Виды процессоров и зачем они нужны. Что такое процессор

Центральный процессор - это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии.
На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием.

Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году.

Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов.

Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы . Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера.

В состав центрального процессора входят:
устройство управления (УУ);
арифметико-логическое устройство (АЛУ);
запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора;
генератор тактовой частоты (ГТЧ).

Устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы.

Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.

Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.

Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор.

К основным характеристикам процессора относится Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число операций процессора в секунду. Измеряется в количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду (FLOPS). Быстродействие зависит от следующих параметров:

Тактовая частота в МГц. ТЧравна количеству тактов в секунду. Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи следующего.

Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные.

Система команд процессора представляет собой набор отдельных операций, которые может выполнить процессор данного типа. Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Размер кэш-памяти

Подсистема памяти

Оперативная память.

Другим важным функциональным узлом компьютера является запоминающее устройство, или память. Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоми­нающим устройством (ОЗУ) илиRAM (RandomAccessMemory) - па­мятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считы­вать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. Ячейка памяти имеет стандартное число двоичных разрядов. В настоящее время стандартный размер ячейки ОЗУ равняется од­ному байту Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схе­мы памяти подается питание, т.е она является энергозависимой.

Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими харак­теристиками: динамическое ОЗУ, илиDRAM (DynamicRAM), и ста­тическое ОЗУ, илиSRAM (StaticRAM). Разряд динамического ОЗУ построен на одном транзисторе и конденсаторе, наличие или отсут­ствие заряда на котором определяет значение, записанное в данном бите. При записи или чтении информации из такой ячейки требует­ся время для накопления (стекания) заряда на конденсаторе, Поэто­му быстродействие динамического ОЗУ на порядок ниже, чем у ста­тического ОЗУ, разряд которого представляет собой триггер на четырех или шести транзисторах. Однако из-за большего числа эле­ментов на один разряд в одну СБИС статического ОЗУ помещается гораздо меньше элементов, чем у динамического ОЗУ. Кроме этого статические ОЗУ более энергоемки и значительно до­роже. Обычно, в качестве оперативной или видеопамяти использу­ется динамическое ОЗУ Статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти(кэш-памяти). В кэш-память из динамической памяти заносятся команды и данные, кото­рые процессор будет выполнять в данный момент.

Скорость работы ОЗУ ниже, чем быстродействие процессора, поэтому применяются различные методы для повышения ее произ­водительности. Одним из способов увеличения быстродействия ди­намического ОЗУ является размещение в одном корпусе микросхе­мы СБИС нескольких модулей памяти с чередованием адресов. Байт с нулевым адресом находится в первом модуле, байт с первым адре­сом во втором модуле, байт со вторым адресом в первом модуле и т.д. Поскольку обращение к памяти состоит из нескольких этапов: установка адреса, выбор ячейки, чтение, восстановление, то эти этапы можно совместить во времени для разных модулей. Другим способом увеличения быстродействия является чтение из памяти со­держимого ячейки с заданным адресом и нескольких ячеек, распо­ложенных рядом. Они сохраняются в специальных регистрах - за­щелках. Если следующий адрес указывает на одну из уже считанных ячеек, то ее содержимое читается из защелки.

Несмотря на разработку новых типов схем динамических ОЗУ, снижающую время обращения к ним, это время все еще остается значительным и сдерживает дальнейшее увеличение производитель­ности процессора. Для уменьшения влияния времени обращения процессора к ОЗУ и увеличения производительности компьютера дополнительно устанавливается сверхбыстродействующая буферная память, выполненная на микросхемах статической памяти. Эта па­мять называется кэш-памятью (от англ.cache - запас). Время обра­щения к данным в кэш-памяти на порядок ниже, чем у ОЗУ, и срав­нимо со скоростью работы самого процессора.

Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ. Данные, выбираемые процессором, одновремен­но копируются и в кэш-память. Если процессор повторно обратит­ся к тем же данным, то они будут считаны уже из кэш-памяти. Та­кая же операция происходит и при записи процессором данных в память. Они записываются в кэш-память, а затем в интервалы, ког­да шина свободна, переписываются в ОЗУ. Современные процессо­ры имеют встроенную кэш-память, которая находится внутри про­цессора, кроме этого есть кэш-память и на системной плате. Чтобы их различать, кэш-память делится на уровни. На кристалле самого процессора находится кэш-память первого уровня, она имеет самый меньший объем и самую высокую скорость обмена данными. В корпусе процессора, но на отдельном кристалле находится кэш-­память второго уровня, объем которой больше, чем у памяти первого уровня. И, наконец, кэш-память третьего уровня (самая большая по объему) расположена на системной плате.

Управление записью и считыванием данных в кэш-память вы­полняется автоматически. Когда кэш-память полностью заполняется, то для записи последующих данных устройство управления кэш­-памяти по специальному алгоритму автоматически удаляет те данные, которые реже всего использовались процессором на текущий момент. Использование процессором кэш-памяти увеличивает производительность процессора, особенно в тех случаях, когда происходит последовательное преобразование относительно небольшого числа данных, которые постоянно во время преобразования хранятся в кэш-памяти.

Что такое центральный процессор?
Центральный процессор — это мозг компьютера, устройство, предназначенное для выполнения команд и инструкций, задаваемых программой. Центральный процессор иногда называют ЦП, ЦПУ (центральное процессорное устройство), CPU. Условно процессоры различаются набором выполняемых команд, скоростью выполнения команда, объемом адресуемой памяти, размерами обрабатываемых слов, разрядностью используемой шиной. В зависимости от набора и порядка выполняемых команд различают классические процессоры CISC; RISC-процессоры с сокращенным набором команд; MISC-процессоры c минимальным набором длинных команд; VLIW-процессоры с набором сверхдлинными командами. Современные процессоры являются CISC-процессорами с RISC-ядром.
Большинство современных процессоров для ПК основаны на алгоритме циклического процесса последовательной обработки информации, изобретенного Джоном фон Нейманом в 1946 году. Отсюда и пошло название процессор, т. е. тот, кто выполняет процессы. Во время процесса ЦП считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. В ряде случаев очередность считывания изменяется (команда перехода, stop, переключение в режим обработки прерываний).

Как произошла эволюция процессоров?
Первый этап: 40-х — конец 50-х. Процессоры выпускались на базе электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Их объединяли в блоки, модули, стойки. Такой процессор мог занимать несколько комнат, отличался низким быстродействием, часто ломался, потреблял много электроэнергии и, соответственно, обладал высоким тепловыделением.
Второй этап: середина 50-х — середина 60-х. На смену лампам пришли транзисторы. Удалось уменьшить размеры, тепловыделение, увеличить надежность и быстродействие.
Третий этап: 60-е. Появились первые микросхемы. Сначала они содержали в себе транзисторные и резисторные сборки, потом — функциональные блоки процессора (микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд).
Четвертый этап. Фирма Intel выпустила первый микропроцессор, в котором на одной микросхеме были расположены все основные функциональные блоки и элементы процессора.
В современных ПК процессоры выполнены в виде компактного модуля, вставляющегося в ZIF-сокет (у каждого производителя несколько различных несовместимых друг с другом сокетов — но об этом позднее). Процессор представляет собой полупроводниковый кристалл, содержащий сотни миллионов (а некоторые и миллиарды) транзисторов

