برخي مفاهيم پايه ي ريزپردازنده ها
در مقالات مربوط به ريزپردازنده ها، اغلب خوانندگان با برخي مفاهيم و مشخصه هاي گنگ و نامفهوم در تکنولوژي ريزپردازنده مواجه مي گردند. بنابراين تصميم گرفته ايم که در غالب يک سلسله مقاله، به بررسي دقيق اين مفاهيم اساسي بپردازيم.
پردازنده ها را مي توان از طريق دو پارامتر اصلي شناسايي نمود:
عرض باس
سرعت پردازنده
سرعت پردازنده يک مفهوم نسبتاً ساده بوده و بر حسب مگاهرتز و گيگاهرتز (پردازنده هاي فعلي) اندازه گيري مي شود و هر چه اين عدد بيشتر باشد، پردازنده، پيشرفته است. عرض باس، مفهومي پيچيده تر است و به سه حوزه ي ذيل تقسيم مي گردد:
باس داده ها (که از آن بعنوان FSB نيز ياد مي شود)
باس آدرس
رجيسترهاي داخلي
توجه داشته باشيد که باس داده ي پردازنده، داراي نام هاي ديگر باس جلويي (FSB)، باس پردازنده (PSB) يا فقط باس CPU مي باشد. همه ي اين اصطلاحات به باسي منصوب مي گردد که بين CPU و تراشه ي اصلي چيپ ست (پل شمالي يا MCH) قرار دارد. شرکت اينتل از ترمينولوژي FSB يا PSB استفاده مي نمايد در حاليکه شرکت AMD صرفاً از اصطلاح FSB استفاده مي کند. شايد بهتر باشد که صرفا از اصطلاح باس CPU در بحث هاي خود استفاده نماييم.
تعداد بيت هايي که يک پردازنده مبتني بر آن طراحي مي گردد، مي تواند کمي گمراه کننده باشد. همه ي پردازنده هاي مدرن داراي باس داده ي 64 بيتي هستند و البته اين به معناي آن نيست که آن ها به عنوان پردازنده هاي 64 بيتي طبقه بندي مي گردند. پردازنده هايي همانند پنتيوم 4 و آتلون XP، پردازنده هاي 32 بيتي هستند زيرا عرض رجسيترهاي داخلي آن ها 32 بيت مي باشد. اگر چه باس داده ي آنها داراي عرض 64 بيت و باس آدرسشان، 36 بيت پهنا دارد. پردازنده ها از سري Core2 اينتل و آتلون 64 شرکت AMD، 64 بيتي هستند زيرا رجسيترهاي آنها، 64 بيت پهنا دارند.
يک روش خوب براي فهم اين جريان اطلاعات، تصور يک بزرگراه و ترافيکي است که اين بزرگراه مي تواند تحمل کند. اگر اين بزرگراه داراي يک لاين در هر جهت باشد، در آن واحد فقط يک اتومبيل مي تواند در هر جهت، از يک نقطه ي معين عبور کند. در صورتي که بخواهيد جريان ترافيک را افزايش دهيد مي توانيد لاين ديگري را به اين بزرگراه اضافه نماييد به طوري که در يک زمان معين حجم ترافيک انتقالي، به دو برابر افزايش يابد. يک تراشه ي 8 بيتي را مي توان به عنوان يک بزرگراه داراي يک لاين تصور نمود زيرا در آن واحد امکان انتقال يک بايت داده وجود دارد. تراشه هاي 16بيتي با امکان انتقال دو بايت داده در آن واحد، همانند يک بزرگراه داراي دو لاين عمل مي نمايد. مي توان بزرگراهي با چهار لاين در هر جهت را تصور نمود که تعداد بيشتري اتومبيل را مي تواند ساپورت کند. اين ساختار به يک باس داده ي 32 بيتي مرتبط مي گردد که داراي قابليت انتقال 4 بايت اطلاعات در آن واحد مي باشد. به همين ترتيب يک باس داده ي 64 بيتي، همانند داشتن يک بزرگراه 8 بايتي مي باشد که مي تواند حجم بيشتري از داده ها را در يک زمان معين به داخل و خارج تراشه منتقل نمايد.
عرض باس داده، اندازه ي يک بانک حافظه را تعريف مي نمايد. بنابراين يک پردازنده با باس داده ي 32 بيتي (همانند 486)در آن واحد امکان خواندن و نوشتن روي 32 بيت از سلول حافظه را دارد. در حاليکه پردازنده هايي با باس داده ي 64 بيتي (اغلب پردازنده هاي فعلي) در آن واحد امکان خواندن يا نوشتن روي 64 سلول حافظه را خواهند داشت. در سيستم هاي کلاس 486، به دليل استفاده از ماژول هاي حافظه ي SIMM، که تنها 32 بيت عرض دارند، امکان نصب يک ماژول روي مادربرد وجود داشت. هنگام استفاده از سيستم هاي کلاس پنتيوم 64 بيت، اين ماژول ها مي بايست به صورت مزدوج نصب گردند. بنابراين آن ها معمولاً به صورت منفرد نصب مي گردند مگر اينکه سيستم براي حافظه ي دو کاناله طراحي يا پيکربندي گردد. حافظه ي دو کاناله، به طور همزمان دو بانک حافظه را مي خواند و يا داده ها را روي آن ثبت مي کند و بنابراين از دو ماژول DIMM مي بايست روي اين سيستم استفاده گردد.
مثال بزرگراه در بخش باس داده ها را مي توان به منظور نشان دادن چگونگي عملکرد باس آدرس نيز مورد استفاده قرار داد. اگر باس داده را بعنوان بزرگراه و اندازه ي باس داده را معادل با تعداد لاين هاي بزرگراه تصور کنيم، باس آدرس، به آدرس خيابان يا شماره پلاک منازل تشبيه مي گردد. اندازه ي باس آدرس معادل با تعداد ارقام در پلاک هاي مورد استفاده براي منازل مي باشد. براي مثال اگر شما در خياباني زندگي مي کنيد که فضاي آدرس آن به اعداد دو رقمي (در پايه ي 10) محدود مي گردد، امکان وجود بيش از 100 پلاک در داخل اين خيابان وجود نخواهد داشت ( 10 به توان 2). اگر يک رقم به فضاي آدرس اضافه کنيد، تعداد آدرس هاي ممکن به 1000 پلاک (10 به توان 3) افزايش مي يابد. کامپيوترها از سيستم شماره گذاري باينري (مبناي 2) استفاده مي کنند. بنابراين يک شماره ي 2 رقمي، تنها 4 آدرس منحصر به فرد (2 به توان 2) را تأمين مي نمايد. يک شماره ي 3 رقمي، امکان ارائه ي 8 آدرس (2 به توان3 ) را فراهم مي کند. براي مثال پردازنده هاي 6808 و 8808، از باس آدرس 20 بيتي استفاده مي نموده اند که حداکثر فضاي آدرس 1 مگابايت (2 به توان 20) را فراهم مي نمود.
باس داده و باس آدرس، مستقل از يکديگر بوده و طراحان تراشه مي توانند از اندازه هاي مختلف براي هر يک از آن ها استفاده نمايند. اگر چه تراشه هايي با باس داده ي بزرگتر، داراي باس آدرس بزرگتري مي باشند. اندازه هاي باس مي تواند اطلاعات مهمي را در مورد توان نسبي تراشه ارائه نمايد. (به دو روش مهم).
اندازه ي باس داده، شاخصي از قابليت انتقال اطلاعات و اندازه ي باس آدرس، مبين مقدار حافظه اي است که تراشه مي تواند کنترل نمايد.
پنتيوم مثالي از اين نوع طراحي است. همه ي پردازنده هاي پنتيوم داراي يک باس داده ي 64 بيتي و رجيسترهاي 32 بيتي هستند. براي فهم دقيق اين طراحي خاص مي بايست به اين نکته توجه داشته باشيم که پردازنده ي پنتيوم براي پردازش اطلاعات، داراي دو خط لوله ي 32 بيتي داخلي است. در واقع پنتيوم همانند دو تراشه ي 32 بيتي در غالب تراشه عمل مي کند باس داده ي 64 بيتي براي تأمين داده هاي اين دو خط لوله ي 31 بيتي در آن واحد مورد استفاده قرار مي گيرد. استفاده از چندين خط لوله در معماري ريزپردازنده، معماري سوپراسکالر نام دارد که با عرضه ي پردازنده ي پنتيوم، معرفي گرديد.
