コンピュータプロセッサの特性

プロセッサの重要な特性は次のとおりです。

プロセッサの主な特徴は、AMDまたはIntelの製造元とそのモデルです。両社の競合モデルは同様の機能とパフォーマンスを備えていますが、AMDプロセッサをIntel互換マザーボードにインストールすることはできません。その逆も同様です。

プロセッサのもう1つの明確な特徴は、適合するように設計されたソケットです。たとえば、Socket 478マザーボードのプロセッサを交換する場合は、そのソケットに合うように設計された交換用プロセッサを選択する必要があります。 表5-1 プロセッサソケットごとのアップグレード可能性の問題について説明します。

表5-1：プロセッサソケットタイプ別のアップグレード可能性

メガヘルツ（MHz）またはギガヘルツ（GHz）で指定されるプロセッサのクロック速度によってパフォーマンスが決まりますが、プロセッサライン全体でクロック速度は無意味です。たとえば、3.2GHzのPrescott-corePentium 4は、相対的なクロック速度が示すように、3.0 GHzのPrescott-core Pentium 4よりも約6.7％高速です。ただし、3.0GHzのCeleronプロセッサは2.8GHzのPentium4よりも低速です。これは主に、CeleronのL2キャッシュが小さく、ホストバスの速度が遅いためです。同様に、Pentium4が1.3GHzで導入されたとき、そのパフォーマンスは、実際には、置き換えを意図した1 GHz PentiumIIIプロセッサのパフォーマンスよりも低かった。 Pentium 4アーキテクチャは、以前のPentium IIIアーキテクチャよりもクロックごとの効率が低いため、これは真実でした。

クロック速度は、AMDプロセッサとIntelプロセッサを比較するのに役に立ちません。 AMDプロセッサは、Intelプロセッサよりもはるかに低いクロック速度で動作しますが、クロックティックごとに約50％多くの作業を実行します。大まかに言えば、2.0GHzで動作するAMDAthlon 64は、3.0GHzで動作するIntelPentium4とほぼ同じ全体的なパフォーマンスを発揮します。

'''MODEL NUMBERS VERSUS CLOCK SPEEDS''' Because AMD is always at a clock speed disadvantage versus Intel, AMD uses model numbers rather than clock speeds to designate their processors. For example, an AMD Athlon 64 processor that runs at 2.0 GHz may have the model number 3000+, which indicates that the processor has roughly the same performance as a 3.0 GHz Intel model. (AMD fiercely denies that their model numbers are intended to be compared to Intel clock speeds, but knowledgeable observers ignore those denials.) Intel formerly used letter designations to differentiate between processors running at the same speed, but with a different host-bus speed, core, or other characteristics. For example, 2.8 GHz Northwood-core Pentium 4 processors were made in three variants: the Pentium 4/2.8 used a 400 MHz FSB, the Pentium 4/2.8B the 533 MHz FSB, and the Pentium 4/2.8C the 800 MHz FSB. When Intel introduced a 2.8 GHz Pentium 4 based on their new Prescott-core, they designated it the Pentium 4/2.8E. Interestingly, Intel has also abandoned clock speed as a designator. With the exception of a few older models, all Intel processors are now designated by model number as well. Unlike AMD, whose model numbers retain a vestigial hint at clock speed, Intel model numbers are completely dissociated from clock speeds. For example, the Pentium 4 540 designates a particular processor model that happens to run at 3.2 GHz. The models of that processor that run at 3.4, 3.6, and 3.8 GHz are designated 550, 560, and 570 respectively.

ザ・ ホストバス速度 、とも呼ばれます フロントサイドバス速度、FSB速度 、または単に FSB 、プロセッサとチップセット間のデータ転送速度を指定します。同じクロック速度で実行されているプロセッサの場合でも、ホストバスの速度が速いほど、プロセッサのパフォーマンスが向上します。 AMDとIntelは、メモリとキャッシュ間のパスを異なる方法で実装しますが、基本的にFSBは、1秒あたりのデータブロック転送の可能な最大量を反映する数値です。実際のホストバスクロックレートが100MHzの場合、データをクロックサイクルごとに4回転送できる場合（つまり「クワッドポンプ」）、有効なFSB速度は400MHzです。

