Характеристики компьютерных процессоров

Ниже приведены важные характеристики процессоров:

Основной определяющей характеристикой процессора является его производитель (AMD или Intel) и модель. Несмотря на то что конкурирующие модели этих двух компаний обладают схожими функциями и производительностью, вы не сможете установить процессор AMD в материнскую плату, совместимую с Intel, и наоборот.

Еще одной определяющей характеристикой процессора является разъем (сокет), для которого он предназначен. Например, если вы меняете процессор в материнской плате с сокетом 478, вам необходимо выбрать процессор, предназначенный именно для этого разъема. В таблице 5-1 описаны вопросы совместимости и возможности апгрейда в зависимости от типа сокета процессора.

Таблица 5-1: Возможности апгрейда в зависимости от типа сокета процессора

Тактовая частота процессора, измеряемая в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц), определяет его производительность, однако сравнивать частоты процессоров разных линеек бессмысленно. Например, Pentium 4 с ядром Prescott и частотой 3,2 ГГц примерно на 6,7% быстрее Pentium 4 с таким же ядром и частотой 3,0 ГГц, как и предполагают относительные показатели частоты. Однако процессор Celeron с частотой 3,0 ГГц медленнее, чем Pentium 4 с частотой 2,8 ГГц, в основном из-за того, что у Celeron меньше кэш-память L2 и ниже частота системной шины. Аналогично, когда Pentium 4 был представлен на частоте 1,3 ГГц, его производительность была ниже, чем у Pentium III с частотой 1 ГГц, который он должен был заменить. Это объясняется тем, что архитектура Pentium 4 менее эффективна при одинаковой тактовой частоте, чем более ранняя архитектура Pentium III.

Тактовая частота бесполезна для сравнения процессоров AMD и Intel. Процессоры AMD работают на значительно более низких частотах, чем процессоры Intel, но при этом выполняют примерно на 50% больше работы за один такт. В целом, AMD Athlon 64 с частотой 2,0 ГГц обладает примерно такой же общей производительностью, как Intel Pentium 4 с частотой 3,0 ГГц.

'''НОМЕРА МОДЕЛЕЙ ПРОТИВ ТАКТОВЫХ ЧАСТОТ'''

Поскольку процессоры AMD всегда проигрывали процессорам Intel по тактовой частоте, компания AMD использует номера моделей вместо частот для обозначения своей продукции. Например, процессор AMD Athlon 64 с частотой 2,0 ГГц может иметь номер модели 3000+, что указывает на то, что производительность этого процессора примерно соответствует модели Intel с частотой 3,0 ГГц. (AMD яростно отрицает, что номера их моделей предназначены для сравнения с частотами Intel, но знающие наблюдатели игнорируют эти отрицания.)

Ранее Intel использовала буквенные обозначения для дифференциации процессоров, работающих на одной и той же частоте, но с разной частотой системной шины, ядром или другими характеристиками. Например, процессоры Pentium 4 с ядром Northwood и частотой 2,8 ГГц выпускались в трех вариантах: Pentium 4/2.8 с системной шиной 400 МГц, Pentium 4/2.8B с шиной 533 МГц и Pentium 4/2.8C с шиной 800 МГц. Когда Intel выпустила Pentium 4 с частотой 2,8 ГГц на базе своего нового ядра Prescott, она присвоила ему обозначение Pentium 4/2.8E.

Интересно, что Intel также отказалась от использования тактовой частоты в качестве основного идентификатора. За исключением нескольких старых моделей, все процессоры Intel теперь обозначаются номерами моделей. В отличие от AMD, чьи номера моделей сохраняют рудиментарный намек на тактовую частоту, номера моделей Intel полностью отделены от частот. Например, Pentium 4 540 обозначает конкретную модель процессора, которая работает на частоте 3,2 ГГц. Модели этого процессора, работающие на частотах 3,4, 3,6 и 3,8 ГГц, обозначаются 550, 560 и 570 соответственно.

«Частота системной шины», также называемая «частотой внешней шины», «частотой FSB» или просто «FSB», определяет скорость передачи данных между процессором и чипсетом. Более высокая частота системной шины способствует повышению производительности процессора даже для моделей, работающих на одной и той же тактовой частоте. AMD и Intel по-разному реализуют путь между памятью и кэшем, но, по сути, FSB — это число, отражающее максимально возможный объем передачи блоков данных в секунду. При реальной частоте системной шины 100 МГц, если данные передаются четыре раза за один тактовый цикл (так называемое «quad-pumped»), эффективная скорость FSB составляет 400 МГц.

