Гігагерц узятий, просування триває

І все-таки раніше процесорна життя було веселіше. Приблизно чверть століття тому людство переступило бар'єр в 1 кГц, і ця розмірність зникла з процесорного лексикону. «Потужність» процесора стала обчислюватися в мегагерцах тактової частоти (що, строго кажучи, неправильно). Ще років зо три тому кожен 100-мегагерцевий крок на підвищення тактової частоти відзначався як справжня подія: з тривалої маркетингової артпідготовкою, технологічними презентаціями та в фіналі - святом життя. Так було приблизно до тих пір, поки частота «настільних» процесорів не добралася до 600 МГц (коли тезку Mercedes поминали всує в кожній публікації), а основною технологією виробництва чіпів не стала 0,18 мкм. Потім стало «нецікаво»: підвищення тактової частоти відбувалися щомісяця, а під завісу минулого року Intel і зовсім «підірвала» інформаційний ринок, оголосивши одночасно 15 нових процесорів. П'ятнадцять кремнієвих мікросенсацій грудкою впали на наші голови, і за розглядом особливостей кожного представленого чіпа був загублений загальний святковий дух події. Тому нічого дивного, що два провідних виробника процесорів для ПК (Intel і AMD) надто буденно подолали планку в 1 ГГц, зробивши вигляд, що нічого особливого не сталося. У купі Internet-коментарів попалося лише одне химерне порівняння з подоланням звукового бар'єру, а так - ніякого салюту і шампанського. Воно й зрозуміло: плани розробників вже давно спрямовані в загігагерцевое простір. Кристал Intel Willamette з тактовою частотою 1,3-1,5 ГГц ми побачимо вже в другій половині цього року, а говорити будемо вже про особливості архітектури, а не про цикли в секунду.

На моїй пам'яті про омріяний гігагерца активно заговорили ще більше року тому, коли жарким каліфорнійським вранці взимку 1999 року Альберт Ю продемонстрував Pentium III 0,25 мкм, що працює на частоті 1002 МГц. Під загальні оплески залу якось забулося, що та демонстрація нагадувала фокус. Вже пізніше з'ясувалося, що процесор «розганявся» в кріогенної установки. Є навіть непрямі свідчення того, що холодильником послужила серійна установка фірми KryoTech. Так чи інакше, про гігагерц забули на рік, хоча процесори підібралися до цієї частоті досить близько. Цікаво, що взимку 2000 року голова ради директорів Intel, легендарний Енді Гроув за сприяння Альберта Ю знову повторив випробуваний трюк Intel. На форумі IDF Spring'2000 він продемонстрував тестовий зразок процесора Intel Willamette, що працює на тактовій частоті 1,5 ГГц. Півтора мільярда циклів в секунду - і все при кімнатній температурі! Відрадно, що Willamette - це ще і мікропроцесор з новою архітектурою, а не просто злегка поліпшений Pentium III. Але про це - трохи нижче.

Свій маркетинговий гігагерц давно вже був і в запасі AMD. Компанія офіційно співпрацює з «володарями холоду» з фірми KryoTech, а Athlon виявився цілком перспективним процесором для розгону в умовах екстремального охолодження. Гігагерцевий рішення на базі охолодженого Athlon 850 МГц було доступно в продажу ще в січні.

Маркетингова ситуація дещо загострилася, коли на початку березня AMD початку відвантаження в обмежених кількостях кімнатний-температурних процесорів Athlon c частотою 1 ГГц. Нічого не вдієш, і Intel довелося діставати туза з рукава - Pentium III (Coppermine) 1 ГГц. Хоча випуск останнього планувався на другу половину року. Але ні для кого не секрет, що взяття гигагерцевого бар'єру - аг передчасний як для AMD, так і для Intel. Але їм так хотілося бути першими. Навряд чи можна позаздрити двом респектабельним компаніям, які бігають навколо єдиного стільця з цифрою 1 і з жахом чекають, коли обірветься музика. AMD просто вдалося всістися першої - і більше це зовсім нічого не означає. Як в космонавтиці: людини першими запустили в СССP, а літати стали частіше (і дешевше) «другі» американці. Ну і навпаки: вони - на Місяць, а ми сказали «фе», і весь запал пропав. Втім, гонка тактових частот давно вже має чисто маркетингову підгрунтя: люди, як відомо, схильні купувати мегагерци, а не індекси продуктивності. Тактова частота процесора, як і раніше, - питання престижу і міщанський показник «навороченності» комп'ютера.

Ще один підростаючий гравець мікропроцесорного ринку - тайванська фірма VIA місяць тому офіційно представила свого первістка. Мікропроцесор, відомий раніше під кодовим ім'ям Joshua, отримав дуже оригінальна назва Cyrix III і почав конкурувати з Celeron знизу, в ніші найдешевших комп'ютерів. Звичайно, в найближчий рік йому не бачити частоти в гігагерц як своїх вух, але цей «настільний» чіп цікавий вже самим фактом свого існування у ворожому оточенні.

В даному огляді мова, як завжди, піде про нові продукти та плани провідних розробників мікропроцесорів для ПК, без оглядки на те, подолали вони гігагерцевий виборчий бар'єр.

Intel Willamette - нова архітектура 32-розрядної чіпа

32-розрядний процесор Intel з кодовим ім'ям Willamette (за назвою річки в штаті Орегон, протяжністю 306 км) з'явиться на ринку в другій половині цього року. Заснований на новій архітектурі, він стане найпотужнішим процесором Intel для настільних систем, а його стартова частота буде істотно вище 1 ГГц (очікується 1,3-1,5 ГГц). Поставки тестових зразків процесора OEM-виробникам ведуться вже майже два місяці. Чіпсет для Willamette відомий під кодовим ім'ям Tehama.

