Ποια είναι η ταχύτητα και η αρχιτεκτονική του επεξεργαστή;

Η ταχύτητα και η αρχιτεκτονική ενός επεξεργαστή είναι δύο ξεχωριστές αλλά σχετικές έννοιες. Ας τους σπάσουμε:

1. Ταχύτητα επεξεργαστή:

Η ταχύτητα του επεξεργαστή μετράται κυρίως σε gigahertz (GHz) . Αυτό αντιπροσωπεύει την ταχύτητα του ρολογιού - πόσους κύκλους ολοκληρώνεται ο επεξεργαστής ανά δευτερόλεπτο. Κάθε κύκλος περιλαμβάνει μια σειρά βημάτων για την εκτέλεση μιας εντολής. Ένας υψηλότερος αριθμός GHz * γενικά * σημαίνει ταχύτερη επεξεργασία, αλλά δεν είναι όλη η ιστορία. Άλλοι παράγοντες επηρεάζουν σημαντικά τις επιδόσεις, όπως:

* αριθμός πυρήνων: Οι σύγχρονοι επεξεργαστές έχουν πολλούς πυρήνες, επιτρέποντάς τους να εκτελούν πολλαπλές οδηγίες ταυτόχρονα. Περισσότεροι πυρήνες μπορούν να οδηγήσουν σε ταχύτερη συνολική απόδοση, ακόμη και αν η ταχύτητα ρολογιού κάθε πυρήνα είναι χαμηλότερη.

* Μέγεθος cache: Η μνήμη της προσωρινής μνήμης είναι γρήγορη, μνήμη σε τσιπ που αποθηκεύει συχνά δεδομένα πρόσβασης. Τα μεγαλύτερα μεγέθη προσωρινής μνήμης μπορούν να επιταχύνουν σημαντικά την επεξεργασία μειώνοντας την ανάγκη πρόσβασης σε πιο αργή κύρια μνήμη.

* Οδηγός Οδηγίας Αρχιτεκτονική (ISA): Το ISA καθορίζει τις οδηγίες που κατανοεί ο επεξεργαστής. Διαφορετικές ISA έχουν διαφορετική αποτελεσματικότητα.

* Οδηγία ανά κύκλο (IPC): Αυτό μετρά πόσες οδηγίες μπορεί να εκτελέσει ένας επεξεργαστής ανά κύκλο ρολογιού. Ένα υψηλότερο IPC σημαίνει περισσότερη εργασία ανά κύκλο, ακόμη και με την ίδια ταχύτητα ρολογιού.

* Bandwidth μνήμης: Η ταχύτητα με την οποία μπορούν να μεταφερθούν τα δεδομένα μεταξύ του επεξεργαστή και της μνήμης είναι κρίσιμη. Ένας γρήγορος επεξεργαστής είναι συμφόρηση εάν η μνήμη είναι αργή.

Επομένως, η απλή σύγκριση των αριθμών GHz μεταξύ των επεξεργαστών δεν είναι ένας αξιόπιστος τρόπος για να προσδιοριστεί ποιος είναι ταχύτερος. Τα σημεία αναφοράς πραγματικού κόσμου είναι απαραίτητα για ακριβή σύγκριση.

2. Αρχιτεκτονική επεξεργαστή:

Η αρχιτεκτονική επεξεργαστή αναφέρεται στο συνολικό σχεδιασμό και οργάνωση του επεξεργαστή. Αυτό περιλαμβάνει αρκετές βασικές πτυχές:

* Οδηγός Οδηγίας Αρχιτεκτονική (ISA): Αυτό ορίζει το σύνολο των οδηγιών που ο επεξεργαστής κατανοεί και μπορεί να εκτελέσει. Οι συνήθεις ISA περιλαμβάνουν το X86 (που χρησιμοποιούνται στους περισσότερους υπολογιστές), το ARM (που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα smartphones και tablet), RISC-V (ένα ανοιχτό κώδικα ISA που κερδίζει δημοτικότητα). Διαφορετικές ISA είναι βελτιστοποιημένες για διαφορετικές εργασίες και έχουν διαφορετικές πολυπλοκότητες.

* Μικροαρχιτεκτονική: Αυτός είναι ο εσωτερικός σχεδιασμός του επεξεργαστή, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο οι οδηγίες λαμβάνουν, αποκωδικοποιούνται και εκτελούνται. Υπενθυμίζει παράγοντες όπως ο αριθμός των πυρήνων, των επιπέδων cache, των σταδίων αγωγών και άλλων εσωτερικών εξαρτημάτων που επηρεάζουν την απόδοση.

* αριθμός πυρήνων: Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αυτή είναι μια κρίσιμη πτυχή της αρχιτεκτονικής, επηρεάζοντας τις ικανότητες παραλληλισμού και πολλαπλών εργασιών.

* ιεραρχία προσωρινής μνήμης: Αυτό περιγράφει τα επίπεδα μνήμης cache (L1, L2, L3) και τα μεγέθη τους, επηρεάζοντας τις ταχύτητες πρόσβασης και τη συνολική απόδοση.

* Μονάδα διαχείρισης μνήμης (MMU): Αυτό το στοιχείο χειρίζεται τη διεύθυνση και την προστασία της μνήμης.

* Μονάδα κυμαινόμενου σημείου (FPU): Χειρίζεται τις αριθμητικές λειτουργίες κυμαινόμενου σημείου που είναι κρίσιμες για την επεξεργασία επιστημονικής πληροφορικής και γραφικών.

* SIMD (ενιαία οδηγία, πολλαπλά δεδομένα): Επιτρέπει στον επεξεργαστή να εκτελεί την ίδια λειτουργία σε πολλαπλά σημεία δεδομένων ταυτόχρονα, βελτιώνοντας την απόδοση για συγκεκριμένες εργασίες.

Εν ολίγοις, η ταχύτητα του επεξεργαστή είναι μία μέτρηση (αν και δεν είναι ένας μοναδικός καθοριστικός παράγοντας της απόδοσης), ενώ η αρχιτεκτονική είναι μια περιεκτική περιγραφή του σχεδιασμού και των δυνατοτήτων του, που περιλαμβάνει πολλούς παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα και την αποτελεσματικότητά του. Η γνώση και των δύο είναι απαραίτητη για την κατανόηση των δυνατοτήτων ενός επεξεργαστή.