Например, Intel выпускала процессоры Pentium 4, использующие частоты системной шины 400, 533, 800 или 1066 МГц. Pentium 4 с частотой 2,8 ГГц и FSB 800 МГц незначительно быстрее, чем Pentium 4/2.8 с FSB 533 МГц, который, в свою очередь, чуть быстрее, чем Pentium 4/2.8 с FSB 400 МГц. Один из методов, который Intel использует для дифференциации своих более дешевых процессоров Celeron, — это снижение частоты системной шины относительно текущих моделей Pentium 4. Модели Celeron используют системную шину с частотой 400 и 533 МГц.

Все процессоры AMD для сокетов 754 и 939 используют частоту системной шины 800 МГц. (На самом деле, как и Intel, AMD запускает системную шину на частоте 200 МГц, но использует «quad-pumped» для достижения эффективной частоты 800 МГц.) Процессоры Sempron для Socket A используют системную шину 166 МГц с удвоением сигнала («double-pumped»), что дает эффективную частоту 333 МГц.

Процессоры используют два типа кэш-памяти для повышения производительности за счет буферизации передачи данных между процессором и относительно медленной основной памятью. Размер «кэш-памяти 1-го уровня (кэш L1)» является особенностью архитектуры процессора, которую невозможно изменить без перепроектирования кристалла. Однако «кэш-память 2-го уровня (кэш L2)» является внешней по отношению к ядру процессора, что означает, что производители могут выпускать один и тот же процессор с разным объемом кэша L2. Например, различные модели процессоров Pentium 4 доступны с кэшем L2 объемом 512 КБ, 1 МБ или 2 МБ, а различные модели AMD Sempron — с кэшем L2 объемом 128 КБ, 256 КБ или 512 КБ.

Для некоторых приложений, особенно работающих с небольшими наборами данных, больший объем кэша L2 заметно увеличивает производительность процессора, особенно у моделей Intel. (Процессоры AMD имеют встроенный контроллер памяти, который в некоторой степени нивелирует преимущества большего объема кэша L2.) Для приложений, работающих с большими массивами данных, увеличение объема кэша L2 дает лишь незначительный эффект.

'''Prescott, печальное исключение'''

Для всех, и особенно для Intel, стало шоком узнать, что при переходе процессоров Pentium 4 со старого 130-нм ядра Northwood на новое 90-нм ядро Prescott энергопотребление и тепловыделение резко возросли. Это произошло потому, что Prescott не был простым уменьшением техпроцесса Northwood. Вместо этого Intel полностью переработала ядро Northwood, добавив такие функции, как SSE3, и внеся огромные изменения в базовую архитектуру. (В то время мы думали, что этих изменений достаточно, чтобы назвать процессор с ядром Prescott Pentium 5, чего Intel не сделала.) К сожалению, столь радикальные изменения в архитектуре привели к не менее радикальному росту энергопотребления и тепловыделения, перекрыв ожидаемые преимущества от снижения техпроцесса.

«Техпроцесс», также называемый размером изготовления, измеряется в нанометрах (нм) и определяет размер наименьших отдельных элементов на кристалле процессора. AMD и Intel постоянно стремятся уменьшить техпроцесс (так называемое «уменьшение кристалла»), чтобы получать больше процессоров из одной кремниевой пластины, тем самым снижая себестоимость производства. В процессорах Pentium II и ранних Athlon использовался техпроцесс 350 или 250 нм. В Pentium III и некоторых моделях Athlon применялся 180-нм процесс. В современных процессорах AMD и Intel используется техпроцесс 130 или 90 нм, а в будущих моделях будет применяться 65-нм техпроцесс.

Размер техпроцесса имеет значение, поскольку при прочих равных условиях процессор, изготовленный по более тонкому техпроцессу, может работать быстрее, требовать меньшего напряжения, потреблять меньше энергии и меньше греться. В любой момент времени на рынке могут присутствовать процессоры, изготовленные по разным техпроцессам. Например, в свое время Intel продавала процессоры Pentium 4, изготовленные по техпроцессам 180, 130 и 90 нм, а AMD одновременно продавала процессоры Athlon, изготовленные по нормам 250, 180 и 130 нм. При выборе процессора для апгрейда отдавайте предпочтение модели с меньшим размером техпроцесса.