たとえば、Intelは、400、533、800、または1066MHzのホストバス速度を使用するPentium4プロセッサを製造しています。ホストバス速度が800MHzの2.8GHz Pentium 4は、ホストバス速度が533MHzのPentium4 / 2.8よりもわずかに高速であり、ホストバス速度が400MHzのPentium4 /2.8よりもわずかに高速です。バス速度。 Intelが低価格のCeleronプロセッサを差別化するために使用する1つの手段は、現在のPentium4モデルと比較してホストバス速度が低下していることです。 Celeronモデルは、400MHzおよび533MHzのホストバス速度を使用します。

すべてのSocket754およびSocket939 AMDプロセッサは、800MHzのホストバス速度を使用します。（実際には、Intelと同様に、AMDはホストバスを200 MHzで実行しますが、有効な800 MHzにクアッドポンプします。）ソケットASempronプロセッサは166MHzのホストバスを使用し、有効な333MHzのホストバス速度にダブルポンプします。。

プロセッサは2種類のキャッシュメモリを使用して、プロセッサと比較的低速のメインメモリ間の転送をバッファリングすることでパフォーマンスを向上させます。サイズ レイヤー1キャッシュ（L1キャッシュ 、とも呼ばれている レベル1キャッシュ ）は、プロセッサを再設計せずに変更できないプロセッサアーキテクチャの機能です。 レイヤー2キャッシュ（レベル2キャッシュまたはL2キャッシュ ただし、）はプロセッサコアの外部にあります。つまり、プロセッサメーカーは、異なるL2キャッシュサイズで同じプロセッサを製造できます。たとえば、Pentium4プロセッサのさまざまなモデルは512KB、1 MB、または2 MBのL2キャッシュで利用でき、さまざまなAMDSempronモデルは128KB、256 KB、または512KBのL2キャッシュで利用できます。

一部のアプリケーション、特に小さなデータセットで動作するアプリケーションでは、L2キャッシュを大きくすると、特にIntelモデルの場合、プロセッサのパフォーマンスが著しく向上します。（AMDプロセッサにはメモリコントローラが組み込まれているため、大きなL2キャッシュの利点がある程度隠されます。）大きなデータセットで動作するアプリケーションの場合、大きなL2キャッシュはわずかな利点しか提供しません。

'''Prescott, the Sad Exception''' It came as a shock to everyone not the least, Intel to learn when it migrated its Pentium 4 processors from the older 130 nm Northwood core to the newer 90 nm Prescott-core that power consumption and heat production skyrocketed. This occurred because Prescott was not a simple die shrink of Northwood. Instead, Intel completely redesigned the Northwood core, adding features such as SSE3 and making huge changes to the basic architecture. (At the time, we thought those changes were sufficient to merit naming the Prescott-core processor Pentium 5, which Intel did not.) Unfortunately, those dramatic changes in architecture resulted in equally dramatic increases in power consumption and heat production, overwhelming the benefit expected from the reduction in process size.

プロセスサイズ 、とも呼ばれている fab（rication）サイズ は、ナノメートル（nm）で指定され、プロセッサダイ上の最小の個々の要素のサイズを定義します。 AMDとIntelは継続的にプロセスサイズの削減を試みています（ ダイシュリンク ）各シリコンウェーハからより多くのプロセッサを取得し、それによって各プロセッサを製造するためのコストを削減します。 Pentium IIおよび初期のAthlonプロセッサは、350または250nmプロセスを使用していました。 PentiumIIIおよび一部のAthlonプロセッサは180nmプロセスを使用していました。最近のAMDおよびIntelプロセッサは130または90nmプロセスを使用し、今後のプロセッサは65nmプロセスを使用します。

プロセスサイズが重要なのは、他のすべての条件が同じであれば、小さいプロセスサイズを使用するプロセッサは、実行速度が速く、使用する電圧が低く、消費電力が少なく、発熱量が少ないためです。いつでも利用可能なプロセッサーは、多くの場合、異なるファブサイズを使用します。たとえば、Intelはかつて180、130、および90nmのプロセスサイズを使用するPentium4プロセッサを販売し、AMDは同時に250、180、および130nmのファブサイズを使用するAthlonプロセッサを販売しました。アップグレードプロセッサを選択するときは、ファブサイズが小さいプロセッサを優先してください。

さまざまなプロセッサモデルがさまざまな機能セットをサポートしており、そのうちのいくつかはあなたにとって重要であり、他の人は関係ありません。現在のプロセッサのすべてではありませんが、一部で使用できる5つの潜在的に重要な機能を次に示します。これらの機能はすべて、最近のバージョンのWindowsおよびLinuxでサポートされています。

SSE3（ストリーミング単一命令-複数データ（SIMD）拡張命令3） は、Intelによって開発され、現在ほとんどのIntelプロセッサと一部のAMDプロセッサで利用可能であり、ビデオ処理やその他のマルチメディアアプリケーションで一般的に遭遇する特定のタイプのデータの処理を促進するように設計された拡張命令セットです。 SSE3をサポートするアプリケーションは、SSE3もサポートするプロセッサでは、サポートしないプロセッサよりも10％または15％から100％高速に実行できます。

最近まで、PCプロセッサはすべて32ビットの内部データパスで動作していました。 2004年、AMDは 64ビットのサポート Athlon64プロセッサを搭載しています。正式には、AMDはこの機能を呼び出します x86-64 、しかしほとんどの人はそれを呼びます AMD64 。重要なことに、AMD64プロセッサは32ビットソフトウェアと下位互換性があり、64ビットソフトウェアを実行するのと同じくらい効率的にそのソフトウェアを実行します。 32ビットの互換性が限られていた独自の64ビットアーキテクチャを擁護していたIntelは、独自のバージョンのx86-64を導入することを余儀なくされました。 EM64T（拡張メモリ64ビットテクノロジ） 。今のところ、64ビットのサポートはほとんどの人にとって重要ではありません。 Microsoftは64ビットバージョンのWindowsXPを提供しており、ほとんどのLinuxディストリビューションは64ビットプロセッサをサポートしていますが、64ビットアプリケーションが一般的になるまで、デスクトップコンピュータで64ビットプロセッサを実行するメリットはほとんどありません。 Microsoftが（ついに）Windows Vistaを出荷すると、状況が変わる可能性があります。WindowsVistaは、64ビットのサポートを利用し、多くの64ビットアプリケーションを生み出す可能性があります。

Athlon 64で、AMDは NX（実行なし） テクノロジー、そしてインテルはすぐにその XDB（eXecute Disable Bit） 技術。 NXとXDBは同じ目的を果たし、プロセッサが実行可能なメモリアドレス範囲と実行不可能なメモリアドレス範囲を決定できるようにします。バッファオーバーランエクスプロイトなどのコードが実行不可能なメモリスペースで実行しようとすると、プロセッサはオペレーティングシステムにエラーを返します。 NXとXDBは、ウイルス、ワーム、トロイの木馬、および同様のエクスプロイトによって引き起こされる被害を軽減する大きな可能性を秘めていますが、Windows XP Service Pack 2など、保護された実行をサポートするオペレーティングシステムが必要です。

AMDとIntelはどちらも、一部のプロセッサモデルで電力削減テクノロジを提供しています。どちらの場合も、モバイルプロセッサで使用されているテクノロジはデスクトッププロセッサに移行されており、その消費電力と発熱が問題になっています。基本的に、これらのテクノロジは、プロセッサがアイドル状態または軽負荷のときに、プロセッサの速度を下げることによって（したがって、電力消費と熱生成を）減らすことによって機能します。 Intelは、電力削減テクノロジーを次のように呼んでいます。 EIST（Enhanced Intel Speedstep Technology） 。 AMDバージョンは呼ばれます Cool'n'Quiet 。どちらも、消費電力、熱生成、およびシステムノイズレベルをわずかながらも有用に削減できます。

2005年までに、AMDとIntelはどちらも、シングルプロセッサコアで可能なことの実際的な限界に達していました。明らかな解決策は、2つのプロセッサコアを1つのプロセッサパッケージに入れることでした。繰り返しになりますが、AMDはそのエレガントで先導しました Athlon 64 X2 1つのチップに2つの緊密に統合されたAthlon64コアを搭載したシリーズプロセッサ。もう一度追いつくことを余儀なくされたIntelは、歯を食いしばって、それが呼ぶデュアルコアプロセッサを一緒に叩きました ペンティウムD 。設計されたAMDソリューションには、高性能やほぼすべての古いSocket 939マザーボードとの互換性など、いくつかの利点があります。基本的に2つのPentium4コアを統合せずに1つのチップに貼り付けることになったSlapdashIntelソリューションは、2つの妥協点をもたらしました。まず、Intelデュアルコアプロセッサは以前のマザーボードとの下位互換性がないため、新しいチップセットと新しいシリーズのマザーボードが必要です。第2に、Intelは多かれ少なかれ既存のコアの2つを1つのプロセッサパッケージに接着したため、消費電力と発熱量が非常に高くなります。つまり、Intelは最速のシングルコアPentiumに比べてPentiumDプロセッサのクロック速度を下げる必要がありました。 4モデル。

