Eigenschappen van computerprocessors

Dit zijn de belangrijke eigenschappen van processors:

De belangrijkste bepalende eigenschap van een processor is het merk, AMD of Intel, en het model. Hoewel concurrerende modellen van beide bedrijven vergelijkbare functies en prestaties hebben, kun je geen AMD-processor in een Intel-compatibel moederbord installeren of vice versa.

Een andere bepalende eigenschap van een processor is de socket waarvoor deze is ontworpen. Als je bijvoorbeeld de processor op een Socket 478-moederbord vervangt, moet je een vervangende processor kiezen die in die socket past. Tabel 5-1 beschrijft upgrademogelijkheden per processorsocket.

Tabel 5-1: Upgrademogelijkheden per type processorsocket

De kloksnelheid van een processor, uitgedrukt in megahertz (MHz) of gigahertz (GHz), bepaalt de prestaties, maar kloksnelheden zijn niet vergelijkbaar tussen verschillende processorfamilies. Een Pentium 4 met Prescott-kern van 3,2 GHz is bijvoorbeeld ongeveer 6,7% sneller dan een Pentium 4 met Prescott-kern van 3,0 GHz, zoals de relatieve kloksnelheden suggereren. Een Celeron-processor van 3,0 GHz is echter trager dan een Pentium 4 van 2,8 GHz, voornamelijk omdat de Celeron een kleinere L2-cache heeft en een lagere systeembussnelheid gebruikt. Evenzo was de prestatie van de Pentium 4 toen deze op 1,3 GHz werd geïntroduceerd feitelijk lager dan die van de 1 GHz Pentium III-processor die hij moest vervangen. Dit kwam doordat de architectuur van de Pentium 4 minder efficiënt is per klokcyclus dan de eerdere Pentium III-architectuur.

Kloksnelheid is nutteloos voor het vergelijken van AMD- en Intel-processors. AMD-processors draaien op veel lagere kloksnelheden dan Intel-processors, maar verzetten ongeveer 50% meer werk per kloktik. Globaal genomen heeft een AMD Athlon 64 die op 2,0 GHz draait ongeveer dezelfde algehele prestaties als een Intel Pentium 4 die op 3,0 GHz draait.

'''MODELNUMMERS VERSUS KLOKSNELHEDEN'''

Omdat AMD altijd een kloksnelheidsnadeel heeft ten opzichte van Intel, gebruikt AMD modelnummers in plaats van kloksnelheden om hun processors aan te duiden. Een AMD Athlon 64-processor die op 2,0 GHz draait, kan bijvoorbeeld het modelnummer 3000+ hebben, wat aangeeft dat de processor ongeveer dezelfde prestaties levert als een Intel-model van 3,0 GHz. (AMD ontkent fel dat hun modelnummers bedoeld zijn om te worden vergeleken met Intel-kloksnelheden, maar deskundige waarnemers negeren die ontkenningen.)

Intel gebruikte voorheen lettertoevoegingen om onderscheid te maken tussen processors die op dezelfde snelheid draaiden, maar met een andere systeembussnelheid, kern of andere eigenschappen. Pentium 4-processors van 2,8 GHz met een Northwood-kern werden bijvoorbeeld in drie varianten gemaakt: de Pentium 4/2.8 gebruikte een 400 MHz FSB, de Pentium 4/2.8B de 533 MHz FSB, en de Pentium 4/2.8C de 800 MHz FSB. Toen Intel een Pentium 4 van 2,8 GHz introduceerde gebaseerd op hun nieuwe Prescott-kern, duidden ze deze aan als de Pentium 4/2.8E.

Interessant is dat Intel ook is afgestapt van kloksnelheid als aanduiding. Met uitzondering van enkele oudere modellen worden alle Intel-processors nu ook aangeduid met een modelnummer. In tegenstelling tot AMD, waarvan de modelnummers een restspoor van de kloksnelheid bevatten, zijn de modelnummers van Intel volledig losgekoppeld van kloksnelheden. De Pentium 4 540 duidt bijvoorbeeld een specifiek processormodel aan dat toevallig op 3,2 GHz draait. De modellen van die processor die op 3,4, 3,6 en 3,8 GHz draaien, worden respectievelijk aangeduid als 550, 560 en 570.

De systeembussnelheid, ook wel front-side bus-snelheid, FSB-snelheid of simpelweg FSB genoemd, specificeert de data-overdrachtsnelheid tussen de processor en de chipset. Een hogere systeembussnelheid draagt bij aan betere processorprestaties, zelfs voor processors die op dezelfde kloksnelheid draaien. AMD en Intel implementeren het pad tussen geheugen en cache op verschillende manieren, maar in essentie is FSB een getal dat de maximaal mogelijke hoeveelheid datablokoverdrachten per seconde weergeeft. Bij een werkelijke systeembus-klokfrequentie van 100 MHz, als data vier keer per klokcyclus kan worden overgedragen (dus "quad-pumped"), is de effectieve FSB-snelheid 400 MHz.

Intel heeft bijvoorbeeld Pentium 4-processors geproduceerd die systeembussnelheden van 400, 533, 800 of 1066 MHz gebruiken. Een Pentium 4 van 2,8 GHz met een systeembussnelheid van 800 MHz is marginaal sneller dan een Pentium 4/2.8 met een systeembussnelheid van 533 MHz, die op zijn beurt weer marginaal sneller is dan een Pentium 4/2.8 met een systeembussnelheid van 400 MHz. Eén maatstaf die Intel gebruikt om hun goedkopere Celeron-processors te onderscheiden is een lagere systeembussnelheid ten opzichte van de huidige Pentium 4-modellen. Celeron-modellen gebruiken systeembussnelheden van 400 MHz en 533 MHz.

Alle Socket 754- en Socket 939-AMD-processors gebruiken een systeembussnelheid van 800 MHz. (Eigenlijk laat AMD, net als Intel, de systeembus op 200 MHz draaien, maar deze wordt quad-pumped naar een effectieve 800 MHz.) Socket A Sempron-processors gebruiken een systeembus van 166 MHz, double-pumped naar een effectieve systeembussnelheid van 333 MHz.

Processors gebruiken twee soorten cachegeheugen om de prestaties te verbeteren door overdrachten tussen de processor en het relatief trage hoofdgeheugen te bufferen. De grootte van het Layer 1-cache (L1-cache, ook wel Level 1-cache genoemd), is een kenmerk van de processorarchitectuur dat niet kan worden gewijzigd zonder de processor opnieuw te ontwerpen. Layer 2-cache (Level 2-cache of L2-cache), bevindt zich echter buiten de processorkern, wat betekent dat processorfabrikanten dezelfde processor kunnen produceren met verschillende L2-cachegroottes. Er zijn bijvoorbeeld verschillende modellen Pentium 4-processors beschikbaar met 512 KB, 1 MB of 2 MB L2-cache, en verschillende AMD Sempron-modellen zijn beschikbaar met 128 KB, 256 KB of 512 KB L2-cache.

Voor sommige toepassingen, met name die welke met kleine datasets werken, verhoogt een grotere L2-cache de processorprestaties merkbaar, vooral bij Intel-modellen. (AMD-processors hebben een ingebouwde geheugencontroller, die de voordelen van een grotere L2-cache tot op zekere hoogte maskeert.) Voor toepassingen die met grote datasets werken, biedt een grotere L2-cache slechts marginaal voordeel.

'''Prescott, de trieste uitzondering'''

Het kwam voor iedereen als een schok, niet in de laatste plaats voor Intel, om te ontdekken dat toen het zijn Pentium 4-processors migreerde van de oudere 130 nm Northwood-kern naar de nieuwere 90 nm Prescott-kern, het stroomverbruik en de warmteproductie enorm stegen. Dit gebeurde omdat de Prescott geen eenvoudige verkleining van de Northwood was. In plaats daarvan ontwierp Intel de Northwood-kern volledig opnieuw, voegde functies toe zoals SSE3 en bracht enorme wijzigingen aan in de basisarchitectuur. (Destijds dachten we dat die wijzigingen voldoende waren om de Prescott-kernprocessor Pentium 5 te noemen, wat Intel niet deed.) Helaas leidden die drastische wijzigingen in de architectuur tot even drastische toenames in stroomverbruik en warmteproductie, waardoor het voordeel dat verwacht werd van de verkleining van het productieproces teniet werd gedaan.

Procesgrootte, ook wel fab(ricage)grootte genoemd, wordt uitgedrukt in nanometers (nm) en definieert de grootte van de kleinste individuele elementen op een processorchip. AMD en Intel proberen voortdurend de procesgrootte te verkleinen (een die shrink genoemd) om meer processors uit elke siliciumwafel te krijgen, waardoor hun kosten om elke processor te produceren dalen. Pentium II- en vroege Athlon-processors gebruikten een 350- of 250 nm-proces. Pentium III- en sommige Athlon-processors gebruikten een 180 nm-proces. Recente AMD- en Intel-processors gebruiken een 130- of 90 nm-proces en toekomstige processors zullen een 65 nm-proces gebruiken.

Procesgrootte is van belang omdat, onder overigens gelijke omstandigheden, een processor die een kleinere procesgrootte gebruikt sneller kan werken, een lager voltage kan gebruiken, minder stroom kan verbruiken en minder warmte kan produceren. Processors die op een bepaald moment beschikbaar zijn, gebruiken vaak verschillende fab-groottes. Intel verkocht bijvoorbeeld ooit Pentium 4-processors die 180, 130 en 90 nm-procesgroottes gebruikten, en AMD heeft tegelijkertijd Athlon-processors verkocht die 250, 180 en 130 nm-fab-groottes gebruikten. Wanneer je een upgradeprocessor kiest, geef dan de voorkeur aan een processor met een kleinere fab-grootte.