سه مود اصلي عملکرد پردازنده همراه با مودهاي فرعي مرتبط با آن ها عبارتند از:
Real-mode (نرم افزار 16 بيتي)
مود IA-32
مود حفاظت شده (نرم افزار 32 بيتي)
مود virtual real mode (برنامه هاي 16 بيتي در يک محيط 32 بيتي)
مود 64 بيتي IA-32e (معروف به AMD46):
مود 64 بيتي (نرم افزار 64 بيتي)
مود Compatibility (نرم افزار 32 بيتي)
با آگاهي از اين واقعيت که سيستم هاي عامل و نرم افزارهاي جديدي که مي بايست از اين مود حفاظت شده ي 32 بيتي بهره گيري نمايند به مقداري زمان براي توسعه و عرضه نياز خواهند داشت، شرکت اينتل يک سازگاري رو به عقب را با تعبيه ي Real-mode در 386 پيش بيني نمود. اين قابليت امکان داد تا سيستم هاي عامل و نرم افزارهاي اصلاح نشده ي 16 بيتي بتوانند از طريق اين پردازنده اجرا گردند. اين پردازنده سيستم هاي عامل 16 بيتي را خيلي سريع تر اجرا مي نمود. براي اغلب مردم همين قدر کافي بود. آن ها لزوما نمي خواستند که از هيچ نرم افزار 32 بيتي جديدي استفاده نمايند، آنها فقط مايل بودند تا نرم افزار 16 بيتي موجود آن ها سريع تر اجرا گردند. متاسفانه اين بدان معناست که هرگز از اين مود حفاظت شده ي 32 بيتي استفاده نگرديد و از ويژگي و قابليت هاي آن بالاجبار صرف نظر گرديد. هنگامي که يک پردازنده ي پرقدرت تر همانند پنتيوم 4 از Real-made استفاده مي کند، مثل يک سيستم توربو 8808 عمل خواهد نمود.
سرعت ساعت يک سيستم کامپيوتري بر حسب فرکانس آن اندازه گيري مي گردد و معمولاً بر حسب واحد هرتز يا تعداد سيکل بر ثانيه بيان مي گردد. يک نوسان ساز کريستالي سرعت ساعت پردازنده را با استفاده از يک باريکه ي کوارتز کنترل مي نمايد. سيستم هاي جديدتر، داراي مدارات نوسان ساز در چيپ ست مادربرد مي باشند، بنابراين اين عنصر روي مادربردهاي جديدتر به وضوح ديده نمي شود. هر گاه به اين تراشه ي کوارتز، يک ولتاژ اعمال گردد شروع به نوسان نموده و فرکانس نوسان آن، وابسته به شکل و اندازه ي کريستال مي باشد. نوسانات از داخل کريستال، به صورت يک جريان الکتريکي متغير با فرکانس هارمونيک کريستال خارج مي گردند. اين جريان متغير، سيگنال ساعت تراشه مي باشد که مبناي زماني عملکرد کامپيوتر محسوب مي گردد. يک سيستم کامپيوتري متعارف ميليون ها و ميليارد ها سيکل بر ثانيه را اجرا مي نمايد و بنابراين سرعت آن بر حسب مگاهرتز يا گيگاهرتز اندازه گيري مي شود.
يک سيکل واحد جريان الکتريکي نوسان ساز تراشه، کوچکترين عنصر زماني براي اين پردازنده محسوب مي شود. هر عمل اجرايي در پردازنده حداقل به يک سيکل و معمولاً به چندين سيکل نوسان ساعت نيازمند مي باشد. براي انتقال داده ها به و از حافظه، به عنوان مثال يک پردازنده ي مدرن همانند پنتيوم 4، به حداقل سه سيکل نوسان ساعت براي اولين انتقال از حافظه و صرفاً يک سيکل ساعت به ازاي هر انتقال (براي 3 تا 6 انتقال متوالي به حافظه) نياز دارد. سيکل هاي اضافي روي اولين انتقال معمولاً حالت هاي انتظار ناميده مي شوند. يک حالت انتظار، يک تيک ساعت مي باشد که در آن هيچ چيز رخ نمي دهد. اين امر تضمين مي نمايد که پردازنده اطلاعاتي را از بقيه ي کامپيوتر دريافت ننموده و يا به آن انتقال نميدهد.
زمان مورد نياز براي اجراي دستورالعمل ها نيز متغير است:
8086، 8088: پردازنده هاي اورجينال 8086 و 8088، براي اجراي يک دستورالعمل واحد، به 12 سيکل ساعت نياز داشتند.
286 و 386: پردازنده هاي 286 و 386 به ازاي هر دستورالعمل، به 4/5 سيکل ساعت نياز داشتند.
486: پردازنده هاي 486 و سازگار با آن از ساير شرکت هاي سازنده ي ريزپردازنده همانند AMD، براي اجراي هر دستورالعمل به دو سيکل ساعت نياز دارند.
پردازنده ي پنتيوم و سري K6 از شرکت AMD: معماري پنتيوم و ساير پردازنده هاي سازگار با اينتل (نسل پنجم) داراي دو خط لوله دستورالعمل هستند و به ازاي هر سيکل ساعت، يک يا دو دستورالعمل را اجرا مي کنند.
P6/P7 و پس از آن: پردازنده هاي نسل ششم و هفتم و پس از آن قادرند بيش از سه دستورالعمل در هر سيکل ساعت به انجام رسانند. که در مورد پردازنده هاي چند هسته اي اين تعداد در مورد هر هسته ي پردازنده صادق است.
زمان هاي متفاوت اجراي دستورالعمل (بر حسب هرتز)، مقايسه ي سيستم ها را صرفا مبتني بر سرعت ساعت تراشه مشکل مي نمايد. چگونه مي توان دو پردازنده را که با فرکانس ساعت يکسان داراي عملکردي متفاوت هستند را با يکديگر مقايسه نمود؟ جواب آن ساده است: راندمان
دليل اصلي که پردازنده ي 486 نسبت به 386 سريع تر تلقي مي شود آن است که در همان تعداد سيکل ساعت، دستورالعمل هايي به ميزان دو برابر را اجرا مي نمايد. همين امر در مورد پنتيوم نيز صادق است. اين پردازنده مي تواند نسبت به 486، تا دو برابر دستورالعمل بيشتري را اجرا نمايد.
پردازنده هاي پنتوم II و III، حدود 50 درصد سريع تر از يک پردازنده ي پنتيوم معادل در يک فرکانس ساعت معين هستند زيرا آن ها مي توانند دستورالعمل هاي بيشتري را در همان تعداد سيکل ساعت اجرا نمايند.
متاسفانه بعد از معرفي پنتيوم III، مقايسه ي پردازنده ها صرفاً بر حسب سرعت ساعت، بسيار مشکل تر گرديد. زيرا معماري هاي داخلي متفاوت در داخل پردازنده هاي مختلف، راندمان هاي متفاوتي را در آن ها ايجاد نمود اما اين تفاوت هاي راندمان باعث مي گردد که مدار قادر به اجراي حداکثر سرعت هاي متفاوتي باشد. هر چه راندمان مدار پايين تر باشد سرعت ساعت بالاتري حاصل مي گردد و بالعکس.
ارزيابي عملکرد CPU مي تواند تا حدودي گمراه کننده باشد. CPUهايي با معماري هاي داخلي متفاوت از برخي جنبه ها سريع تر و از جنبه هاي ديگر ممکن است کندتر عمل نمايد. براي يک مقايسه ي مناسب بين CPUهاي گوناگون در سرعت هاي ساعت متفاوت، شرکت اينتل از يک مجموعه ي خاصي از بنج مارک ها به نام iCOMP (شاخص عملکر نسبي ريزپردازنده هاي اينتل) استفاده مي نمايد که بعنوان يک سنجش عملکرد پردازنده مي تواند مورد استفاده قرار گيرد. شاخص iCOMP تا کنون دو بار مورد بازبيني قرار گرفته و اکنون سه نسخه ي iCOMP3.0، iCOMP، i COMP2.0 موجود مي باشد.
