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 .
Все о процессорах, ядрах, частоте и т.д.
Центральный процессор (CPU) – деталь компьютера, ответственная за интерпретацию и выполнение большинства команд других аппаратных
и программных компонентов компьютера.
Во всех устройствах используется процессор, в десктопах, ноутбуках, планшетах, смартфонах … даже в вашем плоском телевизоре.
Intel и AMD – два самых известных производителей центральных процессоров для десктопов, ноутбуков и серверов, а Apple, NVIDIA, и Qualcomm – крупнейшие фирмы, изготавливающие процессоры для смартфонов и планшетов.
Вы можете встретить разные термины, обозначающие процессор, это центральное процессорное устройства, компьютерный процессор, микропроцессор, центральный процессор и «мозг компьютера».
Мониторы
или жесткие диски
иногда очень неправильно
называют процессорами, но эти аппаратные компоненты выполняют совершенно другие функции, совсем не те, что процессор.
Как выглядит процессор и где он расположен
Современные процессоры обычно имею небольшой размер и квадратную форму, с большим количеством коротких, круглых, металлических коннекторов снизу. В более старых процессорах вместо коннекторов используются штырьки.
Процессор устанавливается в процессорный «разъем» (или иногда «слот») на материнской
плате. Процессор в разъем вставляется коннектором вниз и фиксируется небольшим рычагом.
Современные процессоры сильно нагреваются, даже если работали непродолжительное время. Чтобы рассеять это тепло, практически всегда необходимо поставить непосредственно на процессор радиатор и вентилятор.
Обычно они включены в комплект при покупке.
Имеются и другие, более производительные системы охлаждения, например, комплекты водяного охлаждения или устройства, работающие на принципе фазового перехода.
Как уже говорилось ранее, не у всех процессоров имеется коннектор на нижней части, но, если он есть, его выводы очень легко погнуть. Будьте осторожны, особенно при установке его на материнскую плату.
Частота процессора
Частота процессора – количество команд, которое он может обработать за секунду и измеряется в гигагерцах (ГГц).
Например, частота процессора составляет 1 Гц, если за секунду он может обработать одну команду. Более реальный пример – процессор с частотой 3 ГГц может обработать 3 миллиарда операций за каждую секунду.
Ядра процессора
У некоторых устройств процессор с одним ядром, тогда как в других могут использоваться процессоры с двумя (или четырьмя) ядрами. Как уже понятно, два параллельно работающих процессора означает, что они смогут обработать за секунду в два раза больше команд, сильно увеличивая производительность устройства.
Некоторые процессоры способны разделять каждое физическое ядро на два виртуальных, такая технология называется Hyper-Threading. Подобная виртуализация
означает, что процессор, в котором только четыре ядра, может работать так, как будто их восемь, и каждый виртуальный процессор обрабатывает отдельный поток
команд. Однако физические
процессоры имеют лучшую производительность, чем виртуальные
.
Если позволяет процессор, некоторые приложения могут использовать так называемую многопоточность
. Если рассматривать поток как отдельную часть процесса, то использование нескольких потоков в одном ядре процессора означает, что одновременно будет обрабатываться больше команд.
В некоторых программных продуктах используется подобное преимущество на нескольких ядрах процессора, что означает еще большее количество одновременно обработанных команд.
Пример: Intel Core i3 vs. i5 vs. i7
В качестве более конкретного примера того, что одни процессоры быстрее других, давайте рассмотрим, как разрабатывает свои процессоры компания Intel.
Как вы уже подозреваете по названиям, процессоры Intel Core i7 работают быстрее, чем i5, которые, в свою очередь, работают быстрее процессоров i3. Вопрос, почему одни процессоры лучше или хуже других немного сложнее, но все-таки имеет довольно понятное объяснение.
Процессоры Intel Core i3 – двухъядерные, а i5 и i7 имеют по четыре ядра.
