مفاهيم پايه ي ريزپردازنده ها

[sinaweb 7]

[ATTACH=CONFIG]201[/ATTACH]

در مقالات مربوط به ريزپردازنده ها، اغلب خوانندگان با برخي م??اهيم و مشخصه هاي گنگ و نام??هوم در تکنولوژي ريزپردازنده مواجه مي گردند. بنابراين تصميم گر??ته ايم که در غالب يک سلسله مقاله، به بررسي دقيق اين م??اهيم اساسي بپردازيم.

پردازنده ها را مي توان از طريق دو پارامتر اصلي شناسايي نمود:

عرض باس

سرعت پردازنده

سرعت پردازنده يک م??هوم نسبتاً ساده بوده و بر حسب مگاهرتز و گيگاهرتز (پردازنده هاي ??علي) اندازه گيري مي شود و هر چه اين عدد بيشتر باشد، پردازنده، پيشر??ته است. عرض باس، م??هومي 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 ??قط 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 است??اده مي نمايد در حاليکه شرکت AMD صر??اً از اصطلاح FSB است??اده مي کند. شايد بهتر باشد که صر??ا از اصطلاح باس CPU در بحث هاي خود است??اده 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

 

شايد مهمترين ويژگي هاي يک پردازنده، سرعت و عرض باس داده ي خارجي آن باشد. اين مشخصه ها نرخ انتقال داده ها به داخل و يا خارج پردازنده را مشخص مي کنند. باس پردازنده (اغلب باس داده ي خارجي)، مجموعه اي از اتصالات الکترونيکي بوده که براي ارسال و دريا??ت داده ها مورد است??اده قرار مي گيرد. هر چه سيگنال هاي بيشتري را بتوان در آن واحد ارسال نمود (در يک بازه ي زماني معين)، داده هاي بيشتري قابل انتقال خواهد بود. بنابراين سرعت باس و نيز عرض آن بيشتر خواهد بود. يک باس داده ي عريض تر، همانند بزرگراهي با تعداد لاين هاي بيشتر مي باشد که خروجي بيشتري را ارائه مي دهد. در يک کامپيوتر، داده ها (به صورت اطلاعات ديجيتال)، در يک بازه ي زماني معين انتقال داده مي شوند. يک سيگنال روي يک سيم اتصال واحد، مبين بيت داده ي 1 و سيگنالي با ولتاژ ص??ر ولت، مبين بيت داده ي (0) مي باشد. هر چه سيم هاي بيشتري را در اختيار داشته باشيد، تعداد بيت هاي بيشتري را مي توانيد در اين بازه ي زماني، ارسال نماييد.

يک روش خوب براي ??هم اين جريان اطلاعات، تصور يک بزرگراه و ترا??يکي است که اين بزرگراه مي تواند تحمل کند. اگر اين بزرگراه داراي يک لاين در هر جهت باشد، در آن واحد ??قط يک اتومبيل مي تواند در هر جهت، از يک نقطه ي معين عبور کند. در صورتي که بخواهيد جريان ترا??يک را ا??زايش دهيد مي توانيد لاين ديگري را به اين بزرگراه اضا??ه نماييد به طوري که در يک زمان معين حجم ترا??يک انتقالي، به دو برابر ا??زايش 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 حا??ظه را تعري?? 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 حا??ظه را دارد. در حاليکه پردازنده هايي با باس داده ي 64 بيتي (اغلب پردازنده هاي ??علي) در آن واحد امکان خواندن يا نوشتن روي 64 سلول حا??ظه را خواهند داشت. در سيستم هاي کلاس 486، به دليل است??اده از ماژول هاي حا??ظه ي SIMM، که تنها 32 بيت عرض دارند، امکان نصب يک ماژول روي مادربرد وجود داشت. هنگام است??اده از سيستم هاي کلاس پنتيوم 64 بيت، اين ماژول ها مي بايست به صورت مزدوج نصب گردند. بنابراين آن ها معمولاً به صورت من??رد نصب مي گردند مگر اينکه سيستم براي حا??ظه ي دو کاناله طراحي يا پيکربندي گردد. حا??ظه ي دو کاناله، به طور همزمان دو بانک حا??ظه را مي خواند و يا داده ها را روي آن ثبت مي کند و بنابراين از دو ماژول DIMM مي بايست روي اين سيستم است??اده گردد.

