Что такое центральный процессор (ЦПУ, CPU)? Аккумуляторная батарея для Mate X. Системные требования к программе

Центральный процессор (CPU) - это компьютерный компонент, который отвечает за интерпретацию и выполнение большинства команд с другого оборудования и программного обеспечения компьютера.

Все устройства используют процессор, включая настольные, портативные и планшетные компьютеры, смартфоны... даже телевизор с плоским экраном.

Intel и AMD являются двумя наиболее популярными производителями процессоров для настольных компьютеров, ноутбуков и серверов, в то время как Apple , NVIDIA и Qualcomm являются крупными производителями смартфонов и планшетов.

Вы можете увидеть много разных имен, используемых для описания процессора, включая процессор, компьютерный процессор, микропроцессор, центральный процессор и «мозг компьютера».

Компьютерные мониторы или жесткие диски иногда очень неправильно упоминаются как CPU, но эти части аппаратного обеспечения выполняют совершенно разные цели и никоим образом не такие же, как у CPU.

Как процессор выглядит и где он находится

Современный процессор, как правило, небольшой и квадратный, со множеством коротких, округлых металлических разъемов на нижней стороне. Некоторые старые процессоры имеют контакты вместо металлических разъемов.

CPU подключается непосредственно к «сокету» процессора (или иногда к слоту) на материнской плате. ЦП вставлен в гнездо со штифтом вниз, а маленький рычаг помогает защитить процессор.

После запуска даже короткое время, современные процессоры могут стать очень горячими. Чтобы помочь рассеять это тепло, почти всегда необходимо прикрепить радиатор и вентилятор непосредственно к процессору. Как правило, они поставляются в комплекте с покупкой процессора.

Также доступны еще более продвинутые варианты охлаждения, включая комплекты для водяного охлаждения и устройства смены фазы.

Как упоминалось выше, не все процессоры имеют контакты на своих нижних сторонах, но в тех, которые делают, штыри легко согнуты. Будьте особенно осторожны при обращении, особенно при установке на материнскую плату.

Частота процессора

Тактовая частота процессора - это количество команд, которые он может обрабатывать в любой заданной секунде, измеренной в гигагерцах (ГГц).

Например, процессор имеет тактовую частоту 1 Гц, если он может обрабатывать каждую часть инструкции каждую секунду. Экстраполируя это на более реальный пример: процессор с тактовой частотой 3,0 ГГц может обрабатывать 3 миллиарда инструкций в секунду.

Процессорные ядра

Некоторые устройства имеют одноядерный процессор, в то время как другие могут иметь двухъядерный (или четырехъядерный и т. Д.) Как уже может показаться, наличие двух процессорных блоков, работающих бок о бок, означает, что ЦП может одновременно управлять двумя инструкциями каждую секунду, резко повышая производительность.

Некоторые процессоры могут виртуализировать два ядра для каждого доступного физического ядра, известного как Hyper-Threading . Виртуализация означает, что процессор с четырьмя ядрами может работать так, как если бы он имел восемь, а дополнительные виртуальные ядра процессора назывались отдельными потоками. Физические ядра, однако, работают лучше, чем виртуальные.

При разрешении процессора некоторые приложения могут использовать так называемую многопоточность. Если поток понимается как единое целое компьютерного процесса, то использование нескольких потоков в одном центральном ядре означает, что дополнительные инструкции могут быть поняты и обработаны сразу. Некоторое программное обеспечение может использовать эту функцию на нескольких ядрах процессора, что означает, что одновременно можно обрабатывать еще несколько инструкций.

Пример: Intel Core i3 против i5 против i7

Для более конкретного примера того, как некоторые процессоры быстрее других, давайте посмотрим, как Intel разработала свои процессоры.

Так же, как вы, вероятно, подозреваете в их названии, чипы Intel Core i7 работают лучше, чем чипы i5, которые работают лучше, чем чипы i3. Почему один лучше или хуже, чем другие, немного сложнее, но все еще довольно легко понять.

Процессоры Intel Core i3 - двухъядерные процессоры, а чипы i5 и i7 - четырехъядерные.

Turbo Boost - это функция чипов i5 и i7, которая позволяет процессору увеличить свою тактовую частоту за базовую скорость, например, от 3,0 ГГц до 3,5 ГГц, когда это необходимо. У чипов Intel Core i3 нет такой возможности. Модели процессоров, заканчивающиеся на «K», могут быть разогнанными, что означает, что эта дополнительная тактовая частота может быть принудительно использована и использоваться все время.

Hyper-Threading, как упоминалось ранее, позволяет обрабатывать два потока для каждого ядра ЦП. Это означает, что i3-процессоры с поддержкой Hyper-Threading поддерживают только четыре одновременных потока (так как они двухъядерные процессоры). Процессоры Intel Core i5 не поддерживают технологию Hyper-Threading, что означает, что они также могут работать с четырьмя потоками одновременно. Однако процессоры i7 поддерживают эту технологию, и поэтому (будучи четырехъядерными) могут обрабатывать 8 потоков одновременно.

Из-за ограничений мощности, присущих устройствам, которые не имеют постоянного питания (батареи с питанием, такие как смартфоны, планшеты и т. Д.), Их процессоры, независимо от того, являются ли они i3, i5 или i7, отличаются от настольных. Поскольку они должны найти баланс между производительностью и потреблением энергии.

Дополнительная информация о процессорах

Ни тактовая частота, ни просто количество ядер ЦП - это единственный фактор, определяющий, является ли один ЦП «лучше» другим. Это часто зависит от типа программного обеспечения, которое выполняется на компьютере, другими словами, приложений, которые будут использовать процессор.

Один процессор может иметь низкую тактовую частоту, но это четырехъядерный процессор, в то время как другой имеет высокую тактовую частоту, но является только двухъядерным процессором. Решая, какой из процессоров превосходит другой, опять же, полностью зависит от того, для чего используется процессор.

Например, программа для редактирования видео, требующая процессора, которая лучше всего работает на нескольких ядрах процессора, будет работать лучше на многоядерном процессоре с низкой тактовой частотой, чем на одноядерном процессоре с высокими тактовыми частотами. Не все программное обеспечение, игры и т. Д. Могут даже использовать больше, чем один или два ядра, что делает более доступными ядра ЦП очень бесполезными.

Другим компонентом процессора является кеш. Кэш CPU похож на временное место для широко используемых данных. Вместо того, чтобы вызывать оперативную память (ОЗУ) для этих элементов, ЦП определяет, какие данные, по-видимому, продолжают использовать, предполагает, что вы захотите продолжать использовать его и хранит в кэше. Кэш быстрее, чем использование ОЗУ, поскольку это физическая часть процессора; больше кеша больше пространства для хранения такой информации.

Может ли ваш компьютер работать с 32-разрядной или 64-разрядной операционной системой, зависит от размера блоков данных, которые может обрабатывать процессор. Доступ к памяти еще раз и в больших объемах с 64-разрядным процессором, чем 32-разрядный, поэтому операционные системы и приложения с 64-разрядной спецификой не могут работать на 32-разрядном процессоре.

Вы можете увидеть детали процессора компьютера, а также другую информацию об оборудовании, с большинством бесплатных системных информационных инструментов.

Каждая материнская плата поддерживает только определенный диапазон типов процессоров, поэтому перед покупкой всегда проверяйте у своего производителя материнской платы. Кстати, процессоры не всегда идеальны.

Процессор - это, без сомнения, главный компонент любого компьютера. Именно этот небольшой кусочек кремния, размером в несколько десятков миллиметров выполняет все те сложные задачи, которые вы ставите перед своим компьютером. Здесь выполняется операционная система, а также все программы. Но как все это работает? Этот вопрос мы попытаемся разобрать в нашей сегодняшней статье.

Процессор управляет данными на вашем компьютере и выполняют миллионы инструкций в секунду. И под словом процессор, я подразумеваю именно то, что оно на самом деле означает - небольшой чип из кремния, который фактически выполняет все операции на компьютере. Перед тем как перейти к рассмотрению как работает процессор, нужно сначала подробно рассмотреть что это такое и из чего он состоит.