شاخص iCOMP0.2 از چندين بنچ مارک مختلف اقتباس گرديده و شاخص پايداري براي عملکرد نسبي پردازنده محسوب مي گردد. اين بنچ مارک ها توازني بين عملکرد محاسبات عدد صحيح با مميز شناور و مولتي مديا ايجاد مي نمايد. هنگامي که شرکت اينتل پردازنده ي پنتيوم III را معرفي نمود، شاخص iCOMP0.2 را کنار گذاشته و شاخص iCOMP0.3 را معرفي نمود. iCOMP0.3 يک بنچ مارک روزآمد شده مي باشد که استفاده از نرم افزارهاي سه بعدي، مولتي مديا و نرم افزار و تکنولوژي اينترنت را به همراه جريان هاي داده اي غني و نرم افزارهاي پرقدرت کامپيوتري در آن تعبيه نموده است. در حقيقت iCOMP0.3، شش بنچ مارک را به شرح ذيل با يکديگر ترکيب نموده است:
Winune98 Advanced CPU Integer test
CPUmark99
3D WinBench 99 3D Lighting and transformation
Test
Multimedia Mark 99
Jmark 2.0 Processor Test
WinBench 99-FPU WinMark
اين بنچ مارک هاي جديدتر از دستورالعمل هاي SSE، دستورالعمل هاي اضافي گرافيکي و صوتي موجود در پنتيوم III بهره گيري مي نمودند. بدون بهره گيري از اين دستورالعمل هاي جديد، فرکانس پردازنده ي پنتيوم III با سرعت پنتيوم II يکسان مي گرديد.
دو شرکت اينتل و AMD اخيراً جديدترين پردازنده هاي خود را با استفاده از مجموعه بنچ مارک هاي BAPCO SYSmark اندازه گيري مي کنند.
BAPCO SYSmark، به لحاظ تجاري در دسترس بوده و معيار آن ها يک کاربر تجاري است که از نرم افزارهاي مدرن اينترنت و نرم افزارهاي آفيس از شرکت مايکروسافت بهره گيري مي نمايد. البته توجه به اين نکته مهم است که نمره هاي ارائه شده در اين جداول با سيستم هاي کامل ايجاد شده و تحت تأثير عواملي همچون نسخه ي خاص پردازنده، مادربرد، چيپ ست مورد استفاده، مقدار و نوع حافظه ي نصب شده، سرعت عملکرد ديسک سخت و فاکتورهاي ديگر مي باشد.
تا اواخر سال 1999، چيپ ست ها با مادربردهاي با فرکانس هاي 133 مگاهرتز معرفي گرديد که از پردازنده هاي جديدتر پنتيوم III پشتيباني مي نمودند در آن زمان مادربردها و چيپ ست هاي آتلون، داراي فرکانس ساعت 100 مگاهرتز بودند که از يک تکنيک انتقال دو برابر، براي يک نرخ انتقال داده ي مؤثر 200 مگاهرتز بين پردازنده ي آتلون و تراشه ي پل شمالي استفاده مي نمود.
در سال 2000 و 2001، سرعت هاي باس پردازنده براي آتلون به 266 مگاهرتز و براي پنتيوم 4 به 400 تا 533 مگاهرتز ارتقاء يافت. در سال 2002، پردازنده هاي آتلون XP از سرعت باس پردازنده ي 533 مگاهرتز پشتيباني نمودند. در سال 2003، شرکت اينتل اولين پردازنده ي پنتيوم 4 را معرفي نمود که از سرعت باس پردازنده ي 800 مگاهرتزي پشتيباني مي نمود. شما مي توانيد سرعت مادربرد و multiplier را از طريق جامپرها يا مکانيزم هاي پيکره بندي ديگر (همانند BIOS) روي مادربرد تنظيم نماييد. سيستم هاي مدرن از يک مدار سينتي سايزر با فرکانس متغير (که معمولاً روي چيپ ست اصلي مادربرد يافت مي شود) براي کنترل سرعت مادربرد و CPU استفاده نماييد. اغلب مادربردهاي پنتيوم داراي 3 تا 4 تنظيم سرعت مي باشند. پردازنده هاي امروزي در طيفي از فرکانس هاي مختلف، مبتني بر سرعت يک مادربرد معين موجود مي باشند. براي مثال اغلب تراشه هاي پنتيوم در سرعتي اجرا مي شوند که مضربي از سرعت مادربرد مي باشد.
در صورتي که همه ي متغيرهاي ديگر از قبيل نوع پردازنده، تعداد حالت هاي انتظار افزوده شده به انواع مختلف دسترسي هاي حافظه و عرض باس داده با يکديگر يکسان باشد شما مي توانيد دو سيستم را از طريق سرعت ساعت نسبي آنها با يکديگر مقايسه کنيد. اگر چه ساختمان و طرح کنترلر حافظه ي موجود در چيپ ست مادربرد و نوع و مقدار حافظه ي نصب شده مي تواند تأثير شگرفي روي سرعت اجراي نهايي سيستم داشته باشد.
در ساختن يک پردازنده، سازنده آن را در سرعت ها، دماها و فشارهاي گوناگون تست مي نمايد. پس از انجام تست روي پردازنده، مهري روي پردازنده حک مي شود که مبين حداکثر سرعت ايمن پردازنده در شرايط گوناگون فشار و دما مي باشد.
تست هاي اجرايي AMD نشان مي دهند که پردازنده ي آتلون 1.8 گيگاهرتزي داراي سطح عملکرد يکساني با تراشه ي پنتيوم 4 با فرکانس 2.2 گيگاهرتز مي باشد بنابراين AMD اين تراشه را با مارک XP 2200+Athlon نشان ميدهد و عدد +2200 را بعنوان يک شاخص عملکرد نسبت به مگاهرتز پنتيوم 4 بيان مي دارد. اين روش شماره گذاري که در آنجا فرکانس اختصاص يافته به تراشه بيانگر رابطه ي نسبي با سرعت پردازنده ي نوع ديگر مي باشد، قبلاً با موفقيت محدودي روبه رو شد. در برخي موارد اين روش تأثير منفي روي اذهان مشتريان گذاشت چرا که آن ها هنگامي که دريافتند سرعت واقعي تراشه ها کمتر از مقدار معرفي شده مي باشد احساس نمودند که مقبون شده اند.
بعنوان يک مثال تشبيهي مي توان گفت که روش شماره گذاري AMD روي تراشه ها همانند استفاده از فاکتور Wind chill مي باشد که اغلب هواشناسان در هنگام زمستان مورد استفاده قرار مي دهند. ضمن ارائه ي دماي واقعي هوا، از فاکتور چايش باد براي تخمين درجه ي احساس سرد بودن هوا استفاده مي گردد.
شماره هاي مدل شرکت AMD همانند اين فاکتور سرعت مي باشد که نشان مي دهد که اين پردازنده در مقايسه با يک پردازنده ي پنتيوم 4 چقدر سريع تر عمل مي کند. با وجود هم فرکانس بودن دو تراشه، چگونه يکي از ديگري سريع تر اجرا مي شود؟ يک پردازنده ي آتلون XP از شرکت AMD با فرکانس ساعت واقعي 2 گيگاهرتز، به طور قابل توجهي سريع تر از يک پردازنده ي پنتيوم 4 با فرکانس 2.4 گيگاهرتز مي باشد. از اين رو AMD اين مدل از آتلون XP را با مارک +2400 نشان مي دهد. اين تمايز آشکار در عملکرد به اين دليل است که پنتيوم 4 از يک معماري متفاوت استفاده مي نمايد که در آن از يک خط لوله ي دستورالعمل عميق تر با تعداد مراحل بيشتر استفاده شده است. پنتيوم 4 داراي يک خط لوله ي 20 مرحله ايست که با يک خط لوله ي 10 مرحله اي در آتلون مقايسه مي گردد.