باس آدرس

 

باس آدرس، مجموعه اي از سيم هاست که اطلاعات آدرس دهي (مورد است??اده براي تشريح مکان حا??ظه که داده ها به آن ارسال گشته يا از آن ??راخواني مي شوند) را حمل مي نمايد. همانند باس داده، هر سيم در يک باس آدرس، يک بيت واحد از اطلاعات را حمل مي نمايد. اين بيت واحد، يک رقم واحد در ??ضاي آدرس مي باشد. هر چه از سيم هاي بيشتر (ارقام بيشتر) در محاسبه ي اين آدرس ها است??اده گردد. ??ضاي حا??ظه ي بيشتري در اختيار سيستم قرار خواهد گر??ت. اندازه (يا عرض) باس آدرس، حداکثر مقدار ??ضاي حا??ظه ي RAM را نشان مي دهد.

مثال بزرگراه در بخش باس داده ها را مي توان به منظور نشان دادن چگونگي عملکرد باس آدرس نيز مورد است??اده 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 است??اده براي منازل مي باشد. براي مثال اگر شما در خياباني زندگي مي کنيد که ??ضاي 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 ??ضاي آدرس اضا??ه کنيد، تعداد آدرس هاي ممکن به 1000 پلاک (10 به توان 3) ا??زايش مي يابد. کامپيوترها از سيستم شماره گذاري باينري (مبناي 2) است??اده مي کنند. بنابراين يک شماره ي 2 رقمي، تنها 4 آدرس منحصر به ??رد (2 به توان 2) را تأمين مي نمايد. يک شماره ي 3 رقمي، امکان ارائه ي 8 آدرس (2 به توان3 ) را ??راهم مي کند. براي مثال پردازنده هاي 6808 و 8808، از باس آدرس 20 بيتي است??اده مي نموده اند که حداکثر ??ضاي آدرس 1 مگابايت (2 به توان 20) را ??راهم مي نمود.

باس داده و باس آدرس، مستقل از يکديگر بوده و طراحان تراشه مي توانند از اندازه هاي مختل?? براي هر يک از آن ها است??اده 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 حا??ظه اي است که تراشه مي تواند کنترل نمايد.

رجيسترهاي داخلي (باس داده ي داخلي)

 

اندازه ي رجيسترهاي داخلي، نشان دهنده ي مقدار اطلاعاتي است که پردازنده مي تواند در آن واحد پردازش نموده و نيز به داخل يا خارج تراشه انتقال دهد. از رجيسترهاي داخلي بعنوان باس داده ي داخلي نيز ياد مي شود. يک رجيستر، يک سلول حا??ظه در داخل پردازنده مي باشد. براي مثال اين پردازنده مي تواند دو عدد موجود در دو رجيستر مختل?? را به هم اضا??ه نموده و نتيجه ي محاسبه را در رجيستر سوم ذخيره کند. اندازه ي رجيستر، اندازه ي داده هايي را که پردازنده مي تواند روي آن ها عمل کند را مشخص مي نمايد. همچنين اندازه ي رجيستر، نوع نرم ا??زار يا ??رمان ها و دستورالعمل هاي مورد است??اده ي پردازنده را تعيين مي نمايد. بدان معنا که پردازنده هايي با رجيسترهاي داخلي 32 بيتي مي توانند دستورالعمل هاي 32 بيتي را که از داده هاي 32 بيتي است??اده مي نمايند به کار گيرند اما پردازنده هاي با رجيسترهاي 16 بيتي قادر به انجام اين کار نيستند. اغلب پردازنده هاي پيشر??ته ي امروزي، از رجيسترهاي داخلي 64 بيتي بهره گيري نموده و مي تواند از سيستم هاي عامل و نرم ا??زارهاي 64 بيتي است??اده کنند؛ بنابراين براي است??اده ي کامل قابليت هاي آن ها، به سيستم هاي عامل و نرم ا??زارهاي جديد نياز داريم. برخي پردازنده هاي خيلي قديمي داراي يک باس داخلي بودند که بزرگتر از باس داده ي خارجي بود. هر تراشه داراي يک باس داده ي داخلي، با عرض دو برابر باس خارجي مي باشد. اين طرح ها که گاهي اوقات از آن ها بعنوان طرح هاي هيبريد نام برده مي شود نسخه هاي ارزان قيمتي از يک تراشه ي خالص مي باشد. رجيسترهاي داخلي اغلب بزرگتر از باس داده هستند، بدان معنا که تراشه براي پر نمودن ??ضاي حا??ظه ي رجيستر (قبل از آنکه رجيستر بتواند روي آن ها عمل نمايد) به دو سيکل ساعت نياز دارد.