Кто создал первый процессор современного типа?
15 ноября 1971 года фирма Intel выпускает свой первый микропроцессор — модель 4004. Intel 4004 считается первым в мире коммерчески доступным однокристальным микропроцессором. В 1969 году небольшая японская компания Nippon Calculating Machine, Ltd. (впоследствии Busicom Corp.), занимающаяся производством калькуляторов, заказала у Intel 12 микросхем, которые должны были использоваться в новом настольном калькуляторе. Микросхемы предназначались для выполнения строго определенной работы, поэтому для каждого нового применения приходилось заново разрабатывать весь набор микросхем. Сотрудник Intel, Маршиан Эдвард (Тед) Хофф предложил уменьшить число микросхем, используя центральный процессор, который должен будет выполнять арифметические и логические функции вместо нескольких микросхем.
Спустя некоторое время появился первый микропроцессор, который при цене 300 долларов реализовывал на одном кристалле все функции процессора большой ЭВМ. Intel 4004 выпускался в 16-контактном корпусе типа DIP, размер кристалла менее 1 кв. см. Процессор мог выполнять 60 000 инструкций в секунду. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц. Фирма Intel выкупила у фирмы Busicom авторские права на микропроцессор 4004 и его усовершенствованные версии. В 1971 году Intel 4004 так и не стал широко известным. Популярность к новому типу процессоров пришла только с выпуском 8-разрядного Intel 8080 и 16-разрядного Intel 8086. Вслед за ними появились 80186, 80286 (знаменитая “двушка”), 80386, 80486 и так далее.

Основные фирмы-производители ЦПУ
В настоящее время Intel занимает около 80% рынка центральных процессоров. На втором месте расположилась компания AMD с 12%. Остальные 8% занимают другие производители (VIA, IBM и т. д.). Такое соотношение сохраняется последние несколько лет: колебания не превышают нескольких процентов.
Продукция Intel преобладает в секторе десктопных и серверных компьютеров, а также в сегменте мобильных решений. AMD, особенно в сегменте мобильных процессоров, постоянно находится в роли догоняющего. В сфере настольных систем AMD чувствует себя более уверенно (Intel — 73%, AMD — 27%). Обычно процессоры Intel оказываются более совершенны технологически и мощнее, поэтому AMD приходится снижать цены на свои продукты, за счет чего они становятся более привлекательными для покупателя.
По сути, перед покупкой должен встать вопрос: кого предпочесть: Intel или AMD. Дело сугубо индивидуальное, так как и у тех, и у других встречаются как удачные, так и не очень удачные модели.

Производятся ли в России процессоры?
Как ни странно, но выпускаются. Разработкой микропроцессоров в России занимаются несколько предприятий. Основные покупатели — это военно-промышленный комплекс, армия, спецслужбы. Один из самых совершенных процессоров: Эльбрус 2000 (E2K), созданный на базе архитектуры VLIW (EPIC) и разработанный компанией МЦСТ при участии студентов МФТИ. Тактовая частота: 300 МГц, производительность — 9,6 Гфлопс (для сравнения: Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц — 19,2 Гфлопс). Использует технологию двоичной компиляции для совместимости с платформой x86. Собирается на Тайване на мощностях компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. В ближайшие годы его производство должно быть развернуто в России.
В 2008 году общественности был представлен “стопроцентно российский” компьютер “Эльбрус-3М”, созданный на базе микропроцессора Эльбрус 2000”. По результатам тестов SPEC обогнал Intel Pentium III с тактовой частотой 500 МГц (в режиме совместимости с x86). Мощность вычислений в “родных” кодах “Эльбруса” соответствует скорости работы Pentium 4 2 ГГц. Поставляется с ОС МСВС-Э на базе Linux. При желании на компьютер можно установить Windows 2000, запустить первый Quake. В компании МЦСТ планируют каждые два года удваивать число транзисторов на кристалле. К 2012 году должен появиться “Эльбрус-4С” с производительностью 64 Гфлоп и выполненный по 65-нм нормам, к 2018 году — “Эльбрус-16С”, 1 Тфлоп, 32 нм).

Среди ядер, сокетов, семейств и моделей
Попробуем разобраться с современными процессорами для настольных компьютеров. Однако сделать это будет крайне сложно в силу большого “видового” разнообразия современных центральных процессоров.
Начнем с лидера рынка, компании Intel. Ее процессорам долгое время верой и правдой служил Socket 775 (на самом деле правильно называть его Socket T или LGA 775). На базе этого разъема были созданы следующие семейства ЦПУ: Celeron, Celeron D, Pentium 4, Pentium D, Pentium 4 EE, Pentium Dual-Core, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Core 2 Quad, Xeon. Ряд серверных процессоров использовали LGA 771.
Intel Core 2 — шестое поколение микропроцессоров архитектуры x86-64 корпорации Intel, основанное на процессорной архитектуре Intel Core. Так вот, это семейство выпускалось на базе шести различных ядер: Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. Поэтому покупая процессор, поинтересуйтесь, какое ядро используется. Желательно брать последние: они обычно более совершенные.
В последние годы Intel начала переход на новые разъемы: LGA 1156 и LGA 1366.
Socket H (или LGA 1156) — преемник процессорного разъема LGA 775 для настольных систем и процессорного разъема LGA 771 для серверов среднего и начального уровня от Intel. Является альтернативой более дорогой платформе на основе чипсета X58 и сокета LGA 1366. Доступен только двухканальный режим работы памяти.
Socket B (или LGA 1366) — преемник процессорного разъема LGA 775 для высокопроизводительных настольных систем и процессорного разъема LGA771 для серверов. Имеется трехканальный режим работы памяти (т.е. вы можете поставить на материнскую плату сразу три одинаковых планки памяти для более эффективной работы ОЗУ).
Соответственно, были выпущены новые семейства центральных процессоров.
Intel Core i3. Процессоры начального и среднего уровня. Имеют встроенный контроллер памяти, встроенный графический процессор, но не поддерживают технологию Turbo Boost (автоматический разгон процессора под нагрузкой).
Intel Core i5. Процессоры среднего уровня между Intel Core i3 и Core i7. Также имеют встроенный контроллер памяти, встроенный графический процессор и поддерживают технологию Turbo Boost.
Intel Core i7. Процессоры высшего уровня, это первое семейство, использующее новую микроархитектуру Intel Nehalem. Серверные процессоры также будут строится на Core i7.
Недавно стало известно, что Intel планирует использовать новые процессорные разъемы в продуктах, построенных на архитектуре Sandy Bridge (32-нм), которая в следующем году сменит Westmere. В настоящее время Intel переводит 45-нм продукты (Nehalem) к 32-нм (Westmere), а в 2011 приступит к внедрению новой архитектуры на уже освоенном техпроцессе. Новые процессоры обзаведутся новым набором команд AVX (Advanced Vector Extensions), что повысит производительность при той же тактовой частоте.
На смену разъему LGA 1156 придет разъем LGA 1155. Все процессоры в исполнении LGA 1155 будут иметь интегрированное графическое ядро. В отличие от современных процессоров Clarkdale и Arrandale, в новых процессорах ядра CPU, графическое ядро и северный мост будут изготавлививаться на одном кристалле. Преемником процессорного гнезда LGA 1366 станет LGA 2011. Появится 256-разрядная шины памяти (четыре канала DDR3), а функции северного моста будут интегрированы в процессор.
С ЦПУ AMD ситуация не менее запутана. В настоящее время на рынке можно встретить процессоры архитектуры К10: Sempron, Sempron LE, Sempron X2, Athlon X2, Athlon 64 X2, Athlon II X2, Athlon II X3, Athlon II X4, Phenom X3, Phenom II X2, Phenom II X3, Phenom X4, Phenom II X4 на базе разъемов Socket AM2, AM2+, AM3.
Socket AM2 появился в 2006 году на замену Socket 939 и Socket 754. Чуть позже появился Socket AM2+ (различие заключалось лишь в поддержке новых процессоров). Процессор AM2+ можно было ставить на материнскую плату с AM2.
Socket AM3, появившийся в начале 2009 года, является дальнейшим развитием Socket AM2, обзавелся поддержкой памяти DDR3 и увеличенной скорости работы шины Hyper Transport. Процессоры для Socket AM3 должны работать на материнских платах с гнездом Socket AM2+ (реже — на Socket AM2), но не наоборот.