يک خط لوله ي عميق تر، به طور مؤثرتر دستورالعملها را به ريزدستور العمل هاي کوچکتري تجزيه نموده و در مجموع امکان دستيابي به فرکانس ساعت بالاتر با تکنولوژي سيليکوني يکسان را فراهم مي نمايد. اگر چه اين امر همچنين بدان معناست که دستورالعملهاي کمتري در مجموع مي تواند در يک سيکل واحد ساعت در مقايسه با آتلون اجرا گردد. زيرا اگر يک پيش بيني انشعاب يا اجراي مبتني بر گمانه زني در داخل پردازنده دچار شکست شود (که اين امر در داخل پردازنده هنگام تلاش براي رديف نمودن دستورالعمل ها مکرراً رخ مي دهد) کل خط لوله مي بايست خالي شده و مجدداً پر گردد. بدينگونه اگر شما يک پردازنده ي آتلون را با يک پردازنده ي پنتيوم III با يک پردازنده ي پنتيوم 4 که همگي داراي سرعت ساعت يکساني مي باشند مقايسه نماييد، آتلون و پنتيوم III از پردازنده ي پنتيوم 4 جلو خواهند افتاد زيرا آن ها در تعداد سيکل ساعت يکسان، دستورالمعل هاي بيشتري را اجرا مي کنند.
اگر چه در نگاه اول ممکن است اين امر براي پنتيوم 4 يک نقص به حساب آيد، اما اين امر حقيقت ندارد. در واقع اين بخشي از طراحي پنتيوم 4 مي باشد. دليل اينتل براي اين امر آن است که حتي اگر خط لوله ي عميق تر باعث گردد که در مجموع 30 درصد راندمان پردازنده در اجراي دستورالمعل ها کاهش يابد در عوض حداقل 50 درصد سرعت ساعت پردازنده ي پنتيوم 4 بالاتر از آتلون و پنتيوم III با خط لوله هاي کوتاه تر خواهد بود. خط لوله ي عميق تر 20 تا 31 مرحله اي در معماري پنتيوم 4 امکان دستيابي به سرعت هاي ساعت خيلي بالاتري را با استفاده از تکنولوژي ساخت سيليکوني يکسان فراهم مي نمايد. بعنوان مثال، آتلون XP و پنتيوم 4 اصولاً با استفاده از تکنولوژي ساخت 0.18 ميکرون توليد شده اند. خط لوله ي 20 مرحله اي پنتيوم 4 امکان مي دهد تا پروسه ي ساخت 0.18 ميکرون منجر به توليد تراشه هايي با فرکانس 2 گيگاهرتز گردد در حاليکه همين پروسه در آتلون XP با خط لوله ي 10 مرحله اي به فرکانس 1.37 گيگاهرتز منجر مي گردد و در تراشه ي پنتيوم III با خط لوله ي 10 مرحله اي، فرکانس 1.31 گيگاهرتز حاصل مي شود. با استفاده از پروسه ي جديدتر 0.13 ميکرون، پنتيوم 4 به فرکانسي بالاتر از 3.4 گيگاهرتز (مدل+3200) منجر گرديده است. حتي اگر پنتيوم 4، دستورالعمل هاي کمتري را در هر سيکل اجرا نمايد در مجموع سرعت سيکل زدن بالاتري را بدست مي آورد. بنابراين در آخرين محصولات آتلون XP و پنتيوم 4، سرعت کلاک بالاتر در مقايسه با پردازش دستور العمل موثرتر اثر يکديگر را خنثي مي کنند.
بسياري از سيستم ها سرعت ساعت پردازنده را در طي زمان راه اندازي اوليه ي سيستم نشان مي دهد. ويندوز XP همچنين، سرعت ساعت CPU را روي General Tab صفحه ي Sistem properties نشان مي دهد. شرکت AMD ترجيح مي دهد که سيستم ها سرعت پردازنده را مستقيماً نشان ندهند. در حقيقت شرکت AMD استفاده از مادربردهاي آتلون XP که سرعت ساعت واقعي پردازنده را نمايش مي دهند توصيه ننموده و تاييد نمي کند.
يک چيز در همه ي اين مفاهيم گمراه کننده واضح مي باشد: مگاهرتز يا گيگاهرتز خام، هميشه روش خوبي براي مقايسه ي تراشه ها نمي باشد و توليد اعداد شبه مگاهرتز فقط سبب سردرگمي بيشتر کاربران مي گردد. حتي شرکت اينتل نيز اخيراً از روش شماره گذاري مبتني بر سرعت ساعت پردازنده دوري مي نمايد. در حال حاضر هنوز شرکت اينتل از سرعت ساعت تراشه در نامگذاري آن استفاده مي نمايد اما در مدل جديد پردازنده هاي پنتيوم 4 علاوه بر فرکانس از يک شماره ي مدل جديد استفاده مي نمايد که تفاوت نسبي بين آن ها را نشان مي دهد. اين تفاوت نسبي نه تنها مبتني بر سرعت ساعت مي باشد بلکه همچنين تفاوت هاي ديگر موجود در معماري پردازنده را مد نظر قرار مي دهد.
شما ممکن است با مشکلاتي در افزايش سرعت باس مادربرد نيز مواجه شويد. اغلب مادربردهاي قديمي تر اينتل براي مثال از سرعت هاي ساعت غير از 66 مگاهرتز، 100 مگاهرتز، 133 مگاهرتز، 400 مگاهرتز، 533 مگاهرتز يا 800 مگاهرتز پشتيباني نمي کند. مادربردهاي جديدتر اينتل داراي يک ويژگي burn-in داخلي مي باشد که امکان مي دهد شما سرعت باس پيش فرض پردازنده را (همچنين سرعت هسته ي پردازنده) تا 4 درصد افزايش دهيد. اين کار به آساني با اغلب تراشه هايي که موجود مي باشد قابل انجام است. اغلب مارک هاي ديگر مادربردها امکان تغيير سرعت هاي باس با مقادير بالاتر را نيز فراهم مي کند.
حتي اگر شما بتوانيد پردازنده را در پذيرش يک تنظيم Multiplier متفاوت فريب دهيد، پرش از 66 مگاهرتز به 100 مگاهرتز يا از 100 مگاهرتز به 133 مگاهرتز گام بزرگي محسوب مي شود و بسياري از پردازنده ها در يک چنين پرش بزرگي به طور قابل اعتماد عمل نمي کنند.
مادربردي که از تنظيمات سرعت متوسط پشتيباني مي کند و امکان مي دهد تا اين تنظيمات در پله هاي کوچکتري افزايش يابند براي انجام Overclocking مناسب تر است زيرا يک تراشه ي معين تا درصد معيني امکان Overclocking را دارد هر چه تعداد پله ها بيشتر باشد احتمال نزديک شدن به حداکثر سرعت تراشه بيشتر خواهد بود.
يک موضوع هنگام افزايش سرعت باس CPU آن است که باس هاي ديگر در سيستم نوعا به طور مشابه تحت تاثير قرار مي گيرند. بدين گونه اگر شما سرعت باس CPU را تا 10 درصد افزايش دهيد مي توانيد همچنين باس PCI يا APG را نيز به همين مقدار افزايش دهيد.
توصيه مي شود که هنگام تغيير ولتاز، دقت زيادي صرف کنيد زيرا ممکن است با اين روش به تراشه آسيب فراواني وارد نماييد. حتي بدون تغيير ولتاژ، Overclocking با يک سرعت باس قابل تنظيم خيلي آسان و سرراست مي باشد. حتما از مادربردهاي با کيفيت بالا، حافظه ي خوب و شاسي سيستم مناسب با فن هاي خنک کننده ي اضافي و يک منبع تغذيه با کيفيت بالا استفاده نماييد.