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 ??هم 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 است??اده قرار مي گيرد. است??اده از چندين خط لوله در معماري ريزپردازنده، معماري سوپراسکالر نام دارد که با عرضه ي پردازنده ي پنتيوم، معر??ي گرديد.

مودهاي پردازنده

 

همه ي پردازنده هاي 32 بيتي اينتل و غير اينتل (از 386 به بالا) مي توانند در چند مود مختل?? کار کنند. مودهاي پردازنده، به محيط هاي عملياتي گوناگون منصوب گشته و روي دستورالعمل ها و قابليت هاي تراشه تأثير مي گذارند. مود پردازنده، چگونگي نگاه پردازنده به ??ضاي حا??ظه و مديريت سيستم را تحت کنترل دارد.

سه مود اصلي عملکرد پردازنده همراه با مودهاي ??رعي مرتبط با آن ها عبارتند از:

Real-mode (نرم ا??زار 16 بيتي)

مود IA-32

مود ح??اظت شده (نرم ا??زار 32 بيتي)

مود virtual real mode (برنامه هاي 16 بيتي در يک محيط 32 بيتي)

مود 64 بيتي IA-32e (معرو?? به AMD46):

مود 64 بيتي (نرم ا??زار 64 بيتي)

مود Compatibility (نرم ا??زار 32 بيتي)

Real-mode

 

Real-mode که گاهي اوقات از آن بعنوان مود 6808 نيز ياد مي شود (به دليل آنکه بر مبناي پردازنده هاي 6808 و 8808 طراحي شده است) در اولين کامپيوتر شخصي IBM که از پردازنده ي 8808 بهره گيري نمود، مورد است??اده قرار گر??ت. سيستم هاي مبتني بر اين مود مي تواند دستورالعمل هاي 16 بيتي را با است??اده از رجيسترهاي داخلي 16 بيتي اجرا نموده و تا يک مگابايت حا??ظه را با است??اده از 20 خط آدرس پشتيباني کند.

مود 32 (IA-32 بيتي)

 

اين مود که از پردازنده ي 386 به بعد مورد است??اده قرار گر??ت، اولين پردازنده ي 32 بيتي دنياي کامپيوترهاي شخصي را محقق نمود. اين تراشه مي تواند يک مجموعه دستورالعمل 32 بيتي کاملاً جديد را اجرا نمايد. براي بهره گيري کامل از مجموعه دستورالعمل 32 بيتي، يک سيستم عامل 32 بيتي و يک نرم ا??زار 32 بيتي مورد نياز بود. اين مود 32 بيتي جديد، تحت عنوان مود ح??اظت شده مبتني بر اين قابليت طراحي گرديد که برنامه هاي نرم ا??زاري که در اين مود اجرا مي گردند از هم پوشاني يکديگر روي محيط حا??ظه ح??اظت مي گردند. چنين قابليت ح??اظتي سيستم را در مقابل آسيب هاي احتمالي در ??ضاي داده مصون داشته چرا که يک برنامه با طراحي نامناسب مي تواند به آساني به برنامه هاي ديگر يا سيستم عامل آسيب برساند.

