Частота шины или кэш памяти

Многие пользователи задаются вопросом, что в наибольшей степени влияет на производительность компьютера?

Оказывается, однозначного ответа на этот вопрос дать нельзя. Компьютер – это набор подсистем (памяти, вычислительная, графическая, хранения), взаимодействующих друг с другом через материнскую плату и драйверы устройств. При неправильной настройке подсистем они не обеспечивают максимальную производительность, которую могли бы выдать.

Комплексная производительность складывается из программных и аппаратных настроек и особенностей.
Перечислим их.

Видео:Разгон кольцевой шины и кэша L3 процессораСкачать

Аппаратные факторы производительности:

1. Количество ядер процессора – 1, 2, 3 или 4
2. Частота процессора и частота системной шины (FSB) процессора – 533, 667, 800, 1066, 1333 или 1600 МГц
3. Объем и количество кэш-памяти процессора (CPU) – 256, 512 Кбайт; 1, 2, 3, 4, 6, 12 Мбайт.
4. Совпадение частоты системной шины CPU и материнской платы
5. Частота оперативной памяти (RAM) и частота шины памяти материнской платы – DDR2-667, 800, 1066
6. Объем оперативной памяти – 512 и более Мбайт
7. Используемый на материнской плате чипсет (Intel, VIA, SIS, nVidia, ATI/AMD)
8. Используемая графическая подсистема – встроенная в материнскую плату или дискретная (внешняя видеокарта со своей видеопамятью и графическим процессором)
9. Тип интерфейса винчестера (HDD) – параллельный IDE или последовательные SATA и SATA-2
10. Кэш винчестера – 8, 16 или 32 МБ.

Увеличение перечисленных технических характеристик всегда увеличивает производительность.

На данный момент большинство выпускаемые процессоров имеют как минимум 2 ядра (кроме AMD Sempron, Athlon 64 и Intel Celeron D, Celeron 4xx). Количество ядер актуально в задачах 3D-рендеринга или кодирования видео, а также в программах, код которых оптимизирован под многопоточность нескольких ядер. В остальных случаях (например, в офисных и интернет-задачах) они бесполезны.

Четыре ядра имеют процессоры Intel Core 2 Extreme и Core 2 Quad со следующими маркировками: QX9xxx, Q9xxx, Q8xxx, QX6xxx;
AMD Phenom X3 – 3 ядра;
AMD Phenom X4 – 4 ядра.

Надо помнить, что количество ядер значительно увеличивает энергопотребление CPU и повышает требования по питанию к материнской плате и блоку питания!

А вот поколение и архитектура ядра сильно влияют на производительность любого процессора.
К примеру, если взять двухядерные Intel Pentium D и Core 2 Duo с одинаковой частой, системной шиной и кэш-памятью, то Core 2 Duo несомненно выиграет.

Видео:В чём отличие кэша в процессорах и как он работает? Какой лучше, быстрее и объемней? L1, L2, L3Скачать

Частоты процессора, памяти и шин материнской платы

Также очень важно, чтобы совпадение частот различных комплектующих.
Скажем, если ваша материнская плата поддерживает частоту шины памяти 800 МГц, а установлен модуль памяти DDR2-677, то частота модуля памяти будет снижать производительность.

В то же время, если материнская плата не поддерживает частоту 800 МГц, а в то время как установлен модуль DDR2-800, то он работать будет, но на меньшей частоте.

Кэш памяти процессора в первую очередь сказывается при работе с CAD-системами, большими базами данных и графикой. Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами.

Когда CPU обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.
Процент попаданий в кэш у процессоров Intel выше.

Все CPU отличаются количеством кэшей (до 3) и их объемом. Самый быстрый кэш – первого уровня (L1), самый медленный – третьего (L3). Кэш L3 имеют только процессоры AMD Phenom Так что очень важно, чтобы именно кэш L1 имел большой объем.