Що ж ховається під загадковою терміном «нова архітектура»? Для початку - підтримка зовнішньої тактової частоти 400 МГц (тобто частоти системної шини). Це в три рази швидше, ніж хвалені 133 МГц, підтримувані сучасними процесорами класу Pentium III. Насправді 400 МГц - це результуюча частота: тобто шина має частоту 100 МГц, але здатна передавати чотири порції даних за цикл, що і дає в сумі аналог 400 МГц. Шина буде використовувати протокол обміну даними, аналогічний тому, що реалізований у шини P6. Швидкість передачі даних у цій 64-розрядної синхронної шини становить 3,2 Гбайт / с. Для порівняння: у шини GTL + 133 МГц (тієї, що використовують сучасні Pentium III) пропускна здатність становить трохи більше 1 Гбайт / с.

Друга відмінна риса Willamette - підтримка SSE-2 (Streaming SIMD Extensions 2). Це набір з 144 нових інструкцій для оптимізації роботи з відео, шифруванням і Інтернет-додатками. SSE-2, природно, сумісні з SSE, вперше реалізованими в процесорах Pentium III. Тому Willamette зможе успішно використовувати сотні додатків, розроблених з урахуванням SSE. Сам Willamette використовує для підтримки як цілочисельних обчислень, так і операцій з плаваючою комою 128-розрядні регістри XMM. Якщо не вдаватися в подробиці, то завдання SSE2 - компенсувати не найсильніший на ринку блок операцій з плаваючою комою. У разі підтримки SSE2 з боку сторонніх виробників ПЗ (Microsoft двома руками «за») ніхто і не помітить підміни на тлі зростання продуктивності.

І, нарешті, третя ключова особливість Willamette - глибша конвейеризация. Замість 10 стадій тепер використовується 20, що дозволяє істотно збільшити загальну продуктивність при обробці окремих складних математичних додатків і підвищити тактову частоту. Правда «глибокий» конвеєр - це палиця з двома кінцями: час відпрацювання операції різко скорочується, але збільшується час затримки при відпрацюванні взаємозалежних операцій може «компенсувати» приріст продуктивності конвеєра. Для того щоб цього не сталося, розробникам довелося збільшити інтелектуальність конвеєра - підвищити точність передбачення переходів, яка перевищила в середньому 90%. Ще один шлях підвищення ефективності довгого конвеєра - приоритезация (впорядкування) інструкцій в кеші. Функція кеша в цьому випадку - розташувати інструкції в тому порядку, в якому вони повинні виконуватися. Це чимось нагадує дефрагментацію жорсткого диска (тільки всередині кеша).

Кеш кешем, але найбільші нарікання протягом тривалого часу викликала продуктивність блоку цілочисельних обчислень у сучасних процесорів. Цілочисельні здатності процесорів особливо критичні при виконанні офісних додатків (усяких там Word і Excel). З року в рік що Pentium III, що Athlon показували просто смішний приріст продуктивності на цілочисельних обчисленнях при підвищенні тактової частоти (рахунок йшов на одиниці відсотків). У Willamettе реалізовано два модуля цілочисельних операцій. Поки про них відомо те, що кожен здатний виконувати дві інструкції за такт. Це означає, що при частоті ядра в 1,3 ГГц результуюча частота целочисленного модуля еквівалентна 2,6 ГГц. А таких модулів, підкреслюю, два. Що дозволяє виконувати, по суті, чотири операції з цілими числами за такт.

Про розмір кеша в попередньої специфікації Willamette, опублікованій Intel, не згадується. Але є «витоку», які свідчать про те, що кеш L1 матиме розмір 256 Кбайт (у Pentium II / III кеш L1 становить 32 Кбайт - 16 Кбайт для даних і 16 Кбайт для інструкцій). Той же ореол таємничості оточує і обсяг кешу L2. Найбільш вірогідний варіант - 512 Кбайт.

Процесор Willamette, за деякими даними, буде поставлятися в корпусах з матрично-штирьковим розташуванням контактів для розетки типу Socket-462.

AMD Athlon: 1,1 ГГц - демонстрація, 1 ГГц - поставки

Немов відіграючись за попередню стратегію слідування за лідером, компанія AMD швидко клацнула по носі всієї комп'ютерної індустрії, продемонструвавши на початку зими процесор Athlon c тактовою частотою 1,1 ГГц (точніше - 1116 МГц). Все вирішили, що жартує. Мовляв, ну є у неї вдалі процесори, але всі знають, наскільки великий часовий лаг між демонстрацією і масовим виробництвом. Але не тут-то було: через місяць Advanced Micro Devices початку серійні поставки процесорів Athlon з тактовою частотою 1 ГГц. А всі сумніви в їх реальної доступності розвіяли компанії Compaq і Gateway, які запропонували елітні системи на базі цих чіпів. Ціна, звичайно, не залишала особливо приємного враження. Гігагерцевий Athlon коштує близько 1300 дол. В партіях по тисячі штук. Але у нього є цілком приємні молодші брати: Athlon 950 МГц (1000 дол.) І Athlon 900 МГц (900 дол.) Однак таких процесорів мало, тому і ціни захмарні.

Продемонстрований раніше Athlon 1116 МГц сам по собі був визначною. Проектні норми - 0,18 мкм, використані мідні з'єднання, тепловиділення - нормальне: працює при кімнатній температурі зі звичайним активним радіатором. Але, як виявилося, то був не просто Athlon (у «просто» межсоединения алюмінієві), а Athlon Professional (кодова назва - Thunderbird). Реальне поява такого процесора на ринку очікується лише в середині року (імовірно в травні). Тільки частота буде нижче, і коштувати він буде не «гігагерц доларів», а помітно дешевше.

Зараз про процесор Athlon на ядрі Thunderbird відомо поки не дуже багато. Він буде використовувати не Slot A (як сучасні версії Athlon від 500 МГц), а матричний роз'єм Socket A. cooтветственно і корпус у процесора буде «плоский», а не масивний «вертикальний» картридж. Очікується, що до літа процесори на ядрі Thunderbird будуть випущені з тактовою частотою від 700 до 900 МГц, а гігагерц з'явиться трохи пізніше. Взагалі, з огляду на темпи зниження цін на нові процесори, цілком реальним стає придбання до Нового року отакого комп'ютера початкового цінового діапазону на базі Athlon 750 МГц або близько того.

З іншого боку, основним претендентом на комп'ютери low-end в лінійці AMD залишається ще не оголошений процесор на ядрі Spitfire. Йому відводиться роль молодшого конкурента Intel Celeron. Spitfire буде корпусовані для установки в процессорную розетку Socket A (харчування - 1,5 В), а його тактова частота до початку осені може досягти 750 МГц.

Коротко про многогігагерцевих амбіції IBM

Поки весь світ по-старому радіє взяттю гігагерца, IBM розповідає про технології, що дозволяє додавати чіпам по гігагерцу в рік. Принаймні на 4,5 ГГц при існуючих технологіях виробництва напівпровідників цілком можна розраховувати. Отже, згідно з даними IBM, розроблена нею технологія IPCMOS (Interlocked Pipelined CMOS) дозволить року через три забезпечити масовий випуск чіпів з тактовою частотою 3,3-4,5 ГГц. При цьому енергоспоживання знизиться вдвічі щодо параметрів сучасних процесорів. Суть нової процесорної архітектури полягає в використанні розподілених тактовихімпульсів. Залежно від складності завдання той чи інший блок процесора буде працювати на більш високій або більш низькій тактовій частоті. Ідея лежала на поверхні: всі сучасні процесори використовують централізовану тактову частоту - все елементи ядра, все обчислювальні блоки синхронізуються з нею. Грубо кажучи, поки всі операції на одному «витку» не завершаться, до наступної процесор не приступить. В результаті «повільні» операції стримують швидкі. Крім того, виходить, що якщо вам потрібно вибити запорошений килим, то вам доводиться трясти весь будинок. Децентралізований механізм подачі тактової частоти в залежності від потреб того чи іншого блоку дозволяє швидким блокам мікросхеми не чекати відпрацювання повільних операцій в інших блоках, а займатися, умовно кажучи, своєю справою. В результаті знижується і загальне енергоспоживання (трясти треба тільки килим, а не весь будинок). Інженери IBM абсолютно праві, коли говорять про те, що підвищувати синхронну тактову частоту з року в рік стане все важче. В цьому випадку єдиний шлях - застосування децентралізованої подачі тактової частоти або і зовсім перехід на принципово нові (квантові, напевно) технології створення мікросхем .. Через подібного назви так і підмиває віднести його до того ж класу, що і Pentium III. Але це помилка. Сама VIA позиціонує його як конкурента Intel Celeron - процесора для систем початкового рівня. Але і це виявилося надмірно самовпевненим вчинком.

Однак почнемо з достоїнств нового процесора. Він розрахований на установку в процессорную розетку Socket 370 (як і Celeron). Однак, на відміну від Celeron, Cyrix III підтримує зовнішню тактову частоту (частоту системної шини) НЕ 66 МГц, а 133 МГц - як у найсучасніших Pentium III сімейства Coppermine. Друге ключове гідність Cyrix III - інтегрований на кристалі кеш другого рівня (L2) ємністю 256 Кбайт - як у нових Pentium III. Кеш першого рівня - теж великий (64 Кбайт).

І, нарешті, третє гідність - підтримка набору SIMD-команд AMD Enhanced 3DNow !. Це дійсно перший приклад інтеграції 3Dnow! для Socket 370-процесорів. Мультимедійні інструкції AMD вже широко підтримуються виробниками програмного забезпечення, що хоч частково допоможе компенсувати швидкісне відставання процесора на графічних та ігрових додатках.

На цьому все хороше закінчується. Процесор випускається по 0,18-мікронної технології з шістьма шарами металізації. На момент виходу самий «швидкохідний» Cyriх III мав Pentium-рейтинг 533. Реальна тактова частота ядра - помітно нижче, тому з часів самостійної Cyrix свої процесори вона маркірувала «рейтингами» по відношенню до тактовим частотам процесорів Pentium, Pentium II, а пізніше - Pentium III. Краще б вже вели відлік від Pentium: цифра була б побільше.

Керівник VIA Уен Чи Чен (в минулому, до речі, процесорний інженер Intel) спочатку збирався протиставити Celeron низьку ціну Cyrix III. Наскільки це вдалося - судіть самі. Cyrix III PR 500 коштує від 84 дол., А Cyrix III PR533 - від 99 дол. Коротше, Celeron часом варто і дешевше. Перші випробування процесора (проведені, звичайно, не в Росії) показали, що його продуктивність на офісних додатках (там, де акцент робиться на цілочисельні обчислення) мало поступається Celeron, а ось на мультимедійних розрив очевидний. Звичайно, не на користь Cyrix III. Ну що ж, перший млинець грудкою. Однак в резерві VIA є ще інтегрований процесор Samuel, побудований на ядрі IDT WinChip4. Там результат може виявитися краще.

Alpha теж отримає заслужений гігагерц

Компанія Compaq (власник частини спадщини DEC, включаючи процесор Alpha) має намір у другій половині року випустити версію серверного RISC-процесора Alpha 21264 з тактовою частотою 1 ГГц. А наступний її чіп - Alpha 21364 - і зовсім стартує саме з цієї порогової частоти. Крім того, вдосконалена версія «Альфи» буде обладнана 1,5-мегабайтним кешем L2 і контролером пам'яті Rambus.

КомпьютерПресс 4 «2000

Мовою для її позначення прийнято скорочення «Гц», в англомовній для цих цілей застосовується позначення Hz. При цьому, за правилами системи СІ, в разі, якщо вживається скорочена назва цієї одиниці, її слід з, а якщо в тексті використовується повне найменування - то з малої.

походження терміна

Одиниця виміру частоти, прийнята в сучасній системі СІ, отримала свою назву в 1930 році, коли відповідне рішення ухвалила Міжнародна електротехнічна комісія. Воно було пов'язане з прагненням увічнити пам'ять знаменитого німецького вченого Генріха Герца, який вніс великий внесок в розвиток цієї науки, зокрема, в галузі досліджень електродинаміки.

значення терміна

Герц застосовується для вимірювання частоти коливань будь-якого роду, тому сфера його використання є досить широкою. Так, наприклад, в кількості герц прийнято вимірювати звукові частоти, биття людського серця, коливання електромагнітного поля і інші рухи, що повторюються з певною періодичністю. Так, наприклад, частота биття серця людини в спокійному стані становить близько 1 Гц.

Змістовно одиниця в даному вимірі інтерпретується як кількість коливань, що здійснюються аналізованих об'єктом протягом однієї секунди. У цьому випадку фахівці говорять, що частота коливань становить 1 герц. Відповідно, більша кількість коливань в секунду відповідає більшій кількості цих одиниць. Таким чином, з формальної точки зору величина, що позначається як герц, є зворотною по відношенню до секунді.

Значні величини частот прийнято називати високими, незначні - низькими. Прикладами високих і низьких частот можуть служити звукові коливання різної інтенсивності. Так, наприклад, частоти, що знаходяться в діапазоні від 16 до 70 Гц, утворюють так звані басові, тобто дуже низькі звуки, а частоти діапазону від 0 до 16 Гц і зовсім невиразні для людського вуха. Найвищі звуки, які здатна чути людина, лежать в діапазоні від 10 до 20 тисяч герц, а звуки з більш високою частотою відносяться до категорії еле, тобто тих, які людина не здатна чути.

Для позначення великих величин частот до позначення «герц» додають спеціальні приставки, покликані зробити вживання цієї одиниці більш зручним. При цьому такі приставки є стандартними для системи СІ, тобто використовуються і з іншими фізичними величинами. Так, тисяча герц носить назву «кілогерц», мільйон герц - «мегагерц», мільярд герц - «гігагерц».

Те тактова частота є найбільш відомим параметром. Тому необхідно конкретно розібратися з цим поняттям. Також, в рамках даної статті, ми обговоримо розуміння тактової частоти багатоядерних процесорів, Адже там є цікаві нюанси, які знають і враховують далеко не всі.

Досить тривалий час розробники робили ставки саме на підвищення тактової частоти, але з часом, "мода" змінилася і більшість розробок йдуть на створення більш досконалої архітектури, збільшення кеш-пам'яті і розвитку багатоядерності, але і про частоту ніхто не забуває.

Що ж таке тактова частота процесора?

Для початку потрібно розібратися з визначенням «тактова частота». Тактова частота показує нам, скільки процесор може призвести обчислень в одиницю часу. Відповідно, чим більше частота, тим більше операцій в одиницю часу може виконати процесор. Тактова частота сучасних процесорів, в основному, становить 1,0-4ГГц. Вона визначається множенням зовнішньої або базової частоти, на певний коефіцієнт. Наприклад, процесор Intel Core i7 920 використовує частоту шини 133 МГц і множник 20, в результаті чого тактова частота дорівнює 2660 МГц.

Частоту процесора можна збільшити в домашніх умовах, за допомогою розгону процесора. Існують спеціальні моделі процесорів від AMD і Intel, Які орієнтовані на розгін самим виробником, наприклад Black Edition у AMD і лінійки К-серії у Intel.

Хочу зазначити, що при покупці процесора, частота не повинна бути для вас вирішальним фактором вибору, адже від неї залежить лише частина продуктивності процесора.

Розуміння тактової частоти (багатоядерні процесори)

Зараз, майже у всіх сегментах ринку вже не залишилося одноядерних процесорів. Ну воно й логічно, адже IT-індустрія не стоїть на місці, а постійно рухається вперед семимильними кроками. Тому потрібно чітко усвідомити, яким чином розраховується частота у процесорів, які мають два ядра і більш.

Відвідуючи безліч комп'ютерних форумів, я помітив, що існує поширена помилка щодо розуміння (вираховування) частот багатоядерних процесорів. Відразу ж наведу приклад цього неправильного міркування: «Є 4-х ядерний процесор з тактовою частотою 3 ГГц, тому його сумарна тактова частота буде дорівнює: 4 х 3ГГц \u003d 12 ГГц, адже так?» - Ні, не так.

Я спробую пояснити, чому сумарну частоту процесора можна розуміти як: «кількість ядер х зазначену частоту ».

Наведу приклад: «По дорозі йде пішохід, у нього швидкість 4 км / год. Це аналогічно одноядерними процесору на N ГГц. А ось якщо по дорозі йдуть 4 пішоходи зі швидкістю 4 км / год, то це аналогічно 4-ядерного процесора на N ГГц. У випадку з пішоходами ми не вважаємо, що їх швидкість буде дорівнює 4х4 \u003d 16 км / год, ми просто говоримо: "4 пішоходи йдуть зі швидкістю 4 км / год". З цієї ж причини ми не виробляємо жодних математичних дій і з частотами ядер процесора, а просто пам'ятаємо, що 4-ядерний процесор на N ГГц володіє чотирма ядрами, кожне з яких працює на частоті N ГГц ».

Конвертер довжини і відстані конвертер маси конвертер заходів обсягу сипучих продуктів і продуктів харчування конвертер площі конвертер обсягу і одиниць вимірювання в кулінарних рецептах конвертер температури конвертер тиску, механічного напруги, модуля Юнга конвертер енергії і роботи конвертер потужності конвертер сили конвертер часу конвертер лінійної швидкості Плоский кут конвертер теплової ефективності і паливної економічності Конвертор чисел в різних системах числення Конвертор одиниць вимірювання кількості інформаці і Курси валют Розміри жіночого одягу та взуття Розміри чоловічого одягу та взуття Конвертор кутової швидкості і частоти обертання Конвертор прискорення Конвертор кутового прискорення Конвертор щільності Конвертор питомої обсягу Конвертор моменту інерції Конвертор моменту сили Конвертор крутного моменту Конвертор питомої теплоти згорання (по масі) Конвертор щільності енергії та питомої теплоти згорання палива (за обсягом) Конвертор різниці температур Конвертор коефіцієнта теплового розширення Конвертор термічного опору Кон ертер питомої теплопровідності Конвертор питомої теплоємності Конвертор енергетичної експозиції та потужності теплового випромінювання Конвертор щільності теплового потоку Конвертор коефіцієнта тепловіддачі Конвертор об'ємної витрати Конвертор масової витрати Конвертор молярного витрати Конвертор щільності потоку маси Конвертор молярної концентрації Конвертор масової концентрації в розчині Конвертор динамічної (абсолютної) в'язкості Конвертор кінематичної в'язкості конвертер поверхневого натягу конвертер паропро іцаемості Конвертор щільності потоку водяної пари Конвертор рівня звуку Конвертор чутливості мікрофонів Конвертор рівня звукового тиску (SPL) Конвертор рівня звукового тиску з можливістю вибору опорного тиску Конвертор яскравості Конвертор сили світла Конвертор освітленості Конвертор дозволу в комп'ютерній графіці Конвертор частоти і довжини хвилі Оптична сила в діоптріях і фокусна відстань Оптична сила в діоптріях і збільшення лінзи (×) Конвертор електричного заряду Конвертор лінійної щільності заряд а Конвертор поверхневої густини заряду Конвертор об'ємної щільності заряду Конвертор електричного струму Конвертор лінійної щільності струму Конвертор поверхневої густини струму Конвертор напруженості електричного поля Конвертор електростатичного потенціалу і напруги Конвертор електричного опору Конвертор питомої електричного опору Конвертор електричної провідності Конвертор питомої електричної провідності Електрична ємність Конвертор індуктивності Конвертор Американського кал бра проводів Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ваттах і ін. одиницях Конвертор магніторушійної сили Конвертор напруженості магнітного поля Конвертор магнітного потоку Конвертор магнітної індукції Радіація. Конвертер потужності поглиненої дози іонізуючого випромінювання Радіоактивність. Конвертер радіоактивного розпаду Радіація. Конвертер експозиційної дози Радіація. Конвертер поглиненої дози конвертер десяткових приставок Передача даних конвертер одиниць типографіки і обробки зображень конвертер одиниць виміру обсягу лісоматеріалів Обчислення молярної маси Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва

1 гігагерц [ГГц] \u003d 1000000000 герц [Гц]

вихідна величина

перетворена величина

герц ексагерц петагерц терагерц гігагерц мегагерц кілогерц гектогерц декагерц децігерц сантігерц міллігерц мікрогерц наногерц пікогерц фемтогерц аттогерц циклів в секунду довжина хвилі в ексаметрах довжина хвилі в петаметрах довжина хвилі в тераметрах довжина хвилі в гігаметрах довжина хвилі в мегаметрах довжина хвилі в кілометрах довжина хвилі в гектометри довжина хвилі в декаметри довжина хвилі в метрах довжина хвилі в дециметрах довжина хвилі в сантиметрах довжина хвилі в міліметрах довжина хвилі в мікрометрів Комптонівська довжина хвилі електрона Компт ського довжина хвилі протона Комптонівська довжина хвилі нейтрона оборотів в секунду оборотів в хвилину обертів на годину оборотів на добу

Детальніше про частоту і довжині хвилі

Загальні відомості

частота

Частота - це величина, що вимірює як часто повторюється той чи інший періодичний процес. У фізиці за допомогою частоти описують властивості хвильових процесів. Частота хвилі - кількість повних циклів хвильового процесу за одиницю часу. Одиниця частоти в системі СІ - герц (Гц). Один герц дорівнює одному коливанню в секунду.

Довжина хвилі

Існує безліч різних типів хвиль в природі, від викликаних вітром морських хвиль до електромагнітних хвиль. Властивості електромагнітних хвиль залежать від довжини хвилі. Такі хвилі поділяють на кілька видів:

Гамма-промені з довжиною хвилі до 0,01 нанометра (нм).
рентгенівські промені з довжиною хвилі - від 0,01 нм до 10 нм.
хвилі ультрафіолетового діапазону, Які мають довжину від 10 до 380 нм. Людському оку вони не видимі.
світло в видимій частині спектру з довжиною хвилі 380-700 нм.
Невидиме для людей інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі від 700 нм до 1 міліметра.
За інфрачервоними хвилями йдуть мікрохвильові, З довжиною хвилі від 1 міліметра до 1 метра.
Найдовші - радіохвилі. Їх довжина починається з 1 метра.

Ця стаття присвячена електромагнітному випромінюванню, і особливо світла. У ній ми обговоримо, як довжина і частота хвилі впливають на світло, включаючи видимий спектр, ультрафіолетове і інфрачервоне випромінювання.

Електромагнітне випромінювання

Електромагнітне випромінювання - це енергія, властивості якої одночасно схожі з властивостями хвиль і частинок. Ця особливість називається корпускулярно-хвильовим дуалізмом. Електромагнітні хвилі складаються з магнітною хвилі і перпендикулярної до неї електричної хвилі.

Енергія електромагнітного випромінювання - результат руху частинок, які називаються фотонами. Чим вище частота випромінювання, тим вони більш активні, і тим більше шкоди вони можуть принести клітинам і тканинам живих організмів. Це відбувається тому, що чим вище частота випромінювання, тим більше вони несуть енергії. Велика енергія дозволяє їм змінити молекулярну структуру речовин, на які вони діють. Саме тому ультрафіолетове, рентгенівське і гамма випромінювання так шкідливо для тварин і рослин. Величезна частина цього випромінювання - в космосі. Воно присутнє і на Землі, не дивлячись на те, що озоновий шар атмосфери навколо Землі блокує велику його частину.