با آگاهي از اين واقعيت که سيستم هاي عامل و نرم ا??زارهاي جديدي که مي بايست از اين مود ح??اظت 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 ا??زارهاي 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 کا??ي بود. آن ها لزوما نمي خواستند که از هيچ نرم ا??زار 32 بيتي جديدي است??اده نمايند، آنها ??قط مايل بودند تا نرم ا??زار 16 بيتي موجود آن ها سريع تر اجرا گردند. متاس??انه اين بدان معناست که هرگز از اين مود ح??اظت شده ي 32 بيتي است??اده نگرديد و از ويژگي و قابليت هاي آن بالاجبار صر?? نظر گرديد. هنگامي که يک پردازنده ي پرقدرت تر همانند پنتيوم 4 از Real-made است??اده مي کند، مثل يک سيستم توربو 8808 عمل خواهد نمود.

مقايسه ي قدرت عملکرد پردازنده

 

يک تعبير غلط رايج در مورد پردازنده ها، درجه بندي هاي مت??اوت در مورد سرعت عملکرد آنهاست. در اين بخش مقاله به طور کلي در مورد سرعت پردازنده بحث نموده و سپس اطلاعات مهمتري را در مورد پردازنده هاي شرکت اينتل و AMD ارائه خواهيم نمود.

سرعت ساعت يک سيستم کامپيوتري بر حسب ??رکانس 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 است??اده 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 ??رکانس نوسان آن، وابسته به شکل و اندازه ي کريستال مي باشد. نوسانات از داخل کريستال، به صورت يک جريان الکتريکي متغير با ??رکانس هارمونيک کريستال خارج مي گردند. اين جريان متغير، سيگنال ساعت تراشه مي باشد که مبناي زماني عملکرد کامپيوتر محسوب مي گردد. يک سيستم کامپيوتري متعار?? 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 حا??ظه، به عنوان مثال يک پردازنده ي مدرن همانند پنتيوم 4، به حداقل سه سيکل نوسان ساعت براي اولين انتقال از حا??ظه و صر??اً يک سيکل ساعت به ازاي هر انتقال (براي 3 تا 6 انتقال متوالي به حا??ظه) نياز دارد. سيکل هاي اضا??ي 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 دريا??ت 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 ه??تم 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 مت??اوت اجراي دستورالعمل (بر حسب هرتز)، مقايسه ي سيستم ها را صر??ا مبتني بر سرعت ساعت تراشه مشکل مي نمايد. چگونه مي توان دو پردازنده را که با ??رکانس ساعت يکسان داراي عملکردي مت??اوت 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 ??رکانس ساعت معين هستند زيرا آن ها مي توانند دستورالعمل هاي بيشتري را در همان تعداد سيکل ساعت اجرا نمايند.

متاس??انه بعد از معر??ي پنتيوم III، مقايسه ي پردازنده ها صر??اً بر حسب سرعت ساعت، بسيار مشکل تر گرديد. زيرا معماري هاي داخلي مت??اوت در داخل پردازنده هاي مختل??، راندمان هاي مت??اوتي را در آن ها ايجاد نمود اما اين ت??اوت هاي راندمان باعث مي گردد که مدار قادر به اجراي حداکثر سرعت هاي مت??اوتي 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 مت??اوت 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 مت??اوت، شرکت اينتل از يک مجموعه ي خاصي از بنج مارک ها به نام iCOMP (شاخص عملکر نسبي ريزپردازنده هاي اينتل) است??اده مي نمايد که بعنوان يک سنجش عملکرد پردازنده مي تواند مورد است??اده قرار گيرد. شاخص iCOMP تا کنون دو بار مورد بازبيني قرار گر??ته و اکنون سه نسخه ي iCOMP3.0، iCOMP، i COMP2.0 موجود مي باشد.

