Влияние тактовой частоты на производительность процессора

Видеокарта загружена на 100%

Если в играх ваша видеокарта загружена на 100%, то это абсолютно нормально. Она работает на полную мощность и каких-либо проблем с железом нет. Но если FPS при этом низкий, значит ваша карточка просто не справляется с игрой.

Если же видеокарта остается под нагрузкой даже в простое (когда вы ничего не запускали) или при выполнении несложных задач, то это плохой признак. Вероятно, в системе засел вирус-майнер. При помощи диспетчера задач выявите процесс, который грузит видеокарту и завершите его. Далее, нужно будет почистить систему. Подробнее можно прочитать в нашем гайде о перегревах видеокарты.

Микропроцессоры: производительность и тенденции

Количество транзисторов в процессоре является важным фактором, влияющим на его производительность. Как было показано ранее, в процессоре 8088 на выполнение одной инструкции требовалось 15 циклов тактовой частоты. А чтобы выполнить одну 16-битную операцию, уходило и вовсе порядка 80 циклов. Так был устроен умножитель АЛУ этого процессора. Чем больше транзисторов и чем мощнее умножитель АЛУ, тем больше всего успевает сделать процессор за один свой такт. Многие транзисторы поддерживают технологию конвейеризации. В рамках конвейерной архитектуры происходит частичное наложение выполняемых инструкций друг на друга. Инструкция может требовать на свое выполнение все тех же пяти циклов, но если процессором одновременно обрабатываются пять команд (на разных этапах завершенности), то в среднем на выполнение одной инструкции потребуется один цикл тактовой частоты процессора.

Во многих современных процессорах дешифратор команд не один. И каждый из них поддерживает конвейеризацию. Это позволяет выполнять более одной инструкции за один такт процессора. Для реализации этой технологии требуется невероятное множество транзисторов.

Роль Intel в истории микропроцессорной индустрии

Речь идет о модели Intel 4004. Мощным он не был и умел выполнять только действия сложения и вычитания. Одновременно он мог обрабатывать всего четыре бита информации (то есть был 4-битным). Но для своего времени его появление стало значительным событием. Ведь весь процессор поместился в одном чипе. До появления Intel 4004, компьютеры базировались на целом наборе чипов или дискретных компонентов (транзисторов). Микропроцессор 4004 лег в основу одного из первых портативных калькуляторов. Первым микропроцессором для домашних компьютеров стал представленный в 1974 году Intel 8080. Вся вычислительная мощность 8-битного компьютера помещалась в одном чипе. Но по-настоящему большое значение имел анонс процессора Intel 8088. Он появился в 1979 году и с 1981 года стал использоваться в первых массовых персональных компьютерах IBM PC.

Далее процессоры начали развиваться и обрастать мощью. Каждый, кто хоть немного знаком с историей микропроцессорной индустрии, помнит, что на смену 8088 пришли 80286. Затем настал черед 80386, за которым следовали 80486. Потом были несколько поколений «Пентиумов»: Pentium, Pentium II, III и Pentium 4. Все это «интеловские» процессоры, основанные на базовой конструкции 8088. Они обладали обратной совместимостью. Это значит, что Pentium 4 мог обработать любой фрагмент кода для 8088, но делал это со скоростью, возросшей примерно в пять тысяч раз. С тех пор прошло не так много лет, но успели смениться еще несколько поколений микропроцессоров.