منبع:ماهنامه ي کامپيوتري بزرگراه رايانه، شماره ي 134
پردازنده ها را مي توان از طريق دو پارامتر اصلي شناسايي نمود:
عرض باس
سرعت پردازنده
سرعت پردازنده يک مفهوم نسبتاً ساده بوده و بر حسب مگاهرتز و گيگاهرتز (پردازنده هاي فعلي) اندازه گيري مي شود و هر چه اين عدد بيشتر باشد، پردازنده، پيشرفته است. عرض باس، مفهومي پيچيده تر است و به سه حوزه ي ذيل تقسيم مي گردد:
باس داده ها (که از آن بعنوان FSB نيز ياد مي شود)
باس آدرس
رجيسترهاي داخلي
توجه داشته باشيد که باس داده ي پردازنده، داراي نام هاي ديگر باس جلويي (FSB)، باس پردازنده (PSB) يا فقط باس CPU مي باشد. همه ي اين اصطلاحات به باسي منصوب مي گردد که بين CPU و تراشه ي اصلي چيپ ست (پل شمالي يا MCH) قرار دارد. شرکت اينتل از ترمينولوژي FSB يا PSB استفاده مي نمايد در حاليکه شرکت AMD صرفاً از اصطلاح FSB استفاده مي کند. شايد بهتر باشد که صرفا از اصطلاح باس CPU در بحث هاي خود استفاده نماييم.
تعداد بيت هايي که يک پردازنده مبتني بر آن طراحي مي گردد، مي تواند کمي گمراه کننده باشد. همه ي پردازنده هاي مدرن داراي باس داده ي 64 بيتي هستند و البته اين به معناي آن نيست که آن ها به عنوان پردازنده هاي 64 بيتي طبقه بندي مي گردند. پردازنده هايي همانند پنتيوم 4 و آتلون XP، پردازنده هاي 32 بيتي هستند زيرا عرض رجسيترهاي داخلي آن ها 32 بيت مي باشد. اگر چه باس داده ي آنها داراي عرض 64 بيت و باس آدرسشان، 36 بيت پهنا دارد. پردازنده ها از سري Core2 اينتل و آتلون 64 شرکت AMD، 64 بيتي هستند زيرا رجسيترهاي آنها، 64 بيت پهنا دارند.
باس داده ها
يک روش خوب براي فهم اين جريان اطلاعات، تصور يک بزرگراه و ترافيکي است که اين بزرگراه مي تواند تحمل کند. اگر اين بزرگراه داراي يک لاين در هر جهت باشد، در آن واحد فقط يک اتومبيل مي تواند در هر جهت، از يک نقطه ي معين عبور کند. در صورتي که بخواهيد جريان ترافيک را افزايش دهيد مي توانيد لاين ديگري را به اين بزرگراه اضافه نماييد به طوري که در يک زمان معين حجم ترافيک انتقالي، به دو برابر افزايش يابد. يک تراشه ي 8 بيتي را مي توان به عنوان يک بزرگراه داراي يک لاين تصور نمود زيرا در آن واحد امکان انتقال يک بايت داده وجود دارد. تراشه هاي 16بيتي با امکان انتقال دو بايت داده در آن واحد، همانند يک بزرگراه داراي دو لاين عمل مي نمايد. مي توان بزرگراهي با چهار لاين در هر جهت را تصور نمود که تعداد بيشتري اتومبيل را مي تواند ساپورت کند. اين ساختار به يک باس داده ي 32 بيتي مرتبط مي گردد که داراي قابليت انتقال 4 بايت اطلاعات در آن واحد مي باشد. به همين ترتيب يک باس داده ي 64 بيتي، همانند داشتن يک بزرگراه 8 بايتي مي باشد که مي تواند حجم بيشتري از داده ها را در يک زمان معين به داخل و خارج تراشه منتقل نمايد.
عرض باس داده، اندازه ي يک بانک حافظه را تعريف مي نمايد. بنابراين يک پردازنده با باس داده ي 32 بيتي (همانند 486)در آن واحد امکان خواندن و نوشتن روي 32 بيت از سلول حافظه را دارد. در حاليکه پردازنده هايي با باس داده ي 64 بيتي (اغلب پردازنده هاي فعلي) در آن واحد امکان خواندن يا نوشتن روي 64 سلول حافظه را خواهند داشت. در سيستم هاي کلاس 486، به دليل استفاده از ماژول هاي حافظه ي SIMM، که تنها 32 بيت عرض دارند، امکان نصب يک ماژول روي مادربرد وجود داشت. هنگام استفاده از سيستم هاي کلاس پنتيوم 64 بيت، اين ماژول ها مي بايست به صورت مزدوج نصب گردند. بنابراين آن ها معمولاً به صورت منفرد نصب مي گردند مگر اينکه سيستم براي حافظه ي دو کاناله طراحي يا پيکربندي گردد. حافظه ي دو کاناله، به طور همزمان دو بانک حافظه را مي خواند و يا داده ها را روي آن ثبت مي کند و بنابراين از دو ماژول DIMM مي بايست روي اين سيستم استفاده گردد.
باس آدرس
مثال بزرگراه در بخش باس داده ها را مي توان به منظور نشان دادن چگونگي عملکرد باس آدرس نيز مورد استفاده قرار داد. اگر باس داده را بعنوان بزرگراه و اندازه ي باس داده را معادل با تعداد لاين هاي بزرگراه تصور کنيم، باس آدرس، به آدرس خيابان يا شماره پلاک منازل تشبيه مي گردد. اندازه ي باس آدرس معادل با تعداد ارقام در پلاک هاي مورد استفاده براي منازل مي باشد. براي مثال اگر شما در خياباني زندگي مي کنيد که فضاي آدرس آن به اعداد دو رقمي (در پايه ي 10) محدود مي گردد، امکان وجود بيش از 100 پلاک در داخل اين خيابان وجود نخواهد داشت ( 10 به توان 2). اگر يک رقم به فضاي آدرس اضافه کنيد، تعداد آدرس هاي ممکن به 1000 پلاک (10 به توان 3) افزايش مي يابد. کامپيوترها از سيستم شماره گذاري باينري (مبناي 2) استفاده مي کنند. بنابراين يک شماره ي 2 رقمي، تنها 4 آدرس منحصر به فرد (2 به توان 2) را تأمين مي نمايد. يک شماره ي 3 رقمي، امکان ارائه ي 8 آدرس (2 به توان3 ) را فراهم مي کند. براي مثال پردازنده هاي 6808 و 8808، از باس آدرس 20 بيتي استفاده مي نموده اند که حداکثر فضاي آدرس 1 مگابايت (2 به توان 20) را فراهم مي نمود.
باس داده و باس آدرس، مستقل از يکديگر بوده و طراحان تراشه مي توانند از اندازه هاي مختلف براي هر يک از آن ها استفاده نمايند. اگر چه تراشه هايي با باس داده ي بزرگتر، داراي باس آدرس بزرگتري مي باشند. اندازه هاي باس مي تواند اطلاعات مهمي را در مورد توان نسبي تراشه ارائه نمايد. (به دو روش مهم).
اندازه ي باس داده، شاخصي از قابليت انتقال اطلاعات و اندازه ي باس آدرس، مبين مقدار حافظه اي است که تراشه مي تواند کنترل نمايد.
رجيسترهاي داخلي (باس داده ي داخلي)
پنتيوم مثالي از اين نوع طراحي است. همه ي پردازنده هاي پنتيوم داراي يک باس داده ي 64 بيتي و رجيسترهاي 32 بيتي هستند. براي فهم دقيق اين طراحي خاص مي بايست به اين نکته توجه داشته باشيم که پردازنده ي پنتيوم براي پردازش اطلاعات، داراي دو خط لوله ي 32 بيتي داخلي است. در واقع پنتيوم همانند دو تراشه ي 32 بيتي در غالب تراشه عمل مي کند باس داده ي 64 بيتي براي تأمين داده هاي اين دو خط لوله ي 31 بيتي در آن واحد مورد استفاده قرار مي گيرد. استفاده از چندين خط لوله در معماري ريزپردازنده، معماري سوپراسکالر نام دارد که با عرضه ي پردازنده ي پنتيوم، معرفي گرديد.