شاخص iCOMP0.2 از چندين بنچ مارک مختل?? 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 معر??ي نمود، شاخص iCOMP0.2 را کنار گذاشته و شاخص iCOMP0.3 را معر??ي نمود. iCOMP0.3 يک بنچ مارک روزآمد شده مي باشد که است??اده از نرم ا??زارهاي سه بعدي، مولتي مديا و نرم ا??زار و تکنولوژي اينترنت را به همراه جريان هاي داده اي غني و نرم ا??زارهاي 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 اضا??ي گرا??يکي و صوتي موجود در پنتيوم III بهره گيري مي نمودند. بدون بهره گيري از اين دستورالعمل هاي جديد، ??رکانس پردازنده ي پنتيوم III با سرعت پنتيوم II يکسان مي گرديد.

دو شرکت اينتل و AMD اخيراً جديدترين پردازنده هاي خود را با است??اده 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 ا??زارهاي مدرن اينترنت و نرم ا??زارهاي آ??يس از شرکت مايکروسا??ت 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 است??اده، مقدار و نوع حا??ظه ي نصب شده، سرعت عملکرد ديسک سخت و ??اکتورهاي ديگر مي باشد.

سرعت هاي پردازنده در مقايسه با سرعت مادربرد

 

??اکتور گمراه کننده ي ديگر هنگام مقايسه ي عملکرد پردازنده، آن است که به لحاظ مجازي همه ي پردازنده هاي مدرن، در چندين حالت (مود) از سرعت مادربرد اجرا مي گردد. براي مثال يک پردازنده ي پنتيوم 4 با ??رکانس 2.53GHz با مضرب 19/4 (4.75x) برابر سرعت مادربرد به ميزان 533 مگاهرتز اجرا مي گرديد در حالي که يک پردازنده ي آتلون XP با ??رکانس 2800+ با است??اده از ??رکانس 2.083 گيگاهرتز با 75/12 (6.25X) برابر سرعت مادربرد به ميزان 333 مگاهرتز اجرا مي گردد. تا اوايل سال 1998، اغلب مادربردها داراي سرعت مگاهرتز يا کمتر بودند. از ماه آوريل سال 1998، شرکت اينتل هم پردازنده ها و نيز چيپ ست هاي مادربرد با ??رکانس 100MGz را طراحي نمود.

تا اواخر سال 1999، چيپ ست ها با مادربردهاي با ??رکانس هاي 133 مگاهرتز معر??ي گرديد که از پردازنده هاي جديدتر پنتيوم III پشتيباني مي نمودند در آن زمان مادربردها و چيپ ست هاي آتلون، داراي ??رکانس 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 است??اده 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 يا??ت. 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 معر??ي 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 ??رکانس متغير (که معمولاً روي چيپ ست اصلي مادربرد يا??ت مي شود) براي کنترل سرعت مادربرد و CPU است??اده نماييد. اغلب مادربردهاي پنتيوم داراي 3 تا 4 تنظيم سرعت مي باشند. پردازنده هاي امروزي در طي??ي از ??رکانس هاي مختل??، 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 ا??زوده شده به انواع مختل?? دسترسي هاي حا??ظه 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 حا??ظه ي موجود در چيپ ست مادربرد و نوع و مقدار حا??ظه ي نصب شده مي تواند تأثير شگر??ي روي سرعت اجراي نهايي سيستم داشته باشد.

در ساختن يک پردازنده، سازنده آن را در سرعت ها، دماها و ??شارهاي 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 ??شار و دما مي باشد.

سرعت هاي پردازنده ي AMD

 

پردازنده هاي آتلون XP از شرکت AMD عملکرد بسيار خوبي را از خود نشان دادند و داراي چندين ويژگي قابل توجه هستند اما متاس??انه از يک روش درجه بندي سرعت غير مشهور از شرکت AMD است??اده مي نمايند. اين نوع درجه بندي يک شماره مگاهرتز شبيه سازي شده مي باشد که مبين سرعت واقعي تراشه نبوده بلکه تخميني از مگاهرتز نسبي اولين نسل پنتيوم 4 را نشان مي دهد که تقريباً به لحاظ عملکرد معادل اين تراشه 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 ??رکانس 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 ??رکانس اختصاص يا??ته به تراشه بيانگر رابطه ي نسبي با سرعت پردازنده ي نوع ديگر مي باشد، قبلاً با مو??قيت محدودي روبه رو شد. در برخي موارد اين روش تأثير من??ي روي اذهان مشتريان گذاشت چرا که آن ها هنگامي که دريا??تند سرعت واقعي تراشه ها کمتر از مقدار معر??ي شده مي باشد احساس نمودند که مقبون شده اند.