Чем отличается x86 от x64
x86 (Intel 80x86) — это 32-битная аппаратная платформа: архитектура микропроцессора и соответствующий набор инструкций, как разработанных и выпускаемых компанией Intel, так и совместимых с ними процессоров других производителей (AMD, VIAи т. д.). Такое имя закрепилось за семейством этих микропроцессоров, так как названия ранних моделей процессоров Intel заканчивались на число 86 — 8086, 80186, 80286 (i286), 80386 (i386), 80486 (i486). Другое название для архитектуры этого типа — IA (Intel Architecture) или же IA-32.
x86-64 (также x64/AMD64/Intel64/EM64T) — это 64-битная аппаратная платформа: архитектура микропроцессора и соответствующий набор инструкций и чипсет, разработанные компанией AMD. Это расширение архитектуры x86 с полной обратной совместимостью. Этот набор инструкций поддержан компанией Intel (с незначительными дополнениями) под названием Intel 64 (ранее известные как EM64T и IA-32e). Корпорации Microsoft и Sun Microsystems используют для обозначения этого набора инструкций термин "x64", однако каталог с файлами для архитектуры в дистрибутивах Microsoft называется (ср. "i386" для архитектуры x86). Существует несколько вариантов названий этой технологии, которые, порой, приводят к путанице и могут ввести пользователя в заблуждение.
В настоящее время практически все выпускаемые процессоры 64-битные (совместимы с 32-битной архитектурой). Однако программное обеспечение по большей части 32-битное (но ситуация постепенно меняется).

Полезные утилиты для работы с ЦПУ
CPU-Z — это бесплатная программа для отображения технической информации о компьютере, работающем под ОС Microsoft Windows. Программа определяет технические характеристики центрального процессора, видеокарты, материнской платы и оперативной памяти. Популярна среди оверклокеров. Позволяет получить массу характеристик об используемом ЦПУ: название процессора, архитектура, сокет, техпроцесс, напряжение питания ядра, степпинг и ревизия, поддерживаемые наборы инструкций, тактовая частота, множитель процессора, объём кэша всех уровней, количество процессоров и процессорных ядер.
LinX — бесплатная утилита для тестирования стабильности работы процессоров, с применением технологии Intel Linpack. Аналог зарубежной IntelBurnTest. Тест на стабильность базируется на расчете системы линейных уравнений, которые многократно высчитываются. Полученные результаты потом сравниваются друг с другом. Технология Linpack очень сильно нагружает и нагревает центральный процессор, за счет чего количество выявленных ошибок больше, чем при других методах. В настройках вы можете выбрать число потоков для тестирования, определить объем доступной и используемой для тестирования оперативной памяти.
PCMark — название серии компьютерных бенчмарков, разработанных компанией Futuremark для тестирования основных компонентов персонального компьютера: центральный процессор, материнская плата, оперативная память, жесткий диск. Для тестирования используются различные тесты, как синтетические, нагружающие определенные блоки компьютера, так и прикладные, например архивация данных, кодирование и декодирование аудио и видео, производительность физического движка и т.д.

Как разогнать центральный процессор?
Оверклокинг, или, по-другому, разгон, используется для повышения быстродействия компьютера. Правда, при этом снижается срок жизни компонентов, за счет эксплуатации их в нештатных режимах. Процессоры обычно разгоняют изменением множителя (параметры Multiplier, CPU Ratio), изменением частоты системной шины (параметры FSB Frequency, Host Frequency, Host Speed) либо тем и другим сразу. При этом используются встроенные в БИОС функции или программные средства (как официальные, так и неофициальные — SetFSB) в самой операционной системе. Разгон обычно приводит к увеличению рассеиваемой мощности и росту температуры. Поэтому в ряде случаев придется увеличить подаваемое напряжение или усилить систему охлаждения.
После разгон обязателен краш-тест (тест на стабильность) с помощью специальных утилит (например, S&M, SuperPI) или заставив работать компьютер под нагрузкой (антивирус, торрент, кодирование видео, проигрывание HD-видео, ресурсоемкие игры).
Обычно производители процессоров официально не приветствуют разгон. Однако в прошлом году Intel анонсировала появление в новых процессорах серии Core i5, Core i7 технологии Turbo Boost — системы автоматического увеличения тактовой частоты процессора свыше номинальной, если при этом не превышаются ограничения мощности, температуры и мощности (TDP). Спустя некоторое время AMD сообщило об аналогичной технологии под названием Turbo Core. Если на одно, два или три ядра будет ложиться основная нагрузка, частота активных ядер будет повышаться, а “ненужные” ядра переводиться в режим ожидания.
Увеличить производительность процессора можно разблокировав отключенные ядра. К примеру, некоторые модели и отдельные экземпляры трехядерных ЦПУ AMD можно довести до четырехядерных. Дело в том, что трехядерные делаются из четырехядерных и в некоторых случаях автоматика отключает вполне работоспособное ядро. По сообщениям прессы, одному энтузиасту удалось превратить четырехядерный Phenom II X4 960T в шестиядерный Phenom II X6.

Есть ли предел у Закона Мура?
В 1965 году Гордон Мур, один из основателей Intel выдвинул предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца. Мур представил общественности график в виде экспоненциальной кривой, где была показана закономерность: новые модели микросхем выходили каждые 18-24 месяца. Если такая тенденция продолжится, заявил Мур, мощность вычислительных устройств должна резко возрасти на в относительно короткий промежуток времени.
Существует несколько разновидностей закона Мура. Например, стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Либо частота процессора удваивается каждые два года (уже не работает). Несмотря на некоторые отклонения, число транзисторов по-прежнему удваивается каждые 24 месяца. Однако сам Мур несколько лет назад заявил, что атомарная природа вещества и ограничения скорости света скоро поставят крест на дальнейшем соблюдении этого закона.

По какому пути пойдет развитие процессоров?
Несколько лет назад неудержимый рост частоты процессоров закончился на отметке 3-4 ГГц. Дальше наращивать частоту очень сложно в силу технологических ограничений. Производители ЦПУ пошли по другому пути: стали увеличивать число ядер, уменьшать техпроцесс, изменять алгоритмы работы процессоров. Этой весной появились первые шестиядерные процессоры Intel и AMD. Одноядреные процессоры практически исчезают с потребительского рынка. Возможно, в следующем году будут выпущены уже восьмиядерные процессоры потребительского сегмента.
Кроме того, и Intel, и AMD будут уменьшать техпроцесс. В данной гонке Intel обгоняет AMD на один-два года. AMD планирует перейти на 32-нм техпроцесс в следующем году вместе с новой микроархитектурой Bulldozer (K11). Intel к тому времени может перейти на более точный, 22-нм техпроцесс (чипы на базе Sandy Bridge). Уменьшать техпроцесс бесконечно тоже нельзя — в силу вступают физические и технологические ограничения.
Если заглядывать в более далекое будущее, то на горизонте нас пока ожидают квантовые и молекулярные процессоры. Первые будут базироваться на использовании квантовых эффектах. Вторые — использовать вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Но сейчас точно сказать, на каких компьютерах мы будем работать через 10-20 лет, никто не может.