С 2004 года Intel начала предлагать многоядерные процессоры. Число используемых в них транзисторов возросло на миллионы. Но даже сейчас процессор подчиняется тем общим правилам, которые были созданы для ранних чипов. В таблице отражена история микропроцессоров Intel до 2004 года (включительно). Мы сделаем некоторые пояснения к тому, что означают отраженные в ней показатели:

• Name (Название). Модель процессора
• Date (Дата). Год, в который процессор был впервые представлен. Многие процессоры представляли многократно, каждый раз, когда повышалась их тактовая частота. Таким образом, очередная модификация чипа могла быть повторно анонсирована даже через несколько лет после появления на рынке первой его версии
• Transistors (Количество транзисторов). Количество транзисторов в чипе. Вы можете видеть, что этот показатель неуклонно увеличивался
• Microns (Ширина в микронах). Один микрон равен одной миллионной доле метра. Величина этого показателя определяется толщиной самого тонкого провода в чипе. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет 100 микрон
• Clock speed (Тактовая частота). Максимальная скорость работы процессора
• Data Width. «Битность» арифметико-логического устройства процессора (АЛУ, ALU). 8-битное АЛУ может слагать, вычитать, умножать и выполнять иные действия над двумя 8-битными числами. 32-битное АЛУ может работать с 32-битными числами. Чтобы сложить два 32-битных числа, восьмибитному АЛУ необходимо выполнить четыре инструкции. 32-битное АЛУ справится с этой задачей за одну инструкцию. Во многих (но не во всех) случаях ширина внешней шины данных совпадает с «битностью» АЛУ. Процессор 8088 обладал 16-битным АЛУ, но 8-битной шиной. Для поздних «Пентиумов» была характерна ситуация, когда шина была уже 64-битной, а АЛУ по-прежнему оставалось 32-битным
• MIPS (Миллионов инструкций в секунду). Позволяет приблизительно оценить производительность процессора. Современные микропроцессоры выполняют настолько много разных задач, что этот показатель потерял свое первоначальное значение и может использоваться, в основном, для сравнения вычислительной мощности нескольких процессоров (как в данной таблице)

Существует непосредственная связь между тактовой частотой, а также количеством транзисторов и числом операций, выполняемых процессором за одну секунду. Например, тактовая частота процессора 8088 достигала 5 МГЦ, а производительность: всего 0,33 миллиона операций в секунду. То есть на выполнение одной инструкции требовалось порядка 15 тактов процессора. В 2004 году процессоры уже могли выполнять по две инструкции за один такт. Это улучшение было обеспечено увеличением количества процессоров в чипе.

Чип также называют интегральной микросхемой (или просто микросхемой). Чаще всего это маленькая и тонкая кремниевая пластинка, в которую «впечатаны» транзисторы. Чип, сторона которого достигает двух с половиной сантиметров, может содержать десятки миллионов транзисторов. Простейшие процессоры могут быть квадратиками со стороной всего в несколько миллиметров. И этого размера достаточно для нескольких тысяч транзисторов.

Что менять видеокарту или процессор

Не так давно я опять столкнулся с нехваткой производительности компьютера и стало ясно, что настало время очередного апгрейда. На тот момент моя конфигурация была следующей:

• Phenom II X4 945 (3 ГГц)
• 8 Гб DDR2 800 МГц
• GTX 660 2 Гб

В целом производительность компьютера меня вполне устраивала, система работала довольно шустро, большинство игр шли на высоких или средне/высоких настройках графики, а видео я монтировал не так часто, так что 15-30 минут рендеринга меня не напрягали.

Первые проблемы возникли еще в игре World of Tanks, когда смена настроек графики с высоких на средние не давала ожидаемого прироста производительности. Частота кадров периодически просаживалась с 60 до 40 FPS. Стало ясно, что производительность упирается в процессор. Тогда было решено до 3.6 ГГц, что решило проблемы в WoT.

Но шло время, выходили новые тяжелые игры, а с WoT я пересел на более требовательную к системным ресурсам (Армата). Ситуация повторилась и стал вопрос что менять – видеокарту или процессор. Смысла менять GTX 660 на 1060 не было, нужно было брать хотя бы GTX 1070. Но такую видеокарту старичок Phenom точно не потянул бы. Да и при смене настроек в Армате было ясно, что производительность опять уперлась в процессор. Поэтому было решено заменить сначала процессор с переходом на более производительную в играх платформу Intel.

Замена процессора тянула за собой замену материнской платы и оперативной памяти. Но другого выхода не было, кроме того была надежда на то, что более мощный процессор позволит полнее раскрыться старой видеокарте в процессорозависимых играх.

