Saat hızı - Clock rate

Olarak işlem , darbe hızı ve saat hızı tipik olarak karşılık gelir frekans hangi saat üreteci a işlemci oluşturabilir darbeleri için kullanılan, senkronize bileşenlerinin işlemleri ve işlemcinin hız göstergesi olarak kullanılır. Saniyedeki saat devir sayısı veya eşdeğeri olan SI birimi hertz (Hz) olarak ölçülür .

İlk nesil bilgisayarların saat hızı hertz veya kilohertz (kHz) olarak ölçüldü , 1970'ler ve 1980'ler boyunca gelen ilk kişisel bilgisayarlar (PC'ler) megahertz (MHz) olarak ölçüldü ve 21. yüzyılda hız Modern CPU'ların çoğu, genellikle gigahertz (GHz) olarak tanıtılır. Bu metrik, performansı etkileyebilecek diğer özellikleri sabit tutarak, aynı aile içindeki işlemcileri karşılaştırırken en kullanışlıdır . Ekran kartı ve CPU üreticileri, genellikle bir üretim partisinden en yüksek performanslı birimlerini seçer ve maksimum saat hızlarını daha yüksek bir fiyatla ayarlayarak daha yüksek bir fiyata ayarlar.

belirleyici faktörler

bindirme

Modern işlemci üreticileri, binning adı verilen bir uygulama olan daha yüksek saat hızlarında çalışan işlemciler için genellikle yüksek fiyatlar uygular . Belirli bir CPU için saat hızları, üretim sürecinin sonunda, her işlemcinin fiili testiyle belirlenir. Çip üreticileri bir "maksimum saat hızı" belirtimi yayınlar ve yerleşmesi en uzun süren veri kalıplarıyla en karmaşık yönergeleri yürütürken bile (sıcaklık ve voltajda test) çipleri satmadan önce bu belirtimi karşıladıklarından emin olmak için test ederler. en düşük performansı çalıştıran). Belirli bir standartlar dizisine uygunluk açısından başarıyla test edilen işlemciler, daha yüksek bir saat hızıyla, örneğin 3.50 GHz ile etiketlenebilirken, daha yüksek saat hızının standartlarını geçemeyen ancak daha düşük bir saat hızının standartlarını geçenler, şu şekilde etiketlenebilir: daha düşük saat hızı, örneğin 3.3 GHz ve daha düşük bir fiyata satılır.

Mühendislik

Bir CPU'nun saat hızı normalde bir osilatör kristalinin frekansı tarafından belirlenir . Tipik olarak bir kristal osilatör, sabit bir sinüs dalgası, yani frekans referans sinyali üretir . Elektronik devre , bunu dijital elektronik uygulamalar için aynı frekansta bir kare dalgaya çevirir (veya bir CPU çarpanı kullanırken , kristal referans frekansının bazı sabit katları). Saat dağıtım ağı CPU içinde olduğunu taşır saat sinyalini ihtiyaç tüm bölgelerine. Bir A/D Dönüştürücü , örnekleme oranını ayarlamak için benzer bir sistem tarafından sürülen bir "saat" pimine sahiptir . Herhangi bir CPU ile, kristali yarı frekansında ("hız aşırtma ") salınan başka bir kristalle değiştirmek, CPU'yu genellikle yarı performansta çalıştıracak ve CPU tarafından üretilen atık ısıyı azaltacaktır . Tersine, bazı insanlar osilatör kristalini daha yüksek frekanslı bir kristal (" hız aşırtma ") ile değiştirerek bir CPU'nun performansını artırmaya çalışır . Bununla birlikte, hız aşırtma miktarı, CPU'nun her darbeden sonra oturması için geçen süre ve yaratılan ekstra ısı ile sınırlıdır.

Her saat darbesinden sonra, CPU içindeki sinyal hatlarının yeni durumlarına oturması için zamana ihtiyacı vardır. Yani her sinyal hattı 0'dan 1'e veya 1'den 0'a geçişi bitirmelidir. Bir sonraki saat darbesi bundan önce gelirse, sonuçlar yanlış olacaktır. Geçiş sürecinde, bir miktar enerji ısı olarak boşa harcanır (çoğunlukla sürüş transistörlerinin içinde). Birçok geçişe neden olan karmaşık komutları yürütürken saat hızı ne kadar yüksek olursa o kadar fazla ısı üretilir. Transistörler aşırı ısıdan zarar görebilir.

Tamamen statik bir çekirdek kullanılmadığı sürece, saat hızının bir alt sınırı da vardır .

Tarihsel kilometre taşları ve güncel kayıtlar

İlk tamamen mekanik analog bilgisayar, Z1 saat frekansı 1 Hz (saniyede devir) saat frekansında ve ilk elektromekanik genel amaçlı bilgisayar Z3 , yaklaşık 5-10 Hz frekansında çalıştı. İlk elektronik genel amaçlı bilgisayar olan ENIAC , bisiklet ünitesinde 100 kHz'lik bir saat kullandı. Her komut 20 döngü aldığı için 5 kHz komut hızına sahipti.