Немаловажный вопрос от пользователей, который я откладывал на потом, что такое процессор в компьютере? Центральный процессор (CPU) – важнейшая часть аппаратного обеспечения любого компьютера, отвечающая за выполнение необходимых арифметических операций, заданных программами, координирующая работу всех, без исключения, .

Безусловно, процессор – сердце каждого компьютера. Именно процессор выполняет инструкции программного обеспечения, использующегося на персональном компьютере, обрабатывает набор данных и производит сложные вычислительные операции. Главными характеристиками процессора являются: производительность, тактовая частота, энергопотребление, архитектура и кэш.

Итак, мы с вами поняли, что такое процессор, но какие бывают виды и для чего нужен процессор в компьютере? Давайте, обо всем по порядку. Известно, что процессоры бывают одноядерные и многоядерные . Многоядерным процессором называется центральный процессор, содержащий два (и больше) вычислительных ядра, размещенных на одном небольшом процессорном кристалле или в одном общем корпусе. Обычный процессор имеет только одно ядро. Эпоха одноядерных процессоров понемногу уходит в прошлое. По своим характеристикам они, в целом, проигрывают многоядерным процессорам.

Например, тактовая частота средненького двухъядерного процессора нередко может быть намного ниже частоты неплохого одноядерного процессора, но из-за разделения задач на «обе головы», разница в результатах становится несущественной. Двухъядерный процессор Core 2 Duo с тактовой частотой 1,7ГГц легко сможет обскакать одноядерный Celeron с тактовой частотой 2,8ГГц, ведь производительность зависит не от одной лишь частоты, но и от количества ядер, кэша и других факторов.

На сегодняшний момент на мировом компьютерном рынке лидируют два крупнейших производителя процессоров — корпорация Intel (ее доля на сегодня порядка 84%) и компания AMD (около 10%). Если взглянуть на историю развития центральных процессоров, то можно увидеть довольно много интересного. Начиная с появления первых настольных компьютеров, основным способом повысить производительность было планомерное повышение тактовой частоты.

Это весьма очевидно и логично. Однако всему есть предел и частоту невозможно наращивать до бесконечности. К сожалению, с увеличением частоты начинает нелинейно возрастать тепловыделение, достигающее, в конечном итоге, критически высоких значений. Пока решить эту проблему не помогает даже применение более тонких технических процессов в создании транзисторов.

Существует ли выход из этой очень непростой ситуации? Вскоре выход был найден в применении нескольких ядер в одном кристалле. Решено было применить вариант процессора «2 в 1». Появление на рынке компьютеров с такими процессорами вызвало целый ряд споров. Нужны ли многоядерные процессоры? Чем они лучше обычных процессоров, имеющих одно ядро? Может компании-производители просто хотят получить дополнительную прибыль? Сейчас уже можно уверенно ответить: многоядерные процессоры нужны, за ними будущее. В ближайшие десятилетия невозможно представить прогресса в этой отрасли без применения многоядерных процессоров.

Многоядерные процессоры, чем же хороши? Использование таких процессоров сравнимо с применением нескольких отдельных процессоров для одного компьютера. Ядра находятся в одном кристалле, они не являются полностью независимыми (к примеру, используют общую кэш-память). При применении имеющегося программного обеспечения, созданного изначально для работы с одним ядром, такой вариант даёт ощутимый плюс. Вы сможете запустить одновременно две (и более) ресурсоёмкие задачи без малейшего дискомфорта. Однако, ускорение единственного процесса – задание для этих систем фактически непосильное. В итоге, мы получаем почти тот же одноядерный процессор с небольшим плюсом в виде возможности задействования нескольких программ одновременно.

Как же быть? Выход из этой щекотливой ситуации вполне очевиден – требуется разработка нового поколения программного обеспечения, способного задействовать одновременно несколько ядер. Необходимо как-то распараллелить процессы. В реальности это оказалось весьма непросто. Конечно, некоторые задачи, возможно, довольно легко распараллелить. Например, относительно просто можно распараллелить кодирование видео и аудио.

Здесь в основе находится набор однотипных потоков, соответственно, организовать их одновременное выполнение – задача довольно простая. Выигрыш существующих многоядерных процессоров в решении задач кодирования перед «аналогичными» одноядерными будет пропорционален количеству этих ядер: если два ядра, то вдвое быстрее, четыре ядра – в четыре раза, 6 ядер – в шесть раз. К сожалению, подавляющую часть важных задач распараллелить гораздо сложнее. В большинстве случаев необходима серьезная переработка программного кода.

Уже несколько раз от представителей довольно мощных компьютерных компаний звучали радостные высказывания об удачной разработке оригинальных многоядерных процессоров нового поколения, которые способны самостоятельно разделять один поток на группу независимых потоков, но, к глубокому сожалению, никто из них пока не продемонстрировал ни одного подобного рабочего образца.

Шаги компьютерных компаний на пути к массовому использованию многоядерных процессоров весьма очевидны и незамысловаты. Основным заданием этих компаний является совершенствование процессоров, создание новых перспективных многоядерных процессоров, ведение продуманной ценовой политики, направленной на снижение цен (или сдерживание их роста). На сегодня, в среднем сегменте двух ведущих мировых компьютерных гигантов (AMD и Intel) можно увидеть очень широкое разнообразие двухъядерных и четырехъядерных процессоров.

При желании, можно найти еще более навороченные варианты. Радует то, что немаловажный шаг на пути к пользователю начинают делать сами разработчики современного программного обеспечения. Многие последние игры уже обзавелись поддержкой двух ядер. Самым мощным из них практически жизненно важен минимум двухъядерный процессор для обеспечения и поддержания оптимальной производительности.

Окинув взглядом прилавки лучших компьютерных магазинов, проанализировав положение дел с ассортиментом, можно сказать, что общая картина вовсе не плоха. Производителям многоядерных процессоров удалось достичь весьма высокого уровня выпуска годных кристаллов. Ценовая политика ими проводится довольно разумная. По существующим ценам видно, что, например, увеличение числа ядер процессора в два раза обычно не приводит к двойному повышению цены такого процессора для покупателя. Это весьма разумно и вполне логично. К тому же, многим совершенно ясно, что при увеличении количества ядер центрального процессора вдвое производительность в среднем возрастает далеко не в столько же раз.

Все же, стоит признать, что, несмотря на всю тернистость пути к созданию еще более совершенных многоядерных процессоров, альтернативы ему в ближайшем обозримом будущем просто-напросто нет. Рядовым потребителям, желающим идти в ногу со временем, остается лишь своевременно модернизировать свой компьютер, применяя новые процессоры с увеличенным числом встроенных ядер, выводя таким способом общую производительность на более высокий уровень. Различные одноядерные процессоры еще успешно применяются в мобильных телефонах, нетбуках и другой технике.

Если вы не знаете, где он находится, читайте статью: « ». Напишите в комментариях какой у вас процессор?

CPU — центральный процессор является основным компонентом, «мозгом» компьютера и определяет его самые основные характеристики. «то большая интегральная схема (БИС), сформированная на кристалле кремния. Большая интегральная схема не по размеру, а по количеству элементов – транзисторов, включенных в нее.