Електромагнітне випромінювання і атмосфера

Атмосфера землі пропускає тільки електромагнітне випромінювання з певною частотою. Велика частина гамма-випромінювання, рентгенівських променів, ультрафіолетового світла, частина випромінювання в інфрачервоному діапазоні і довгі радіохвилі блокуються атмосферою Землі. Атмосфера поглинає їх і не пропускає далі. Частина електромагнітних хвиль, зокрема, випромінювання в короткохвильовому діапазоні, відбивається від іоносфери. Все інше випромінювання потрапляє на поверхню Землі. У верхніх атмосферних шарах, тобто, далі від поверхні Землі, більше радіації, ніж в нижніх шарах. Тому чим вище, тим небезпечніше для живих організмів перебувати там без захисних костюмів.

Атмосфера пропускає на Землю невелика кількість ультрафіолетового світла, і він приносить шкоду шкірі. Саме через ультрафіолетових променів люди обгорають на сонці і можуть навіть захворіти на рак шкіри. З іншого боку, деякі промені, що пропускалися атмосферою, приносять користь. Наприклад, інфрачервоні промені, які потрапляють на поверхню Землі, використовують в астрономії - інфрачервоні телескопи стежать за інфрачервоними променями, випромінюваними астрономічними об'єктами. Чим вище від поверхні Землі, тим більше інфрачервоних променів, тому телескопи часто встановлюють на вершинах гір і на інших височинах. Іноді їх відправляють в космос, щоб поліпшити видимість інфрачервоних променів.

Взаємовідносини між частотою і довжиною хвилі

Частота і довжина хвилі обернено пропорційні один одному. Це означає, що в міру збільшення довжини хвилі частота зменшується і навпаки. Це легко уявити: якщо частота коливань хвильового процесу висока, то час між коливаннями набагато коротше, ніж у хвиль, частота коливань яких менше. Якщо уявити хвилю на графіку, то відстань між її піками буде тим менше, чим більше коливань вона робить на певному відрізку часу.

Щоб визначити швидкість поширення хвилі в середовищі, необхідно помножити частоту хвилі на її довжину. Електромагнітні хвилі в вакуумі завжди поширюються з однаковою швидкістю. Ця швидкість відома як швидкість світла. Вона дорівнює 299 & nbsp792 & nbsp458 метрам в секунду.

світло

Видиме світло - електромагнітні хвилі з частотою і довжиною, які визначають його колір.

Довжина хвилі і колір

Найкоротша довжина хвилі видимого світла - 380 нанометрів. Це фіолетовий колір, за ним слідують синій і блакитний, потім зелений, жовтий, оранжевий і, нарешті, червоний. Білий світ складається з усіх кольорів відразу, тобто, білі предмети відображають всі кольори. Це можна побачити за допомогою призми. Потрапляє в неї світло заломлюється і вибудовується в смугу квітів в тій же послідовності, що у веселці. Ця послідовність - від квітів з найкоротшою довжиною хвилі, до найдовшою. Залежність швидкості поширення світла в речовині від довжини хвилі називається дисперсією.

Веселка утворюється схожим способом. Краплі води, розсіяні в атмосфері після дощу, поводяться так само як призма і заломлюють кожну хвилю. Кольори веселки настільки важливі, що в багатьох мовах існують мнемоніка, тобто прийом запам'ятовування кольорів веселки, настільки простий, що запам'ятати їх можуть навіть діти. Багато дітей, що говорять по-російськи, знають, що «Кожен мисливець бажає знати, де сидить фазан». Деякі люди придумують свою мнемоніку, і це - особливо корисна вправа для дітей, так як, придумавши свій власний метод запам'ятовування кольорів веселки, вони швидше їх запам'ятають.

Світло, до якого людське око найбільш чутливий - зелений, з довжиною хвилі в 555 нм в світлій середовищі і 505 нм в сутінках і темряві. Розрізняти кольори можуть далеко не всі тварини. У кішок, наприклад, кольоровий зір не розвинене. З іншого боку, деякі тварини бачать кольору набагато краще, ніж люди. Наприклад, деякі види бачать ультрафіолетовий і інфрачервоний світло.

віддзеркалення світла

Колір предмета визначається довжиною хвилі світла, відбитого з його поверхні. Білі предмети відображають всі хвилі видимого спектру, в той час як чорні - навпаки, поглинають все хвилі і нічого не відображають.

Один з природних матеріалів з високим коефіцієнтом дисперсії - алмаз. Правильно оброблені діаманти відбивають світло як від зовнішніх, так і від внутрішніх граней, ломлячи його, як і призма. При цьому важливо, щоб велика частина цього світу була відображена вгору, в бік очі, а не, наприклад, вниз, всередину оправи, де його не видно. Завдяки високій дисперсії діаманти дуже красиво сяють на сонці і при штучному освітленні. Скло, огранений так само, як діамант, теж сяє, але не настільки сильно. Це пов'язано з тим, що, завдяки хімічним складом, алмази відбивають світло набагато краще, ніж скло. Кути, що використовуються при огранювання діамантів, має величезне значення, тому що занадто гострі або занадто тупі кути або не дозволяють світлу відбиватися від внутрішніх стін, або відбивають світло в оправу, як показано на ілюстрації.

спектроскопія

Для визначення хімічного складу речовини іноді використовують спектральний аналіз або спектроскопію. Цей спосіб особливо хороший, якщо хімічний аналіз речовини неможливо провести, працюючи з ним безпосередньо, наприклад, при визначенні хімічного складу зірок. Знаючи, яке електромагнітне випромінювання поглинає тіло, можна визначити, з чого воно складається. Абсорбційна спектроскопія, що є одним з розділів спектроскопії, визначає яке випромінювання поглинається тілом. Такий аналіз можна робити на відстані, тому його часто використовують в астрономії, а також в роботі з отруйними та небезпечними речовинами.