Verschillende processormodellen ondersteunen verschillende functiesets, waarvan sommige belangrijk voor je kunnen zijn en andere niet relevant. Hier zijn vijf potentieel belangrijke functies die beschikbaar zijn bij sommige, maar niet alle, huidige processors. Al deze functies worden ondersteund door recente versies van Windows en Linux:

SSE3 (Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3), ontwikkeld door Intel en nu beschikbaar op de meeste Intel-processors en sommige AMD-processors, is een uitgebreide instructieset die is ontworpen om de verwerking van bepaalde soorten data te bespoedigen die veel voorkomen in videobewerking en andere multimediatoepassingen. Een toepassing die SSE3 ondersteunt, kan 10% tot 15% of zelfs 100% sneller draaien op een processor die SSE3 ondersteunt dan op een processor die dat niet doet.

Tot voor kort werkten alle pc-processors met 32-bit interne datapad-architecturen. In 2004 introduceerde AMD 64-bit ondersteuning met hun Athlon 64-processors. Officieel noemt AMD deze functie x86-64, maar de meeste mensen noemen het AMD64. Cruciaal is dat AMD64-processors achterwaarts compatibel zijn met 32-bit software en die software net zo efficiënt uitvoeren als 64-bit software. Intel, dat zijn eigen 64-bit architectuur promootte die slechts beperkte 32-bit compatibiliteit had, werd gedwongen zijn eigen versie van x86-64 te introduceren, die het EM64T (Extended Memory 64-bit Technology) noemt. Voorlopig is 64-bit ondersteuning voor de meeste mensen onbelangrijk. Microsoft biedt een 64-bit versie van Windows XP en de meeste Linux-distributies ondersteunen 64-bit processors, maar totdat 64-bit applicaties gebruikelijker worden, is er weinig praktisch voordeel aan het draaien van een 64-bit processor op een desktopcomputer. Dat kan veranderen wanneer Microsoft (eindelijk) Windows Vista uitbrengt, dat gebruik zal maken van 64-bit ondersteuning en waarschijnlijk veel 64-bit applicaties zal voortbrengen.

Met de Athlon 64 introduceerde AMD de NX (No eXecute)-technologie en Intel volgde snel met zijn XDB (eXecute Disable Bit)-technologie. NX en XDB dienen hetzelfde doel: de processor laten bepalen welke geheugenadresbereiken uitvoerbaar zijn en welke niet-uitvoerbaar. Als code, zoals een buffer-overflow-exploit, probeert te draaien in een niet-uitvoerbare geheugenruimte, stuurt de processor een foutmelding naar het besturingssysteem. NX en XDB hebben een groot potentieel om de schade door virussen, wormen, trojans en soortgelijke exploits te beperken, maar vereisen een besturingssysteem dat beveiligde uitvoering ondersteunt, zoals Windows XP met Service Pack 2.

AMD en Intel bieden beide stroombesparingstechnologie aan in sommige van hun processormodellen. In beide gevallen is de technologie die in mobiele processors wordt gebruikt, gemigreerd naar desktop-processors, waarvan het stroomverbruik en de warmteproductie problematisch zijn geworden. In essentie werken deze technologieën door de processorsnelheid (en daarmee het stroomverbruik en de warmteproductie) te verlagen wanneer de processor inactief is of licht belast wordt. Intel noemt zijn stroombesparingstechnologie EIST (Enhanced Intel Speedstep Technology). De AMD-versie heet Cool'n'Quiet. Beide kunnen kleine maar nuttige verminderingen realiseren in stroomverbruik, warmteproductie en het geluidsniveau van het systeem.

Tegen 2005 bereikten zowel AMD als Intel de praktische limieten van wat mogelijk was met één processorkern. De voor de hand liggende oplossing was om twee processorkernen in één processorpakket te plaatsen. Wederom liep AMD voorop met zijn elegante Athlon 64 X2-serie processors, die beschikken over twee nauw geïntegreerde Athlon 64-kernen op één chip. Wederom gedwongen om de achterstand in te halen, beet Intel op zijn tanden en plakte een dual-core processor in elkaar die het Pentium D noemt. De door AMD ontwikkelde oplossing heeft verschillende voordelen, waaronder hoge prestaties en compatibiliteit met bijna elk ouder Socket 939-moederbord. De slordige Intel-oplossing, die er in feite op neerkwam twee Pentium 4-kernen op één chip te plakken zonder ze te integreren, resulteerde in twee compromissen. Ten eerste zijn Intel dual-core processors niet achterwaarts compatibel met eerdere moederborden, en vereisen ze dus een nieuwe chipset en een nieuwe serie moederborden. Ten tweede, omdat Intel min of meer simpelweg twee van hun bestaande kernen op één processorpakket plakte, zijn het stroomverbruik en de warmteproductie extreem hoog, wat betekent dat Intel de kloksnelheid van Pentium D-processors moest verlagen ten opzichte van de snelste single-core Pentium 4-modellen.

