Приветствую всех, кто заинтересовался такой важной составляющей системного блока, как процессор. Позвольте для начала задать вам несколько вопросов. Занимаетесь ли вы профессиональным монтажом видео? А вы любите ультрасовременные игры, реалистичность в которых просто зашкаливает? Или хотите, чтобы ваш компьютер работал без тормозов, зависаний и выполнял все возложенные на него функции?
Тогда вам просто необходимо знать, что именно процессор ответственен за решение любых, даже самых сложных задач. В этой статье вы узнаете, зачем нужен процессор в компьютере, на что он способен и как правильно его подобрать исходя из своих потребностей.
Что такое процессор?
Процессор - это небольшая микросхема, которая располагается в специальном слоте на . Через него ежесекундно проходят миллионы операций, совершаемых вами или установленными программами. Именно в процессоре сосредоточены все основные функции управления компьютером, он является своеобразным "мостом" между каждой составляющей . Без него невозможно запустить компьютер, как, например, завести автомобиль, у которого нет двигателя.
Соответственно, чем мощнее чип, тем быстрее будут обрабатываться все команды и операции. Любые, даже самые ресурсоёмкие утилиты перестанут "тормозить", станут быстрее открываться. Как пример можно привести 3D-рендеринг видео. Эта операция очень сильно нагружает производительность процессора, поэтому, если тот слабенький по своим параметрам, процедура может затянуться на несколько часов (зависит от длительности видео и его качества).
Аналогично будут выглядеть попытки геймеров запустить свои любимые игры. А если это даже и получится, то они, скорее всего, дальше начального меню не продвинутся, поскольку всё будет страшнейшим образом зависать. Или, на игровом сленге, лагать.
Оптимальный выбор - насколько это сложно?
Сразу скажу - это не трудно, но достаточно кропотливо. Дело в том, что подбирая процессор для определённых задач нужно учесть несколько критериев, таких как:
- тактовая частота - от этого параметра зависит количество обрабатываемых в секунду операций;
- производительность - это скорость обработки операций;
- разрядность - количество обрабатываемых бит (единицы информации). Сей критерий конкретизирует тактовую частоту;
- кеш - подобие оперативной памяти, позволяющее уменьшить время доступа к настоящей оперативной памяти;
- количество ядер - чем их больше, тем увереннее микросхема будет справляться даже с колоссальными нагрузками (и критическими тоже).
Простому обывателю, чей компьютер не занят сложнейшими вычислительными задачами и не регулирует работу мощнейших программ, достаточно выбрать процессор только по двум критериям - это количество ядер и их тактовая частота. Вот о них сейчас и поговорим по порядку.
Многоядерность - это многозадачность
Самые первые процессоры имели в своей архитектуре всего одно ядро. Ранее этого было достаточно, но стремительное развитие информационных технологий не оставило одноядерным микросхемам никаких шансов, и они постепенно растворяются в истории. Сейчас стоит покупать современный процессор как минимум с двумя ядрами, а то и больше. Благо производители трудятся в поте лица и постоянно совершенствуются в разработке новых типов процессоров.
Производителей, кстати, в мире всего два - это компании Intel и AMD. Каждая из них выпускает вполне достойные чипы, но продукция Intel славится больше. Чем это вызвано - непонятно, ведь AMD тоже создаёт неплохие и мощные микросхемы.
Частота не менее важна
Тактовая частота - постоянно растущий параметр. Каждое новое поколение чипов имеет улучшенные характеристики. Например, процессор AMD A10-5800K последнего поколения (выпуска 2016 года) имеет частоту аж в целых 4.2 ГГц. При этом у него 12 ядер. Впечатляет, правда? Если ещё и разгон включить, то можно сделать супермашину из своего компьютера, но такие нагрузки вам вряд ли необходимы.
Если вам такие мощности ни к чему, то можно присмотреться к любому двухъядерному чипу, чья тактовая частота начинается от 1.7 ГГц. Этих показателей вполне хватит для уверенной работы даже мощных утилит (графика, видео и пр.). А также такой чип подойдёт и для игр.
В ноутбуках, кстати, очень часто встраиваются процессоры, которые сразу имеют в своей архитектуре графическое ядро. Это удобно, так как экономит место в корпусе и позволяет сразу же обрабатывать всю графическую информацию напрямую.
Решение возможных проблем
Как и любая другая техническая примочка, процессор может иногда удивлять пользователей. Например, пользователь недоумевает, хотя нагрузки вроде нет серьёзной. Или компьютер попросту зависнет в самый неподходящий момент (а 99% зависаний происходят из-за того, что чип не успевает обработать большой поток информации).
Практически всегда выход из положения элементарный - термопаста. Она необходима для стабилизации температуры и охлаждения. В сочетании с кулером, разумеется. У неё есть свойство со временем подсыхать, поэтому с определённой периодичностью ее нужно заменять. Ничего сложного в снятии кулера и нанесения термопасты нет, но если у вас нет опыта в этом, то лучше довериться профессионалу.
А если вы не в курсе, как узнать, какой процессор на вашем компьютере, то я подскажу, это очень просто. Достаточно кликнуть правой кнопкой мышки по ярлыку "Мой компьютер", вызвав контекстное меню, а там перейти во вкладку "Свойства". Все, информация о вашем процессоре будет прямо в открывшемся окошке.
Искренне надеюсь, что вы нашли для себя что-то новое в этом материале. Не забывайте делиться им со своими друзьями в социальных сетях, может кто-то из них как раз не знает чего-то о процессорах.
А вы знаете, что в России тоже разрабатывают свои процессоры. Нет? Тогда посмотрите это видео.
Дорогой читатель! Вы посмотрели статью до конца.
Получили вы ответ на свой вопрос? Напишите в комментариях пару слов.
Если ответа не нашли, укажите что искали .
Intel 80486DX2 в керамическом корпусе PGA.
Intel Celeron 400 socket 370 в пластиковом корпусе PPGA, вид снизу.
Intel Celeron 400 socket 370 в пластиковом корпусе PPGA, вид сверху.
Intel Celeron 1100 socket 370 в корпусе FC-PGA2, вид снизу.
Intel Celeron 1100 socket 370 в корпусе FC-PGA2, вид сверху.
Центра́льный проце́ссор (ЦП ; CPU - англ. céntral prócessing únit , дословно - центральное вычислительное устройство ) - исполнитель машинных инструкций , часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера , отвечающий за выполнение операций, заданных программами.
Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами . С середины 1980-х последние практически вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем.
Изначально термин Центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ . Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы . Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.
Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров , а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях , калькуляторах , мобильных телефонах и даже в детских игрушках . Чаще всего они представлены микроконтроллерами , где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры, и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.
Архитектура фон Неймана
Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом .
Д. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году.
Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.
Этапы цикла выполнения:
- Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд , на шину адреса , и отдаёт памяти команду чтения;
- Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных , и сообщает о готовности;
- Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
- Если последняя команда не является командой перехода , процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;
- Снова выполняется п. 1.
Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).
Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм полезной работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода - тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки аппаратного прерывания .
Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.
Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором . Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой .
Конвейерная архитектура
Конвейерная архитектура (pipelining ) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипных операций, например: выборка команды из ОЗУ , дешифрация команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера. Например, конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:
- получение и декодирование инструкции (Fetch)
- адресация и выборка операнда из ОЗУ (Memory access)
- выполнение арифметических операций (Arithmetic Operation)
- сохранение результата операции (Store)
После освобождения k -й ступени конвейера она сразу приступает к работе над следующей командой. Если предположить, что каждая ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждую единицу времени.
Действительно, при отсутствии конвейера выполнение команды займёт n единиц времени (так как для выполнения команды по прежнему необходимо выполнять выборку, дешифрацию и т. д.), и для исполнения m команд понадобится единиц времени; при использовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения m команд понадобится всего лишь n + m единиц времени.
Факторы, снижающие эффективность конвейера:
- простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами);
- ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд, out-of-order execution);
- очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).
Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода.)
Суперскалярная архитектура
Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности.
x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).
Джоном Коком (John Cocke) из .
Двухядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из четырёх физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.
На данный момент массово доступны двух- и четырехядерные процессоры, в частности Intel Core 2 Duo на 65 нм ядре Conroe (позднее на 45 нм ядре Wolfdale) и Athlon64X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший обьем кэша и рабочие частоты.
Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырехядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхядерник» фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач.
На настоящий момент (1-2 квартал 2009 года) обе компании обновили свои линейки четырёхядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трех моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора является использование трехканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой сторной платформы, использующей Core i7 является ее чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете Intel-X58 и трехканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.
Компания AMD в свою очередь представила линейку процессоров Phenom II X4. При её разработке компания учла свои ошибки: был увеличен объем кэша (явно недостаточный у первого «Фенома»), а производство процессора было переведено на 45 нм техпроцесс, позволивший снизить тепловыделение и значительно повысить рабочие частоты. В целом AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстает от Intel Core i7. Однако, принимая во внимание умеренную стоимость платформы на базе этого процессора, его рыночные перспективы выглядят куда более радужно чем у предшественника.
Кэширование
Кэширование - это использование дополнительной быстродействующей памяти (кэш-памяти) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.
Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD K8 умели производить 64 бит запись+64 бит чтение либо два 64-бит чтения за такт, AMD K8L может производить два 128 бит чтения или записи в любой комбинации, процессоры Intel Core 2 могут производить 128 бит запись+128 бит чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.
Параллельная архитектура
Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана
.
Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными
. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах .
Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить (по классификации Флинна):
Технология изготовления процессоров
История развития процессоров
Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 МБ памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 ГБ оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.
Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.
Современная технология изготовления
В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в ZIF-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов.
В начале 1970-х годов благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем), микросхем , стало возможным разместить все необходимые компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве. Появились так называемые микропроцессоры. Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё по крайней мере 10-15 лет, и только в начале 80-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Надо сказать что переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые теперь проникли почти в каждый дом.
Квантовые процессоры
Процессоры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.
Российские микропроцессоры
Разработкой микропроцессоров в России занимается ЗАО «МЦСТ ». Им разработаны и внедрены в производство универсальные RISC-микропроцессоры с проектными нормами 130 и 350 нм. Завершена разработка суперскалярного процессора нового поколения Эльбрус . Основные потребители российских микропроцессоров - предприятия ВПК .
CPU (Central Processing Unit)
- центральный процессор компьютера (его мозги), физически представляет собой большую интегральную схему (микросхему), в которой функционально представлены различные узлы (не только собственно процессор). В многопроцессорной системе функции центрального процессора распределены между несколькими процессорами, один из которых считается главным.
Сложилось так, что процессорный рынок уверенно завоевали две компании: Intel
и AMD
. Именно эти две компании ведут постоянную борьбу за клиента и остро соперничают между собой, перехватывая время от времени инициативу друг у друга. Ниже представлены обозначения популярных моделей процессоров этих фирм на момент написания данной статьи (июнь 2010 года):
- Процессоры AMD
- Socket AM3 AMD Sempron™ LE-140 BOX 2700 Model Number 140, Frequency 2.7GHz, L2 Cache 1024KB, Thermal Design Power 45W, Process Technology 45 nanometer SOI technology
- Socket AM3 AMD Athlon II X2 240 2800 OEM без вентилятора Model Number 215, Frequency 2.8, CMOS Technology 45nm SOI, Total Dedicated L2 Cache 1024MB, Packaging socket AM3, Thermal Design Power 65W
- Socket AM3 AMD Athlon II X3 435 2900 BOX Frequency 2.9, CMOS Technology 45nm SOI, Total Dedicated L2 Cache 1.5MB, Packaging socket AM3, Thermal Design Power 95W
- Socket AM3 AMD Phenom II X4 945 3000 BOX Frequency 3.0 GHz, Total L2 Cache 2MB, L3 Cache 4MB, Packaging socket AM3, Thermal Design Power 95W, CMOS Technology 45nm SOI
- Socket AM3 AMD Phenom II X6 1055T 2800 Black Edition BOX 2.8GHz, 125W, 3MB total dedicated L2 cache, 6MB L3 cache, socket AM3
- Процессоры Intel
- Intel Celeron® Dual - Core E3200 2400 1024kb cache ОЕМ без вентилятора S775 Bus Speed 800 MHz EM64T
- Intel® Pentium Dual - Core™ E5300 (Socket 775) 2600 2048kb cache BOX с вентилятором 800 MHz bus Hyper-Threading Technology ! EM64T
- Intel® Core™Intel Pentium G6950(Socket 1156) 2800 BOX 512 Kb / 3072Kb , ClarkDale, 73W, S1156, Cooling Fan
- Intel® Core™Core i3 540(Socket 1156) 3067 BOX 1024 Kb / 4096Kb , ClarkDale, 73W, S1156, Cooling Fan
- Intel® Core™Core i5 750(Socket 1156) 2660 BOX 1024 Kb / 8192Kb , Lynnfield, 95W, S1156, Cooling Fan
Теперь рассмотрим основные параметры процессора:
Марка процессора и номер модели
Все довольно просто. Марка процессора, как правило, указывается в самом начале, при этом пишется фирма-изготовитель и собственно сама марка процессора:
- AMD Sempron
- AMD Athlon II
- AMD Phenom II
- Intel Celeron® Dual
- Intel® Core™Intel Pentium
- Intel® Core™Core
В рамках одного модельного ряда может быть несколько моделей, отличающихся номером, например: Intel® Core™Core i3
и Intel® Core™Core i5
.
Наиболее важным параметром процессора является его частота. При этом следует учитывать довольно любопытный нюанс: если фирма Intel указывает действительные значения частот для своих процессоров, то фирма AMD
- некое теоретическое значение частоты, которую бы имел процессор Intel
с такой же производительностью. Это связано с тем, что процессоры AMD
обладают несколько меньшей действительной частотой, но большей производительностью.
