Основные характеристики микропроцессоров

Технические характеристики аппаратных компонентов определяют пределы возможностей компьютера. Сердцем любого компьютера является процессор. Наиболее легкодоступные характеристики процессора — это его марка и так­товая частота.

Теоретически, марка определяет фирму, которая разработала и изготовила процессор, а тактовая частота дает оценку его производительности. Например, при тактовой частоте в 1 ГГц процессор способен изменить свое состояние миллиард раз за одну секунду. Такты — это кванты времени процессора. Любая выполняемая операция занимает целое число так­тов, и в каждом такте процессор может начать выполнение только одной опера­ции. Если два процессора различаются только тактовой частотой, то их произво­дительность в отсутствие внешних задержек пропорциональна частоте.

Марка и тактовая частота — это рыночные характеристики процессоров и компьютеров сегодняшнего дня. Когда-то знать тактовую частоту было необя­зательно. Первые персональные компьютеры IBM PC и IBM PC/XT комплек­товались процессором 8086 с частотой 4,77 МГц. Аппаратная конфигурация всех компьютеров была практически идентичной, а отдельно процессор вообще не представлял ни для кого интереса. Затем появился компьютер IBM PC/AT. Его процессор 80286 (с частотой 6 МГц) выполнял операции с целыми числа­ми быстрее предшественника. Производительность выросла больше, чем так­товая частота. Но тип процессора все еще определялся моделью компьютера.

Позже появились «ускоренные» варианты процессора 80286 с частотами 8, 10 и 12 МГц. Для повышения частоты процессора применялась кнопка Turbo на передней панели компьютера. Если она была отжата, включался «номиналь­ный» режим (частота б МГц), а после нажатия на нее — ускоренный режим. Быстродействие возрастало пропорционально тактовой частоте, хотя офици­ально работоспособность компьютера на повышенных частотах не гарантиро­валась. С тех пор этот параметр и стал одним из главных критериев производи­тельности.

Говоря о тактовой частоте процессора, часто употребляют термин внутрен­няя частота. Процессор устанавливается на материнскую плату, поэтому частота его работы задается извне. Стандартные частоты материнской платы — 66, 100 и 133 МГц — намного меньше, чем тактовые частоты современных про­цессоров. Но процессор устроен таким образом, что каждый внешний такт преобразуется в несколько внутренних в соответствии с заданным коэффици­ентом умножения. Сегодня рост производительности процессоров обеспечива­ется как раз увеличением этого коэффициента. Впервые коэффициент внутрен­него умножения частоты появился в процессорах 80486, где он имел значение 2-3 при внешней частоте 33-40 МГц.

У современных процессоров коэффициент умножения намного выше (до 24 у Pentium 4). Но предельная производительность работы достигается только в том случае, когда процессор выполняет все операции «внутри себя». Даже обмен данными с оперативной памятью в этом случае превращается в тормозя­щий фактор, не говоря уже о взаимодействии с другими устройствами.