2011
De processor
Bart Raets Syntra Genk
Wat is een processor?
De processor voert instructies uit die ingegeven worden in de 'native language' (moedertaal) van de processor: assembly. Computerprogramma's zijn op te vatten als grote verzamelingen van zulke instructies. Meestal (maar soms wel!) worden programma's echter niet geschreven in de moedertaal van de processor. Een programmeur kan in een 'high level' programmeertaal instructies schrijven voor de computer. Zo'n high level taal ligt veel dichter bij natuurlijk taal dan assembler en is daarom makkelijke door mensen te gebruiken. Voorbeelden van high level talen zijn C, C++, Pascal en Java. De instructies (programmatuur) die opgeschreven zijn in een high level taal moeten wel vertaal worden naar voor de processor begrijpbare instructies. Dit gebeurt met een speciaal programma dat een compiler heet. Een compiler zet een high level taal om in processor instructies. De processor doet een hoop dingen, waaronder berekeningen maken, het geheugen beheren en beslissingen maken op basis van logische berekeningen. Op basis van een set regels kan een processor naar een andere set regels springen. Zo maakt de processor aan de hand van de ingegeven instructies beslissingen voor het uitvoeren van nieuwe instructies.
Bart Raets – Syntra Genk
Hoofdstuk: De processor
De processor is bovenal een van de meest besproken onderdelen van de computer. Dat is niet gek, want voor alle handelingen die je verricht met de computer slaat de processor aan het rekenen. Het is het rekencentrum van de computer. Of je nu muziek luistert, een webpagina opent of het beweegt met de muis, alles wordt door de processor nauwkeurig berekend.
1
In deze introductie op de processor ga ik niet in op de exacte werking van de processor, maar wel op een aantal eigenschappen die handig zijn om te weten als je een computer of een losse processor gaat kopen.
De snelheid van een processor De snelheid van een processor wordt meestal uitgedrukt in Megahertz. Je hebt het dan over de kloksnelheid [MHz] van de processor. Deze kloksnelheid wordt berekend aan de hand van 2 waarden, de multiplier en de front side bus (FSB) snelheid van de processor. De processor is via de front side bus verbonden met het geheugen. fsb * multiplier = kloksnelheid van de processor Voorbeeld:Intel Pentium II 350 Mhz FSB snelheid 100 MHz * Multiplier 3,5 = 350 MHz (ofwel 350 miljoen 'kloktikken' per seconde) Voorbeeld: AMD Athlon XP 2400+ FSB snelheid 133 MHz * Multiplier 15 = 1995 MHz (ofwel 1995 miljoen 'kloktikken' per seconde)
De kloksnelheid zegt niet alles over de prestaties van een processor. Tegenwoordig zelfs vrij weinig. Je ziet dat goed in het voorbeeld hierboven. De AMD Athlon XP processor wordt verkocht als een 2400+ MHz processor. De werkelijke kloksnelheid is echter 'maar' 1995 MHz. De 2400+ aanduiding is de 'Pentium Rating' die processorfabrikant AMD heeft verzonnen in de marketingstrijd met concurrent Intel. Dat is niet onterecht, want een 1995 MHz Athlon XP is ook werkelijk vergelijkbaar is met een Pentium 2,4 GHz (2400 Mhz) processor. Maar hoe vertel je dat de consument? 2400 is toch meer dan 1995?
Cache geheugen - Cache geheugen is geheugen dat dicht bij of zelfs in de processor zit. Level 1 (L1) cache geheugen is zeer snel geheugen dat in de processorkern ingebakken zit. Level 2 (L2) cache geheugen zit verder van de processorkern verwijderd. In het cache geheugen worden data en instructies opgeslagen die de processor later nodig kan hebben. Het L2 cache geheugen fungeert daarnaast als een 'register'. Het onthoudt waar de processor instructies kan vinden in het RAM geheugen van de computer. De grootte, maar met name de snelheid van het cache geheugen kunnen - afhankelijk van de situatie - invloed hebben invloed op de snelheid van de processor. Pipelining - Een moderne processor voert instructies niet een voor een uit. De processor begint met een instructie en op de volgende kloktik wordt aan een tweede instructie begonnen, enzovoort. De procesoor voert dus simultaan meerdere instructies tegelijk uit. Pipelining verbetert de prestaties van de processor, maar er zitten ook nadelen aan. Als instructies B van het resultaat van instructie A afhankelijk is, dan zal B moeten wachten totdat A klaar is. Pipelining brengt ook een stuk 'overhead' met zich mee. De processor moet onder andere zorgen dat de pijplijn altijd vol zit met nieuwe instructies, wat ook processorkracht kost. Alle moderne processoren werken met pipelining. Instructies per clocktick - Zoals gezegd kunnen er meerdere instructies uitgevoerd worden binnen een kloktik. Een betere indicatie van de snelheid van de processor begint zich af te tekenen als je de kloksnelheid samen bekijkt met het aantal instructies
Bart Raets – Syntra Genk
Hoofdstuk: De processor
Maar als de kloksnelheid niet beslissend is voor de prestatie van een processor, wat dan wel? In elk geval hebben de volgende factoren ook invloed op de prestatie.