Форм-фактор
Различные модели процессоров могут иметь некоторые контсруктивные отличия, к тому же, питающие напряжения могут у разных процессоров быть разными. Все это называется форм-фактором
. Конечно же, под разные процессоры изготавливаются "свои" материнские платы, подходящие только для процессоров с аналогичным форм-фактором.
Частота шины
Для обмена данными между различными составляющими компьютера и процессором используется шина FSB (Front Side Bus). У процессоров AMD Athlon 64 - используется шина HT (Hyper Transport). За один такт шины передается несколько пакетов данных, и в параметрах процессора его частота указыватеся с учетом такого умножения скорости. Так процессор Pentium 4 с частотой шины 800 МГц на самом деле работает на частоте FSB 200 МГц, т.к. за один такт передается 4 пакета данных.
Множитель
Частота на которой работает процессор компьютера определяется произведением частоты шины FSB на некоторый множитель, который, как правило, нельзя изменять. Этот множитель задается автоматически, в зависимости от материнской платы. Однако, системные платы, которые позволяют делать "разгон" компьютера, разрешают делать изменение множителя, тем самым увеличивая скорость работы процессора в ущерб его надежности и долговечности работы.
Напряжение ядра
Разные модели процессоров для своей нормальной работы требуют разные напряжения питания, которые можно увеличивать при разгоне компьютера.
Степпинг
Степпингами называют модификации одного и того же ядра процессора, которые производятся с целью улучшения рабочих характеристик процессора.
Кэш-память
Цифровые технологии таковы, что скорость работы процессора в несколько раз превышает скорость работы памяти. Поскольку этот тандем всегда работает в паре, то, фактически скорость работы компьютера определяется скоростью работы памяти. Получается, что процессор бОльшую часть времени просто простаивает без дела в ожидании пока память обработает очередную порцию данных. Чтобы "разрулить" ситуацию придумали, так называемую, кэш-память
, которая встраивается непосредственно в микросхему процессора и работает на скоростях соизмеримыми со скоростью работы процессора.
Кэш-память очень дорогое "удовольствие" - ее стоимость составляет половину стоимости процессора, но она позволяет значительно поднять производительность системы процессор-память, в результате чего, значительно возрастает общая скорость работы компьютера.
Из-за своей дороговизны размер кэш-памяти относительно небольшой и измеряется килобайтами, но этого оказывается вполне достаточно, т.к. в кэш-память помещаются только наиболее часто используемые в данный момент данные.
Практичечески все процессоры имеют двухуровневую кэш-память - L1
(кэш-память первого уровня), L2
(кэш-память второго уровня).
Кэш-память первого
уровня наиболее быстрая память, ее размер составляет 16..128 Кб.
Кэш-память первого уровня бывает единой (принстонская архитектура) и разделенной на две части (гарвардская архитектура):
- L1 data cashe - первичный кэш данных, в котором хранятся данные, к которым недавно обращался процессор;
- L1 instruction cashe - первичный кэш инструкций, в котором хранятся инструкции, которые процессор недавно выполнял или будет выполянть в ближайшее время.
Кэш-память второго уровня
работает значительно медленне, чем кэш-память первого уровня, но имеет гораздо больший объем - 128 Кб.. 6 Мб.
Кэш-память второго уровня может быть эксклюзивной
(не могут храниться данные, содержащиеся в L1), либо инклюзивной
(хранится копия L1).
Довольно редко, но встречается еще и кэш-память третьего уровня - L3
.
Процессор является основной частью любого компьютерного устройства. Но многие пользователи имеют очень слабое представление о том, что такое процессор в компьютере и какую функцию он выполняет. Хотя в современном мире это важная информация, зная которую можно избежать многих серьезных заблуждений. Если вы хотите узнать больше о чипе, который обеспечивает работоспособность вашего компьютера, вы обратились по адресу. Из этой статьи вы узнаете, для чего нужен процессор и как он влияет на производительность всего устройства.
Что такое центральный процессор
В данном случае, речь идет о центральном процессоре. Ведь в компьютере есть и другие, например, видеопроцессор.
Центральный процессор – это основная часть компьютера, которая представляет собой электронный блок или интегральную схему. Он выполняет машинные инструкции, или же код программы, и является основой аппаратного обеспечения устройства.
Говоря проще, это сердце и мозг компьютера. Именно благодаря ему работает все остальное, он обрабатывает потоки данных и управляет работой всех частей общей системы.
Если смотреть на процессор физически, он представляет собой небольшую тонкую квадратную плату. Он имеет небольшие размеры и сверху покрывается металлической крышкой.
Нижнюю часть чипа занимают контакты, через которые чипсет и осуществляет взаимодействие с остальной системой. Открыв крышку системного блока своего компьютера, вы легко сможете найти процессор, если только он не закрыт системой охлаждения.
Пока ЦП не отдаст соответствующую команду, компьютер не сможет осуществить даже самую простую операцию, например, сложить два числа. Что бы вы ни хотели осуществить на своем ПК, любое действие предполагает обращение к процессору. Именно поэтому он и является такой важной составляющей компьютера.
Современные центральные процессоры способны не только справляться со своими основными задачами, но и могут частично заменять видеокарту. Новые чипы выпускаются с отдельно отведенным местом для выполнения функций видеоконтроллера.
Этот видеоконтроллер осуществляет все базовые необходимые действия, которые нужны от видеокарты. В качестве видеопамяти, при этом, используется оперативка. Но не стоит заблуждаться, что мощный современный процессор может полностью заменить видеокарту.
Даже средний класс видеокарт оставляет видеоконтроллер процессоров далеко позади. Так что, вариант компьютера без видеокарты подходит разве что для офисных устройств, которые не предполагают выполнения каких-либо сложных задач, связанных с графикой.
В таких случаях действительно есть возможность сэкономить. Ведь можно просто чипсет процессор с хорошим видеоконтроллером и не тратиться на видеокарту.
Как работает процессор
Что такое процессор вроде разобрались. Но как же он работает? Это долгий и сложный процесс, но если в нем разобраться, все достаточно легко. Принцип работы центрального процессора можно рассмотреть поэтапно.
Сначала программа загружается в оперативную память, откуда черпает все необходимые сведения и набор команд обязательных к выполнению управляющий блок процессора. Затем все эти данные поступают в буферную память, так называемый КЭШ процессора.
Из буфера выходит информация, которую делят на два типа: инструкции и значения. И те и те попадают в регистры. Регистры представляют собой ячейки памяти, встроенные в чипсет. Они также бывают двух видов, в зависимости от типа информации, которую они получают: регистры команд и регистры данных.
Одна из составных частей ЦП– это арифметико-логическое устройство. Оно занимается выполнением преобразований информации, используя арифметические и логические вычисления.
Именно сюда и попадают данные из регистров. После этого арифметико-логическое устройство считывает поступившие данные и исполняет команды, которые необходимы для обработки получившихся в итоге чисел.
Тут нас снова ждет раздвоение. Итоговые результаты делятся на законченные и незаконченные. Они идут обратно в регистры, а законченные поступают в буферную память.
КЭШ процессора состоит из двух основных уровней: верхнего и нижнего. Самые последние команды и данные отправляются в верхний кэш, а те, которые не используются, идут в нижний.
То есть, вся информация, находящаяся на третьем уровне, перебирается на второй, с которого, в свою очередь, данные идут на первый. А ненужные данные наоборот отправляются на нижний уровень.
После того как вычислительный цикл закончится, его результаты снова записываются в оперативную память компьютера. Это происходит для того, чтобы кэш центрального процессора был освобожден и доступен для новых операций.
Но иногда случаются ситуации, когда буферная память оказывается полностью заполненной, и для новых операций нет места. В таком случае, данные, которые на данный момент не используются, идут в оперативную память или же на нижний уровень памяти процессора.
Виды процессоров
Разобравшись с принципом работы ЦП, пришло время сравнить разные его виды. Видов процессора много. Бывают как слабые одноядерные модели, так и мощные устройства с множеством ядер. Есть те, которые предназначены исключительно для офисной работы, а есть такие, что необходимы для самых современных игр.
На данный момент есть два основных создателя процессоров – это AMD и Intel. Именно они и производят самые актуальные и востребованные чипы. Нужно понимать, что разница между чипами этих двух компаний заключается не в количестве ядер или общей производительности, а в архитектуре.
То есть, продукты этих двух компаний строятся по разным принципам. И у каждого создателя свой уникальный вид процессора, имеющий отличную от конкурента структуру.
Нужно отметить, что у обоих вариантов существуют свои сильные и слабые стороны. К примеру, Intel отличаются такими плюсами
:
- Меньшая энергозатратность;
- Большинство создателей железа ориентируются именно на взаимодействие с процессорами Intel;
- В играх производительность выше;
- Intel проще взаимодействовать с оперативной памятью компьютера;
- Операции, реализуемые только с одной программой, быстрее выполняются на Intel.
В то же время, присутствуют и свои минусы
:
- Как правило, стоимость чипсетов Intel дороже, чем аналог AMD;
- При работе с несколькими тяжелыми программами падает производительность;
- Графические ядра слабее, чем у конкурента.
AMD отличаются следующими преимуществами
:
- Гораздо более выгодное соотношение цены и качества;
- Способны обеспечить надежную работу всей системы;
- Присутствует возможность разогнать процессор, увеличив на 10-20% его мощность;
- Более мощные интегрированные графические ядра.
Однако AMD уступает по следующим параметрам:
- Взаимодействие с оперативной памятью происходит хуже;
- На работу процессора тратится больше электроэнергии;
- Частота работы на втором и третьем уровнях буферной памяти ниже;
- В играх производительность ниже.
Хоть и выделяются свои плюсы и минусы, компании продолжают выпускать лучшие процессоры. Вам остается выбрать, какой предпочтительнее именно для вас. Ведь нельзя однозначно сказать, что одна фирма лучше другой.
Основные характеристики
Итак, мы уже разобрались, что одна из основных характеристик процессора – это его разработчик. Но существует ряд параметров, на которые нужно обратить еще больше внимания при покупке.
Не будем далеко отходить от бренда, и упомянем о том, что существуют разные серии чипов. Каждый производитель выпускает свои линейки в разных ценовых категориях, созданных для различных задач. Еще один смежный параметр – это архитектура ЦП. По сути, это его внутренние органы, от которых зависит вся работа чипа.
Не самый очевидный, но очень важный параметр – это сокет. Дело в том, что на самом процессоре сокет должен совпадать с соответствующим гнездом на материнской плате.
В противном случае, вам не удастся объединить эти два важнейших компонента любого компьютера. Так что, при сборке системного блока, нужно либо купить материнку и искать под нее чипсет, либо наоборот.
Теперь пришло время разобраться, какие характеристики процессора влияют на его производительность. Без сомнения, главная из них – это тактовая частота. Это объем операций, которые могут выполняться в определенную единицу времени.
Измеряется данный показатель в мегагерцах. Так на что влияет тактовая частота чипа? Поскольку она указывает на количество операций за определенное время, не сложно догадаться, что от нее зависит скорость работы устройства.
Еще один немаловажный показатель – это объем буферной памяти. Как уже говорилось ранее, она бывает верхней и нижней. Она также влияет на производительность процессора.
В ЦП может быть одно или несколько ядер. Многоядерные модели стоят дороже. Но на что влияет количество ядер? Эта характеристика определяет мощность устройства. Чем больше ядер, тем мощнее аппарат.
Вывод
Центральный процессор играет не просто одну из важнейших, но даже можно сказать основную роль в работе компьютера. Именно от него будет зависеть производительность всего устройства, а так же задачи, для которых вообще его возможно использовать.
Но это не значит, что обязательно покупать самый мощный процессор для средненького компьютера. Подберите оптимальную модель, которая будет соответствовать вашим требованиям.
Практически все знают, что в компьютере главным элементом среди всех «железных» компонентов является центральный процессор. Но круг людей, которые представляют себе, как работает процессор, является весьма ограниченным. Большинство пользователей об этом и понятия не имеют. И даже когда система вдруг начинает «тормозить», многие считают, что это процессор плохо работает, и не придают значения другим факторам. Для полного понимания ситуации рассмотрим некоторые аспекты работы ЦП.
Что такое центральный процессор?
Из чего состоит процессор?
Если говорить о том, как работает процессор Intel или его конкурент AMD, нужно посмотреть, как устроены эти чипы. Первый микропроцессор (кстати, именно от Intel, модель 4040) появился еще в далеком 1971 году. Он мог выполнять только простейшие операции сложения и вычитания с обработкой всего лишь 4 бит информации, т. е. имел 4-битную архитектуру.
Современные процессоры, как и первенец, основаны на транзисторах и обладают куда большим быстродействием. Изготавливаются они методом фотолитографии из определенного числа отдельных кремниевых пластинок, составляющих единый кристалл, в который как бы впечатаны транзисторы. Схема создается на специальном ускорителе разогнанными ионами бора. Во внутренней структуре процессоров основными компонентами являются ядра, шины и функциональные частицы, называемые ревизиями.
Основные характеристики
Как и любое другое устройство, процессор характеризуется определенными параметрами, которые, отвечая на вопрос, как работает процессор, обойти стороной нельзя. Прежде всего это:
- количество ядер;
- число потоков;
- размер кэша (внутренней памяти);
- тактовая частота;
- быстрота шины.
Пока остановимся на тактовой частоте. Не зря процессор называют сердцем компьютера. Как и сердце, он работает в режиме пульсации с определенным количеством тактов в секунду. Тактовая частота измеряется в МГц или в ГГц. Чем она выше, тем больше операций может выполнить устройство.