Turbo Boost – функция процессоров i5 и i7, позволяющая им поднимать свою частоту выше номинальной, например, с 3.0 ГГц до 3.5 ГГц, когда это необходимо. У процессоров Intel Core i3 такой возможности нет. Процессоры, в названии которых последняя буква – «K» можно разгонять
, то есть повышать их частоту и использовать ее все время работы.
Технология Hyper-Threading, как уже говорилось ранее, позволяет обрабатывать два потока в каждом ядре процессора. Это означает, что процессоры i3 с технологией Hyper-Threading могут обрабатывать лишь четыре потока одновременно (так как у них два ядра). Процессоры Intel Core i5 не поддерживают технологию Hyper-Threading, поэтому они могут одновременно работать с четырьмя потоками. Процессоры i7, однако, поддерживают эту технологию, и поэтому (так как они четырёхъядерные) могут одновременно обрабатывать 8 потоков.
Из-за ограничений по мощности источника питания, накладываемых устройствами, не работающими постоянно подключенными к розеткам (с питанием от батареи, например, смартфоны, планшеты и пр.) процессоры – i3, i5, и i7 - отличаются от процессоров для настольных компьютеров тем, что имеют более сбалансированную производительность и потребляемую мощность.
Дополнительная информация о процессорах
Ни частота, ни количество ядер не являются единственным признаком, определяющим то, что один процессор «лучше» другого. Часто это больше зависит от типа программного обеспечения, работающего на данном компьютере – другими словами, приложениями, использующими процессор.
У одного процессора может быть низкая частота, но четыре ядра, тогда как другой может обладать высокой частотой, но только двумя ядрами. Решение, какой процессор будет работать лучше, опять же, зависит от того, для чего он будет использоваться.
Например, программа редактирования видео, зависящая от производительности процессора, будет работать лучше на процессорах с несколькими ядрами и небольшой частотой, чем на одноядерном процессоре с высокой частотой. Не все приложения, игры и другие программы используют преимущество наличия более одного или двух ядер у процессора, делая дополнительные ядра практически бесполезными.
Другой компонент процессора – кэш. Кэш процессора - это место временного хранения часто используемых данных. Вместо того, чтобы обращаться за этими данными к оперативной памяти (RAM), процессор определяет, какие данные, предположительно, еще будут использоваться, то есть вы захотите
их использовать, и хранит из в кэше. Скорость обращения к кэшу быстрее, чем к оперативной памяти, так как является физической частью процессора; больший объем кэша означает, что для хранения подобных данных у процессора больше места.
Наличие 32-битной или 64-битной
операционной системы на вашем компьютере определяет размер блоков данных, которые сможет обрабатывать процессор. С 64-битный процессор обращается с большим объемом памяти, чем 32-битный, вот почему 64-битные
операционные системы
и приложения не могут работать на 32-битном процессоре.
Вы сможете посмотреть подробную информацию о процессоре и других аппаратных компонентах вашего компьютера с помощью этих бесплатных информационных приложений
Каждая материнская плата поддерживает только определенную линейку типов процессоров, поэтому перед покупкой всегда проверяй это у производителя вашей материнской платы.
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
.
CPU
(Central Processing Unit) – центральный процессор, главная микросхема в компьютере, его «мозг». Содержит регистровый файл (register file), устройство управления (control unit), устройство управления памятью (MMU), арифметико-логическое устройство (ALU) и другие блоки.
Чем быстрее работает центральный процессор, тем быстрее работает весь ПК. CPU состоит из специальных ячеек, которые называют регистрами, в них находятся команды, которые выполняет процессор, а также данные, которыми оперируют команды. Главными характеристиками центральных процессоров являются быстродействие и разрядность. Под быстродействием понимается количество тактов, выполняемых процессором за секунду. Данный параметр измеряется в мегагерцах (МГц), 1 МГц = 1 000 000 тактов в секунду. Разрядность – это параметр, который является важным для таких устройств компьютера, как внутренние регистры, шина ввода вывода данных, шина адреса памяти.