Визначення наявності електромагнітного випромінювання

Видиме світло, так само як і все електромагнітне випромінювання - це енергія. Чим більше енергії випромінюється, тим легше цю радіацію виміряти. Кількість випромінювань енергії зменшується в міру збільшення довжини хвилі. Зір можливо саме завдяки тому, що люди і тварини розпізнають цю енергію і відчувають різницю між випромінюванням з різною довжиною хвилі. Електромагнітне випромінювання різної довжини відчувається оком як різні кольори. За таким принципом працюють не тільки очі тварин і людей, а й технології, створені людьми для обробки електромагнітного випромінювання.

видиме світло

Люди і тварини бачать великий спектр електромагнітного випромінювання. Більшість людей і тварин, наприклад, реагують на видиме світло, А деякі тварини - ще і на ультрафіолетові і інфрачервоні промені. Здатність розрізняти кольори - не у всіх тварин - деякі, бачать тільки різницю між світлими і темними поверхнями. Наш мозок визначає колір так: фотони електромагнітного випромінювання потрапляють в око на сітківку і, проходячи через неї, збуджують колбочки, фоторецептори ока. В результаті по нервовій системі передається сигнал в мозок. Крім колб, в очах є і інші фоторецептори, палички, але вони не здатні розрізняти кольори. Їх призначення - визначати яскравість і силу світла.

В оці зазвичай знаходиться кілька видів колбочок. У людей - три типи, кожен з яких поглинає фотони світла в межах певних довжин хвилі. При їх поглинанні відбувається хімічна реакція, в результаті якої в мозок надходять нервові імпульси з інформацією про довжину хвилі. Ці сигнали обробляє зорова зона кори головного мозку. Це - ділянка мозку, відповідальна за сприйняття звуку. Кожен тип колб відповідає тільки за хвилі з певною довжиною, тому для отримання повного уявлення про колір, інформацію, отриману від всіх колб, складають разом.

У деяких тварин ще більше видів колбочок, ніж у людей. Так, наприклад, у деяких видів риб і птахів їх від чотирьох до п'яти типів. Цікаво, що у самок деяких тварин більше типів колб, ніж у самців. У деяких птахів, наприклад у чайок, які ловлять здобич у воді або на її поверхні, всередині колб є жовті або червоні краплі олії, які виступають в ролі фільтра. Це допомагає їм бачити більшу кількість кольорів. Подібним чином влаштовані очі і у рептилій.

інфрачервоне світло

У змій, на відміну від людей, не тільки зорові рецептори, але і чутливі органи, які реагують на інфрачервоне випромінювання. Вони поглинають енергію інфрачервоний променів, тобто реагують на тепло. Деякі пристрої, наприклад прилади нічного бачення, також реагують на тепло, що виділяється інфрачервоним випромінювачем. Такі пристрої використовують військові, а також для забезпечення безпеки і охорони приміщень і території. Тварини, які бачать інфрачервоне світло, і пристрої, які можуть його розпізнавати, бачать не тільки предмети, які знаходяться в їх поле зору на даний момент, але і сліди предметів, тварин, або людей, які перебували там до цього, якщо не пройшло занадто багато часу. Наприклад, зміям видно, якщо гризуни копали в землі ямку, а поліцейські, які користуються приладом нічного бачення, бачать, якщо в землі були недавно заховані сліди злочину, наприклад, гроші, наркотики, або щось інше. Пристрої для реєстрації інфрачервоного випромінювання використовують в телескопах, а також для перевірки контейнерів і камер на герметичність. З їх допомогою добре видно місце витоку тепла. У медицині зображення в інфрачервоному світлі використовують для діагностики. В історії мистецтва - щоб визначити, що зображено під верхнім шаром фарби. Пристрої нічного бачення використовують для охорони приміщень.

ультрафіолетове світло

Деякі риби бачать ультрафіолетове світло. Їх очі містять пігмент, чутливий до ультрафіолетових променів. Шкіра риб містить ділянки, що відображають ультрафіолетове світло, невидимий для людини та інших тварин - що часто використовується в тваринному світі для маркування статі тварин, а також в соціальних цілях. Деякі птахи теж бачать ультрафіолетове світло. Це вміння особливо важливо під час шлюбного періоду, коли птахи шукають потенційних партнерів. Поверхні деяких рослин також добре відображають ультрафіолетове світло, і здатність його бачити допомагає в пошуку їжі. Крім риб і птахів, ультрафіолетове світло бачать деякі рептилії, наприклад черепахи, ящірки і зелені ігуани (на ілюстрації).

Людське око, як і очі тварин, поглинає ультрафіолетове світло, але не може його обробити. У людей він руйнує клітини очі, особливо в рогівці і кришталику. Це, в свою чергу, викликає різні захворювання і навіть сліпоту. Незважаючи на те, що ультрафіолетове світло шкодить зору, невелика його кількість необхідно людям і тваринам, щоб виробляти вітамін D. Ультрафіолетове випромінювання, як і інфрачервоне, використовують у багатьох галузях, наприклад в медицині для дезінфекції, в астрономії для спостереження за зірками та іншими об'єктами і в хімії для затвердіння рідких речовин, а також для візуалізації, тобто для створення діаграм поширення речовин в певному просторі. За допомогою ультрафіолетового світла визначають підроблені банкноти і пропуску, якщо на них повинні бути надруковані знаки спеціальним чорнилом, розпізнаваними за допомогою ультрафіолетового світла. У випадку з підробкою документів ультрафіолетова лампа не завжди допомагає, так як злочинці іноді використовують цей документ і замінюють на ньому фотографію або іншу інформацію, так що маркування для ультрафіолетових ламп залишається. Існує також безліч інших застосувань для ультрафіолетового випромінювання.

Колірна сліпота

Через дефекти зору деякі люди не в змозі розрізняти кольори. Ця проблема називається колірною сліпотою або дальтонізм, по імені людини, який перший описав цю особливість зору. Іноді люди не бачать тільки кольору з певною довжиною хвилі, а іноді вони не розрізняють кольори взагалі. Часто причина - недостатньо розвинені або пошкоджені фоторецептори, але в деяких випадках проблема полягає в пошкодженнях на провідному шляху нервової системи, наприклад в зоровій корі головного мозку, де обробляється інформація про колір. У багатьох випадках цей стан створює людям і тваринам незручності і проблеми, але іноді невміння розрізняти кольори, навпаки - перевага. Це підтверджується тим, що, незважаючи на довгі роки еволюції, у багатьох тварин кольоровий зір не розвинене. Люди і тварини, що не розрізняють кольори, можуть, наприклад, добре бачити камуфляж інших тварин.