Скачать презентацию «Процессор»

Микропроцессор содержит миллионы транзисторов, соединенных между собой тончайшими проводниками из алюминия или меди. В 1965Г. Гордон Мур сделал смелое предсказание: число транзисторов, размещаемых на кристалле ИС, будет удваиваться приблизительно каждые 2 года. Отрасль развивалась почти в точном соответствии с этим прогнозом, получившим название закона Мура. Но впервые за 43г нарушен закон, благодаря новым методам производства микросхем, когда можно разместить 30млн. транзисторов на участке кристалла с булавочную головку. в 2006г. процессор Core 300млн. транзисторов, начало 2007г. 800 млн транзисторов в двух ядерных системах.

Изготовление микропроцессора

Это сложнейший технологический процесс, включающий в себя несколько сотен этапов. Микропроцессоры формируются на поверхности тонких пластин Кремния, которые нарезают из длинных цилиндрических кристаллов кремния, выращенных из расплава кремниевого песка. Кремний обладает полупроводниковыми свойствами, его проводимостью Можно управлять путем введения примесей. В процессе изготовления микросхем на пластины-заготовки наносятся тончайшие слои различных материалов. На них фотолитографическим способом слой за слоем формируют «рисунок» будущей микросхемы. В ходе следующей операции, называемой легированием, открытые участки кремниевой пластины бомбардируют ионами различных химических элементов, которые формируют в кремнии микроскопические участки, имеющие различную электрическую проводимость. Каждый слой процессора имеет свой собственный рисунок, в совокупности все эти слои образуют трехмерную структуру процессора. После этого пластины разрезают на отдельные микросхемы, которые проходят тщательное тестирование, чтобы проверить качество выполнения всех технологических операций. Заготовки, в которых обнаруживаются неисправности, просто выбраковываются, поскольку не существует способов исправления ошибок. Затем каждый кристалл помещают в защитный корпус и припаивают к нему выводы.

В логический состав ЦП входят след. устройства:

1. устройство управления (УУ) — блок упр-я. Управляет работой всех устройств по зад. программе
2. АЛУ (арифметико-логическое устройство) вычислительный инструмент процессора.
3. регистры процессорной памяти – внутренняя память процессора. Регистры используются для временного хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессора. Каждый их регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. У каждого регистра есть определенное назначение.IP – счетчик команд (помещается адрес той ячейки памяти ЭВМ, в которой хранится очередная исполняемая команда программы.CS – регистр команд, помещается сама команда на время ее исполненияDI SI BP – индексные регистры, указатели сдвигов в сегментах.AX BX – общего назначенияSS – стека (Стек- область, используемая для временного хранения данных. Стек содержится в отдельном сегменте, который называется сегментом стека)DS — дополнительный

Рассмотрим принципы работы современных процессоров

Микропроцессор представляет собой сложное электронное устройство для выполнения различных операций. Любой процессор поддерживает определенный набор команд, которые может исполнять, и содержит набор внутренних ячеек памяти, регистров, с которыми может работать гораздо быстрее, чем с внеш-ней памятью. Возможности ПК, как универсального исполнителя по работе с информацией определяется системой команд процессора. Эта система команд представляет собой язык машинных команд. (ЯМК) Из языка ЯМК составляются программы управления работой компьютера. Отдельная команда представляет отдельную операцию (действие) компьютера. В ЯМК существуют операции по которым выполняется арифметич. , логич. операции, перации управления последовательностью команд, операции передачи данных из одних устройств памяти в другие и пр. Различают два типа архитектуры микропроцессоров – CISC и RISC.

CISC

CISC (Complex Instruction Set Computer) подразумевает, что процессор поддерживает очень большой набор команд (более 200) (полную систему команд) и имеет небольшое число регистров. Реализующие на уровне машинного языка комплексные наборы команд различной сложности (от простых, характерных для микропроцессора 1-го поколения, до значительной сложности, характерных для современных процессоров.

RISC

В свою очередь RISC-архитектура (Reduced Instruction Set Computer) означает ограниченный набор ко-манд и большое число внутренних регистров. Все команды работают с операндами и имеют одинаковый формат. Обращение к памяти выполняется с помощью специальных команд загрузки регистра и записи. Простота структуры и небольшой набор команд позволяет реализовать полностью их аппаратное выполнение и эффективный конвейер при небольшом объеме оборудования. Высокая степень дробления конвейера. Споры о том, что лучше, идут до сих пор. RISC-процессор работает быстрее, т. к. команды простые. И стоят дешевле, но программы для них занимают больше места, чем для CISC. Именно поэтому в условиях дефицит оперативной памяти первоначальное развитие процессоров для персональных компьютеров пошло в направлении CISC-архитектуры Все процессоры, совместимые с набором команд х86 являются CISC процессорами, хотя некоторые могут иметь элементы RISC-архитектуры. Микропроцессоры 5 поколения имеют 64разрядную шину данных и адресов. Могут работать с 8,16,32 битными данными, поддерживают конвейерную структуру и обладают возможностью предсказывать направление переходов в программе. Процессоры, обладающие немного большими возможностями, как правило, относят к шестому поколению. Рассмотрим основные принципы работы современных процессоров. Прежде всего отметим, что процессор выполняет программу, которая хранится в памяти, Программа представляет собой набор команд (инструкций) и данных. Последовательно считывая команды процессор выполняет соответствующие действия. Каждая команда представлена несколькими байтами, причем длина ее не фиксирована и может составлять от 1 по 15.