2
dat per clocktick uitgevoerd kan worden. Intel 's Pentium processors hebben een hele hoge kloksnelheid, maar voeren een relatief laag aantal instructies per seconde uit. Toepassingen (programma's) kun je optimaliseren voor een specifieke processor. Of andersom kun je een programma schrijven die gebruik maakt van de goede eigenschappen van een bepaalde processor. Verschillende types processoren kunnen verschillend presteren per applicatie. Intel Pentium 4 processoren zijn bijvoorbeeld goed in het coderen van videobestanden, waar sommige AMD’s iets betere prestaties in games laten zien. Benchmarkprogramma's (testprogramma's) voor processoren bestaan er dan ook in verschillende smaken. Het ene benchmarkprogramma bekijkt de snelheid van de processor met kantoorsoftware (spreadsheets, tekstverwerken, etc) de andere test het pure rekenvermogen van de processor. Hoe snel bepaalde software werkt op een processor heeft te maken met hoe de software zelf geschreven is en hoe deze door de compiler naar processorinstructies vertaald wordt.
Zal het bovenstaande de keuze voor een bepaalde processor makkelijker maken? Waarschijnlijk niet. Maar het hoeft de keuze ook niet moeilijker te maken. Het is namelijk niet nodig om alle technische specificaties van een processor op te zoeken en te vergelijken.
Processoren van hetzelfde type (bijvoorbeeld Pentium 4, Athlon XP, of Athlon 64) kun je onderling vergelijken op kloksnelheid en cache geheugen. Je krijgt dan een redelijke indruk van de prestaties van een bepaald type processor ten opzichte van zijn soortgenoten. Voor het bepalen van de prestaties van verschillende types processoren (bijvoorbeeld de Athlon XP en de Pentium 4) kun je het best zoeken op internet naar 'benchmarks' (tests) en 'reviews'. Tomshardware zijn websites waar regelmatig nieuwe processors getest en vergeleken worden, maar dat zijn niet de enige! Een zoekactie bij Google naar de processor waarin je geïnteresseerd bent doet wonderen.
Andere overwegingen Stroomverbruik Het stroomverbruik van verschillende processoren varieert. De meeste moderne processoren gebruiken echter om en nabij hetzelfde. Als je een energiezuinige computer wil hebben, kan je hier bij de aankoop rekening mee houden. Om echt een verschil te maken zal je hier wel bij elk computeronderdeel rekening mee moeten houden, want de verschillen zijn bij de meeste (moderne) onderdelen vaak klein.
De warmteproductie en -afgifte van processoren verschilt. Waar processoren soms evenveel warmte produceren heeft de ene een groter oppervlak waarover gekoeld kan worden dan de ander. Bijvoorbeeld een Intel heeft een grotere die dan een AMD. De die is de buitenkant van de 'processor core'. Dit is het gedeelte dat in contact staat met het koelblok die op de processor geplaatst moet worden. Hoe groter het contactoppervlak van de processor met het koelblok is, hoe meer warmte er afgevoerd kan worden door de koeler. Een kleine die betekent echter weer niet automatisch dat je gebonden bent aan een luidruchtige koeler. Er zijn grote koelers beschikbaar (80 mm). Deze koelers hebben ook een grotere ventilator die door zin afmetingen
Bart Raets – Syntra Genk
Hoofdstuk: De processor
Warmteproductie
3
relatief weinig toeren hoeft te maken om genoeg lucht te verplaatsen. Minder toeren zorgt automatisch voor minder geluidproductie.
Merken en types Er zijn verschillende fabrikanten van processoren. Voor desktop pc's hebben momenteel AMD en Intel vrijwel de hele markt in handen. Er zijn ook kleinere spelers, zoals Motorola, maar deze worden vooral gebruikt in 'kant en klare' systemen zoals die van Apple. Bij de keuze van een moederbord en de daarop aanwezige chipset bepaal je al je keuze voor een bepaalde fabrikant. Momenteel komt deze keuze voor de thuisgebruiker neer op AMD of Intel. De keuze tussen deze twee merken is een veel besproken onderwerp en is vaak aanleiding voor verhitte discussies. Als je een aantal van deze discussies leest kan je snel een conclusie trekken: het is persoonlijke voorkeur die bepaalt voor welk merk je gaat. Een AMD is niet beter dan een Intel en andersom ook niet. De technische specificaties van een processor (hoeveelheid cache geheugen, kloksnelheid, warmteproductie) en vooral benchmarks zouden aanleiding moeten zijn voor de keuze voor een bepaald merk, type en snelheid.
Processor upgraden
Hoofdstuk: De processor
Een processor upgraden zal meestal de prestaties van een computer verbeteren. Een computer is echter een samenwerkingsverband van meerdere apparaten zoals het moederbord, het geheugen ĂŠn de processor. De processor upgraden heeft pas zin als de processor ook werkelijk het langzaamste onderdeel van de computer is.
Bart Raets – Syntra Genk
4