Мы протестировали зависимость производительности от объема кэш-памяти. Если вы сравните результаты 3D-шутеров Prey и Quake 4, являющих типичными игровыми приложениями, разница в производительности между 1 и 4 Мбайт примерно такова, как между процессорами с разницей по частоте 200 МГц. То же самое касается тестов кодирования видео для кодеков DivX 6.6 и XviD 1.1.2, а также архиватора WinRAR 3.7. Однако, такие интенсивно нагружающие CPU приложения, как 3DStudio Max 8, Lame MP3 Encoder или H.264 Encoder V2 от MainConcept не слишком сильно выигрывают от увеличения размера кэша.
Напомним, что кэш L2 гораздо больше влияет на производительность CPU Intel Core 2, чем AMD Athlon 64 X2 или Phenom, так как у Intel кэш L2 общий для всех ядер, а у AMD отдельный для каждого ядра! В этом плане, Phenom оптимальнее работают с кэшем.

Читайте также: Добрая шина в челябинске телефон

Видео:Влияние кэш памяти процессора на быстродействие компьютераСкачать

Оперативная память

Как уже было сказано, оперативная память характеризуется частотой и объемом. В то же время сейчас выпускается 2 типа памяти DDR2 и DDR3, которые различаются архитектурной, производительностью, частотой и напряжением питания – то есть всем!
Частота модуля памяти должна совпадать с частотой самого модуля.

Объем оперативной памяти также влияет на производительность операционной системы и на ресурсоемкие приложения.
Расчеты просты – ОС Windows XP занимает в оперативной памяти после загрузки 300-350 МБ. Если в автозагрузке находятся дополнительные программы, то они также загружают RAM. То есть свободных остается 150-200 МБ. Туда могут поместиться только легкие офисные приложения.
Для комфортной работы с AutoCAD, графическими приложениями, 3DMax, кодированием и графикой требуется не менее 1 ГБ оперативной памяти. Если же используется Windows Vista – то не менее 2 ГБ.

Видео:КАК РАБОТАЕТ КЭШ ПРОЦЕССОРА | ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯСкачать

Графическая подсистема

Часто в офисных компьютерах используются матерински платы, имеющие встроенную графику. Материнские платы на таких чипсетах (G31, G45, AMD 770G и т.д.) имеют букву G в маркировке.
Такие встроенные видеокарты используются часть RAM для видеопамяти, тем самым уменьшая объем доступного для пользователя пространства RAM.

Соответственно, для увеличения производительности встроенную видеокарту надо отключать в BIOS материнской платы, а в слот PCI-Express устанавливать внешнюю (дискретную) видеокарту.
Все видеокарты различаются графическим чипсетом, частотой работы его конвейеров, количеством конвейеров, частотой видеопамяти, разрядностью шины видеопамяти.

Видео:Отключаем поэтапно память у RTX 3090 и 3060 и измеряем разницу в производительности.Скачать

Подсистема накопителей

Производительность накопителей очень сильно сказывается при обращении к большим объемам данных – видео, аудио, а также при открытии большого количества маленьких файлов.

Из технических характеристик, влияющих на скорость доступа к файлам надо отметить Тип интерфейса винчестера (HDD) – параллельный IDE или последовательные SATA и SATA-2 и кэш винчестера – 8, 16 или 32 МБ.
На данный момент рекомендуется устанавливать винчестеры только с интерфейсом SATA-2, имеющим наибольшую пропускную способность и с наибольшим кэшем.

Видео:Принцип работы КЭШ памятиСкачать

Программные факторы производительности:

1. Количество установленных программ
2. Фрагментация файловой системы
3. Ошибки файловой системы, bad-секторы
4. Фрагментация реестра ОС
5. Ошибки реестра ОС
6. Размер файла подкачки (объем виртуальной памяти)
7. Включенные элементы визуализации графического интерфейса ОС
8. Программы и службы Windows, загружающие в автозагрузке

Это далеко не полный список, но именно эти особенности ОС Windows могут сильно тормозить её работу.
Но об этих характеристиках, настройках и параметрах мы поговорим в следующей статье.