Разные модели процессоров поддерживают разные наборы функций, некоторые из которых могут быть важны для вас, а другие — не иметь значения. Ниже приведены пять потенциально важных функций, доступных для некоторых, но не всех, современных процессоров. Все эти функции поддерживаются последними версиями Windows и Linux:

«SSE3 (Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3)» — это расширенный набор инструкций, разработанный Intel и доступный на большинстве процессоров Intel и некоторых процессорах AMD. Он предназначен для ускорения обработки определенных типов данных, часто встречающихся при работе с видео и в других мультимедийных приложениях. Приложение, поддерживающее SSE3, может работать на 10–15% или даже на 100% быстрее на процессоре с поддержкой SSE3, чем на процессоре без этой поддержки.

До недавнего времени все процессоры для ПК работали с 32-битными внутренними путями передачи данных. В 2004 году AMD представила «поддержку 64-битных вычислений» в своих процессорах Athlon 64. Официально AMD называет эту функцию «x86-64», но большинство людей называют ее «AMD64». Важно отметить, что процессоры AMD64 обратно совместимы с 32-битным программным обеспечением и выполняют его так же эффективно, как и 64-битное. Intel, продвигавшая собственную 64-битную архитектуру с ограниченной поддержкой 32-битных приложений, была вынуждена представить свою версию x86-64, которую она называет «EM64T (Extended Memory 64-bit Technology)». На данный момент поддержка 64-битных вычислений не имеет большого значения для большинства пользователей. Microsoft предлагает 64-битную версию Windows XP, и большинство дистрибутивов Linux поддерживают 64-битные процессоры, но пока 64-битные приложения не станут более распространенными, реальная выгода от использования 64-битного процессора на настольном компьютере невелика. Ситуация может измениться, когда Microsoft (наконец) выпустит Windows Vista, которая будет использовать возможности 64-битной архитектуры и, вероятно, подтолкнет появление множества 64-битных приложений.

С появлением Athlon 64 компания AMD представила технологию «NX (No eXecute)», а Intel вскоре последовала ее примеру со своей технологией «XDB (eXecute Disable Bit)». NX и XDB служат одной и той же цели, позволяя процессору определять, какие диапазоны памяти являются исполняемыми, а какие — нет. Если код, например эксплойт, использующий переполнение буфера, пытается выполниться в неисполняемой области памяти, процессор возвращает ошибку операционной системе. NX и XDB обладают огромным потенциалом для уменьшения ущерба от вирусов, червей, троянов и аналогичных угроз, но требуют операционную систему с поддержкой защищенного выполнения, такую как Windows XP с пакетом обновления 2 (Service Pack 2).

И AMD, и Intel предлагают технологии снижения энергопотребления в некоторых своих моделях процессоров. В обоих случаях технологии, используемые в мобильных процессорах, были перенесены в настольные системы, где энергопотребление и тепловыделение стали серьезной проблемой. По сути, эти технологии работают за счет снижения скорости процессора (а значит, и энергопотребления, и выделения тепла) в моменты простоя или низкой нагрузки. Intel называет свою технологию снижения энергопотребления «EIST (Enhanced Intel Speedstep Technology)». Версия от AMD называется «Cool'n'Quiet». Любая из них может обеспечить небольшое, но полезное снижение энергопотребления, тепловыделения и уровня шума системы.

К 2005 году как AMD, так и Intel достигли практических пределов производительности, возможных при использовании одного процессорного ядра. Очевидным решением стало размещение двух ядер в одном корпусе процессора. Опять же, AMD стала первопроходцем со своей элегантной серией процессоров «Athlon 64 X2», в которой на одном кристалле объединены два тесно интегрированных ядра Athlon 64. Будучи вынужденной догонять, Intel стиснула зубы и создала двухъядерный процессор под названием «Pentium D». Технически проработанное решение AMD обладает рядом преимуществ, включая высокую производительность и совместимость практически с любой старой материнской платой на сокете 939. Наспех созданное решение Intel, которое в основном сводилось к размещению двух ядер Pentium 4 на одном кристалле без их интеграции, привело к двум компромиссам. Во-первых, двухъядерные процессоры Intel не имеют обратной совместимости с более старыми материнскими платами и требуют новый чипсет и новую серию плат. Во-вторых, поскольку Intel фактически просто склеила два существующих ядра, энергопотребление и тепловыделение оказались чрезвычайно высокими, из-за чего компании пришлось снизить тактовую частоту Pentium D относительно самых быстрых одноядерных моделей Pentium 4.