В настоящее время существует довольно большое разнообразие процессоров, и они постоянно совершенствуются. Ниже приведены основные типы таких CPU.
CISC-процессоры
Complex Instruction Set Computing - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).
RISC-процессоры
Reduced Instruction Set Computing (technology) - вычисления с сокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson). Самая распространённая реализация этой архитектуры представлена процессорами серии PowerPC, включая G3, G4 и G5. Довольно известная реализация данной архитектуры - процессоры серий MIPS и Alpha.
MISC-процессоры
Minimum Instruction Set Computing - вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20–30 команд).
Многоядерные процессоры
Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах). Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию системы «Мультипроцессор». На данный момент массово доступны процессоры с двумя ядрами, в частности Intel Core 2 Duo на ядре Conroe 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. Двухядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двуядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Duo состоит из двух физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.
10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхьядерные процессоры для серверов AMD Quad-Core Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barc
elona. 19 ноября 2007 вышел в продажу четырёхьядерный процессор для домашних компьютеров AMD Quad-Core Phenom. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10). 27 сентября 2006 года Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора. Предполагалось, что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс, что должно было произойти к 2010 году. В настоящее время распространены процессоры, выполненные по 28 и 22 нанометровому процессу.
- Введение
- Основные характеристики, мощность процессора
- Как выбрать процессор
- Некоторые советы по разгону процессоров
- Заключение
Введение в понятие компьютерный процессор
Приветствуем вас друзья! Сегодня разберём с вами такой интересный и важный вопрос, что такое процессор в компьютере. Более правильно называть его центральный процессор (ЦП, также ещё его называют чип, камень, проц. и так далее).
Итак, процессор
- это главная микросхема, которая занимается обработкой и управлением основными процессами в компьютере. Более наглядно процессор называют мозгом персонального компьютера (ПК), по аналогии с человеческим мозгом, который также выполняет основную работу по обработке и управлению данными у нас.
ЦП очень важен для ПК, именно от него зависит, насколько быстро тот будет работать, осуществлять многие повседневные задачи. Хотя, конечно, в компьютере ещё есть несколько важных компонентов (оперативная память, видеокарта), которые также влияют на скорость работы всей системы.
Чтобы ПК мог постоянно идти в ногу со временем в скорости и производительности работы, то время от времени в нём меняют ЦП и другие детали. Более подробно об этом ниже.
Характеристики и мощность ЦП
Основными характеристиками ЦП являются:
- Тактовая частота
То есть это количество выполняемых операций в секунду. Сейчас этот параметр уже измеряется в миллиардах. К примеру, если наблюдали технические данные о каком-либо процессоре, то могли видеть у него значение 2,5 ГГц - это значит 2,5 миллиарда операций в секунду (но это всё равно очень мало по сравнению с человеческим мозгом, производительность которого, в тысячи раз больше).
Достаточно много. Самые мощные сейчас процессоры могут иметь тактовую частоту в 4 или 4,5 ГГц, что обычно требуется для мощных компьютерных игр и программ, для повседневной работы это лишнее.
- Количество ядер
Ещё каких-то лет 10 назад почти никто и не помышлял о появлении двух и более ядерных ЦП. Фирмы производители наращивали тактовую частоту, пока не столкнулись с пределом это процесса. Тогда и появилось новое направление - создание двух и более ядер в чипе.
С одной стороны это очень хорошо. Поскольку даёт возможность процессору работать в два раза быстрее. Но с другой, без соответствующей программного сопровождения это реализовать нельзя. Всё дело в том, что любые детали компьютера не работают сами по себе.
Они способны функционировать только, если под это написаны специальные программные инструкции. Если таковых не будет, то толку от какой-либо новой технологии вообще не будет. Так и здесь, если на двухъядерном ЦП запустить выполняться программы, которые разработаны для одноядерных, то они и будут работать только под одно ядро, то есть увеличение скорости не произойдёт, второе ядро будет просто не задействовано.