Функции, которые влияют на производительность процессора наиболее

Когда мы смотрим на характеристики процессора, мы всегда можем рассматривать количество ядер и потоков процессов и их скорость как две основные характеристики, но у процессора есть еще много других, которые мы также должны учитывать. Посмотрим, что больше всего влияет на производительность процессора.

Рабочая частота

Также называется «Тактовая частота» или «Тактовая частота», поскольку каждый процессор оснащен внутренними часами, которые обеспечивают функциональный «ритм». Тактовая частота относится к числу операций, которые процессор может выполнить за одну секунду.

Это число в герцах (Гц), обычно выражаемое в МГц или ГГц, которое вы увидите рядом с названием процессора. Так как же скорость работы влияет на производительность процессора? Как правило, это влияет на однопоточные приложения, и в настоящее время почти все программы предназначены для использования преимуществ многоядерных процессоров. Другими словами, процессор с большим количеством ядер стоит больше, чем один с меньшим, но более быстрым.

Количество ядер и технологических потоков

В настоящее время, как Intel и AMD долгое время испытывали трудности с достижением или превышением барьера в 5 ГГц в своих процессорах, и когда им это удавалось, было несколько случаев, и многие из них были в одном ядре, а не все. Учитывая эти трудности с увеличением рабочей частоты, процессоры все чаще имеют больше ядер и потоков одновременной обработки (с HyperThreading и SMT), чтобы иметь возможность выполнять большее количество задач одновременно.

Поскольку производители увеличивают количество ядер вместо того, чтобы сосредоточить свои усилия на повышении скорости, разработчики программного обеспечения и операционных систем последовали их примеру, и большинство программ оптимизировано для многоядерных процессоров. Таким образом, число ядер и потоков процессов стало гораздо более важным, чем раньше, и, конечно же, сегодня будет самым важным фактором в определение производительности процессора.

Кэш-память и архитектура

Сосуществуя на одном кристалле, отдельные ядра процессора часто совместно используют некоторые ресурсы, такие как кэш-память или межсоединения с другими элементами, как для снижения производственных затрат, так и для повышения производительности.

В дни 8-битных ПК Оперативная память был достаточно быстрым, чтобы обеспечить процессор всем необходимым, но по мере того, как процессоры становились быстрее и становились больше ядер, появился новый тип памяти, называемый кэш-памятью, чтобы он мог соответствовать.

Кэш процессора важен, потому что (и не вдаваясь в детали относительно его типов или скорости), именно там хранится мгновенная информация о вычислениях, сделанных процессором, так что вы можете сразу получить их, не пересчитывая. очередной раз. Другими словами, кеш не в том, что он улучшает производительность процессора, а скорее в том, что он снижает нагрузку на процессор (что в конечном итоге влияет на его производительность, поскольку его можно использовать для других целей).

Из факторов, которые мы упомянули до сих пор, это, возможно, наименее важно, но это также то, что должно быть принято во внимание. То же самое относится к архитектуре процессора и литографии. Благодаря улучшенной и более современной архитектуре вводятся наборы инструкций, которые делают вычисления более точными и требуют меньше работы над процессором, а при меньшей литографии эффективность повышается

Благодаря улучшенной и более современной архитектуре вводятся наборы инструкций, которые делают вычисления более точными и требуют меньше работы над процессором, а при меньшей литографии эффективность повышается

То же самое относится к архитектуре процессора и литографии. Благодаря улучшенной и более современной архитектуре вводятся наборы инструкций, которые делают вычисления более точными и требуют меньше работы над процессором, а при меньшей литографии эффективность повышается.

Другими словами, и в качестве примера, процессор Intel девятого поколения с двумя ядрами 3 ГГц имеет гораздо лучшую производительность, чем другой процессор Intel с 2 ядрами 3 ГГц, но четвертого поколения.