İlk ticari bilgisayar olan Altair 8800 (MITS tarafından), 2 MHz saat hızına (saniyede 2 milyon döngü) sahip bir Intel 8080 CPU kullanıyordu. Orijinal IBM PC (c. 1981) 4.77 MHz (saniyede 4.772.727 döngü) saat hızına sahipti. 1992'de hem Hewlett-Packard hem de Digital Equipment Corporation, sırasıyla PA-7100 ve AXP 21064 DEC Alpha'da RISC teknikleriyle zorlu 100 MHz sınırını aştı . 1995'te Intel'in P5 Pentium yongası 100 MHz'de (saniyede 100 milyon döngü) çalışıyordu. 6 Mart 2000'de AMD , Intel'den birkaç ay önce 1 GHz dönüm noktasına ulaştı. 2002'de, 3 GHz saat hızına sahip ilk CPU olarak bir Intel Pentium 4 modeli tanıtıldı (saniyede üç milyar döngü, döngü başına ~ 0.33 nanosaniyeye karşılık gelir ). O zamandan beri, üretim işlemcilerinin saat hızı, diğer tasarım değişikliklerinden gelen performans iyileştirmeleriyle çok daha yavaş arttı.

2011'de Guinness Dünya Rekoru , en yüksek CPU saat hızı için 8.42938 GHz, hız aşırtmalı AMD FX-8150 Buldozer tabanlı bir LHe / LN2 kriyobath, havada 5 GHz .

CPU-Z overclock yüksek CPU saat hızı için kayıt AMD FX-8350 ile 8,79433 GHz olan Piledriver boğulmuş tabanlı çip LN2 Kasım 2012'de elde.

Bir üretim işlemcisindeki en yüksek temel saat hızı, Ağustos 2012'de piyasaya sürülen 5.5 GHz hızında çalışan IBM zEC12'dir .

Araştırma

Mühendisler, biraz daha hızlı yerleşen veya geçiş başına biraz daha az enerji kullanan CPU'lar tasarlamanın yeni yollarını bulmaya devam ediyor, bu sınırları zorluyor ve biraz daha yüksek saat hızlarında çalışabilen yeni CPU'lar üretiyor. Geçiş başına enerjinin nihai sınırları, tersine çevrilebilir hesaplamada araştırılır .

İlk tamamen tersine çevrilebilir CPU, Sarkaç, 1990'ların sonlarında MIT'de standart CMOS transistörleri kullanılarak uygulandı.

Mühendisler ayrıca CPU'ları saat döngüsü başına daha fazla talimat tamamlayacak şekilde tasarlamanın yeni yollarını bulmaya devam ediyor, böylece daha düşük bir CPI (yönerge başına döngü veya saat döngüsü) sayısı elde ediyor, ancak eski CPU'larla aynı veya daha düşük bir saat hızında çalışabiliyorlar. . Bu, kodda talimat düzeyinde paralellikten yararlanmaya çalışan talimat ardışık düzeni ve sıra dışı yürütme gibi mimari tekniklerle elde edilir .

IBM, 100 GHz CPU üzerinde çalışıyor. 2010 yılında IBM, saniyede 100 milyar döngü gerçekleştirebilen grafen tabanlı bir transistör gösterdi .

karşılaştırma

Bir CPU'nun saat hızı, aynı ailedeki CPU'lar arasında karşılaştırmalar sağlamak için en kullanışlıdır. Saat hızı, farklı ailelerdeki işlemcileri karşılaştırırken performansı etkileyebilecek birkaç faktörden yalnızca biridir. Örneğin, 50 MHz'de çalışan Intel 80486 CPU'lu bir IBM PC , aynı CPU'ya ve 25 MHz'de çalışan belleğe sahip bir bilgisayara göre yaklaşık iki kat daha hızlı (yalnızca dahili olarak) olacaktır, ancak aynı şey, aynı işlemci hızında çalışan MIPS R4000 için geçerli olmayacaktır. ikisi ile aynı saat hızı, farklı mimarileri ve mikro mimarileri uygulayan farklı işlemcilerdir. Ayrıca, bazen toplam çekirdekler alınarak ve toplam saat hızıyla çarpılarak bir "kümülatif saat hızı" ölçümü varsayılır (örneğin, işlemci kümülatif 5.6 GHz olarak kabul edilen çift çekirdekli 2.8 GHz). CPU'nun veri yolunun genişliği , belleğin gecikme süresi ve önbellek mimarisi gibi CPU'ların performansını karşılaştırırken dikkate alınması gereken birçok faktör vardır .

Tek başına saat hızı, farklı CPU ailelerini karşılaştırırken genellikle yanlış bir performans ölçüsü olarak kabul edilir. Yazılım kıyaslamaları daha kullanışlıdır. Farklı CPU'ların bir döngüde yapabileceği iş miktarı değiştiğinden, saat hızları bazen yanıltıcı olabilir. Örneğin, süperskalar işlemciler döngü başına (ortalama olarak) birden fazla komut çalıştırabilir, ancak bir saat döngüsünde "daha az" yapmaları nadir değildir. Ek olarak, skaler altı CPU'lar veya paralellik kullanımı, saat hızından bağımsız olarak bilgisayarın performansını da etkileyebilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar