Taktsagedus

Allikas: Vikipeedia
Intel Core i3 protsessori taktsagedus (pildil 'CPU speed'), arvuti BIOSis kuvatuna.

Taktsageduse (inglise keeles clock rate) all mõistetakse enamasti arvuti protsessori kiirust iseloomustavat suurust, tegelikult leidub emaplaadil veel komponente, mis oma töös erinevaid taktsagedusi kasutavad. Täpsemalt on taktsagedus taktgeneraatori poolt genereeritavate impulside arv sekundis, mida mõõdetakse hertsides (õnnestunud tsüklite vahel). Taktsageduse määrab tavaliselt ostsilleeruv kristall (enim levinud on kvartskristall). Taktsagedust mõõdetakse õnnestunud tsüklite vahel.

Protsessori jõudlust ei määra siiski taktsagedus üksi, vaid ka see, mitu käsku protsessor ühe tsükli jooksul täita suudab. Seetõttu on taktsagedus kasulik ainult samatüübiliste protsessorite võrdlemiseks. Lihtsustatud näide: kui üks protsessor on teisest kaks korda suurema taktsagedusega, kuid esimene protsessor suudab liitmistehte teostada kahe takti jooksul ning teine ühe takti jooksul, siis tegelikult töötavad protsessorid praktiliselt võrdse jõudlusega.[1]

Üks konkreetne taktitsükkel (tavaliselt lühem kui nanosekond tänapäevastes protsessorites) on lülitus, mille tulemuseks on kas loogiline null või loogiline üks.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Valdava osa vältel mikroarvutite varasemast ajaloost ei olnud taktsagedus eri mudelite vahel varieeruvaks faktoriks. Igale konkreetsele protsessoritüübile oli harilikult ettemääratud standardne taktsagedus – 1 Mhz 6502 mikroprosessoril põhinevatel arhitektuuridel, näiteks Commodore 64 ja Apple II seeria, 4,77 MHz Z-80 protsessoriga arvutitel ja esimese põlvkonna Intel 8086-l (mida kasutati ka esimeses IBM PC-s), 8 MHz varastel Motorola 68000 arvutitel nagu Macintosh 128k ja Amiga 1000. Kuna eelpool mainitud protsessorite põlvkonnad järgnesid üksteisele ajaliselt kiiresti ja nad enamjaolt ei konkureerinud omavahel (va. Z-80 ja 8086, millel oli sama taktsagedus), siis tootjate turundusväljalasetes taktsagedustele pigem suuremat tähelepanu ei pööratud.[2]

Tarbijate jaoks muutus taktsagedus olulisemaks omaduseks siis, kui ilmusid uuemad arvutite põlvkonnad, mille taktsagedused olid kiiremad kui 4,77 MHz. Osal nendest arvutitest oli võimalik taktsagedust muuta arvuti esipaneelil asetseva lüliti abil (tuntud kurikuulsalt kui "Turbo-nupp".) Antud lüliti tegelikult alandas protsessori taktsagedust, see oli tarvilik suurendamaks ühilduvust vanemate mängude ja tarkvaraga, millel oli raskusi kiirematel sagedustel funktsioneerimisega. Pärast 1982. aastal välja tulnud 6 MHz taktsagedusega 80286 protsessori ja sellele 1985 järgnenud 12 MHz-l töötava 80386 tulekut jäid arvutitootjad püsima taktsagedusel kui lihtsal omadusel esindamaks ostjatele kiiremaid ja kallimaid protsessoreid. Oluline osa on siin Intelil, kellel õnnestus protsessori 268 taktsagedust toote eluaja jooksul suurendada 25 MHz-ni.

1990. aastate alguseks reklaamis enamik arvutifirmadest oma arvutite jõudlust eelkõige viidates protsessori taktsagedusele. See viis aga erinevate turundusnõksudeni, näiteks Apple'i otsus luua ja ja turustada Power Macintosh 8100 taktsagedusega 110 MHz. See tähendas, et Apple võis kuulutada oma toote kiireima taktsagedusega saadaolevaks arvutiks – kiireim Inteli protsessor samal ajal jooksis 100 MHz-l. See veidi suurem arv ei omanud aga tegelikkuses suurt tähtsust, sest mikroprotsessorid PowerPC 601 ja Pentium kasutasid erinevaid käsustikke ja omasid erinevaid mikroarhitektuure.

Pärast 2000. aastat hakkas Inteli konkurent AMD kasutama toodete turustamiseks taktsageduse asemel mudelite numbreid, põhjuseks AMD protsessorite väiksem taktsagedus Inteli omadega võrreldes. Seda trendi ka edaspidi jätkates üritas AMD kukutada ka nn megahertsi-müüti, mis AMD väitel ei seletanud täielikult firma protsessorite jõudlust. Ka Intel kuulutas välja sama teguviisi, ilmselt seoses tarbijate seas tekkinud segadusega Inteli Pentium M protsessorite puhul, mis jooksid umbes poole väiksemal taktsagedusel kui reaalsuses pea ekvivalentne protsessor Pentium 4. Alates 2007. aastast on jõudlus suurenenud peamiselt pigem tänu arengutele andmetöötluskonveierites, käsustikes. Taktsageduse tõusu on toimunud vähem (peamiseks põhjuseks on ebaefektiine voolukasutus).