Dat gezegd hebbende, is de Athlon 64 X2 zeker geen onbetwiste winnaar, omdat Intel slim genoeg was om de Pentium D aantrekkelijk te prijzen. De minst dure Athlon X2-processors worden verkocht voor meer dan twee keer zoveel als de minst dure Pentium D-processors. Hoewel prijzen ongetwijfeld zullen dalen, verwachten we niet dat het prijsverschil veel zal veranderen. Intel heeft productiecapaciteit in overvloed, terwijl AMD behoorlijk beperkt is in zijn vermogen om processors te maken, dus het is waarschijnlijk dat AMD dual-core processors in de nabije toekomst als premiumproduct geprijsd zullen blijven. Helaas betekent dit dat dual-core processors voor de meeste mensen geen redelijke upgrade-optie zijn. Intel dual-core processors zijn redelijk geprijsd, maar vereisen een vervanging van het moederbord. AMD dual-core processors kunnen een bestaand Socket 939-moederbord gebruiken, maar de processors zelf zijn te duur om voor de meeste mensen die willen upgraden levensvatbare kandidaten te zijn.

'''HYPER-THREADING VERSUS DUAL-CORE'''

Sommige Intel-processors ondersteunen ''Hyper-Threading Technology (HTT)'', waardoor deze processors twee programmathreads gelijktijdig kunnen uitvoeren. Programma's die zijn ontworpen om HTT te gebruiken, kunnen 10% tot 30% sneller draaien op een processor met HTT dan op een vergelijkbaar model zonder HTT. (Het is ook waar dat sommige programma's langzamer draaien met HTT ingeschakeld dan uitgeschakeld.) Verwar HTT niet met dual-core. Een HTT-processor heeft één kern die soms meerdere threads kan uitvoeren; een dual-core processor heeft twee kernen, die altijd meerdere threads kunnen uitvoeren.

De processorkern definieert de basisarchitectuur van de processor. Een processor die onder een bepaalde naam wordt verkocht, kan een van de vele kernen gebruiken. De eerste Intel Pentium 4-processors gebruikten bijvoorbeeld de Willamette-kern. Latere Pentium 4-varianten hebben de Northwood-kern, Prescott-kern, Gallatin-kern, Prestonia-kern en Prescott 2M-kern gebruikt. Evenzo zijn verschillende Athlon 64-modellen geproduceerd met gebruik van de Clawhammer-kern, Sledgehammer-kern, Newcastle-kern, Winchester-kern, Venice-kern, San Diego-kern, Manchester-kern en Toledo-kern.

Het gebruik van een kernnaam is een handige afkorting om kortstondig talrijke processoreigenschappen aan te duiden. De Clawhammer-kern gebruikt bijvoorbeeld het 130 nm-proces, een 1024 KB L2-cache, en ondersteunt de NX- en X86-64-functies, maar geen SSE3 of dual-core werking. Omgekeerd gebruikt de Manchester-kern het 90 nm-proces, een 512 KB L2-cache, en ondersteunt de SSE3-, X86-64-, NX- en dual-core-functies.

Je kunt de naam van de processorkern beschouwen als vergelijkbaar met een hoofdversienummer van een softwareprogramma. Net zoals softwarebedrijven regelmatig kleine updates uitbrengen zonder het hoofdversienummer te wijzigen, brengen AMD en Intel regelmatig kleine updates aan hun kernen aan zonder de kernnaam te wijzigen. Deze kleine wijzigingen worden kern-steppings genoemd. Het is belangrijk om de basis van kernnamen te begrijpen, omdat de kern die een processor gebruikt, de achterwaartse compatibiliteit met je moederbord kan bepalen. Steppings zijn meestal minder significant, hoewel ze ook de moeite waard zijn om op te letten. Een bepaalde kern kan bijvoorbeeld beschikbaar zijn in B2- en C0-steppings. De latere C0-stepping kan bugfixes bevatten, koeler draaien of andere voordelen bieden ten opzichte van de eerdere stepping. Kern-stepping is ook cruciaal als je een tweede processor installeert op een moederbord met twee processors. (Dat wil zeggen, een moederbord met twee processorsockets, in tegenstelling tot een dual-core processor op een moederbord met één socket.) Mix nooit, maar dan ook nooit kernen of steppings op een moederbord met twee processors; dat leidt tot waanzin (of misschien gewoon tot een ramp).

Meer over Computer Processors