Быстродействие процессора

🕛 23.09.2009, 21:25

Быстродействие - это одна из характеристик процессора, которую зачастую толкуют по-разному. В этом разделе вы узнаете о быстродействии процессоров Intel, AMD и VIA/Cyrix.
Быстродействие компьютера во многом зависит от тактовой частоты, обычно измеряемой в мегагерцах (МГц). Она определяется параметрами кварцевого резонатора, представляющего собой кристалл кварца, заключенный в небольшой оловянный контейнер. Под воздействием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания электрического тока с частотой, определяемой формой и размером кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой. Микросхемы обычного компьютера работают на частоте нескольких миллионов герц. (Герц - одно колебание в секунду.) Быстродействие измеряется в мегагерцах, т.е. в миллионах циклов в секунду. На рис. 3.1 показан график синусоидального сигнала.
Один цикл
t
Напряжение
I
Замечание
Время Графическое представление понятия тактовой частоты
Единица измерения частоты названа герцем в честь немецкого физика Генриха Герца. В 1885 году Герц экспериментальным путем подтвердил правильность электромагнитной теории, согласно которой свет является разновидностью электромагнитного излучения и распространяется в виде волн.
Наименьшей единицей измерения времени (квантом) для процессора как логического устройства является период тактовой частоты, или просто такт. На каждую операцию затрачивается минимум один такт. Например, обмен данными с памятью процессор Pentium II выполняет за три такта плюс несколько циклов ожидания. (Цикл ожидания - это такт, в котором ничего не происходит; он необходим только для того, чтобы процессор не “убегал” вперед от менее быстродействующих узлов компьютера.)
Различается и время, затрачиваемое на выполнение команд.
8086 и 8088. В этих процессорах на выполнение одной команды уходит примерно 12 тактов.
286 и 386. Эти процессоры уменьшили время на выполнение команд примерно до 4,5 тактов.
Процессор 486 и большинство Intel-совместимых процессоров четвертого поколения, таких, как AMD 5x86, уменьшили этот параметр до 2 тактов.
Серия Pentium, K6. Архитектура процессоров Pentium и других Intel-совместимых процессоров пятого поколения, созданных в AMD и Cyrix, включающая в себя двойные конвейеры команд и прочие усовершенствования, обеспечила выполнение одной или двух команд за один такт.
Pentium Pro, Pentium II/III/4Celeron и Athlon/Athlon XP/Duron. Процессоры шестого и седьмого поколений, созданные компаниями AMD и Cyrix, позволяют выполнить, как минимум, три команды за каждый такт.
Различное количество тактов, необходимых для выполнения команд, затрудняет сравнение производительности компьютеров, основанное только на их тактовой частоте (т.е. количестве тактов в секунду). Почему при одной и той же тактовой частоте один из процессоров работает быстрее другого? Причина кроется в производительности.
Процессор 486 обладает более высоким быстродействием по сравнению с 386-м, так как на выполнение команды ему требуется в среднем в два раза меньше тактов, чем 386-му. А процессору Pentium - в два раза меньше тактов, чем 486-му. Таким образом, процессор 486 с тактовой частотой 133 МГц (типа AMD 5x86-133) работает даже медленнее, чем Pentium с тактовой частотой 75 МГц! Это происходит потому, что при одной и той же частоте Pentium выполняет вдвое больше команд, чем процессор 486. Pentium II и III - приблизительно на 50% быстрее процессора Pentium, работающего на той же частоте, потому что они могут выполнять значительно больше команд в течение того же количества циклов.
Сравнивая относительную эффективность процессоров, можно заметить, что производительность процессора Pentium III, работающего на тактовой частоте 1 000 МГц, теоретически равна производительности процессора Pentium, работающего на тактовой частоте 1 500 МГц, которая, в свою очередь, теоретически равна производительности процессора 486, работающего на тактовой частоте 3 000 МГц, а она, в свою очередь, теоретически равна производительности процессоров 386 или 286, работающих на тактовой частоте 6 000 МГц, или же 8088-го, работающего на тактовой частоте 12 000 МГц. Если учесть, что первый PC с процессором 8088 работал на тактовой частоте, равной всего лишь 4,77 МГц, то сегодняшние компьютеры работают более чем в 1,5 тыс. раз быстрее. Поэтому нельзя сравнивать производительность компьютеров, основываясь только на тактовой частоте; необходимо принимать во внимание то, что на эффективность системы влияют и другие факторы.
Оценивать эффективность центрального процессора довольно сложно. Центральные процессоры с различными внутренними архитектурами выполняют команды по-разному: одни и те же команды в разных процессорах могут выполняться либо быстрее, либо медленнее. Чтобы найти удовлетворительную меру для сравнения центральных процессоров с различной архитектурой, работающих на разных тактовых частотах, Intel изобрела специфический ряд эталонных тестов, которые можно выполнить на микросхемах Intel, чтобы измерить относительную эффективность процессоров. Эта система тестов недавно была модифицирована для того, чтобы можно было измерять эффективность 32-разрядных процессоров; она называется индексом (или показателем) iCOMP 2.0 (intel Comparative Microprocessor Performance - сравнительная эффективность микропроцессора Intel). В настоящее время используется третья версия этого индекса - iCOMP 3.0. Более подробную информацию о различных эталонных тестах можно получить на одном из Web-сайтов компании Intel по адресу: developer.intel.com/procs/perf/index.htm.
Замечание
Речь идет о последних доступных версиях iCOMP. Для анализа производительности процессоров Pentium 4 компанией Intel применяются другие индексы.