Выбор процессора

Процессоров Ryzen на тот момент еще не было, их выход только ожидался. Для того, чтобы полноценно оценить их, нужно было дождаться их выхода и массового тестирования для выявления сильных и слабых сторон.

Кроме того, уже было известно, что цена на момент их выхода будет довольно высокой и нужно было ждать еще около полугода пока цены на них станут более адекватными. Желания столько ждать не было, ровно как и спешно переходить на еще сырую платформу AM4. А, учитывая вечные ляпы AMD, это было еще и рискованно.

Поэтому процессоры Ryzen не рассматривались и предпочтение отдавалось уже проверенной, отточенной и хорошо себя зарекомендовавшей платформе Intel на сокете 1151. И, как показала практика, не зря, так как процессоры Ryzen оказались хуже в играх, а в других задачах производительности мне и так было достаточно.

Сначала выбор был между процессорами Core i5:

• Core i5-6600
• Core i5-7600
• Core i5-6600K
• Core i5-7600K

Для игрового компьютера среднего класса i5-6600 был вариантом минимум. Но на перспективу замены видеокарты хотелось иметь какой-то запас. Core i5-7600 отличался не сильно, поэтому изначально планировалось приобрести Core i5-6600K или Core i5-7600K с возможностью разгона до стабильных 4.4 ГГц.

Но, ознакомившись с результатами тестов в современных играх, где загрузка этих процессоров приближалась к 90%, было ясно, что в перспективе их может немного не хватить. А хотелось иметь хорошую платформу с запасом на долго, так как прошли те времена, когда можно было делать апгрейд ПК каждый год

Поэтому я начал присматриваться к процессорам Core i7:

• Core i7-6700
• Core i7-7700
• Core i7-6700K
• Core i7-7700K

В современных играх они загружаются еще не на полную, а где-то на 60-70%. Но, у Core i7-6700 базовая частота всего 3.4 ГГц, а у Core i7-7700 не многим больше – 3.6 ГГц.

По результатам тестов в современных играх с топовыми видеокартами наибольший прирост производительности наблюдается на отметке 4 ГГц. Дальше он уже не столь значительный, иногда практически незаметный.

Несмотря на то, что процессоры i5 и i7 оснащены технологией авторазгона (), рассчитывать на нее особо не стоит, так как в играх, где задействованы все ядра, прирост будет незначительный (всего 100-200 МГц).

Таким образом, процессоры Core i7-6700K (4 ГГц) и i7-7700K (4.2 ГГц) являются более оптимальными, а учитывая возможность разгона до стабильных 4.4 ГГц, еще и значительно более перспективными чем i7-6700 (3.4 ГГц) и i7-7700 (3.6 ГГц), так как разница в частоте уже составит 800-1000 МГц!

На момент апгрейда процессоры Intel 7-го поколения (Core i7-7xxx) только появились и стоили ощутимо дороже процессоров 6-го поколения (Core i7-6xxx), цены на которые уже начали снижаться. При этом в новом поколении обновили только встроенную графика, которая для игр не нужна. А возможности разгона у них практически одинаковые.

Кроме того, материнки на новых чипсетах тоже стоили дороже (хотя можно поставить процессор на более старый чипсет, это может быть сопряжено с некоторыми проблемами).

Поэтому было решено брать Core i7-6700K с базовой частотой 4 ГГц и возможностью разгона до стабильных 4.4 ГГц в будущем.

Как правильно проапгрейдить компьютер и подобрать комплектующие

Старый или слабый компьютер — понятие относительное. Окончательно устаревшими и непригодными для игр можно считать десктопные системы с памятью DDR2 на борту. Такой компьютер проще выбросить, чем пытаться его как-то «оживить». Но наличие памяти DDR3 тоже не гарантирует пригодность ПК для апгрейда. Так, процессоры FX на сокете AM3+ все еще держатся, а вот с Athlon на FM2+ уже не стоит возиться. То же касается и ноутбуков со слишком слабым процессором и встроенным видеоядром. Никакие оптимизации не помогут такой машине запустить Cyberpunk 2077 — только полная замена.