Видео:Частота процессора, множитель и системная шинаСкачать

Кэш-память процессора

Кэш-память играет важную роль. Без нее от высокой тактовой частоты процессора не было бы никакого проку. Кэш позволяет использовать в компьютере любую, даже самую «медленную» оперативную память, без ощутимого ущерба для его производительности.

О том, что такое кэш-память процессора, как она работает и какое влияние оказывает на быстродействие компьютера, читатель узнает из этой статьи.

Видео:Какая частота памяти нужна играм... или тайминги?Скачать

Что такое кэш-память процессора

Решая любую задачу, процессор компьютера получает из оперативной памяти необходимые блоки информации. Обработав их, он записывает в память результаты вычислений и получает для обработки следующие блоки. Это продолжается, пока задача не будет выполнена.

Все упомянутые операции производятся на очень высокой скорости. Однако, даже самая быстрая оперативная память работает медленнее любого «неторопливого» процессора. Каждое считывание из нее информации и обратная ее запись отнимают много времени. В среднем, скорость работы оперативной памяти в 16 – 17 раз ниже скорости процессора.

Не смотря на такой дисбаланс, процессор не простаивает и не ожидает каждый раз, когда оперативная память «выдает» или «принимает» данные. Он почти всегда работает на максимальной скорости. И все благодаря наличию у него кэш-памяти.

Читайте также: Какую шину выбрать шкоды октавия

Кэш-память процессора – это небольшая, но очень быстрая память. Она встроена в процессор и является своеобразным буфером, сглаживающим перебои в обмене данными с более медленной оперативной памятью. Кэш-память часто называют сверхоперативной памятью.

Кэш нужен не только для выравнивания дисбаланса скорости. Процессор обрабатывает данные более мелкими порциями, чем те, в которых они хранятся в оперативной памяти. Поэтому кэш-память играет еще и роль своеобразного места для «перепаковки» и временного хранения информации перед ее передачей процессору, а также возвращением результатов обработки в оперативную память.

Видео:Частота процессора или частота системной шины?Скачать

Устройство кэш-памяти процессора

Система кэш-памяти процессора состоит из двух блоков — контроллера кэш-памяти и собственно самой кэш-памяти.

Контроллер кэш памяти

Контроллер кэш памяти – это устройство, управляющее содержанием кэша, получением необходимой информации из оперативной памяти, передачей ее процессору, а также возвращением в оперативную память результатов вычислений.

Когда ядро процессора обращается к контроллеру за какими-то данными, тот проверяет, есть ли эти данные в кэш-памяти. Если это так, ядру моментально отдается информация из кэша (происходит так называемое кэш-попадание).

В противном случае ядру приходится ожидать поступления данных из медленной оперативной памяти. Ситуация, когда в кэше не оказывается нужных данных, называется кэш-промахом.

Задача контроллера – сделать так, чтобы кэш-промахи происходили как можно реже, а в идеале – чтобы их не было вообще.

Размер кэша процессора по сравнению с размером оперативной памяти несоизмеримо мал. В нем может находиться лишь копия крошечной части данных, хранимых в оперативной памяти. Но, не смотря на это, контроллер допускает кэш-промахи не часто. Эффективность его работы определяется несколькими факторами:

• размером и структурой кэш-памяти (чем больше ресурсов имеет в своем распоряжении контроллер, тем ниже вероятность кэш-промаха);

• эффективностью алгоритмов, по которым контроллер определяет, какая именно информация понадобится процессору в следующий момент времени;

• сложностью и количеством задач, одновременно решаемых процессором. Чем сложнее задачи и чем их больше, тем чаще «ошибается» контроллер.

Кэш-память процессора

Кэш-память процессора изготавливают в виде микросхем статической памяти (англ. Static Random Access Memory, сокращенно — SRAM). По сравнению с другими типами памяти, статическая память обладает очень высокой скоростью работы.