Характеристики ЦП

1. Тактовая частота - это основная характеристика процессора, которая определяет его возможности и производительность системы в целом. Каждый тип процессора выпускается в виде целой линейки (семейства) моделей, отличающихся различными характеристиками и, прежде всего, тактовой частотой. Так, процессор Pentium IV может выпускаться в различных модификациях с тактовой частотой от 2,0 До 3,8 МГц. Тактовая частота процессора определяется двумя факторами: частотой системной шины и внутренним множителем процессора (внутренней тактовой частотой). Первый параметр фактически не зависит от самого процессора, а определяется системной платой, точнее ее чипсетом. Системные платы могут выпускаться с разными частотами - от 256 до 800 МГц. Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри ПК. В ритме этого метронома работает ЦП. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт – промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Измеряется в МГц.
2. Техшаг
   Процессор состоит из многих миллионов транзисторов. Их можно условно представить себе в виде точек в узлах прямоугольной сетки - как зерна люминофора на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Расстояние между транзисторами про¬цессора определяется используемой технологией производства и в настоящее время составляет 0,09 мк или 90 нм. Чем меньше это расстояние, тем лучше. Уменьшение размеров транзистора влечет за собой уменьшение шага, а значит, уменьшается мощность тепловыделения и себестоимость изготовления, увеличивается максимально достижимая частота процессора.
3. Разрядность процессора
   Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью его регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например разрядность регистра 2 байта – 16 бит, то разрядность ЦП – 16., 8 байт -64 Ячейка – группа последовательных байтов ОЗУ, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки память называется машинным словом. Очевидно, что размер ячейки памяти и машинного слова равен разрядности процессора. Обмен информацией между ЦП и внутренней памятью производится машинными словами. Адрес ячейки памяти – равен адресу мл. байта (байта с наименьшим номером), входящего в ячейку. Адресация как байтов, так и ячеек начинается с 0. Адреса ячеек кратны количеству байтов в машинном слове.Итак, Ячейка – вместилище информации, машинное слово – информация в ячейке.
4. Адресное Пространство
   По адресной шине процессор передает адресный код – двоичное число, обозначающее адрес ячейки памяти или внешнего устройства, куда направляется информация по шине данных. Адресное пространсство – это диапазон адресов (множество адресов) к которым может обратиться процессор, используя адресный код. Если адресный код содержит n – бит, то размер адресного пространст-ва 2 n байт Обычно размер адресного кода = количеству линий в адресной шине (разрядности адресной шины)
5. Архитектура ЦП — конструкция процессора и имеющаяся система команд (инструкций)К архитектуре относятся следующие элементы:а) Система команд и способы адресацииб) Возможности совмещения выполнения команд во временив) Наличие дополнительных узлов и устройств в составе МПг) Режимы работы процессораа) Система команд представляет собой совокупность команд, которые могут выполняться процессором. х86, MMX SSE SSE2 SSE3 3DNOWб)
6. Конвейер
   Сегодняшние процессоры обеспечивают совмещение выполнения нескольких последовательно расположенных команд во времени, образуя конвейерную обработку. Процессор разделяет выполнение команды на этапы.
   Например Pentium — на 5 этапов:
   1) прочитать из памяти часть программы (выборка, считывание команды из ОЗУ или КЭШа)
   2) определить длину инструкции (декодирование и дешифрирование команды, т.е. определение кода выполняемой операции)
   3) определить адрес ячейки памяти, если она используется в данной команде
   4) выполнить команду 5) сохранить полученный результат. Каждый этап называется ступенью. Получается 5-ступенчатый конвейер.
   При конвейерной обработке на выполнение каждого этапа отводится 1 такт тактовой частоты. В каждом новом такте заканчивается выполнение одной команды и начинается выполнение новой. Этот процесс называется поточной обработкой . Общее время выполнения команды в конвейере с 5 ступенями будет составлять 5 периодов тактовой частоты. В каждом такте конвейер будет одновременно обрабатывать 5 различных команд. Итак, конвейеризация повышает производительность процессора, но она не сокращает время выполнения отдельной команды . Выигрыш получается за счет того, что обрабатывается сразу несколько команд.
   Суперскалярный процессор наличие — двух конвейеров.
   Суперконвейерный — более 5 этапов в конвейере Подобное решение резко повышало производительность ЦП. Применяется много конвейерная обработка. Практически все инструкции могут выполняться параллельно, за исключением операций с плавающей точкой и команд переходов. Суперсклярный и суперконвеерный означает наличие более двух конвейеров и более пяти этапов в конвейере соответственно. Конвейер оказывает заметное влияние на скорость выполнения линейных участков программ, которые могут выполняться параллельно, за исключением операций с плавающей точкой и команд переходов.
7. Встроенные устройства
   Основными компонентами центрального процессора являются ядро, кэш-память и шина.
   Ядро процессора выполняет инструкции. Операнды инструкций хранятся в регистрах. Размер регистров определяет разрядность процессора. Понятие «ядро» имеет и топологический смысл - оно размещено в центре микросхемы процессора, а по его периферии располагаются кэш-память и другие блоки. Один и тот же тип процессора может быть построен на различных «ядрах». Сегодня мы имеем многоядерные системы. Размещается 2, 4, 6, 8 ядер на одном кристалле.
   Кэш-память (RAM cache) - высокоскоростная статическая (SRAM) память, использующаяся для ускорения доступа к данным, хранящимся в более медленной, но дешевой динамической (DRAM) памяти. Ускорение доступа производится, когда процессор многократно обращается к одним и тем же данным или командам программы. Кэш сохраняет последние данные я команды, и процессор быстро считывает их из кэша. КЭШ является своего рода буфером, согласующим быстрый процессор и относительно медленную оперативную память, что значительно ускоряет процесс обработки данных.
   Бывает 2 типа: L1 и L2 (уровни 1 и 2 от англ. level - «уровень» ).
   Кэш L1 изначально был интегрирован в кристалл процессора и является его неотъемлемой частью. В нем размешаются инструкции процессора и данные для этих инструкций. Большой кэш L1 очень полезен в условиях многозадачности, так как он хранит так называемый контекст задач, т.е. информацию, необходи-мую для переключения на эти задачи при поочередном выполнении. Размер 2*32Кб, 2*64Кб, 2*128Кб,2*256 Кб.
   Кэш L2 служит для компенсации разницы частоты работы процессора и ОЗУ. Располагается или на мат. плате или в корпусе процессора, отдельно от его ядра. Основным его параметром является размер: чем он больше, тем быстрее работает система. Но память эта дорогостоящая, поэтому размер Кэша является компромиссом между производительностью и стоимостью системы. Типичные размеры кэш -памяти для разных процессоров (512Кб, 1Мб, 2Мб, 4Мб) Итак, Кэш позволяет повысить производительность за счет уменьшения случаев ожидания поступления информации из более медленной ОП. Нужные команды и данные берутся из более быстрого Кэша, куда заранее заносятся. Использование двух КЭШей исключает конфликты при считывании информации, идет одновременное считывание.
   Связь процессора с другими устройствами на системной плате, в частности с основной памятью, осуществляется через шину процессора . Заметим, что раньше и основная память, и процессор находились на одной шине, которая называлась системной. Сейчас для повышения производительности процессор имеет собственную шину. (1066МГц, 800МГц, 533МГц, 333МГц). Сопроцессор - специальный блок для операций с «плаваю¬щей точкой» (или запятой). Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с рядом графических программ.
8. В процессоре можно выделить еще следующие основные части:
   —блок предсказания ветвлений (адреса перехода –БПАП);
   -блок вычислений с плавающей точкой;
   -средства обнаружения ошибок ЦП
   Контроль ветвлений программы .
   Если в программе встречается условный или безусловный переход, то после декодирования инструкции перехода и получения адреса процессор начинает считывать данные с нового адреса. Ясно, что до получения этого адреса конвейер простаивает. Подобная ситуация происходит достаточно часто, поэтому для снижения «негативных» последствий ветвлении программы все переходы, встречающиеся в программе, за-поминаются в специальном буфере адресов переходов (branch target buffer). При выполнении инструкции перехода процессор проверяет наличие адреса в буфере и начинает чтение программы с этого адреса. В случае безусловного перехода создается таблица «истории» переходов, исходя из которой процессор решает будет произведен переход или нет, и ачинает выполнение инструкций с предсказанного адреса — так называемое опережающее исполнение (speculative execution), Понятно, что если адрес предсказан неправильно, то все выполнение прекращается, конвейер очищается и начинается исполнение с правильного адреса. По-этому весьма важно, чтобы вероятность правильного прогноза была наиболее высокой. В современных процессорах она лежит в пределах 80-90%.
   Блок предсказания адреса перехода позволяет повысить производительность за счет экономии времени путем предсказания возможных путей выполнения разветвляющего алгоритма.
   Блок вычислений с плавающей точкой FPU (Floating Point Unit).
   Данный блок обеспечивает выполнение операций с плавающей точкой и мультимедийных операций ММХ. Обычно он содержит свой отдельный конвейер, так как правило, такие операции могут исполняться только в одном конвейере. На производительность блока FPU в последнее время стали обращать внимание из-за появления множества приложений, написанных для команд ММХ или для работы с трехмерной гра-фикой, не говоря уже о чисто вычислительных задачах.
   Являясь очень сложными устройствами, современные процессоры имеют возможности настройки своих параметров. Например, в процессорах Pentium можно отключать второй конвейер или блок предсказания ветвлений, что позволяет оценить прирост производительности, обеспечиваемый этими элементами ядра процессора. Кроме того, практически все процессоры имеют свою так называемую визитную карточку — специальную инструкцию, которая помогает однозначно идентифицировать процессор. Данная инструкция называется CPUID и выдает ИМЯ фирмы разработчика, тип семейств, модель и версию процессора, а также показывает его основные свойства, в частности наличие блока FPU или ММХ.
   Наличие средств обнаружения ошибок ЦП.
   В ЦП имеются устройства самотестирования для проверки работоспособности большинства элементов процессора. Используя специальный формат данных: бит четности , т.е. к каждому операнду добавляется бит четности, в результате все числа становятcя четными, появление нечетного числа – сигнал о сбое при работе процессора.