Покупка только одного или нескольких компонентов системы не так сильно ударят по вашему карману, как сборка с нуля. Если мы говорим о максимальной экономии, то корпус, блок питания, накопители и материнскую плату можно оставить. В первую очередь нужно рассмотреть возможность замены видеокарты и процессора. Чтобы максимально сэкономить стоит поискать выгодные варианты на вторичке. Для проверки комплектующих используйте программы для нагрузки — OCCT для процессора и FurMark для видеокарты.

Программа FurMarkПрограмма FurMark

Что именно тормозит всю систему и служит бутылочным горлышком, можно понять опытным путем. Снизьте все настройки на минимум и установите минимально возможное разрешение. Если при таком пресете игра все еще тормозит, значит дело в процессоре (ну или у вас совсем непригодная для игр видеокарта). Параметры можно мониторить при помощи MSI Afterburner. Подробнее читайте в нашем гайде «Как настроить мониторинг MSI Afterburner в играх».

На каком бы вы ни были сокете, постарайтесь найти процессор хотя бы с четырьмя ядрами и восемью потоками. Это касается и AMD FX (формально он восьмиядерный) и старых моделей Intel Core. Также будет ощутимый прирост, если вы перейдете с двухъядерного процессора на четырехъядерный. Что касается видеокарты, то тут нужен вариант минимум с 3-4 гигабайтами видеопамяти. Причем желательно обзавестись видеокартой из 10-й линейки GeForce (начиная от 1050 Ti) или 400-й Radeon (от RX 470).

К замене или апгрейду оперативной памяти стоит прибегать, только если она остается единственным бутылочным горлышком в системе. Особенно это касается рабочей частоты. Скажем, если у вас память с частотой 2133 МГц, то менять ее на более производительную стоит только тогда, когда вы обзаведетесь соответствующим процессором, например, Core i5-8400. Гораздо лучше увеличить объем ОЗУ, если у вас менее 8 гигабайт.

Кроме того, если у вас установлена всего одна планка памяти, то для включения двухканального режима (и получения прироста производительности) нужно обязательно докупить вторую. Это критично и при использовании встроенного видеоядра. Так как у встройки нет собственной памяти, используется оперативная. И чем быстрее она будет, тем лучше.

Поток инструкций

Современные процессоры могут параллельно обрабатывать несколько команд. Пока одна инструкция находится в стадии декодирования, процессор может успеть получить другую инструкцию.

Однако такое решение подходит только для тех инструкций, которые не зависят друг от друга.

Если процессор многоядерный, это означает, что фактически в нём находятся несколько отдельных процессоров с некоторыми общими ресурсами, например кэшем.

Если хотите узнать о процессорах больше, посмотрите, какие бывают популярные архитектуры: CISC, RISC, MISC и другие и виды.

Перевод статьи «How does a CPU work?»

Ядра центрального процессора

Ядро – это основная составляющая ЦП. Именно здесь производятся все операции и вычисления. Если ядер несколько, то они «общаются» между собой и с другими компонентами системы посредством шины данных. Количество таких «кирпичиков», в зависимости от поставленной задачи, влияет на общую производительность процессора. В целом, чем их больше, тем выше скорость обработки информации, но на деле имеются условия, при которых многоядерные CPU уступают своим менее «упакованным» собратьям.

Физические и логические ядра

Многие процессоры Intel, а с недавнего времени и AMD, способны производить расчеты так, что одно физическое ядро оперирует двумя потоками вычислений. Эти потоки называются логическими ядрами. Например, мы можем увидеть в CPU-Z вот такие характеристики:

Отвечает за это технология Hyper Threading (HT) у Intel или Simultaneous Multithreading (SMT) у AMD

Здесь важно понять, что добавленное логическое ядро будет медленнее физического, то есть полноценный четырехъядерный ЦП мощнее двухъядерного того же поколения с HT или SMT в одних и тех же приложениях

Игры

Игровые приложения построены таким образом, что вместе с видеокартой над расчетом мира трудится и центральный процессор. Чем сложнее физика объектов, чем их больше, тем выше нагрузка, и более мощный «камень» лучше справится с работой. Но не стоит спешить покупать многоядерного монстра, так как игры бывают разные.