Однако, эта скорость зависит также от объема конкретной микросхемы. Чем значительней объем микросхемы, тем сложнее обеспечить высокую скорость ее работы.

Учитывая указанную особенность, кэш-память процессора изготовляют в виде нескольких небольших блоков, называемых уровнями. В большинстве процессоров используется трехуровневая система кэша:

• Кэш-память первого уровня или L1 (от англ. Level — уровень) – очень маленькая, но самая быстрая и наиболее важная микросхема памяти. Ни в одном процессоре ее объем не превышает нескольких десятков килобайт. Работает она без каких-либо задержек. В ней содержатся данные, которые чаще всего используются процессором.

Количество микросхем памяти L1 в процессоре, как правило, равно количеству его ядер. Каждое ядро имеет доступ только к своей микросхеме L1.

• Кэш-память второго уровня (L2) немного медленнее кэш-памяти L1, но и объем ее более существенный (несколько сотен килобайт). Служит она для временного хранения важной информации, вероятность запроса которой ниже, чем у информации, находящейся в L1.

• Кэш-память третьего уровня (L3) – еще более объемная, но и более медленная схема памяти. Тем не менее, она значительно быстрее оперативной памяти. Ее размер может достигать нескольких десятков мегабайт. В отличие от L1 и L2, она является общей для всех ядер процессора.

Уровень L3 служит для временного хранения важных данных с относительно низкой вероятностью запроса, а также для обеспечения взаимодействия ядер процессора между собой.

Встречаются также процессоры с двухуровневой кэш-памятью. В них L2 совмещает в себе функции L2 и L3.

Видео:Как кэш процессора L3 влияет на игры?Скачать

Влияние кэш-памяти процессора на быстродействие компьютера

При выполнении запроса на предоставление данных ядру, контроллер памяти ищет их сначала в кэше первого уровня, затем — в кэше второго и третьего уровней.

Читайте также: Шины kormoran 215 65r16 102h xl suv summer tl

По статистике, кэш-память первого уровня любого современного процессора обеспечивает до 90 % кэш-попаданий. Второй и третий уровни — еще 90% от того, что осталось. И только около 1 % всех запросов процессора заканчиваются кэш-промахами.

Указанные показатели касаются простых задач. С повышением нагрузки на процессор число кэш-промахов увеличивается.

Эффективность кэш-памяти процессора сводит к минимуму влияние скорости оперативной памяти на быстродействие компьютера. Например, компьютер одинаково хорошо будет работать с оперативной памятью 1066 МГц и 2400 МГц. При прочих равных условиях разница производительности в большинстве приложений не превысит 5%.

Пытаясь оценить эффективность кэш-памяти, пользователи чаще всего ищут ответы на следующие вопросы:

Какая структура кэш-памяти лучше: двух- или трехуровневая?

Трехуровневая кэш-память более эффективна.

Чтобы определить, как сильно L3 влияет на работу процессора, сайтом Tom’s Hardware был проведен эксперимент. Заключался он в замере производительности процессоров Athlon II X4 и Phenom II X4. Оба процессора оснащены одинаковыми ядрами. Первый отличается от второго лишь отсутствием кэш-памяти L3 и более низкой тактовой частотой.

Приведя частоты обеих процессоров к одинаковому показателю, было установлено, что наличие кэш-памяти L3 повышает производительность процессора Phenom на 5,8 %. Но это средний показатель. В одних приложениях он был почти равен нулю (офисные программы), в других – достигал 8% и даже больше (компьютерные 3D игры, архиваторы и др.).

Как влияет размер кэша на производительность процессора?

Оценивая размер кэш-памяти, нужно учитывать характеристики процессора и круг решаемых им задач.

Кэш-память двуядерного процессора редко превышает 3 MB. Тем более, если его тактовая частота ниже 3 Ггц. Производители прекрасно понимают, что дальнейшее увеличение размера кэша такого процессора не принесет прироста производительности, зато существенно повысит его стоимость.