Вот так примерно обстоят дела с появлением многочиповых ЦП. Хотя сейчас эта проблема уже решена. Почти все выходящие программы оптимизированы под работу на многоядерных процессорах (там, где это нужно). Само собой это игры, обработка видео, изображение, моделирование, разработка и так далее.
- Энергопотребление
Важно понимать, что с повышением мощности растут и затраты на требуемую для функционирования энергию. Это очень важно, потому, что большое энергопотребление ведёт только к денежным тратам, увеличенному тепловыделению. Поэтому разработчики постоянно ведут работу по снижению энергопотребления.
- Разрядность
Если коротко то - это поддержка процессором той или иной архитектуры работы. Обычно это 32-х или 64-х битная. В 64-х битной кроются большие возможности, сейчас она повсеместно входит в обиход. Все современные ЦП поддерживают 64 бита, поэтому это вопрос однозначный и ошибиться в нём нельзя. Более подробно разобраться в этом вопросе можно в статье, какая разница между 32-х и 64-х битной разрядностью операционной системы .
Как выбрать процессор
Вообще их присутствует большое многообразие на любой вкус и потребности. Но при несильно требовательных запросах его выбрать несложно. Для начал стоит определиться, для каких целей будет использоваться компьютер, если только для работы и мелких развлечений (маленькие игры, просмотр фильмов, музыка, сёрфинг в интернете), то здесь всё просто - вам подойдёт самый недорогой современный чип.
Если занимаетесь серьёзной сложной работой, требующей мощного сбалансированного компьютера, то здесь немного сложнее. Нужно обратить внимание на такие моменты:
- Многоядерность - 4 и более ядер
- Высокая тактовая частота - 2,5 и выше гигагерц
- Кэш третьего уровня не менее 6 мегабайт
Соответствуя, таким основным рекомендациям можно хоть как-то рассчитывать на хороший и производительный экземпляр. Но правильнее будет, выбрать модель и посмотреть информацию о ней в интернете, к примеру, тесты производительности, отзывы и др.
- Он должен подходить по разъёму в материнскую плату, это нужно на 100% уточнить до покупки. На рынке присутствуют 2 основные производителя ЦП - это Intel и AMD. Каждая из этих фирм выпускает различные линейки ЦП с определённым разъёмом, который нужно знать и уже под него подбирать материнскую плату, то есть плату, куда он впоследствии устанавливается для постоянной работы.
- Процессор хрупкая деталь, поэтому ни в коем случае не роняем его, не стучим по нему, не бросаем в сумку.
- После его установки, на него обязательно нужно нанести термопасту (теплопроводящая паста), что это такое читаем в статье чистка от пыли и замена её в ноутбуке , логика одинаковая. Если забыть про нанесение термопасты, то ЦП будет перегреваться и нестабильно работать, в конечном счёте, вообще сгорит. Более того, высохшая термопаста и пыль одни из основных причин поломки ноутбуков и компьютеров.
- Важно подобрать правильное охлаждение для ЦП. Дело в том, что процессоры разных серий могут греться по-разному. Соответственно и кулер (это вентилятор с радиатором для охлаждения) на него выбираются индивидуально. Это несложно, если знать его тепловыделение, с таким же значением или выше нужно покупать и кулер.
Вообще разгон - это самостоятельное увеличение его технических характеристик, обычно это повышение тактовой частоты, напряжения или разблокировка ядер (если присутствует такая возможность).
Крайне не рекомендуем его делать, если это не разрешено заводом производителем. Если вопреки этому будете действовать, то можете просто испортить его. Другое дело, когда сам производитель разрешает это делать, более того вывел специальную функцию для этого, иногда нужно просто нажать одну кнопку или выбрать соответствующее значение.
В таком случае да, если считаете нужным повысить характеристики ЦП, то это можно сделать. Но опять же не забываем про охлаждение и термопасту. Если не удостовериться в этих моментах, то опять же можно испортить ЦП.
Заключение
По представленной выше информации, надеемся можно сформировать общее представление о том, что такое процессор, каковы его характеристики и как его правильно использовать.