Varased arvutid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esimene kommertsiaalne personaalarvuti, Altair 8800, kasutas Intel 8080 protsessorit taktsagedusega 2 MHz (2 miljonit tsüklit sekundis). Esimene IBM PC (ca. 1981) omas taktsagedust 4,77 MHz (4 772 727 tsüklit sekundis). 1995. aasta Inteli P5-kiip Pentium töötas sagedusel 100 MHz (100 miljonit tsüklit sekundis). Aastal 2002 tutvustati Inteli Pentium 4, esimest keskprotsessorit, mille taktsagedus olu 3 Ghz (ligi ~0,3 10−9sekundit kulus ühe tsükli jaoks). Et vanemate arvutite taktsagedus jäi kristallostsillaatori sageduse piiresse, siis selliste protsessorite ülekiirendamiseks tuli emaplaadil kristallostsillaator välja vahetada sellise vastu, mis töötas kiiremal sagedusel. Kohandatavate taktgeneraatorite tulekuga on aga kristallostsillaatori väljavahetamise vajadus kadunud.

Taktsageduste võrdlemine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Taktsageduse järgi on kõige mõistlikum võrrelda protsessoreid juhul, kui nad kuuluvad samasse tooteperekonda. Eri perekondade või eri tootjate protsessoreid omavahel võrreldes on taktsagedus vaid üks mitmest tegurist, mis protsessori jõudlust mõjutavad. Näiteks IBM PC Intel 80486 protsessoriga taktsagedusel 50 MHz on umbes kaks korda kiirem kui sama riistvaraga arvuti, mis jookseb taktsagedusel 25 MHz. Samalaadne olukord ei kehtiks aga MIPS R4000 protsessoril 25 MHz juures, sest antud protsessorid on toodetud kasutades erinevaid arhitektuure. Protsessoreid võrreldes tuleks arvestada lisaks CPU taktsagedusele ka selliseid omadusi nagu protsessori andmesiini taktsagedus ja ribalaius, arvuti mälu latents ja protsessori vahemälu arhitektuur. Üks võimalus protsessorite jõudlust võrrelda on kasutada jõudlusteste.

Üks põhjustest, miks taktsageduse järgi jõudluse hindamine on eksitav, on see, et erinevad protsessorid suudavad teha erineva hulga tööd ühe tsükli vältel. Näiteks superskalaarsed protsessorid suudavad ühe tsükli jooksul sooritada rohkem kui ühe käsu. Ometi pole aga tavatu, et see keskmine tegelikkuses alla ühe käsu tsükli kohta jääb. Lisaks tuleb arvestada ka faktoreid nagu mitme tuuma olemasolu, mis taaskord toob jõudlusse drastilisi muutusi, ometi ei kasva taktsagedus märgatavalt (või ei kasva üldse).

Kvartskristallid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Erinevad kristall-ostsillaatorid

Arvuti kiiruse üks põhilisi kontrollivaid komponente on kvartskristalli kasutav Kristall-ostsillaator. Kvarts ise on aga ränidioksiid-kristalli kujul. Sellisel kujul suudab kvarts genereerida regulaarseid ja stabiilseid signaaliimpulsse, millega juhitakse vooluringide tööd (sarnane näide on metronoom muusika juhtimisel). Kasutatakse aga nimelt kvartskristalle seetõttu, et nad on piesoelektrilised (materjali omadus, mis tähendab, et talle füüsilise surve avaldamisel tekivad tema vastastahkudel vastandmärgilised elektrilaengud [3]) Kristallile voolu andes hakkab kristall resoneerima. Võnkumise sagedus sõltub kristalli suurusest ja kujust. Üldiselt kehtib reegel, et mida väiksem, õhukesem on kristall, seda kiiremini toimub vibreerimine. Kristalli liikumine sealjuures on suurusjärgus 68 nm. Kristall-ostsillaatori tootmises viimistletakse kristallitükid õhukesteks lamedataks ketasteks; mida õhem on ketas, seda suurem võnkesagedus saavutatakse; ent eksisteerivad ka piirangud, kui õhukene võib üks ketas olla, enne kui ta murdub – tüüpiliste ostsillaatorite puhul ligi 50 MHz. Ometi on võimalik saavutada suuremaid sagedusi, kasutades skeeme ja komponente, mis kristalli signaali sünteesivad ja väljastavad signaali mitmekordistatuna. Tänapäevased protsessorikiirused saavutataksegi kasutades just selliseid komponente. [4]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. "Protsessor". Vaadatud 14.12.2011.
  2. "Overclocking Guide Part 1: Risks, Choices and Benefits" (11. detsember 2011). Vaadatud 16.12.2011.
  3. "ESTERM: piesoelektriline kristall". Vaadatud 14.12.2011.
  4. Upgrading and Repairing PCs, 20th edition, lk 124-125: Quartz Crystals