» было бы неправильным. Они могут выглядеть так для среднестатистического потребителя, но их фактические конструкции гораздо умнее, чем просто соединение двух ЦП рядом друг с другом.

Сосуществуя на одном кристалле, отдельные ядра многопоточного ЦП делят некоторые ресурсы, как для сокращения производственных затрат, так и для повышения производительности. Например, они могут делить часть кэш-памяти, соединения с другими элементами на материнской плате и т. д.

Многопоточные ЦП могут быть однородными или гетерогенными. Однородные ЦП содержат два или более идентичных ядер. Гетерогенные ЦП содержат ядра разных типов. Например, ЦП в современных смартфонах обычно включают центральное ядро, лучшее для выполнения общих операций, и несколько меньших, которые помогают с фотографией, искусственным интеллектом и т. д.

Поскольку производители ЦП обратили внимание на добавление большего количества ядер вместо дальнейшего повышения предела ГГц, современные программное обеспечение и операционные системы пошли тем же путем. Большинство современных программ уже используют преимущества нескольких ядер, но вы все равно можете встретить много инструментов, приложений и даже игр, которые работают лучше при более высокой скорости одного ядра, чем при нескольких ядрах. Это происходит потому, что некоторые нагрузки просто не могут быть распараллелены, разделены на более мелкие части и распределены между несколькими ядрами.

Кэш и архитектура

В день 8-битных компьютеров оперативная память была достаточно быстрой, чтобы обеспечивать ЦП всем необходимым. По мере того как производительность ЦП продолжала расти, ОЗУ начинала отставать. Тогда кэш был введен в систему.

Кэш, который, по сути, является небольшой и чрезвычайно быстрой памятью, добавляется к ЦП для хранения немедленных инструкций из ОЗУ. Поскольку кэш работает на той же скорости, что и ЦП, он может быстро предоставлять информацию ЦП в кратчайшие сроки без задержек.

Существуют разные уровни кэша. Кэш первого уровня (L1) является самой базовой формой кэша и присутствует на каждом ЦП. Кэш второго уровня (L2) имеет больший объем памяти и используется для хранения более непосредственных инструкций. В общем, кэш L1 кэширует кэш L2, который, в свою очередь, кэширует ОЗУ, которое, в свою очередь, кэширует данные жесткого диска. С новыми многопоточными технологиями даже существует кэш L3 или L4, который большего размера и делится между различными ядрами.

Стоит отметить, что в будущем они могут стать менее важными, если кто-то найдет способ значительно ускорить соединение между ЦП и ОЗУ. Мы упоминаем это, потому что AMD возможно каким-то образом удалось это сделать, и это одна из причин, по которой их следующее поколение процессоров архитектуры Zen вызывает интерес.

Выше перечислены факторы, влияющие на производительность ЦП. Вам также может быть интересно узнать разницу между ЦП Intel и AMD, а также как выбрать ЦП AMD.