Индекс iCOMP 2.0 вычисляется по результатам нескольких независимых испытаний и довольно объективно характеризует относительную производительность процессора. При подсчете iCOMP учитываются операции с плавающей запятой и операции, необходимые для выполнения мультимедийных приложений.
Представив процессор Pentium III, компания Intel аннулировала индекс iCOMP 2.0 и выпустила его новую версию - индекс iCOMP 3.0. Эта версия представляет собой обновленный эталонный тест, учитывающий все возрастающее использование трехмерной графики, мультимедийных средств, технологий и программного обеспечения Интернета, а также обработку мощных потоков данных и приложения, используемые для интенсивных вычислений. Индекс ICOMP 3.0, по сути, объединяет шесть эталонных тестов: WinTune 98 Advanced CPU Integer, CPUMark 99, 3D WinBench 99-3D, MultimediaMark 99, Jmark 2.0 и WinBench 99-FPU WinMark. В результатах новых тестов учитывается набор команд SSE (расширения потоков SIMD), а также дополнительные команды для обработки графики и звука, используемые в Pentium III. Результаты, полученные при тестировании серии процессоров Pentium III без учета нового набора команд, будут такими же, как и для процессоров Pentium II, работающих на аналогичной тактовой частоте.
В табл. 3.9 приведены индексы iCOMP 3.0 семейства новых процессоров Intel Pentium III.
Таблица 3.9. Индексы iCOMP 3.0 для процессоров Intel
Процессор
Индекс
Процессор
Индекс
Pentium II 350
1000
Pentium III 650
2270
Pentium II 450
1240
Pentium III 700
2420
Pentium III 450
1500
Pentium III 750
2540
Pentium III 500
1650
Pentium III 800
2690
Pentium III 550
1780
Pentium III 866
2890
Pentium III 600
1930
Pentium III 1000
3280
Pentium III 600E
2110