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 .
Все о процессорах, ядрах, частоте и т.д.
Центральный процессор (CPU) – деталь компьютера, ответственная за интерпретацию и выполнение большинства команд других аппаратных и программных компонентов компьютера.
Во всех устройствах используется процессор, в десктопах, ноутбуках, планшетах, смартфонах … даже в вашем плоском телевизоре.
Intel и AMD – два самых известных производителей центральных процессоров для десктопов, ноутбуков и серверов, а Apple, NVIDIA, и Qualcomm – крупнейшие фирмы, изготавливающие процессоры для смартфонов и планшетов.
Вы можете встретить разные термины, обозначающие процессор, это центральное процессорное устройства, компьютерный процессор, микропроцессор, центральный процессор и «мозг компьютера».
Мониторы или жесткие диски иногда очень неправильно называют процессорами, но эти аппаратные компоненты выполняют совершенно другие функции, совсем не те, что процессор.
Как выглядит процессор и где он расположен
Современные процессоры обычно имею небольшой размер и квадратную форму, с большим количеством коротких, круглых, металлических коннекторов снизу. В более старых процессорах вместо коннекторов используются штырьки.
Процессор устанавливается в процессорный «разъем» (или иногда «слот») на материнской плате. Процессор в разъем вставляется коннектором вниз и фиксируется небольшим рычагом.
Современные процессоры сильно нагреваются, даже если работали непродолжительное время. Чтобы рассеять это тепло, практически всегда необходимо поставить непосредственно на процессор радиатор и вентилятор.
Обычно они включены в комплект при покупке.
Имеются и другие, более производительные системы охлаждения, например, комплекты водяного охлаждения или устройства, работающие на принципе фазового перехода.
Как уже говорилось ранее, не у всех процессоров имеется коннектор на нижней части, но, если он есть, его выводы очень легко погнуть. Будьте осторожны, особенно при установке его на материнскую плату.
Частота процессора
Частота процессора – количество команд, которое он может обработать за секунду и измеряется в гигагерцах (ГГц).
Например, частота процессора составляет 1 Гц, если за секунду он может обработать одну команду. Более реальный пример – процессор с частотой 3 ГГц может обработать 3 миллиарда операций за каждую секунду.
Ядра процессора
У некоторых устройств процессор с одним ядром, тогда как в других могут использоваться процессоры с двумя (или четырьмя) ядрами. Как уже понятно, два параллельно работающих процессора означает, что они смогут обработать за секунду в два раза больше команд, сильно увеличивая производительность устройства.
Некоторые процессоры способны разделять каждое физическое ядро на два виртуальных, такая технология называется Hyper-Threading. Подобная виртуализация означает, что процессор, в котором только четыре ядра, может работать так, как будто их восемь, и каждый виртуальный процессор обрабатывает отдельный поток команд. Однако физические процессоры имеют лучшую производительность, чем виртуальные .
Если позволяет процессор, некоторые приложения могут использовать так называемую многопоточность . Если рассматривать поток как отдельную часть процесса, то использование нескольких потоков в одном ядре процессора означает, что одновременно будет обрабатываться больше команд.
В некоторых программных продуктах используется подобное преимущество на нескольких ядрах процессора, что означает еще большее количество одновременно обработанных команд.
Пример: Intel Core i3 vs. i5 vs. i7
В качестве более конкретного примера того, что одни процессоры быстрее других, давайте рассмотрим, как разрабатывает свои процессоры компания Intel.
Как вы уже подозреваете по названиям, процессоры Intel Core i7 работают быстрее, чем i5, которые, в свою очередь, работают быстрее процессоров i3. Вопрос, почему одни процессоры лучше или хуже других немного сложнее, но все-таки имеет довольно понятное объяснение.
Процессоры Intel Core i3 – двухъядерные, а i5 и i7 имеют по четыре ядра.