بعنوان يک مثال تشبيهي مي توان گ??ت که روش شماره گذاري AMD روي تراشه ها همانند است??اده از ??اکتور Wind chill مي باشد که اغلب هواشناسان در هنگام زمستان مورد است??اده قرار مي دهند. ضمن ارائه ي دماي واقعي هوا، از ??اکتور چايش باد براي تخمين درجه ي احساس سرد بودن هوا است??اده مي گردد.

شماره هاي مدل شرکت AMD همانند اين ??اکتور 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 ??رکانس بودن دو تراشه، چگونه يکي از ديگري سريع تر اجرا مي شود؟ يک پردازنده ي آتلون XP از شرکت AMD با ??رکانس ساعت واقعي 2 گيگاهرتز، به طور قابل توجهي سريع تر از يک پردازنده ي پنتيوم 4 با ??رکانس 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 مت??اوت است??اده مي نمايد که در آن از يک خط لوله ي دستورالعمل عميق تر با تعداد مراحل بيشتر است??اده 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 ??رکانس ساعت بالاتر با تکنولوژي سيليکوني يکسان را ??راهم 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 ردي?? 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 ا??تاد 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 است??اده از تکنولوژي ساخت سيليکوني يکسان ??راهم مي نمايد. بعنوان مثال، آتلون XP و پنتيوم 4 اصولاً با است??اده 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 ??رکانس 2 گيگاهرتز گردد در حاليکه همين پروسه در آتلون XP با خط لوله ي 10 مرحله اي به ??رکانس 1.37 گيگاهرتز منجر مي گردد و در تراشه ي پنتيوم III با خط لوله ي 10 مرحله اي، ??رکانس 1.31 گيگاهرتز حاصل مي شود. با است??اده از پروسه ي جديدتر 0.13 ميکرون، پنتيوم 4 به ??رکانسي 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 ص??حه ي Sistem properties نشان مي دهد. شرکت AMD ترجيح مي دهد که سيستم ها سرعت پردازنده را مستقيماً نشان ندهند. در حقيقت شرکت AMD است??اده 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 م??اهيم گمراه کننده واضح مي باشد: مگاهرتز يا گيگاهرتز خام، هميشه روش خوبي براي مقايسه ي تراشه ها نمي باشد و توليد اعداد شبه مگاهرتز ??قط 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 است??اده مي نمايد اما در مدل جديد پردازنده هاي پنتيوم 4 علاوه بر ??رکانس از يک شماره ي مدل جديد است??اده مي نمايد که ت??اوت نسبي بين آن ها را نشان مي دهد. اين ت??اوت نسبي نه تنها مبتني بر سرعت ساعت مي باشد بلکه همچنين ت??اوت هاي ديگر موجود در معماري پردازنده را مد نظر قرار مي دهد.

??ناوري چند هسته اي

 

??ناوري چند هسته اي (HT) دو پردازنده را در يک هسته ي ??يزيکي واحد شبيه سازي مي کند. يک پردازنده ي multicore همچنان که از نامش بر مي آيد در واقع داراي دو يا چند هسته ي پردازنده در يک پکيج واحد است. از بالا که نگاه مي کنيم شبيه يک پردازنده ي واحد است اما در داخل آن، دو، سه، چهار، شش و يا بيشتر هسته ي پردازشگر وجود دارد. يک پردازنده ي چند هسته اي بطور مجازي همه ي مزايايي را که چندين پردازنده ي ??يزيکي جداگانه دارند، با هزينه اي بسيار کمتر در خود دارد.