В настоящее время Intel и AMD используют для индексации процессоров коммерческие наборы эталонных тестов BAPCo SYSmark 2002 и BAPCo SYSmark 2004. Рейтинги различных процессоров, полученные при тестировании с помощью BAPCo SYSmark 2002 и BAPCo SYSmark 2004, представлены в табл. 3.10 и 3.11.
Таблица 3.10. Рейтинги SYSmark 2002 для различных процессоров
Процессор
Рабочая частота, ГГц
Рейтинг SYSmark 2002
Pentium 4 Extreme Edition
3,2
Pentium 4
3,2
Pentium 4
3,0
Pentium 4
3,06
Pentium 4
2,8
Pentium 4
2,6
Pentium 4
2,67
Pentium 4
2,53
Pentium 4
2,4
Pentium 4
2,26
Pentium 4
2,2
Pentium 4
2,0
Pentium 4
1,9
Pentium 4
1,8
Pentium 4
1,7
Pentium 4
1,6
AMD Athlon XP
1,67
Pentium 4
1,5
AMD Athlon XP
1,53
Pentium III
1,2
Pentium III
1,3
Pentium III
1,13
Pentium III
1,0
362 344 328 324 312 295 285 273 264 252 238 222 192 187 178 171 171 162 149 108 104 100 92
Таблица 3.11. Рейтинги SYSmark 2004 для различных процессоров
Процессор
Рабочая частота, ГГц
Рейтинг SYSmark 2004
Intel Pentium 4EE Intel Pentium 4E Intel Pentium 4EE AMD Athlon 64 FX-53 Intel Pentium 4C Intel Pentium 4E AMD Athlon 64 FX-51 AMD Athlon 64 3400+ AMD Athlon 64 3200+ Intel Pentium 4C Intel Pentium 4E AMD Athlon 64 3200+ AMD Athlon 64 3000+ Intel Pentium 4C AMD Athlon 64 2800+ AMD Athlon XP 3200+ Intel Pentium 4C AMD Athlon XP 2800+ AMD Athlon XP 2700+ Intel Pentium 4B AMD Athlon XP 2600+ AMD Athlon XP 2400+
3,4
3,4
3,2
2,4
3,4
3,2
2,2
2,2
2,2
3,0
2,8
2,0
2,0
2,8
1,8
2,2
2,4
2,25
2,18
2,8
2,08
2,0
225 218 215 213 212 204 200 195 194 193 182 180 178 174 164 163 153 151 148 144 144 133

Окончание табл. 3.11
Процессор Рабочая частота, ГГц Рейтинг SYSmark 2004
Intel Pentium 4B 2,4 130
Intel Celeron 2,8 117
Intel Celeron 2,7 115
AMD Athlon XP 1800+ 1,53 111
Intel Celeron 2,5 110
Intel Celeron 2,4 104
Intel Pentium 4A 2,0 104
Intel Pentium III_1,0_64_
Коммерческие наборы эталонных тестов SYSmark 2002 и SYSmark 2004, созданные на основе наиболее часто используемых приложений, отражают нормальные предпочтения потребителей, занимающихся разработкой Интернет-ресурсов или работающих с приложениями Microsoft Office.
Набор SYSmark 2002 включает в себя следующие приложения, используемые для тестирования аппаратных средств:
создание Интернет-ресурсов - Adobe Photoshop 6.01, Premiere 6.0, Windows Media Encoder 7.1, Macromedia Dreamweaver 4 и Flash 5;
повышение эффективности офисной работы - Microsoft Word 2002, Excel 2002, PowerPoint 2002, Outlook 2002, Access 2002, Netscape Communicator 6.0, Dragon Naturally-Speaking (версия 5), WinZip 8.0 и McAfee VirusScan 5.13.
Набор SYSmark 2004 включает в себя следующие приложения, используемые для тестирования аппаратных средств:
создание Интернет-ресурсов - Adobe After Effects 5.5, Adobe Photoshop 7.01, Adobe Premiere 6.5, Discreet 3ds max 5.1, Macromedia Dreamweaver MX, Macromedia Flash MX, Microsoft Windows Media Encoder 9 Series, Network Associates McAfee VirusScan 7.0 и WinZip 8.1;
повышение эффективности офисной работы - Adobe Acrobat 5.0.5, Microsoft Access 2002, Microsoft Excel 2002, Microsoft Internet Explorer 6, Microsoft Outlook 2002, Microsoft PowerPoint 2002, Microsoft Word 2002, Network Associates McAfee VirusScan 7.0, ScanSoft Dragon Naturally Speaking 6 Preferred и WinZip 8.1.
Последняя версия SYSmark - SYSmark 2004 SE- была представлена в июне 2005 года; одно из нововведений состояло в поддержке Windows XP Professional x64 Edition. Версия SYSmark 2004 SE использует те же приложения, что и SYSmark 2004, однако при этом применяются тесты, более точно имитирующие работу типичного пользователя.