Turbo Boost – функция процессоров i5 и i7, позволяющая им поднимать свою частоту выше номинальной, например, с 3.0 ГГц до 3.5 ГГц, когда это необходимо. У процессоров Intel Core i3 такой возможности нет. Процессоры, в названии которых последняя буква – «K» можно разгонять , то есть повышать их частоту и использовать ее все время работы.
Технология Hyper-Threading, как уже говорилось ранее, позволяет обрабатывать два потока в каждом ядре процессора. Это означает, что процессоры i3 с технологией Hyper-Threading могут обрабатывать лишь четыре потока одновременно (так как у них два ядра). Процессоры Intel Core i5 не поддерживают технологию Hyper-Threading, поэтому они могут одновременно работать с четырьмя потоками. Процессоры i7, однако, поддерживают эту технологию, и поэтому (так как они четырёхъядерные) могут одновременно обрабатывать 8 потоков.
Из-за ограничений по мощности источника питания, накладываемых устройствами, не работающими постоянно подключенными к розеткам (с питанием от батареи, например, смартфоны, планшеты и пр.) процессоры – i3, i5, и i7 - отличаются от процессоров для настольных компьютеров тем, что имеют более сбалансированную производительность и потребляемую мощность.
Дополнительная информация о процессорах
Ни частота, ни количество ядер не являются единственным признаком, определяющим то, что один процессор «лучше» другого. Часто это больше зависит от типа программного обеспечения, работающего на данном компьютере – другими словами, приложениями, использующими процессор.
У одного процессора может быть низкая частота, но четыре ядра, тогда как другой может обладать высокой частотой, но только двумя ядрами. Решение, какой процессор будет работать лучше, опять же, зависит от того, для чего он будет использоваться.
Например, программа редактирования видео, зависящая от производительности процессора, будет работать лучше на процессорах с несколькими ядрами и небольшой частотой, чем на одноядерном процессоре с высокой частотой. Не все приложения, игры и другие программы используют преимущество наличия более одного или двух ядер у процессора, делая дополнительные ядра практически бесполезными.
Другой компонент процессора – кэш. Кэш процессора - это место временного хранения часто используемых данных. Вместо того, чтобы обращаться за этими данными к оперативной памяти (RAM), процессор определяет, какие данные, предположительно, еще будут использоваться, то есть вы захотите их использовать, и хранит из в кэше. Скорость обращения к кэшу быстрее, чем к оперативной памяти, так как является физической частью процессора; больший объем кэша означает, что для хранения подобных данных у процессора больше места.
Наличие 32-битной или 64-битной операционной системы на вашем компьютере определяет размер блоков данных, которые сможет обрабатывать процессор. С 64-битный процессор обращается с большим объемом памяти, чем 32-битный, вот почему 64-битные операционные системы и приложения не могут работать на 32-битном процессоре.
Вы сможете посмотреть подробную информацию о процессоре и других аппаратных компонентах вашего компьютера с помощью этих бесплатных информационных приложений
Каждая материнская плата поддерживает только определенную линейку типов процессоров, поэтому перед покупкой всегда проверяй это у производителя вашей материнской платы.
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 .
CPU (Central Processing Unit) – центральный процессор, главная микросхема в компьютере, его «мозг». Содержит регистровый файл (register file), устройство управления (control unit), устройство управления памятью (MMU), арифметико-логическое устройство (ALU) и другие блоки.
Чем быстрее работает центральный процессор, тем быстрее работает весь ПК. CPU состоит из специальных ячеек, которые называют регистрами, в них находятся команды, которые выполняет процессор, а также данные, которыми оперируют команды. Главными характеристиками центральных процессоров являются быстродействие и разрядность. Под быстродействием понимается количество тактов, выполняемых процессором за секунду. Данный параметр измеряется в мегагерцах (МГц), 1 МГц = 1 000 000 тактов в секунду. Разрядность – это параметр, который является важным для таких устройств компьютера, как внутренние регистры, шина ввода вывода данных, шина адреса памяти.
В настоящее время существует довольно большое разнообразие процессоров, и они постоянно совершенствуются. Ниже приведены основные типы таких CPU.
CISC-процессоры
Complex Instruction Set Computing - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).
RISC-процессоры
Reduced Instruction Set Computing (technology) - вычисления с сокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson). Самая распространённая реализация этой архитектуры представлена процессорами серии PowerPC, включая G3, G4 и G5. Довольно известная реализация данной архитектуры - процессоры серий MIPS и Alpha.
MISC-процессоры
Minimum Instruction Set Computing - вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20–30 команд).
Многоядерные процессоры
Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах). Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию системы «Мультипроцессор». На данный момент массово доступны процессоры с двумя ядрами, в частности Intel Core 2 Duo на ядре Conroe 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. Двухядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двуядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Duo состоит из двух физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.
10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхьядерные процессоры для серверов AMD Quad-Core Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barc elona. 19 ноября 2007 вышел в продажу четырёхьядерный процессор для домашних компьютеров AMD Quad-Core Phenom. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10). 27 сентября 2006 года Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора. Предполагалось, что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс, что должно было произойти к 2010 году. В настоящее время распространены процессоры, выполненные по 28 и 22 нанометровому процессу.
- Введение
- Основные характеристики, мощность процессора
- Как выбрать процессор
- Некоторые советы по разгону процессоров
- Заключение
Введение в понятие компьютерный процессор
Приветствуем вас друзья! Сегодня разберём с вами такой интересный и важный вопрос, что такое процессор в компьютере. Более правильно называть его центральный процессор (ЦП, также ещё его называют чип, камень, проц. и так далее).
Итак, процессор - это главная микросхема, которая занимается обработкой и управлением основными процессами в компьютере. Более наглядно процессор называют мозгом персонального компьютера (ПК), по аналогии с человеческим мозгом, который также выполняет основную работу по обработке и управлению данными у нас.
ЦП очень важен для ПК, именно от него зависит, насколько быстро тот будет работать, осуществлять многие повседневные задачи. Хотя, конечно, в компьютере ещё есть несколько важных компонентов (оперативная память, видеокарта), которые также влияют на скорость работы всей системы.
Чтобы ПК мог постоянно идти в ногу со временем в скорости и производительности работы, то время от времени в нём меняют ЦП и другие детали. Более подробно об этом ниже.
Характеристики и мощность ЦП
Основными характеристиками ЦП являются:
- Тактовая частота
То есть это количество выполняемых операций в секунду. Сейчас этот параметр уже измеряется в миллиардах. К примеру, если наблюдали технические данные о каком-либо процессоре, то могли видеть у него значение 2,5 ГГц - это значит 2,5 миллиарда операций в секунду (но это всё равно очень мало по сравнению с человеческим мозгом, производительность которого, в тысячи раз больше).
Достаточно много. Самые мощные сейчас процессоры могут иметь тактовую частоту в 4 или 4,5 ГГц, что обычно требуется для мощных компьютерных игр и программ, для повседневной работы это лишнее.
- Количество ядер
Ещё каких-то лет 10 назад почти никто и не помышлял о появлении двух и более ядерных ЦП. Фирмы производители наращивали тактовую частоту, пока не столкнулись с пределом это процесса. Тогда и появилось новое направление - создание двух и более ядер в чипе.
С одной стороны это очень хорошо. Поскольку даёт возможность процессору работать в два раза быстрее. Но с другой, без соответствующей программного сопровождения это реализовать нельзя. Всё дело в том, что любые детали компьютера не работают сами по себе.
Они способны функционировать только, если под это написаны специальные программные инструкции. Если таковых не будет, то толку от какой-либо новой технологии вообще не будет. Так и здесь, если на двухъядерном ЦП запустить выполняться программы, которые разработаны для одноядерных, то они и будут работать только под одно ядро, то есть увеличение скорости не произойдёт, второе ядро будет просто не задействовано.