Overclocking

 

در برخي سيستم ها، سرعت پردازنده را مي توان بالاتر از درجه بندي موجود روي تراشه اجرا نمود. اين امر Overclocking نام دارد. در بسياري از موارد شما مي توانيد به مقدار معيني از Overclocking دست يابيد زيرا شرکت هاي اينتل و AMD و نيز ساير شرکت هاي سازنده ي تراشه اغلب از يک محدوده ي ايمني در درجه بندي تراشه هاي خود است??اده مي نمايند. بنابراين يک تراشه با ??رکانس مثلاً 800 مگاهرتز مي تواند با سرعت 900 مگاهرتز اجرا شود اما اين 100 مگاهرتز اضا??ي بعنوان يک محدوده ي ايمني براي قابليت اعتماد عملکرد پردازنده توسط شرکت سازنده در نظر گر??ته مي شود. با است??اده از Overclocking، شما از اين محدوده ي ايمني است??اده نموده و تراشه را با سرعتي نزديک به حداکثر سرعت اجراي آن، به کار خواهيد برد. Overclocking به شما امکان مي دهد تا به عملکردي معادل 10 تا 20 درصد بيشتر از نرخ اسمي تراشه دست يابيد.

خطرات Overclocking

 

اگر شما قصد انجام Overclocking را داريد، مي بايست چندين مساله را مد نظر قرار دهيد. يکي از اين مسائل آن است که اغلب پردازنده هاي اينتل از پنتيوم II به بعد داراي يک Multiplier ق??ل شده مي باشند. بنابراين تراشه ي مذکور، هر تغييراتي را در تنظيم Multiplier روي مادربرد ناديده مي گيرد. در واقع هر دو شرکت اينتل و AMD، Multiplierهاي روي اغلب پردازنده هاي جديدتر خود را ق??ل مي کنند. اما پردازنده هاي شرکت AMD از يک پل اتصال در بالاي تراشه است??اده مي کنند که در صورت دقت زياد در کار مي توان آن ها را دستکاري نمود. در واقع اين کار اصولاً براي جلوگيري از مارک گذاري مجدد روي پردازنده ها توسط ا??راد متقلب انجام مي گيرد.

شما ممکن است با مشکلاتي در ا??زايش 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 ??رض پردازنده را (همچنين سرعت هسته ي پردازنده) تا 4 درصد ا??زايش 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 ??راهم مي کند.

حتي اگر شما بتوانيد پردازنده را در پذيرش يک تنظيم Multiplier مت??اوت ??ريب 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 ا??زايش 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 ا??زايش 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 ا??زايش دهيد مي توانيد همچنين باس PCI يا APG را نيز به همين مقدار ا??زايش دهيد.

تنظيمات ولتاژ CPU

 

حقه ي ديگر مورد است??اده به وسيله ي Overclockingها، تغيير در تنظيمات ولتاژ CPU مي باشد. همه ي سوکت ها و اسلات هاي جديد CPU داراي آشکارساز ولتاژ اتوماتيک مي باشند. با اين آشکارسازي، سيستم ولتاژ صحيح را با خواندن پين هاي معين روي پردازنده آشکار نموده و تنظيم مي کند. برخي مادربردها همانند مادربردهاي اينتل امکان تغييرات دستي در اين تنظيمات را نمي دهد ساير مادربردها همانند Asus P3 V4X امکان مي دهند تا شما با نرخ 0.1 ولت ولتاژ CPU را قدم به قدم کاهش يا ا??زايش دهيد. برخي تجربيات نشان مي دهد با ا??زايش يا کاهش ولتاژ CPU از مقدار استاندارد مي توان به سرعت هاي بالاتري در تراشه دست يا??ت.

توصيه مي شود که هنگام تغيير ولتاز، دقت زيادي صر?? کنيد زيرا ممکن است با اين روش به تراشه آسيب ??راواني وارد نماييد. حتي بدون تغيير ولتاژ، Overclocking با يک سرعت باس قابل تنظيم خيلي آسان و سرراست مي باشد. حتما از مادربردهاي با کي??يت بالا، حا??ظه ي خوب و شاسي سيستم مناسب با ??ن هاي خنک کننده ي اضا??ي و يک منبع تغذيه با کي??يت بالا است??اده نماييد.

منبع:سایت راسخون