Средства термозащиты процессоров

Вы время работы процессоры сильно нагреваются - их температура достигает 7О…9О°С. Перегрев процессора грозит большими неприятностями, вплоть до полного выхода его из строя. Он может просто перегореть, как любой электрический прибор. Поэтому конструкция процессора должна предусматривать эффективную систему охлаждения. Собственно системный блок компьютера и так оснащен вентилятором, но он предназначен в основном для охлаждения самого блока питания и лишь частично для охлаждения материнской платы с установленным на ней процессором. Для современных процессоров, которые имеют мощность 40…70 Вт, этого совершенно недостаточно.
Поэтому центральный процессор снабжен своей собственной системой охлаждения . Она состоит из радиатора , который крепится непосредственно на корпусе процессора, и вентилятора , который охлаждает ребра радиатора.

Радиатор

Это металлическая пластина с ребристой поверхностью, за счет него существенно увеличивается теплообмен процессора с окружающей средой. Площадь поверхности кристалла процессора чрезвычайно мала и не превышает нескольких квадратных сантиметров. Это совершенно недостаточно для эффективного отвода тепловой мощности, рассеиваемой процессором. Благодаря ребристой поверхности радиатор в сотни раз увеличивает площадь своего теплового контакта с окружающей средой.
В настоящее время используются различные типы радиаторов.

Прессованные (экструзионные) радиаторы

Это наиболее простые, дешевые и распространенные радиаторы. Для их производства используется алюминий - металл с достаточно высокой теплопроводностью. Радиаторы изготавливаются методом прессования, что позволяет получить достаточно сложный профиль поверхности и достичь хороших теплоотводящих свойств.

Складчатые радиаторы

Отличаются довольно интересным технологическим исполнением: на базовой пластине радиатора пайкой или с помощью специальных теплопроводящих паст закрепляется тонкая металлическая лента, свернутая в гармошку, складки Которой играют роль ребристой поверхности. Такие радиаторы обычно изготавливаются из меди - она имеет более высокую теплопроводность, чем алюминий.

Кованые (холодноформированные) радиаторы

Для их изготовления используется технология холодного прессования, которая позволяет формировать поверхность радиатора в виде стрежней различного сечения. Основной материал - алюминий, но иногда для улучшения теплоотводящих свойств в основание устанавливают медные пластины. Это довольно сложная технология, поэтому кованые радиаторы дороже «экструзионных» и «складчатых», но не всегда лучше в плане тепловой эффективности.

Точеные радиаторы

На сегодня это наиболее дорогостоящие изделия, поскольку их производство основано на высокоточной механической обработке монолитных заготовок. Они отличаются не только самыми высокими эксплуатационными характеристи¬ками, но и высокой ценой. Изготавливаются из меди и алюминия.

Вентиляторы

На сегодня даже самые совершенные радиаторы не справляются с задачей эффективного охлаждения высокопроизводительных процессоров. Существенно улучшить теплообмен можно только с помощью специальных микровентиляторов - кулеров (от англ. cool - «охлаждать») , которые устанавливаются над радиатором и обдувают его ребра струей воздуха.
Как и любой другой вентилятор, кулер состоит из электродвигателя, на оси которого закреплена крыльчатка. Основной характеристикой вентилятора является его производительность - величина, показывающая объем прокачиваемого воздушного потока. Типичные значения расхода - 10 …80 кубических дюймов в минуту. Чем больше производительность вентилятора, тем лучше он охлаждает процессор. Производительность вентилятора зависит от размера крыльчатки и скорости вращения электродвигателя. Чем быстрее вращается крыльчатка, тем выше производительность вентилятора. Типичные значения скорости вращения - 1500… 7000 об/мин. С увеличением размера крыльчатки увеличиваются производительность, габаритные размеры и масса вентилятора.
Наиболее распространенные типоразмеры - 60х60х 15 мм, 60x60x20 мм, 60x60x25 мм, 70х70х 15 мм, 80x80x25 мм. Среди эксплуатационных параметров можно выделить уровень шума и срок службы вентилятора. Уровень шума вентилятора вы¬ражается в децибеллах (дБ) и обычно находится в диапазоне 20… 50 дБ. Тихими считаются вентиляторы с уровнем шума менее 30 дБ. Срок службы (или время наработки на отказ) венти-лятора выражается в тысячах часов и является показателем его надежности и долговечности. Срок службы вентиляторов составляет 40…50 тыс.ч, что составляет около пяти лет непрерывной круглосуточной работы.

В большинстве процессоров Intel используется конструкция корпуса, называемая FC-PGA (аббревиатура от Flip Chip Pin Grid Array - перевернутый чип с массивом игольчатых контактов). Дело в том, что кристалл перевернут и выходит на верхнюю часть корпуса для лучшего охлаждения. Поверхность ядра закрыта теплорассеивателем, который представляет собой медную пластину, покрытую тонким защитным слоем. Количе¬ство контактов (pin) на корпусе может быть различным: 423, 478, 604, 775. Процессоры (как, впрочем, и все другие компоненты ПК) могут поставляться как в обычном варианте с минимальной комплектацией (OEM - Original Equipment Manufacturer ), так и в боксовом варианте (in Box ), т.е. в упаковочной коробке, снабженной руководством по установке и 3-летней гарантией. Стоимость процессора in Box всего на несколько долларов выше, чем в обычной OEM упаковке, что совсем недорого с учетом цены на кулер, которым снабжается боксовая упаковка.

Разгон

Разгон (overclocking) - режим работы любого устройства на более высокой частоте, чем штатная, т.е. на частоте, предусмотренной в его рабочих характеристиках. Разгон возможен потому, что большинство устройств имеет определенный запас прочности. Обычно небольшое увеличение частоты проходит безболезненно и дает выигрыш порядка 10%. При превышении критического значения возможен перегрев и полный выход дорогостоящего устройства из строя. Поэтому пользователь производит разгон на свой страх и риск, зачастую лишаясь гарантии продавца. Основной объект разгона - центральный процессор. Однако разгонять можно и память, и процессор видеокарты.

Порядок установки процессора Pentium IV в гнездо системной платы

• установить рычаг гнезда процессора (А) в положение «Открыто», для чего надо отвести его чуть в сторону и приподнять вверх до упора;
• установить процессор в гнездо и перевести рычаг в положение «закрыто» (золотой треугольник на процессоре должен смотреть в основание защелки);
• нанести теплопроводящий состав на верхнюю поверхность процессора (Б) и равномерно распределить пасту по его поверхности;
• совместить основание радиатора с механизмом крепления и установить радиатор на процессор. Не давая пасте засохнуть, сделать несколько равномерных колебательных движений, слегка двигая радиатор по про-цессору, чтобы термопаста равномерно распределилась по радиатору;
• начиная с центрального лепестка (В) установить зажимы (Г) на лепестки механизма крепления (В, Д, Е).
• вставить разъем (Ж) кабеля вентилятора в розетку с тремя штырьками, которая обычно находится неподалеку от разъема центрального процессора и обозначается CPU FAN.