Вот так примерно обстоят дела с появлением многочиповых ЦП. Хотя сейчас эта проблема уже решена. Почти все выходящие программы оптимизированы под работу на многоядерных процессорах (там, где это нужно). Само собой это игры, обработка видео, изображение, моделирование, разработка и так далее.
- Энергопотребление
Важно понимать, что с повышением мощности растут и затраты на требуемую для функционирования энергию. Это очень важно, потому, что большое энергопотребление ведёт только к денежным тратам, увеличенному тепловыделению. Поэтому разработчики постоянно ведут работу по снижению энергопотребления.
- Разрядность
Если коротко то - это поддержка процессором той или иной архитектуры работы. Обычно это 32-х или 64-х битная. В 64-х битной кроются большие возможности, сейчас она повсеместно входит в обиход. Все современные ЦП поддерживают 64 бита, поэтому это вопрос однозначный и ошибиться в нём нельзя. Более подробно разобраться в этом вопросе можно в статье, какая разница между 32-х и 64-х битной разрядностью операционной системы .
Как выбрать процессор
Вообще их присутствует большое многообразие на любой вкус и потребности. Но при несильно требовательных запросах его выбрать несложно. Для начал стоит определиться, для каких целей будет использоваться компьютер, если только для работы и мелких развлечений (маленькие игры, просмотр фильмов, музыка, сёрфинг в интернете), то здесь всё просто - вам подойдёт самый недорогой современный чип.
Если занимаетесь серьёзной сложной работой, требующей мощного сбалансированного компьютера, то здесь немного сложнее. Нужно обратить внимание на такие моменты:
- Многоядерность - 4 и более ядер
- Высокая тактовая частота - 2,5 и выше гигагерц
- Кэш третьего уровня не менее 6 мегабайт
Соответствуя, таким основным рекомендациям можно хоть как-то рассчитывать на хороший и производительный экземпляр. Но правильнее будет, выбрать модель и посмотреть информацию о ней в интернете, к примеру, тесты производительности, отзывы и др.
- Он должен подходить по разъёму в материнскую плату, это нужно на 100% уточнить до покупки. На рынке присутствуют 2 основные производителя ЦП - это Intel и AMD. Каждая из этих фирм выпускает различные линейки ЦП с определённым разъёмом, который нужно знать и уже под него подбирать материнскую плату, то есть плату, куда он впоследствии устанавливается для постоянной работы.
- Процессор хрупкая деталь, поэтому ни в коем случае не роняем его, не стучим по нему, не бросаем в сумку.
- После его установки, на него обязательно нужно нанести термопасту (теплопроводящая паста), что это такое читаем в статье чистка от пыли и замена её в ноутбуке , логика одинаковая. Если забыть про нанесение термопасты, то ЦП будет перегреваться и нестабильно работать, в конечном счёте, вообще сгорит. Более того, высохшая термопаста и пыль одни из основных причин поломки ноутбуков и компьютеров.
- Важно подобрать правильное охлаждение для ЦП. Дело в том, что процессоры разных серий могут греться по-разному. Соответственно и кулер (это вентилятор с радиатором для охлаждения) на него выбираются индивидуально. Это несложно, если знать его тепловыделение, с таким же значением или выше нужно покупать и кулер.
Вообще разгон - это самостоятельное увеличение его технических характеристик, обычно это повышение тактовой частоты, напряжения или разблокировка ядер (если присутствует такая возможность).
Крайне не рекомендуем его делать, если это не разрешено заводом производителем. Если вопреки этому будете действовать, то можете просто испортить его. Другое дело, когда сам производитель разрешает это делать, более того вывел специальную функцию для этого, иногда нужно просто нажать одну кнопку или выбрать соответствующее значение.
В таком случае да, если считаете нужным повысить характеристики ЦП, то это можно сделать. Но опять же не забываем про охлаждение и термопасту. Если не удостовериться в этих моментах, то опять же можно испортить ЦП.
Заключение
По представленной выше информации, надеемся можно сформировать общее представление о том, что такое процессор, каковы его характеристики и как его правильно использовать.