とはいえ、IntelはPentium Dの価格を魅力的にするのに十分賢いので、Athlon 64X2は決して手に負えない勝者ではありません。最も安価なAthlonX2プロセッサは、最も安価なPentiumDプロセッサの2倍以上の価格で販売されています。価格は間違いなく下がるでしょうが、価格差が大きく変わることはないと思います。 Intelには余裕のある生産能力がありますが、AMDはプロセッサを製造する能力が非常に限られているため、AMDデュアルコアプロセッサは当面の間プレミアム価格になる可能性があります。残念ながら、それはデュアルコアプロセッサがほとんどの人にとって合理的なアップグレードオプションではないことを意味します。 Intelデュアルコアプロセッサは手頃な価格ですが、マザーボードの交換が必要です。 AMDデュアルコアプロセッサは既存のSocket939マザーボードを使用できますが、プロセッサ自体は高価すぎて、ほとんどのアップグレード業者にとって実行可能な候補にはなりません。

'''HYPER-THREADING VERSUS DUAL CORE''' Some Intel processors support ''Hyper-Threading Technology (HTT)'', which allows those processors to execute two program threads simultaneously. Programs that are designed to use HTT may run 10% to 30% faster on an HTT-enabled processor than on a similar non-HTT model. (It's also true that some programs run slower with HTT enabled than with it disabled.) Don't confuse HTT with dual core. An HTT processor has one core that can sometimes run multiple threads a dual-core processor has two cores, which can always run multiple threads.

ザ・ プロセッサコア 基本的なプロセッサアーキテクチャを定義します。特定の名前で販売されているプロセッサは、いくつかのコアのいずれかを使用できます。たとえば、最初のIntel Pentium4プロセッサは ウィラメットコア 。その後、Pentium4の亜種は ノースウッドコア、プレスコットコア、ガラティンコア、プレストニアコア 、および プレスコット2Mコア 。同様に、さまざまなAthlon64モデルが Clawhammerコア、Sledgehammerコア、Newcastleコア、Winchesterコア、Veniceコア、San Diegoコア、Manchesterコア 、および トレドコア 。

コア名を使用すると、多数のプロセッサ特性を簡単に指定するための便利な簡単な方法です。たとえば、Clawhammerコアは130 nmプロセス、1,024 KB L2キャッシュを使用し、NXおよびX86-64機能をサポートしますが、SSE3またはデュアルコア操作はサポートしません。逆に、マンチェスターコアは90 nmプロセス、512 KB L2キャッシュを使用し、SSE3、X86-64、NX、およびデュアルコア機能をサポートします。

プロセッサコア名は、ソフトウェアプログラムのメジャーバージョン番号に類似していると考えることができます。ソフトウェア会社がメジャーバージョン番号を変更せずにマイナーアップデートを頻繁にリリースするように、AMDとIntelはコア名を変更せずにコアにマイナーアップデートを頻繁に行います。これらの小さな変更は呼ばれます コアステッピング 。プロセッサが使用するコアによってマザーボードとの下位互換性が決まる可能性があるため、コア名の基本を理解することが重要です。ステッピングは通常それほど重要ではありませんが、注意を払う価値もあります。たとえば、特定のコアがB2およびC0ステッピングで使用できる場合があります。後のC0ステッピングでは、バグが修正されたり、実行速度が低下したり、前のステッピングに比べて他の利点が得られたりする場合があります。デュアルプロセッサマザーボードにセカンドプロセッサをインストールする場合は、コアステッピングも重要です。（つまり、シングルソケットマザーボード上のデュアルコアプロセッサとは対照的に、2つのプロセッサソケットを備えたマザーボードです。）デュアルプロセッサマザーボード上でコアやステッピングを混同しないでください。

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