مودهاي پردازنده
سه مود اصلي عملکرد پردازنده همراه با مودهاي فرعي مرتبط با آن ها عبارتند از:
Real-mode (نرم افزار 16 بيتي)
مود IA-32
مود حفاظت شده (نرم افزار 32 بيتي)
مود virtual real mode (برنامه هاي 16 بيتي در يک محيط 32 بيتي)
مود 64 بيتي IA-32e (معروف به AMD46):
مود 64 بيتي (نرم افزار 64 بيتي)
مود Compatibility (نرم افزار 32 بيتي)
Real-mode
مود 32 (IA-32 بيتي)
با آگاهي از اين واقعيت که سيستم هاي عامل و نرم افزارهاي جديدي که مي بايست از اين مود حفاظت شده ي 32 بيتي بهره گيري نمايند به مقداري زمان براي توسعه و عرضه نياز خواهند داشت، شرکت اينتل يک سازگاري رو به عقب را با تعبيه ي Real-mode در 386 پيش بيني نمود. اين قابليت امکان داد تا سيستم هاي عامل و نرم افزارهاي اصلاح نشده ي 16 بيتي بتوانند از طريق اين پردازنده اجرا گردند. اين پردازنده سيستم هاي عامل 16 بيتي را خيلي سريع تر اجرا مي نمود. براي اغلب مردم همين قدر کافي بود. آن ها لزوما نمي خواستند که از هيچ نرم افزار 32 بيتي جديدي استفاده نمايند، آنها فقط مايل بودند تا نرم افزار 16 بيتي موجود آن ها سريع تر اجرا گردند. متاسفانه اين بدان معناست که هرگز از اين مود حفاظت شده ي 32 بيتي استفاده نگرديد و از ويژگي و قابليت هاي آن بالاجبار صرف نظر گرديد. هنگامي که يک پردازنده ي پرقدرت تر همانند پنتيوم 4 از Real-made استفاده مي کند، مثل يک سيستم توربو 8808 عمل خواهد نمود.
مقايسه ي قدرت عملکرد پردازنده
سرعت ساعت يک سيستم کامپيوتري بر حسب فرکانس آن اندازه گيري مي گردد و معمولاً بر حسب واحد هرتز يا تعداد سيکل بر ثانيه بيان مي گردد. يک نوسان ساز کريستالي سرعت ساعت پردازنده را با استفاده از يک باريکه ي کوارتز کنترل مي نمايد. سيستم هاي جديدتر، داراي مدارات نوسان ساز در چيپ ست مادربرد مي باشند، بنابراين اين عنصر روي مادربردهاي جديدتر به وضوح ديده نمي شود. هر گاه به اين تراشه ي کوارتز، يک ولتاژ اعمال گردد شروع به نوسان نموده و فرکانس نوسان آن، وابسته به شکل و اندازه ي کريستال مي باشد. نوسانات از داخل کريستال، به صورت يک جريان الکتريکي متغير با فرکانس هارمونيک کريستال خارج مي گردند. اين جريان متغير، سيگنال ساعت تراشه مي باشد که مبناي زماني عملکرد کامپيوتر محسوب مي گردد. يک سيستم کامپيوتري متعارف ميليون ها و ميليارد ها سيکل بر ثانيه را اجرا مي نمايد و بنابراين سرعت آن بر حسب مگاهرتز يا گيگاهرتز اندازه گيري مي شود.
يک سيکل واحد جريان الکتريکي نوسان ساز تراشه، کوچکترين عنصر زماني براي اين پردازنده محسوب مي شود. هر عمل اجرايي در پردازنده حداقل به يک سيکل و معمولاً به چندين سيکل نوسان ساعت نيازمند مي باشد. براي انتقال داده ها به و از حافظه، به عنوان مثال يک پردازنده ي مدرن همانند پنتيوم 4، به حداقل سه سيکل نوسان ساعت براي اولين انتقال از حافظه و صرفاً يک سيکل ساعت به ازاي هر انتقال (براي 3 تا 6 انتقال متوالي به حافظه) نياز دارد. سيکل هاي اضافي روي اولين انتقال معمولاً حالت هاي انتظار ناميده مي شوند. يک حالت انتظار، يک تيک ساعت مي باشد که در آن هيچ چيز رخ نمي دهد. اين امر تضمين مي نمايد که پردازنده اطلاعاتي را از بقيه ي کامپيوتر دريافت ننموده و يا به آن انتقال نميدهد.
زمان مورد نياز براي اجراي دستورالعمل ها نيز متغير است:
8086، 8088: پردازنده هاي اورجينال 8086 و 8088، براي اجراي يک دستورالعمل واحد، به 12 سيکل ساعت نياز داشتند.
286 و 386: پردازنده هاي 286 و 386 به ازاي هر دستورالعمل، به 4/5 سيکل ساعت نياز داشتند.
486: پردازنده هاي 486 و سازگار با آن از ساير شرکت هاي سازنده ي ريزپردازنده همانند AMD، براي اجراي هر دستورالعمل به دو سيکل ساعت نياز دارند.
پردازنده ي پنتيوم و سري K6 از شرکت AMD: معماري پنتيوم و ساير پردازنده هاي سازگار با اينتل (نسل پنجم) داراي دو خط لوله دستورالعمل هستند و به ازاي هر سيکل ساعت، يک يا دو دستورالعمل را اجرا مي کنند.
P6/P7 و پس از آن: پردازنده هاي نسل ششم و هفتم و پس از آن قادرند بيش از سه دستورالعمل در هر سيکل ساعت به انجام رسانند. که در مورد پردازنده هاي چند هسته اي اين تعداد در مورد هر هسته ي پردازنده صادق است.
زمان هاي متفاوت اجراي دستورالعمل (بر حسب هرتز)، مقايسه ي سيستم ها را صرفا مبتني بر سرعت ساعت تراشه مشکل مي نمايد. چگونه مي توان دو پردازنده را که با فرکانس ساعت يکسان داراي عملکردي متفاوت هستند را با يکديگر مقايسه نمود؟ جواب آن ساده است: راندمان
دليل اصلي که پردازنده ي 486 نسبت به 386 سريع تر تلقي مي شود آن است که در همان تعداد سيکل ساعت، دستورالعمل هايي به ميزان دو برابر را اجرا مي نمايد. همين امر در مورد پنتيوم نيز صادق است. اين پردازنده مي تواند نسبت به 486، تا دو برابر دستورالعمل بيشتري را اجرا نمايد.
پردازنده هاي پنتوم II و III، حدود 50 درصد سريع تر از يک پردازنده ي پنتيوم معادل در يک فرکانس ساعت معين هستند زيرا آن ها مي توانند دستورالعمل هاي بيشتري را در همان تعداد سيکل ساعت اجرا نمايند.
متاسفانه بعد از معرفي پنتيوم III، مقايسه ي پردازنده ها صرفاً بر حسب سرعت ساعت، بسيار مشکل تر گرديد. زيرا معماري هاي داخلي متفاوت در داخل پردازنده هاي مختلف، راندمان هاي متفاوتي را در آن ها ايجاد نمود اما اين تفاوت هاي راندمان باعث مي گردد که مدار قادر به اجراي حداکثر سرعت هاي متفاوتي باشد. هر چه راندمان مدار پايين تر باشد سرعت ساعت بالاتري حاصل مي گردد و بالعکس.
ارزيابي عملکرد CPU مي تواند تا حدودي گمراه کننده باشد. CPUهايي با معماري هاي داخلي متفاوت از برخي جنبه ها سريع تر و از جنبه هاي ديگر ممکن است کندتر عمل نمايد. براي يک مقايسه ي مناسب بين CPUهاي گوناگون در سرعت هاي ساعت متفاوت، شرکت اينتل از يک مجموعه ي خاصي از بنج مارک ها به نام iCOMP (شاخص عملکر نسبي ريزپردازنده هاي اينتل) استفاده مي نمايد که بعنوان يک سنجش عملکرد پردازنده مي تواند مورد استفاده قرار گيرد. شاخص iCOMP تا کنون دو بار مورد بازبيني قرار گرفته و اکنون سه نسخه ي iCOMP3.0، iCOMP، i COMP2.0 موجود مي باشد.