На какой частоте работает процессор, можно узнать из его заявленных характеристик или посмотреть информацию в Но в процессе обработки команд частота может меняться, а при разгоне (оверлокинге) увеличиваться до экстремальных пределов. Таким образом, заявленная является всего лишь усредненным показателем.
Количество ядер - показатель, определяющий число вычислительных центров процессора (не путать с потоками - количество ядер и потоков могут не совпадать). За счет такого распределения появляется возможность перенаправления операций на другие ядра, за счет чего повышается общая производительность.
Как работает процессор: обработка команд
Теперь немного о структуре исполняемых команд. Если посмотреть, как работает процессор, нужно четко представлять себе, что любая команда имеет две составляющие - операционную и операндную.
Операционная часть указывает, что должна выполнить в данный момент компьютерная система, операнда определяет то, над чем должен работать именно процессор. Кроме того, ядро процессора может содержать два вычислительных центра (контейнера, потока), которые разделяют выполнение команды на несколько этапов:
- выработка;
- дешифрование;
- выполнение команды;
- обращение к памяти самого процессора
- сохранение результата.
Сегодня применяется раздельное кэширование в виде использования двух уровней кэш-памяти, что позволяет избежать перехвата двумя и более командами обращения к одному из блоков памяти.
Процессоры по типу обработки команд разделяют на линейные (выполнение команд в порядке очереди их записи), циклические и разветвляющиеся (выполнение инструкций после обработки условий ветвления).
Выполняемые операции
Среди основных функций, возложенных на процессор, в смысле выполняемых команд или инструкций различают три основные задачи:
- математические действия на основе арифметико-логического устройства;
- перемещение данных (информации) из одного типа памяти в другой;
- принятие решения по исполнению команды, и на его основе - выбор переключения на выполнения других наборов команд.
Взаимодействие с памятью (ПЗУ и ОЗУ)
В этом процессе следует отметить такие компоненты, как шина и канал чтения и записи, которые соединены с запоминающими устройствами. ПЗУ содержит постоянный набор байт. Сначала адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, затем передает его на шину данных, после чего канал чтения меняет свое состояние и ПЗУ предоставляет запрошенный байт.
Но процессоры могут не только считывать данные из оперативной памяти, но и записывать их. В этом случае используется канал записи. Но, если разобраться, по большому счету современные компьютеры чисто теоретически могли бы и вовсе обойтись без ОЗУ, поскольку современные микроконтроллеры способны размещать нужные байты данных непосредственно в памяти самого процессорного чипа. Но вот без ПЗУ обойтись никак нельзя.
Кроме всего прочего, старт системы запускается с режима тестирования оборудования (команды BIOS), а только потом управление передается загружаемой операционной системе.
Как проверить, работает ли процессор?
Теперь посмотрим на некоторые аспекты проверки работоспособности процессора. Нужно четко понимать, что, если бы процессор не работал, компьютер бы не смог начать загрузку вообще.
Другое дело, когда требуется посмотреть на показатель использования возможностей процессора в определенный момент. Сделать это можно из стандартного «Диспетчера задач» (напротив любого процесса указано, сколько процентов загрузки процессора он дает). Для визуального определения этого параметра можно воспользоваться вкладкой производительности, где отслеживание изменений происходит в режиме реального времени. Расширенные параметры можно увидеть при помощи специальных программ, например, CPU-Z.
Кроме того, можно задействовать несколько ядер процессора, используя для этого (msconfig) и дополнительные параметры загрузки.
Возможные проблемы
Наконец, несколько слов о проблемах. Вот многие пользователи часто спрашивают, мол, почему процессор работает, а монитор не включается? К центральному процессору эта ситуация не имеет никакого отношения. Дело в том, что при включении любого компьютера сначала тестируется графический адаптер, а только потом все остальное. Возможно, проблема состоит как раз в процессоре графического чипа (все современные видеоускорители имеют собственные графически процессоры).
Но на примере функционирования человеческого организма нужно понимать, что в случае остановки сердца умирает весь организм. Так и с компьютерами. Не работает процессор - «умирает» вся компьютерная система.
Двухядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из четырёх физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.
На данный момент массово доступны двух- и четырехядерные процессоры, в частности Intel Core 2 Duo на 65 нм ядре Conroe (позднее на 45 нм ядре Wolfdale) и Athlon64X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший обьем кэша и рабочие частоты.
Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырехядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхядерник» фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач.
На настоящий момент (1-2 квартал 2009 года) обе компании обновили свои линейки четырёхядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трех моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора является использование трехканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой сторной платформы, использующей Core i7 является ее чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете Intel-X58 и трехканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.
Компания AMD в свою очередь представила линейку процессоров Phenom II X4. При её разработке компания учла свои ошибки: был увеличен объем кэша (явно недостаточный у первого «Фенома»), а производство процессора было переведено на 45 нм техпроцесс, позволивший снизить тепловыделение и значительно повысить рабочие частоты. В целом AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстает от Intel Core i7. Однако, принимая во внимание умеренную стоимость платформы на базе этого процессора, его рыночные перспективы выглядят куда более радужно чем у предшественника.
Кэширование
Кэширование - это использование дополнительной быстродействующей памяти (кэш-памяти) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.
Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD K8 умели производить 64 бит запись+64 бит чтение либо два 64-бит чтения за такт, AMD K8L может производить два 128 бит чтения или записи в любой комбинации, процессоры Intel Core 2 могут производить 128 бит запись+128 бит чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.
Параллельная архитектура
Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана .
Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными . Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах .
Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить (по классификации Флинна):
Технология изготовления процессоров
История развития процессоров
Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 МБ памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 ГБ оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.
Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.
Современная технология изготовления
В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в ZIF-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов.
В начале 1970-х годов благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем), микросхем , стало возможным разместить все необходимые компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве. Появились так называемые микропроцессоры. Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё по крайней мере 10-15 лет, и только в начале 80-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Надо сказать что переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые теперь проникли почти в каждый дом.
Квантовые процессоры
Процессоры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.
Российские микропроцессоры
Разработкой микропроцессоров в России занимается ЗАО «МЦСТ ». Им разработаны и внедрены в производство универсальные RISC-микропроцессоры с проектными нормами 130 и 350 нм. Завершена разработка суперскалярного процессора нового поколения Эльбрус . Основные потребители российских микропроцессоров - предприятия ВПК .
CPU (Central Processing Unit) - центральный процессор компьютера (его мозги), физически представляет собой большую интегральную схему (микросхему), в которой функционально представлены различные узлы (не только собственно процессор). В многопроцессорной системе функции центрального процессора распределены между несколькими процессорами, один из которых считается главным.
Сложилось так, что процессорный рынок уверенно завоевали две компании: Intel и AMD . Именно эти две компании ведут постоянную борьбу за клиента и остро соперничают между собой, перехватывая время от времени инициативу друг у друга. Ниже представлены обозначения популярных моделей процессоров этих фирм на момент написания данной статьи (июнь 2010 года):
- Процессоры AMD
- Socket AM3 AMD Sempron™ LE-140 BOX 2700 Model Number 140, Frequency 2.7GHz, L2 Cache 1024KB, Thermal Design Power 45W, Process Technology 45 nanometer SOI technology
- Socket AM3 AMD Athlon II X2 240 2800 OEM без вентилятора Model Number 215, Frequency 2.8, CMOS Technology 45nm SOI, Total Dedicated L2 Cache 1024MB, Packaging socket AM3, Thermal Design Power 65W
- Socket AM3 AMD Athlon II X3 435 2900 BOX Frequency 2.9, CMOS Technology 45nm SOI, Total Dedicated L2 Cache 1.5MB, Packaging socket AM3, Thermal Design Power 95W
- Socket AM3 AMD Phenom II X4 945 3000 BOX Frequency 3.0 GHz, Total L2 Cache 2MB, L3 Cache 4MB, Packaging socket AM3, Thermal Design Power 95W, CMOS Technology 45nm SOI
- Socket AM3 AMD Phenom II X6 1055T 2800 Black Edition BOX 2.8GHz, 125W, 3MB total dedicated L2 cache, 6MB L3 cache, socket AM3
- Процессоры Intel
- Intel Celeron® Dual - Core E3200 2400 1024kb cache ОЕМ без вентилятора S775 Bus Speed 800 MHz EM64T
- Intel® Pentium Dual - Core™ E5300 (Socket 775) 2600 2048kb cache BOX с вентилятором 800 MHz bus Hyper-Threading Technology ! EM64T
- Intel® Core™Intel Pentium G6950(Socket 1156) 2800 BOX 512 Kb / 3072Kb , ClarkDale, 73W, S1156, Cooling Fan
- Intel® Core™Core i3 540(Socket 1156) 3067 BOX 1024 Kb / 4096Kb , ClarkDale, 73W, S1156, Cooling Fan
- Intel® Core™Core i5 750(Socket 1156) 2660 BOX 1024 Kb / 8192Kb , Lynnfield, 95W, S1156, Cooling Fan
Теперь рассмотрим основные параметры процессора:
Марка процессора и номер модели
Все довольно просто. Марка процессора, как правило, указывается в самом начале, при этом пишется фирма-изготовитель и собственно сама марка процессора:
- AMD Sempron
- AMD Athlon II
- AMD Phenom II
- Intel Celeron® Dual
- Intel® Core™Intel Pentium
- Intel® Core™Core
В рамках одного модельного ряда может быть несколько моделей, отличающихся номером, например: Intel® Core™Core i3 и Intel® Core™Core i5 .
Наиболее важным параметром процессора является его частота. При этом следует учитывать довольно любопытный нюанс: если фирма Intel указывает действительные значения частот для своих процессоров, то фирма AMD - некое теоретическое значение частоты, которую бы имел процессор Intel с такой же производительностью. Это связано с тем, что процессоры AMD обладают несколько меньшей действительной частотой, но большей производительностью.
Форм-фактор
Различные модели процессоров могут иметь некоторые контсруктивные отличия, к тому же, питающие напряжения могут у разных процессоров быть разными. Все это называется форм-фактором . Конечно же, под разные процессоры изготавливаются "свои" материнские платы, подходящие только для процессоров с аналогичным форм-фактором.
Частота шины
Для обмена данными между различными составляющими компьютера и процессором используется шина FSB (Front Side Bus). У процессоров AMD Athlon 64 - используется шина HT (Hyper Transport). За один такт шины передается несколько пакетов данных, и в параметрах процессора его частота указыватеся с учетом такого умножения скорости. Так процессор Pentium 4 с частотой шины 800 МГц на самом деле работает на частоте FSB 200 МГц, т.к. за один такт передается 4 пакета данных.
Множитель
Частота на которой работает процессор компьютера определяется произведением частоты шины FSB на некоторый множитель, который, как правило, нельзя изменять. Этот множитель задается автоматически, в зависимости от материнской платы. Однако, системные платы, которые позволяют делать "разгон" компьютера, разрешают делать изменение множителя, тем самым увеличивая скорость работы процессора в ущерб его надежности и долговечности работы.
Напряжение ядра
Разные модели процессоров для своей нормальной работы требуют разные напряжения питания, которые можно увеличивать при разгоне компьютера.
Степпинг
Степпингами называют модификации одного и того же ядра процессора, которые производятся с целью улучшения рабочих характеристик процессора.
Кэш-память
Цифровые технологии таковы, что скорость работы процессора в несколько раз превышает скорость работы памяти. Поскольку этот тандем всегда работает в паре, то, фактически скорость работы компьютера определяется скоростью работы памяти. Получается, что процессор бОльшую часть времени просто простаивает без дела в ожидании пока память обработает очередную порцию данных. Чтобы "разрулить" ситуацию придумали, так называемую, кэш-память , которая встраивается непосредственно в микросхему процессора и работает на скоростях соизмеримыми со скоростью работы процессора.
Кэш-память очень дорогое "удовольствие" - ее стоимость составляет половину стоимости процессора, но она позволяет значительно поднять производительность системы процессор-память, в результате чего, значительно возрастает общая скорость работы компьютера.
Из-за своей дороговизны размер кэш-памяти относительно небольшой и измеряется килобайтами, но этого оказывается вполне достаточно, т.к. в кэш-память помещаются только наиболее часто используемые в данный момент данные.
Практичечески все процессоры имеют двухуровневую кэш-память - L1 (кэш-память первого уровня), L2 (кэш-память второго уровня).
Кэш-память первого уровня наиболее быстрая память, ее размер составляет 16..128 Кб.
Кэш-память первого уровня бывает единой (принстонская архитектура) и разделенной на две части (гарвардская архитектура):
- L1 data cashe - первичный кэш данных, в котором хранятся данные, к которым недавно обращался процессор;
- L1 instruction cashe - первичный кэш инструкций, в котором хранятся инструкции, которые процессор недавно выполнял или будет выполянть в ближайшее время.
Кэш-память второго уровня работает значительно медленне, чем кэш-память первого уровня, но имеет гораздо больший объем - 128 Кб.. 6 Мб.
Кэш-память второго уровня может быть эксклюзивной (не могут храниться данные, содержащиеся в L1), либо инклюзивной (хранится копия L1).
Довольно редко, но встречается еще и кэш-память третьего уровня - L3 .
Процессор является основной частью любого компьютерного устройства. Но многие пользователи имеют очень слабое представление о том, что такое процессор в компьютере и какую функцию он выполняет. Хотя в современном мире это важная информация, зная которую можно избежать многих серьезных заблуждений. Если вы хотите узнать больше о чипе, который обеспечивает работоспособность вашего компьютера, вы обратились по адресу. Из этой статьи вы узнаете, для чего нужен процессор и как он влияет на производительность всего устройства.
Что такое центральный процессор
В данном случае, речь идет о центральном процессоре. Ведь в компьютере есть и другие, например, видеопроцессор.
Центральный процессор – это основная часть компьютера, которая представляет собой электронный блок или интегральную схему. Он выполняет машинные инструкции, или же код программы, и является основой аппаратного обеспечения устройства.
Говоря проще, это сердце и мозг компьютера. Именно благодаря ему работает все остальное, он обрабатывает потоки данных и управляет работой всех частей общей системы.
Если смотреть на процессор физически, он представляет собой небольшую тонкую квадратную плату. Он имеет небольшие размеры и сверху покрывается металлической крышкой.
Нижнюю часть чипа занимают контакты, через которые чипсет и осуществляет взаимодействие с остальной системой. Открыв крышку системного блока своего компьютера, вы легко сможете найти процессор, если только он не закрыт системой охлаждения.
Пока ЦП не отдаст соответствующую команду, компьютер не сможет осуществить даже самую простую операцию, например, сложить два числа. Что бы вы ни хотели осуществить на своем ПК, любое действие предполагает обращение к процессору. Именно поэтому он и является такой важной составляющей компьютера.
Современные центральные процессоры способны не только справляться со своими основными задачами, но и могут частично заменять видеокарту. Новые чипы выпускаются с отдельно отведенным местом для выполнения функций видеоконтроллера.
Этот видеоконтроллер осуществляет все базовые необходимые действия, которые нужны от видеокарты. В качестве видеопамяти, при этом, используется оперативка. Но не стоит заблуждаться, что мощный современный процессор может полностью заменить видеокарту.
Даже средний класс видеокарт оставляет видеоконтроллер процессоров далеко позади. Так что, вариант компьютера без видеокарты подходит разве что для офисных устройств, которые не предполагают выполнения каких-либо сложных задач, связанных с графикой.
В таких случаях действительно есть возможность сэкономить. Ведь можно просто чипсет процессор с хорошим видеоконтроллером и не тратиться на видеокарту.
Как работает процессор
Что такое процессор вроде разобрались. Но как же он работает? Это долгий и сложный процесс, но если в нем разобраться, все достаточно легко. Принцип работы центрального процессора можно рассмотреть поэтапно.
Сначала программа загружается в оперативную память, откуда черпает все необходимые сведения и набор команд обязательных к выполнению управляющий блок процессора. Затем все эти данные поступают в буферную память, так называемый КЭШ процессора.
Из буфера выходит информация, которую делят на два типа: инструкции и значения. И те и те попадают в регистры. Регистры представляют собой ячейки памяти, встроенные в чипсет. Они также бывают двух видов, в зависимости от типа информации, которую они получают: регистры команд и регистры данных.
Одна из составных частей ЦП– это арифметико-логическое устройство. Оно занимается выполнением преобразований информации, используя арифметические и логические вычисления.
Именно сюда и попадают данные из регистров. После этого арифметико-логическое устройство считывает поступившие данные и исполняет команды, которые необходимы для обработки получившихся в итоге чисел.
Тут нас снова ждет раздвоение. Итоговые результаты делятся на законченные и незаконченные. Они идут обратно в регистры, а законченные поступают в буферную память.
КЭШ процессора состоит из двух основных уровней: верхнего и нижнего. Самые последние команды и данные отправляются в верхний кэш, а те, которые не используются, идут в нижний.
То есть, вся информация, находящаяся на третьем уровне, перебирается на второй, с которого, в свою очередь, данные идут на первый. А ненужные данные наоборот отправляются на нижний уровень.
После того как вычислительный цикл закончится, его результаты снова записываются в оперативную память компьютера. Это происходит для того, чтобы кэш центрального процессора был освобожден и доступен для новых операций.
Но иногда случаются ситуации, когда буферная память оказывается полностью заполненной, и для новых операций нет места. В таком случае, данные, которые на данный момент не используются, идут в оперативную память или же на нижний уровень памяти процессора.
Виды процессоров
Разобравшись с принципом работы ЦП, пришло время сравнить разные его виды. Видов процессора много. Бывают как слабые одноядерные модели, так и мощные устройства с множеством ядер. Есть те, которые предназначены исключительно для офисной работы, а есть такие, что необходимы для самых современных игр.
На данный момент есть два основных создателя процессоров – это AMD и Intel. Именно они и производят самые актуальные и востребованные чипы. Нужно понимать, что разница между чипами этих двух компаний заключается не в количестве ядер или общей производительности, а в архитектуре.
То есть, продукты этих двух компаний строятся по разным принципам. И у каждого создателя свой уникальный вид процессора, имеющий отличную от конкурента структуру.
Нужно отметить, что у обоих вариантов существуют свои сильные и слабые стороны. К примеру, Intel отличаются такими плюсами :
- Меньшая энергозатратность;
- Большинство создателей железа ориентируются именно на взаимодействие с процессорами Intel;
- В играх производительность выше;
- Intel проще взаимодействовать с оперативной памятью компьютера;
- Операции, реализуемые только с одной программой, быстрее выполняются на Intel.
В то же время, присутствуют и свои минусы :
- Как правило, стоимость чипсетов Intel дороже, чем аналог AMD;
- При работе с несколькими тяжелыми программами падает производительность;
- Графические ядра слабее, чем у конкурента.
AMD отличаются следующими преимуществами :
- Гораздо более выгодное соотношение цены и качества;
- Способны обеспечить надежную работу всей системы;
- Присутствует возможность разогнать процессор, увеличив на 10-20% его мощность;
- Более мощные интегрированные графические ядра.
Однако AMD уступает по следующим параметрам:
- Взаимодействие с оперативной памятью происходит хуже;
- На работу процессора тратится больше электроэнергии;
- Частота работы на втором и третьем уровнях буферной памяти ниже;
- В играх производительность ниже.
Хоть и выделяются свои плюсы и минусы, компании продолжают выпускать лучшие процессоры. Вам остается выбрать, какой предпочтительнее именно для вас. Ведь нельзя однозначно сказать, что одна фирма лучше другой.
Основные характеристики
Итак, мы уже разобрались, что одна из основных характеристик процессора – это его разработчик. Но существует ряд параметров, на которые нужно обратить еще больше внимания при покупке.
Не будем далеко отходить от бренда, и упомянем о том, что существуют разные серии чипов. Каждый производитель выпускает свои линейки в разных ценовых категориях, созданных для различных задач. Еще один смежный параметр – это архитектура ЦП. По сути, это его внутренние органы, от которых зависит вся работа чипа.
Не самый очевидный, но очень важный параметр – это сокет. Дело в том, что на самом процессоре сокет должен совпадать с соответствующим гнездом на материнской плате.
В противном случае, вам не удастся объединить эти два важнейших компонента любого компьютера. Так что, при сборке системного блока, нужно либо купить материнку и искать под нее чипсет, либо наоборот.