Другое дело высокочастотные 4-, 6- или даже 8-миядерные процессоры. Некоторые из них (например, Intel Core i7) поддерживают технологию Hyper Threading, обеспечивающую одновременное выполнение каждым ядром двух задач. Естественно, что потенциал таких процессоров не может быть раскрыт с маленьким кэшем. Поэтому его увеличение до 15 или даже 20 MB вполне оправдано.

В процессорах Intel алгоритм наполнения кэш-памяти построен по так называемой инклюзивной схеме, когда содержимое кэшей верхнего уровня (L1, L2) полностью или частично дублируется в кэше нижнего уровня (L3). Это в определенной степени уменьшает полезный объем его пространства. С другой стороны, инклюзивная схема позитивно сказывается на взаимодействии ядер процессора между собой.

В целом же, эксперименты свидетельствуют, что в среднестатистическом «домашнем» процессоре влияние размера кэша на производительность находится в пределах 10 %, и его вполне можно компенсировать, например, высокой частотой.

Эффект от большого кэша наиболее ощутим при использовании архиваторов, в 3D играх, во время кодирования видео. В «не тяжелых» же приложениях разница стремится к нулю (офисные программы, интернет-серфинг, работа с фотографиями, прослушивание музыки и др.).

Многоядерные процессоры с большим кэшем необходимы на компьютерах, предназначенных для выполнения многопоточных приложений, одновременного решения нескольких сложных задач.

Особенно актуально это для серверов с высокой посещаемостью. В некоторых высоконагружаемых серверах и суперкомпьютерах предусмотрена даже установка кэш-памяти четвертого уровня (L4). Изготавливается она в виде отдельных микросхем, подключаемых к материнской плате.

Как узнать размер кэш-памяти процессора?

Существуют специальные программы, предоставляющие подробную информацию о процессоре компьютера, в том числе и о его кэш-памяти. Одной из них является программа CPU-Z.

Программа не требует установки. После ее запуска нужно перейти на вкладку «Caches» (см. изображение).

На примере видно, что проверяемый процессор оснащен трехуровневой кэш-памятью. Размер кэша L3 у него составляет 3 MB, L2 – 512 KB (256×2), L1 – 128 KB (32×2+32×2).

Можно ли как-то увеличить кэш-память процессора?

Как уже было сказано в одном из предыдущих пунктов, возможность увеличения кэш-памяти процессора предусмотрена в некоторых серверах и суперкомпьютерах, путем ее подключения к материнской плате.

В домашних же или офисных компьютерах такая возможность отсутствует. Кэш-память является внутренней неотъемлемой частью процессора, имеет очень маленькие физические размеры и не подлежит замене. А на обычных материнских платах нет разъемов для подключения дополнительной кэш-памяти.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
  • Правообладателям
  • Политика конфиденциальности

  📸 Видео

  ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН КЭШ ПРОЦЕССОРАСкачать

  

  РАЗРУШИТЕЛЬ МИФОВ / СКОЛЬКО НУЖНО ВИДЕОПАМЯТИ В ИГРОВОМ ПК?Скачать

  

  Как влияет объем кэш-памяти на производительность в играх? Intel Skylake: 3 MB vs 8 MB CacheСкачать

  

  Как работает процессор: частоты, шины и т.д.Скачать

  

  ЧАСТОТА vs ТАЙМИНГИ - разрушаем мифы! Сколько нужно ОЗУ?Скачать

  

  Принцип работы процессора на уровне ядраСкачать

  

  Увеличение кеша L3 в два раза. Тесты производительностиСкачать

  

  Как разогнать процессор и память? Гоним по шине и множителю.Скачать

  

  Почему видеокарты стали такими плохими? Куда дели шину? Что вместо нее и Тест 4060, 4060Ti, 7600Скачать

  

  Всё о видеокартах за 11 минутСкачать