Незважаючи на переваги колірної сліпоти, в суспільстві її вважають проблемою, і для людей з дальтонізм закрита дорога до деяких професії. Зазвичай вони не можуть отримати повні права по керуванню літаком без обмежень. У багатьох країнах водійські права для цих людей теж мають обмеження, а в деяких випадках вони не можуть отримати права взагалі. Тому вони не завжди можуть знайти роботу, на якій необхідно управляти автомобілем, літаком, і іншими транспортними засобами. Також їм складно знайти роботу, де вміння визначати і використовувати кольори має велике значення. Наприклад, їм важко стати дизайнерами, або працювати в середовищі, де колір використовують, як сигнал (наприклад, про небезпеку).

Проводяться роботи по створенню більш сприятливих умов для людей з колірною сліпотою. Наприклад, існують таблиці, в яких кольори відповідає знакам, і в деяких країнах ці знаки використовують в установах і громадських місцях поряд з кольором. Деякі дизайнери не використовують або обмежують використання кольору для передачі важливої \u200b\u200bінформації в своїх роботах. Замість кольору, або поряд з ним, вони використовують яскравість, текст, і інші способи виділення інформації, щоб навіть люди, які не розрізняють кольори, могли порожниною отримати інформацію, передану дизайнером. У більшості випадків люди з колірною сліпотою Не будете звертати уваги червоний і зелений, тому дизайнери іноді замінюють комбінацію «червоний \u003d небезпека, зелений \u003d все нормально» на червоний і синій кольори. Більшість операційних систем також дозволяють налаштувати кольору так, щоб людям з колірною сліпотою було все видно.

Колір в машинному зорі

Машинне зір в кольорі - швидко розвивається галузь штучного інтелекту. До недавнього часу більшість роботи в цій області проходила з монохромними зображеннями, але зараз все більше наукових лабораторій працюють з кольором. Деякі алгоритми для роботи з монохромними зображеннями застосовують також і для обробки кольорових зображень.

застосування

Машинне зір використовується в ряді галузей, наприклад для керування роботами, самоврядними автомобілями, і безпілотними літальними апаратами. Воно корисно в сфері забезпечення безпеки, наприклад для впізнання людей та предметів по фотографіях, для пошуку по базах даних, для відстеження руху предметів, в залежності від їх кольору і так далі. Визначення місця розташування рухомих об'єктів дозволяє комп'ютеру визначити напрям погляду людини або стежити за рухом машин, людей, рук, і інших предметів.

Щоб правильно впізнати незнайомі предмети, важливо знати про їх формі і інших властивостях, але інформація про колір не так важлива. При роботі зі знайомими предметами, колір, навпаки, допомагає швидше їх розпізнати. Робота з кольором також зручна тому, що інформація про колір може бути отримана навіть з зображень з низьким дозволом. Для розпізнавання форми предмета, на відміну від кольору, потрібна висока дозвіл. Робота з кольором замість форми предмета дозволяє зменшити час обробки зображення, і використовує менше комп'ютерних ресурсів. Колір допомагає розпізнавати предмети однакової форми, а також може бути використаний як сигнал або знак (наприклад, червоний колір - сигнал небезпеки). При цьому не потрібно розпізнавати форму цього знака, або текст, на ньому написаний. На веб-сайті YouTube можна побачити безліч цікавих прикладів використання кольорового машинного зору.

Обробка інформації про колір

Фотографії, які обробляє комп'ютер, або завантажені користувачами, або зняті вбудованою камерою. Процес цифрової фото- і відеозйомки освоєний добре, але от обробка цих зображень, особливо в кольорі, пов'язана з безліччю труднощів, багато з яких ще не вирішені. Це пов'язано з тим, що кольоровий зір у людей і тварин влаштовано дуже складно, і створити комп'ютерний зір на зразок людського - непросто. Зір, як і слух, засноване на адаптації до навколишнього середовища. Сприйняття звуку залежить не тільки від частоти, звукового тиску і тривалості звуку, але і від наявності або відсутності в навколишньому середовищі інших звуків. Так і із зором - сприйняття кольору залежить не тільки від частоти і довжини хвилі, але і від особливостей навколишнього середовища. Так, наприклад, кольору навколишніх предметів впливають на наше сприйняття кольору.

З точки зору еволюції така адаптація необхідна, щоб допомогти нам звикнути до навколишнього середовища і перестати звертати увагу на незначні елементи, а направити всю нашу увагу на те, що змінюється в навколишньому середовищі. Це необхідно для того, щоб легше помічати хижаків і знаходити їжу. Іноді через цю адаптації відбуваються оптичні ілюзії. Наприклад, в залежності від кольору навколишніх предметів, ми сприймаємо колір двох тіл по-різному, навіть коли вони відбивають світло з однаковою довжиною хвилі. На ілюстрації - приклад такої оптичної ілюзії. Коричневий квадрат у верхній частині зображення (другий ряд, друга колонка) виглядає світліше, ніж коричневий квадрат в нижній частині малюнка (п'ятий ряд, друга колонка). Насправді, їх кольору однакові. Навіть знаючи про це, ми все одно сприймаємо їх, як різні кольори. Оскільки наше сприйняття кольору влаштовано так складно, програмістам важко описати всі ці нюанси в алгоритмах для машинного зору. Незважаючи на ці труднощі, ми вже досягли багато чого в цій галузі.

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолій Золотков

Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.

1 мегагерц [МГц] \u003d 1000000 герц [Гц]

вихідна величина

перетворена величина

Детальніше про частоту і довжині хвилі