شاخص iCOMP0.2 از چندين بنچ مارک مختلف اقتباس گرديده و شاخص پايداري براي عملکرد نسبي پردازنده محسوب مي گردد. اين بنچ مارک ها توازني بين عملکرد محاسبات عدد صحيح با مميز شناور و مولتي مديا ايجاد مي نمايد. هنگامي که شرکت اينتل پردازنده ي پنتيوم III را معرفي نمود، شاخص iCOMP0.2 را کنار گذاشته و شاخص iCOMP0.3 را معرفي نمود. iCOMP0.3 يک بنچ مارک روزآمد شده مي باشد که استفاده از نرم افزارهاي سه بعدي، مولتي مديا و نرم افزار و تکنولوژي اينترنت را به همراه جريان هاي داده اي غني و نرم افزارهاي پرقدرت کامپيوتري در آن تعبيه نموده است. در حقيقت iCOMP0.3، شش بنچ مارک را به شرح ذيل با يکديگر ترکيب نموده است:
Winune98 Advanced CPU Integer test
CPUmark99
3D WinBench 99 3D Lighting and transformation
Test
Multimedia Mark 99
Jmark 2.0 Processor Test
WinBench 99-FPU WinMark
اين بنچ مارک هاي جديدتر از دستورالعمل هاي SSE، دستورالعمل هاي اضافي گرافيکي و صوتي موجود در پنتيوم III بهره گيري مي نمودند. بدون بهره گيري از اين دستورالعمل هاي جديد، فرکانس پردازنده ي پنتيوم III با سرعت پنتيوم II يکسان مي گرديد.
دو شرکت اينتل و AMD اخيراً جديدترين پردازنده هاي خود را با استفاده از مجموعه بنچ مارک هاي BAPCO SYSmark اندازه گيري مي کنند.
BAPCO SYSmark، به لحاظ تجاري در دسترس بوده و معيار آن ها يک کاربر تجاري است که از نرم افزارهاي مدرن اينترنت و نرم افزارهاي آفيس از شرکت مايکروسافت بهره گيري مي نمايد. البته توجه به اين نکته مهم است که نمره هاي ارائه شده در اين جداول با سيستم هاي کامل ايجاد شده و تحت تأثير عواملي همچون نسخه ي خاص پردازنده، مادربرد، چيپ ست مورد استفاده، مقدار و نوع حافظه ي نصب شده، سرعت عملکرد ديسک سخت و فاکتورهاي ديگر مي باشد.
سرعت هاي پردازنده در مقايسه با سرعت مادربرد
تا اواخر سال 1999، چيپ ست ها با مادربردهاي با فرکانس هاي 133 مگاهرتز معرفي گرديد که از پردازنده هاي جديدتر پنتيوم III پشتيباني مي نمودند در آن زمان مادربردها و چيپ ست هاي آتلون، داراي فرکانس ساعت 100 مگاهرتز بودند که از يک تکنيک انتقال دو برابر، براي يک نرخ انتقال داده ي مؤثر 200 مگاهرتز بين پردازنده ي آتلون و تراشه ي پل شمالي استفاده مي نمود.
در سال 2000 و 2001، سرعت هاي باس پردازنده براي آتلون به 266 مگاهرتز و براي پنتيوم 4 به 400 تا 533 مگاهرتز ارتقاء يافت. در سال 2002، پردازنده هاي آتلون XP از سرعت باس پردازنده ي 533 مگاهرتز پشتيباني نمودند. در سال 2003، شرکت اينتل اولين پردازنده ي پنتيوم 4 را معرفي نمود که از سرعت باس پردازنده ي 800 مگاهرتزي پشتيباني مي نمود. شما مي توانيد سرعت مادربرد و multiplier را از طريق جامپرها يا مکانيزم هاي پيکره بندي ديگر (همانند BIOS) روي مادربرد تنظيم نماييد. سيستم هاي مدرن از يک مدار سينتي سايزر با فرکانس متغير (که معمولاً روي چيپ ست اصلي مادربرد يافت مي شود) براي کنترل سرعت مادربرد و CPU استفاده نماييد. اغلب مادربردهاي پنتيوم داراي 3 تا 4 تنظيم سرعت مي باشند. پردازنده هاي امروزي در طيفي از فرکانس هاي مختلف، مبتني بر سرعت يک مادربرد معين موجود مي باشند. براي مثال اغلب تراشه هاي پنتيوم در سرعتي اجرا مي شوند که مضربي از سرعت مادربرد مي باشد.
در صورتي که همه ي متغيرهاي ديگر از قبيل نوع پردازنده، تعداد حالت هاي انتظار افزوده شده به انواع مختلف دسترسي هاي حافظه و عرض باس داده با يکديگر يکسان باشد شما مي توانيد دو سيستم را از طريق سرعت ساعت نسبي آنها با يکديگر مقايسه کنيد. اگر چه ساختمان و طرح کنترلر حافظه ي موجود در چيپ ست مادربرد و نوع و مقدار حافظه ي نصب شده مي تواند تأثير شگرفي روي سرعت اجراي نهايي سيستم داشته باشد.
در ساختن يک پردازنده، سازنده آن را در سرعت ها، دماها و فشارهاي گوناگون تست مي نمايد. پس از انجام تست روي پردازنده، مهري روي پردازنده حک مي شود که مبين حداکثر سرعت ايمن پردازنده در شرايط گوناگون فشار و دما مي باشد.
سرعت هاي پردازنده ي AMD
تست هاي اجرايي AMD نشان مي دهند که پردازنده ي آتلون 1.8 گيگاهرتزي داراي سطح عملکرد يکساني با تراشه ي پنتيوم 4 با فرکانس 2.2 گيگاهرتز مي باشد بنابراين AMD اين تراشه را با مارک XP 2200+Athlon نشان ميدهد و عدد +2200 را بعنوان يک شاخص عملکرد نسبت به مگاهرتز پنتيوم 4 بيان مي دارد. اين روش شماره گذاري که در آنجا فرکانس اختصاص يافته به تراشه بيانگر رابطه ي نسبي با سرعت پردازنده ي نوع ديگر مي باشد، قبلاً با موفقيت محدودي روبه رو شد. در برخي موارد اين روش تأثير منفي روي اذهان مشتريان گذاشت چرا که آن ها هنگامي که دريافتند سرعت واقعي تراشه ها کمتر از مقدار معرفي شده مي باشد احساس نمودند که مقبون شده اند.
بعنوان يک مثال تشبيهي مي توان گفت که روش شماره گذاري AMD روي تراشه ها همانند استفاده از فاکتور Wind chill مي باشد که اغلب هواشناسان در هنگام زمستان مورد استفاده قرار مي دهند. ضمن ارائه ي دماي واقعي هوا، از فاکتور چايش باد براي تخمين درجه ي احساس سرد بودن هوا استفاده مي گردد.
شماره هاي مدل شرکت AMD همانند اين فاکتور سرعت مي باشد که نشان مي دهد که اين پردازنده در مقايسه با يک پردازنده ي پنتيوم 4 چقدر سريع تر عمل مي کند. با وجود هم فرکانس بودن دو تراشه، چگونه يکي از ديگري سريع تر اجرا مي شود؟ يک پردازنده ي آتلون XP از شرکت AMD با فرکانس ساعت واقعي 2 گيگاهرتز، به طور قابل توجهي سريع تر از يک پردازنده ي پنتيوم 4 با فرکانس 2.4 گيگاهرتز مي باشد. از اين رو AMD اين مدل از آتلون XP را با مارک +2400 نشان مي دهد. اين تمايز آشکار در عملکرد به اين دليل است که پنتيوم 4 از يک معماري متفاوت استفاده مي نمايد که در آن از يک خط لوله ي دستورالعمل عميق تر با تعداد مراحل بيشتر استفاده شده است. پنتيوم 4 داراي يک خط لوله ي 20 مرحله ايست که با يک خط لوله ي 10 مرحله اي در آتلون مقايسه مي گردد.