Старые проекты, разработанные примерно до 2015 года, в основном не могут загрузить больше 1 – 2 ядер из-за особенностей кода, написанного разработчиками. В этом случае предпочтительнее иметь двухъядерный процессор с высокой частотой, чем восьмиядерный с низкими мегагерцами. Это лишь пример, на практике современные многоядерные ЦП имеют довольно высокую производительность на ядро и в устаревших играх работают хорошо.

Одной из первых игр, код которой способен выполняться на нескольких (4 и более) ядрах, загружая их равномерно, стала GTA 5, выпущенная на ПК в 2015 году. С тех пор большинство проектов можно считать многопоточными. Это значит, что у многоядерного процессора есть шанс не отстать от своего высокочастотного коллеги.

В зависимости от того, насколько хорошо игра способна использовать вычислительные потоки, многоядерность может быть как плюсом, так и минусом. На момент написания данного материала «игровыми» можно считать CPU, имеющие от 4 ядер, лучше с гиперпоточностью (см. выше). Впрочем, тенденция такова, что разработчики все более оптимизируют код под параллельные вычисления, и малоядерные модели скоро безнадежно устареют.

Программы

Здесь все немного проще, чем с играми, так как мы можем подобрать «камень» для работы в конкретной программе или пакете. Рабочие приложения также бывают однопоточными и многопоточными. Первым нужна высокая производительность на ядро, а вторым большое количество вычислительных потоков. Например, с рендерингом видео или 3D сцен лучше справится многоядерный «проц», а Фотошопу необходимо 1 – 2 мощных ядра.

Операционная система

Количество ядер влияет на быстродействие ОС только в том случае, если равняется 1. В остальных случаях системные процессы не нагружают процессор настолько, чтобы были задействованы все ресурсы. Мы сейчас не говорим о вирусах или сбоях, способных «положить на лопатки» любой «камень», а о штатной работе. Впрочем, вместе с системой может быть запущено много фоновых программ, которые также потребляют процессорное время и дополнительные ядра не будут лишними.

Универсальные решения

Сразу отметим, что многозадачных процессоров не бывает. Есть только модели, способные показывать неплохие результаты во всех приложениях. В качестве примера можно привести шестиядерные CPU с высокой частотой i7 8700, Ryzen R5 2600 (1600) или более пожилые аналогичные «камни», но даже они не могут претендовать на универсальность, если вы параллельно с играми активно работаете с видео и 3D или занимаетесь стримингом.

Заключение

Резюмируя все написанное выше, можно сделать следующий вывод: количество ядер процессора — это характеристика, показывающая общую вычислительную мощность, а вот, каким образом она будет использоваться, зависит от приложения. Для игр вполне сгодится четырехъядерная модель, а для высокоресурсных программ лучше выбрать «камень» с большим количеством потоков.

Опишите, что у вас не получилось.
Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Из чего состоит процессор?

Если говорить о том, как работает процессор Intel или его конкурент AMD, нужно посмотреть, как устроены эти чипы. Первый микропроцессор (кстати, именно от Intel, модель 4040) появился еще в далеком 1971 году. Он мог выполнять только простейшие операции сложения и вычитания с обработкой всего лишь 4 бит информации, т. е. имел 4-битную архитектуру.

Современные процессоры, как и первенец, основаны на транзисторах и обладают куда большим быстродействием. Изготавливаются они методом фотолитографии из определенного числа отдельных кремниевых пластинок, составляющих единый кристалл, в который как бы впечатаны транзисторы. Схема создается на специальном ускорителе разогнанными ионами бора. Во внутренней структуре процессоров основными компонентами являются ядра, шины и функциональные частицы, называемые ревизиями.