Примеры современных процессоров фирмы Intel

Процессор Intel® Core™ i7 Extreme Edition

• Второе поколение процессоров Intel® Core™ i7
• Второе поколение процессоров Intel® Core™ i5

Второе поколение процессоров Intel® Core™ i3

• Семейство процессоров Intel® Core™ vPro™

Intel Quad-Core Xeon X5550 для серверов

• Процессор Intel Xeon E5620, для рабочих станций

Центральный процессор (ЦП) представляет собой сложную микросхему с миллионами транзисторов и множеством контактов занимающуюся обработкой машинного кода компьютерных программ. Центральное процессорное устройство (ЦПУ или CPU) является мозгом всей компьютерной системы, производя арифметические и логические операции с данными, поэтому на жаргоне его часто называют «проц» или «мозг».

Поэтому от производительности центрального процессора в первую очередь зависит скорость работы всего компьютера . Его выбору стоит уделить пристальное внимание особенно если планируется использовать требовательное к ресурсам программное обеспечение. В настольных компьютерах процессор является легкосъемным и может быть заменен на другой, поддерживаемый материнской платой , в случае апгрейда системы или выхода его из строя .

Среди основных характеристик центрального процессора стоит отметить следующие:

Архитектура (микроархитектура) - принципы внутреннего устройства ЦПУ определяющие количество, характеристики, расположение его внутренних элементов. Определенная архитектура используется в целом семействе процессоров, однако внутри семейства обычно есть несколько подгрупп архитектур отличающиеся какими-нибудь характеристиками от остальных. Эти подгруппы принято называть ядрами. Поскольку процесс не стоит на месте и в ядра вносят различные изменения, направленные на повышение эффективности или исправление ошибок, то чтобы отличить разные версии друг от друга ввели понятие ревизии ядра или степпинг. На примере процессора Intel это выглядит так: микроархитектура Nehalem ядро Bloomfield модель Intel Core i7-920 степпинг SLBEJ (D0).

Техпроцесс - технологический процесс, используемый при производстве процессора. Определяет размеры получающихся транзисторов составляющих центральный процессор. Единицей измерения является нанометр (нм). Чем меньше размеры транзисторов, тем меньше размеры всего ЦПУ, меньше тепловыделение и выше может быть частота. Скоро производители упрутся в физические пределы уменьшения, и тогда придется переходить на принципиально новые типы процессоров.

Тактовая частота - если по простому, то количество операций в единицу времени, которое может выполнить процессор. Непосредственно влияет на производительность CPU следовательно, чем выше частота быстрее работает центральный процессор. Напрямую сравнивать частоту можно только внутри одного ядра, так как на производительность влияет множество других факторов.

Сокет - разъем на материнской плате компьютера предназначенный для установки центрального процессора. Подходит только для строго определенного типа процессоров и характеризуется количеством контактов и производителем CPU. Так же физически не позволяет установить процессор неподходящего типа. Сокет является ограничивающим фактором при апгрейде процессора.

Количество ядер - центральный процессор может содержать в себе несколько ядер в одном корпусе, тогда его называют многоядерным. Ядром ЦПУ является главная часть, определяющая основные характеристики процессора и занимающаяся непосредственно вычислениями. Наличие нескольких ядер облегчает выполнение нескольких параллельных задач одновременно, так же при должной оптимизации компьютерной программы значительно увеличивает скорость работы в ней. Например, современные игры, обработка видео, архивирование, 3D-моделирование и многие другие положительно отзываются на наличие нескольких ядер. Так же существуют технологии создания нескольких виртуальных ядер из одного физического. Однако надо понимать, что увеличение количества ядер не приводит к пропорциональному росту производительности процессора, а на некоторых задачах возможно даже ухудшение по сравнению с одноядерным вариантом. Все зависит от возможности выполнять данную задачу несколькими параллельными потоками и насколько грамотно это реализовано в конкретном программном обеспечении. Многоядерность является наиболее перспективным путем повышения производительности на сегодняшний день.

Кэш - высокоскоростная память, интегрированная прямо в центральный процессор. Служит буфером между оперативной памятью компьютера и собственно вычислительным блоком процессора. Обеспечивает увеличение производительности за счет гораздо более высокой скорости работы. Кэш бывает трех уровней: L1, L2, L3. Чем больше объем кэша, тем быстрее работает ЦП при прочих равных условиях.

Тепловыделение - количество теплоты, выделяемое при работе центральным процессором. Это тепло необходимо отводить с помощью системы охлаждения центрального процессора для поддержания его температуры в оптимальном диапазоне. Важный параметр, так как если система охлаждения будет не справляться, то процессор будет перегреваться вплоть до принудительного выключения компьютера. Особенно актуально при разгоне и в маленьких корпусах .

Основными производителями центральных процессоров для персональных компьютеров являются компании Intel и AMD. Процессоры этих компаний не взаимозаменяемые. В случае апгрейда компьютера, выбирать новый процессор нужно исходя из поддерживаемых данной материнской платой компьютера.

Как узнать процессор, используемый в компьютере

Вам может потребоваться узнать, какой процессор стоит в компьютере, чтобы определить возможность установки какой-нибудь сложной программы или игры. Так же эта информация нужна при апгрейде компьютера. Можно получить эти сведения несколькими способами.

Самый простой и быстрый способ это выяснить щелкнуть правой кнопкой мыши на иконке «Компьютер» расположенной на рабочем столе и выбрать пункт «Свойства». Среди прочего будет указан производитель, модель и тактовая частота процессора. Более подробную информацию включающую остальные характеристики процессора такие как ядро, техпроцесс, сокет, степпинг, кэш и так далее можно узнать с помощью специальных программ. Рекомендуем воспользоваться простой и удобной программой CPU-Z показывающей множество полезной информации о вашей системе. Данные о центральном процессоре собраны на вкладке CPU.

Как узнать, сколько ядер в процессоре

Эту информацию можно тоже получить разными путями. Проще всего запустить Диспетчер задач и на вкладке «Быстродействие» посмотреть количество столбцов в графике «Хронология загрузки ЦП». Запустить Диспетчер задач проще всего комбинацией клавиш Ctrl + Shift + Esc на клавиатуре. На рисунке ниже мы видим общий процент загрузки четырехъядерного процессора и для каждого ядра в отдельности.

Так же количество ядер процессора можно узнать в программах показывающих информацию о системе, например в вышеприведенной программе CPU-Z.

Поскольку производительность всего компьютера в наибольшей степени зависит от производительности ЦП, то именно он обычно является первым кандидатом на замену в старом компьютере. Однако если вы не собираетесь одновременно менять и материнскую плату, то ваш выбор жестко ограничен процессорным разъемом (сокетом) материнской платы. Более того даже если сокет на материнке и у процессора совпадают это еще не значит, что вы можете его установить. Иногда материнская плата поддерживает не все модели процессоров с данным процессорным разъемом или поддерживает только с обновленной прошивкой. Узнать точный перечень поддерживаемых материнской платой центральных процессоров можно в спецификациях на сайте производителя материнской платы.

Вот мы и рассмотрели, что такое центральный процессор, его основные характеристики, влияющие на производительность и как их можно узнать.