يک خط لوله ي عميق تر، به طور مؤثرتر دستورالعملها را به ريزدستور العمل هاي کوچکتري تجزيه نموده و در مجموع امکان دستيابي به فرکانس ساعت بالاتر با تکنولوژي سيليکوني يکسان را فراهم مي نمايد. اگر چه اين امر همچنين بدان معناست که دستورالعملهاي کمتري در مجموع مي تواند در يک سيکل واحد ساعت در مقايسه با آتلون اجرا گردد. زيرا اگر يک پيش بيني انشعاب يا اجراي مبتني بر گمانه زني در داخل پردازنده دچار شکست شود (که اين امر در داخل پردازنده هنگام تلاش براي رديف نمودن دستورالعمل ها مکرراً رخ مي دهد) کل خط لوله مي بايست خالي شده و مجدداً پر گردد. بدينگونه اگر شما يک پردازنده ي آتلون را با يک پردازنده ي پنتيوم III با يک پردازنده ي پنتيوم 4 که همگي داراي سرعت ساعت يکساني مي باشند مقايسه نماييد، آتلون و پنتيوم III از پردازنده ي پنتيوم 4 جلو خواهند افتاد زيرا آن ها در تعداد سيکل ساعت يکسان، دستورالمعل هاي بيشتري را اجرا مي کنند.
اگر چه در نگاه اول ممکن است اين امر براي پنتيوم 4 يک نقص به حساب آيد، اما اين امر حقيقت ندارد. در واقع اين بخشي از طراحي پنتيوم 4 مي باشد. دليل اينتل براي اين امر آن است که حتي اگر خط لوله ي عميق تر باعث گردد که در مجموع 30 درصد راندمان پردازنده در اجراي دستورالمعل ها کاهش يابد در عوض حداقل 50 درصد سرعت ساعت پردازنده ي پنتيوم 4 بالاتر از آتلون و پنتيوم III با خط لوله هاي کوتاه تر خواهد بود. خط لوله ي عميق تر 20 تا 31 مرحله اي در معماري پنتيوم 4 امکان دستيابي به سرعت هاي ساعت خيلي بالاتري را با استفاده از تکنولوژي ساخت سيليکوني يکسان فراهم مي نمايد. بعنوان مثال، آتلون XP و پنتيوم 4 اصولاً با استفاده از تکنولوژي ساخت 0.18 ميکرون توليد شده اند. خط لوله ي 20 مرحله اي پنتيوم 4 امکان مي دهد تا پروسه ي ساخت 0.18 ميکرون منجر به توليد تراشه هايي با فرکانس 2 گيگاهرتز گردد در حاليکه همين پروسه در آتلون XP با خط لوله ي 10 مرحله اي به فرکانس 1.37 گيگاهرتز منجر مي گردد و در تراشه ي پنتيوم III با خط لوله ي 10 مرحله اي، فرکانس 1.31 گيگاهرتز حاصل مي شود. با استفاده از پروسه ي جديدتر 0.13 ميکرون، پنتيوم 4 به فرکانسي بالاتر از 3.4 گيگاهرتز (مدل+3200) منجر گرديده است. حتي اگر پنتيوم 4، دستورالعمل هاي کمتري را در هر سيکل اجرا نمايد در مجموع سرعت سيکل زدن بالاتري را بدست مي آورد. بنابراين در آخرين محصولات آتلون XP و پنتيوم 4، سرعت کلاک بالاتر در مقايسه با پردازش دستور العمل موثرتر اثر يکديگر را خنثي مي کنند.
بسياري از سيستم ها سرعت ساعت پردازنده را در طي زمان راه اندازي اوليه ي سيستم نشان مي دهد. ويندوز XP همچنين، سرعت ساعت CPU را روي General Tab صفحه ي Sistem properties نشان مي دهد. شرکت AMD ترجيح مي دهد که سيستم ها سرعت پردازنده را مستقيماً نشان ندهند. در حقيقت شرکت AMD استفاده از مادربردهاي آتلون XP که سرعت ساعت واقعي پردازنده را نمايش مي دهند توصيه ننموده و تاييد نمي کند.
يک چيز در همه ي اين مفاهيم گمراه کننده واضح مي باشد: مگاهرتز يا گيگاهرتز خام، هميشه روش خوبي براي مقايسه ي تراشه ها نمي باشد و توليد اعداد شبه مگاهرتز فقط سبب سردرگمي بيشتر کاربران مي گردد. حتي شرکت اينتل نيز اخيراً از روش شماره گذاري مبتني بر سرعت ساعت پردازنده دوري مي نمايد. در حال حاضر هنوز شرکت اينتل از سرعت ساعت تراشه در نامگذاري آن استفاده مي نمايد اما در مدل جديد پردازنده هاي پنتيوم 4 علاوه بر فرکانس از يک شماره ي مدل جديد استفاده مي نمايد که تفاوت نسبي بين آن ها را نشان مي دهد. اين تفاوت نسبي نه تنها مبتني بر سرعت ساعت مي باشد بلکه همچنين تفاوت هاي ديگر موجود در معماري پردازنده را مد نظر قرار مي دهد.
فناوري چند هسته اي
Overclocking
خطرات Overclocking
شما ممکن است با مشکلاتي در افزايش سرعت باس مادربرد نيز مواجه شويد. اغلب مادربردهاي قديمي تر اينتل براي مثال از سرعت هاي ساعت غير از 66 مگاهرتز، 100 مگاهرتز، 133 مگاهرتز، 400 مگاهرتز، 533 مگاهرتز يا 800 مگاهرتز پشتيباني نمي کند. مادربردهاي جديدتر اينتل داراي يک ويژگي burn-in داخلي مي باشد که امکان مي دهد شما سرعت باس پيش فرض پردازنده را (همچنين سرعت هسته ي پردازنده) تا 4 درصد افزايش دهيد. اين کار به آساني با اغلب تراشه هايي که موجود مي باشد قابل انجام است. اغلب مارک هاي ديگر مادربردها امکان تغيير سرعت هاي باس با مقادير بالاتر را نيز فراهم مي کند.
حتي اگر شما بتوانيد پردازنده را در پذيرش يک تنظيم Multiplier متفاوت فريب دهيد، پرش از 66 مگاهرتز به 100 مگاهرتز يا از 100 مگاهرتز به 133 مگاهرتز گام بزرگي محسوب مي شود و بسياري از پردازنده ها در يک چنين پرش بزرگي به طور قابل اعتماد عمل نمي کنند.
مادربردي که از تنظيمات سرعت متوسط پشتيباني مي کند و امکان مي دهد تا اين تنظيمات در پله هاي کوچکتري افزايش يابند براي انجام Overclocking مناسب تر است زيرا يک تراشه ي معين تا درصد معيني امکان Overclocking را دارد هر چه تعداد پله ها بيشتر باشد احتمال نزديک شدن به حداکثر سرعت تراشه بيشتر خواهد بود.
يک موضوع هنگام افزايش سرعت باس CPU آن است که باس هاي ديگر در سيستم نوعا به طور مشابه تحت تاثير قرار مي گيرند. بدين گونه اگر شما سرعت باس CPU را تا 10 درصد افزايش دهيد مي توانيد همچنين باس PCI يا APG را نيز به همين مقدار افزايش دهيد.
تنظيمات ولتاژ CPU
توصيه مي شود که هنگام تغيير ولتاز، دقت زيادي صرف کنيد زيرا ممکن است با اين روش به تراشه آسيب فراواني وارد نماييد. حتي بدون تغيير ولتاژ، Overclocking با يک سرعت باس قابل تنظيم خيلي آسان و سرراست مي باشد. حتما از مادربردهاي با کيفيت بالا، حافظه ي خوب و شاسي سيستم مناسب با فن هاي خنک کننده ي اضافي و يک منبع تغذيه با کيفيت بالا استفاده نماييد.
منبع:ماهنامه ي کامپيوتري بزرگراه رايانه، شماره ي 134
.jpg "5 ابزار ضروری برای زنده ماندن در صعودهای زمستانی")