Тем не менее, Athlon 64 X2 вовсе не является безоговорочным победителем, поскольку Intel достаточно умно подошла к ценообразованию Pentium D. Самые дешевые процессоры Athlon X2 стоят более чем в два раза дороже самых бюджетных Pentium D. Хотя цены, несомненно, будут падать, мы не ожидаем значительных изменений в разрыве цен. У Intel избыточные производственные мощности, в то время как возможности AMD по производству процессоров довольно ограничены, поэтому вполне вероятно, что двухъядерные процессоры AMD будут стоить дорого в обозримом будущем. К сожалению, это означает, что двухъядерные процессоры не являются разумным вариантом апгрейда для большинства пользователей. Двухъядерные процессоры Intel стоят разумных денег, но требуют замены материнской платы. Двухъядерные процессоры AMD могут работать со старыми платами Socket 939, но сами процессоры слишком дороги, чтобы стать жизнеспособными кандидатами для большинства пользователей, планирующих апгрейд.

'''HYPER-THREADING ПРОТИВ ДВУХ ЯДЕР'''

Некоторые процессоры Intel поддерживают технологию «Hyper-Threading (HTT)», которая позволяет процессору выполнять два потока программ одновременно. Программы, оптимизированные для использования HTT, могут работать на 10–30% быстрее на процессоре с поддержкой HTT, чем на аналогичной модели без этой функции. (Также верно и то, что некоторые программы работают медленнее с включенным HTT, чем с выключенным.) Не путайте HTT с двухъядерностью. Процессор с HTT имеет одно ядро, которое иногда может выполнять несколько потоков; двухъядерный процессор имеет два физических ядра, которые всегда могут выполнять несколько потоков.

«Процессорное ядро» определяет базовую архитектуру процессора. Процессор, продаваемый под определенным названием, может использовать одно из нескольких ядер. Например, первые процессоры Intel Pentium 4 использовали «ядро Willamette». Позже в вариантах Pentium 4 использовались ядра «Northwood», «Prescott», «Gallatin», «Prestonia» и «Prescott 2M». Аналогичным образом, различные модели Athlon 64 выпускались с ядрами «Clawhammer», «Sledgehammer», «Newcastle», «Winchester», «Venice», «San Diego», «Manchester» и «Toledo».

Использование названия ядра — это удобный способ кратко обозначить множество характеристик процессора. Например, ядро Clawhammer использует техпроцесс 130 нм, кэш L2 объемом 1024 КБ, поддерживает функции NX и X86-64, но не поддерживает SSE3 или двухъядерную работу. И наоборот, ядро Manchester использует 90-нм техпроцесс, 512 КБ кэша L2 и поддерживает функции SSE3, X86-64, NX и двухъядерность.

Название ядра процессора можно сравнить с номером основной версии программного обеспечения. Подобно тому, как компании-разработчики ПО часто выпускают небольшие обновления, не меняя номер основной версии, AMD и Intel часто вносят небольшие изменения в свои ядра, не меняя их названия. Эти незначительные изменения называются «степпингами ядра». Важно понимать основы названий ядер, так как тип ядра может определять обратную совместимость с вашей материнской платой. Степпинги обычно менее значимы, хотя на них также стоит обращать внимание. Например, конкретное ядро может быть доступно в степпингах B2 и C0. Более поздний степпинг C0 может содержать исправления ошибок, меньше греться или обеспечивать другие преимущества по сравнению с более ранним. Степпинг ядра также критически важен, если вы устанавливаете второй процессор на материнскую плату с двумя процессорными разъемами. (То есть на плату с двумя сокетами, в отличие от двухъядерного процессора в одном сокете.) Никогда, никогда не смешивайте ядра или степпинги на материнской плате с двумя процессорами — это безумие (или, как минимум, катастрофа).

Подробнее о компьютерных процессорах