Теперь пришло время разобраться, какие характеристики процессора влияют на его производительность. Без сомнения, главная из них – это тактовая частота. Это объем операций, которые могут выполняться в определенную единицу времени.
Измеряется данный показатель в мегагерцах. Так на что влияет тактовая частота чипа? Поскольку она указывает на количество операций за определенное время, не сложно догадаться, что от нее зависит скорость работы устройства.
Еще один немаловажный показатель – это объем буферной памяти. Как уже говорилось ранее, она бывает верхней и нижней. Она также влияет на производительность процессора.
В ЦП может быть одно или несколько ядер. Многоядерные модели стоят дороже. Но на что влияет количество ядер? Эта характеристика определяет мощность устройства. Чем больше ядер, тем мощнее аппарат.
Вывод
Центральный процессор играет не просто одну из важнейших, но даже можно сказать основную роль в работе компьютера. Именно от него будет зависеть производительность всего устройства, а так же задачи, для которых вообще его возможно использовать.
Но это не значит, что обязательно покупать самый мощный процессор для средненького компьютера. Подберите оптимальную модель, которая будет соответствовать вашим требованиям.
Практически все знают, что в компьютере главным элементом среди всех «железных» компонентов является центральный процессор. Но круг людей, которые представляют себе, как работает процессор, является весьма ограниченным. Большинство пользователей об этом и понятия не имеют. И даже когда система вдруг начинает «тормозить», многие считают, что это процессор плохо работает, и не придают значения другим факторам. Для полного понимания ситуации рассмотрим некоторые аспекты работы ЦП.
Что такое центральный процессор?
Из чего состоит процессор?
Если говорить о том, как работает процессор Intel или его конкурент AMD, нужно посмотреть, как устроены эти чипы. Первый микропроцессор (кстати, именно от Intel, модель 4040) появился еще в далеком 1971 году. Он мог выполнять только простейшие операции сложения и вычитания с обработкой всего лишь 4 бит информации, т. е. имел 4-битную архитектуру.
Современные процессоры, как и первенец, основаны на транзисторах и обладают куда большим быстродействием. Изготавливаются они методом фотолитографии из определенного числа отдельных кремниевых пластинок, составляющих единый кристалл, в который как бы впечатаны транзисторы. Схема создается на специальном ускорителе разогнанными ионами бора. Во внутренней структуре процессоров основными компонентами являются ядра, шины и функциональные частицы, называемые ревизиями.
Основные характеристики
Как и любое другое устройство, процессор характеризуется определенными параметрами, которые, отвечая на вопрос, как работает процессор, обойти стороной нельзя. Прежде всего это:
- количество ядер;
- число потоков;
- размер кэша (внутренней памяти);
- тактовая частота;
- быстрота шины.
Пока остановимся на тактовой частоте. Не зря процессор называют сердцем компьютера. Как и сердце, он работает в режиме пульсации с определенным количеством тактов в секунду. Тактовая частота измеряется в МГц или в ГГц. Чем она выше, тем больше операций может выполнить устройство.
На какой частоте работает процессор, можно узнать из его заявленных характеристик или посмотреть информацию в Но в процессе обработки команд частота может меняться, а при разгоне (оверлокинге) увеличиваться до экстремальных пределов. Таким образом, заявленная является всего лишь усредненным показателем.
Количество ядер - показатель, определяющий число вычислительных центров процессора (не путать с потоками - количество ядер и потоков могут не совпадать). За счет такого распределения появляется возможность перенаправления операций на другие ядра, за счет чего повышается общая производительность.
Как работает процессор: обработка команд
Теперь немного о структуре исполняемых команд. Если посмотреть, как работает процессор, нужно четко представлять себе, что любая команда имеет две составляющие - операционную и операндную.
Операционная часть указывает, что должна выполнить в данный момент компьютерная система, операнда определяет то, над чем должен работать именно процессор. Кроме того, ядро процессора может содержать два вычислительных центра (контейнера, потока), которые разделяют выполнение команды на несколько этапов:
- выработка;
- дешифрование;
- выполнение команды;
- обращение к памяти самого процессора
- сохранение результата.
Сегодня применяется раздельное кэширование в виде использования двух уровней кэш-памяти, что позволяет избежать перехвата двумя и более командами обращения к одному из блоков памяти.
Процессоры по типу обработки команд разделяют на линейные (выполнение команд в порядке очереди их записи), циклические и разветвляющиеся (выполнение инструкций после обработки условий ветвления).
Выполняемые операции
Среди основных функций, возложенных на процессор, в смысле выполняемых команд или инструкций различают три основные задачи:
- математические действия на основе арифметико-логического устройства;
- перемещение данных (информации) из одного типа памяти в другой;
- принятие решения по исполнению команды, и на его основе - выбор переключения на выполнения других наборов команд.
Взаимодействие с памятью (ПЗУ и ОЗУ)
В этом процессе следует отметить такие компоненты, как шина и канал чтения и записи, которые соединены с запоминающими устройствами. ПЗУ содержит постоянный набор байт. Сначала адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, затем передает его на шину данных, после чего канал чтения меняет свое состояние и ПЗУ предоставляет запрошенный байт.
Но процессоры могут не только считывать данные из оперативной памяти, но и записывать их. В этом случае используется канал записи. Но, если разобраться, по большому счету современные компьютеры чисто теоретически могли бы и вовсе обойтись без ОЗУ, поскольку современные микроконтроллеры способны размещать нужные байты данных непосредственно в памяти самого процессорного чипа. Но вот без ПЗУ обойтись никак нельзя.
Кроме всего прочего, старт системы запускается с режима тестирования оборудования (команды BIOS), а только потом управление передается загружаемой операционной системе.
Как проверить, работает ли процессор?
Теперь посмотрим на некоторые аспекты проверки работоспособности процессора. Нужно четко понимать, что, если бы процессор не работал, компьютер бы не смог начать загрузку вообще.
Другое дело, когда требуется посмотреть на показатель использования возможностей процессора в определенный момент. Сделать это можно из стандартного «Диспетчера задач» (напротив любого процесса указано, сколько процентов загрузки процессора он дает). Для визуального определения этого параметра можно воспользоваться вкладкой производительности, где отслеживание изменений происходит в режиме реального времени. Расширенные параметры можно увидеть при помощи специальных программ, например, CPU-Z.
Кроме того, можно задействовать несколько ядер процессора, используя для этого (msconfig) и дополнительные параметры загрузки.
Возможные проблемы
Наконец, несколько слов о проблемах. Вот многие пользователи часто спрашивают, мол, почему процессор работает, а монитор не включается? К центральному процессору эта ситуация не имеет никакого отношения. Дело в том, что при включении любого компьютера сначала тестируется графический адаптер, а только потом все остальное. Возможно, проблема состоит как раз в процессоре графического чипа (все современные видеоускорители имеют собственные графически процессоры).
Но на примере функционирования человеческого организма нужно понимать, что в случае остановки сердца умирает весь организм. Так и с компьютерами. Не работает процессор - «умирает» вся компьютерная система.