Сначала давайте рассмотрим что такое процессор. CPU или central processing unit (центральное обрабатывающее устройство) - который представляет из себя микросхему с огромным количеством транзисторов, сделанную на кристалле кремния. Первый в мире процессор был разработан корпорацией Intel в 1971 году. Все началось с модели Intel 4004. Он умел выполнять только вычислительные операции и мог обрабатывать только 4 байта данных. Следующая модель вышла в 1974 году - Intel 8080 и мог обрабатывать уже 8 бит информации. Дальше были 80286, 80386, 80486. Именно от этих процессоров произошло название архитектуры.

Тактовая частота процессора 8088 была 5 МГц, а количество операций в секунду только 330 000 что намного меньше чем в современных процессоров. Современные устройства имеют частоту до 10 ГГц и несколько миллионов операций в секунду.

Мы не будем рассматривать транзисторы, переместимся на уровень выше. Каждый процессор состоит из таких компонентов:

Ядро - здесь выполняется вся обработка информации и математические операции, ядер может быть несколько;
Дешифратор команд - этот компонент относится к ядру, он преобразует программные команды в набор сигналов, которые будут выполнять транзисторы ядра;
Кэш - область сверхбыстрой памяти, небольшого объема, в которой хранятся данные, прочитанные из ОЗУ;
Регистры - это очень быстрые ячейки памяти, в которых хранятся сейчас обрабатываемые данные. Их есть всего несколько и они имеют ограниченный размер - 8, 16 или 32 бит именно от этот зависит разрядность процессора;
Сопроцессор - отдельное ядро, которое оптимизировано только для выполнения определенных операций, например, обработки видео или шифрования данных;
Адресная шина - для связи со всеми, подключенными к материнской плате устройствами, может иметь ширину 8, 16 или 32 бит;
Шина данных - для связи с оперативной памятью. С помощью нее процессор может записывать данные в память или читать их оттуда. Шина памяти может быть 8, 16 и 32 бит, это количество данных, которое можно передать за один раз;
Шина синхронизации - позволяет контролировать частоту процессора и такты работы;
Шина перезапуска - для обнуления состояния процессора;

Главным компонентом можно считать ядро или вычислительное-арифметическое устройство, а также регистры процессора. Все остальное помогает работать этим двум компонентам. Давайте рассмотрим какими бывают регистры и какое у них предназначение.

Регистры A, B, C - предназначены для хранения данных во время обработки, да, их только три, но этого вполне достаточно;
EIP - содержит адрес следующей инструкции программы в оперативной памяти;
ESP - адрес данных в оперативной памяти;
Z - содержит результат последней операции сравнения;

Конечно, это далеко не все регистры памяти, но эти самые главные и ими больше всего пользуется процессор во время выполнения программ. Ну а теперь, когда вы знаете из чего состоит процессор, можно рассмотреть как он работает.

Как работает процессор компьютера?

Вычислительное ядро процессора может выполнять только математические операции, операции сравнения и перемещение данных между ячейками и оперативной памятью, но этого вполне достаточно, чтобы вы могли играть игры, смотреть фильмы и просматривать веб-страницы и многое другое.

Фактически любая программа состоит из таких команд: переместить, сложить, умножить, делить, разница и перейти к инструкции если выполняется условие сравнения. Конечно, это далеко не все команды, есть другие, которые объединяют между собой уже перечисленные или упрощают их использование.

Все перемещения данных выполняются с помощью инструкции перемещения (mov), эта инструкция перемещает данные между ячейками регистров, между регистрами и оперативной памятью, между памятью и жестким диском. Для арифметических операций есть специальные инструкции. А инструкции перехода нужны для выполнения условий, например, проверить значение регистра A и если оно не равно нулю, то перейти к инструкции по нужному адресу. Также с помощью инструкций перехода можно создавать циклы.

Все это очень хорошо, но как же все эти компоненты взаимодействуют между собой? И как транзисторы понимают инструкции? Работой всего процессора управляет дешифратор инструкций. Он заставляет каждый компонент делать то, что ему положено. Давайте рассмотрим что происходит когда нужно выполнить программу.

На первом этапе дешифратор загружает адрес первой инструкции программы в памяти в регистр следующей инструкции EIP, для этого он активирует канал чтения и открывает транзистор-защелку чтобы пустить данные в регистр EIP.

Во втором тактовом цикле дешифратор инструкций преобразует команду в набор сигналов для транзисторов вычислительного ядра, которые выполняют ее и записывают результат в один из регистров, например, С.

На третьем цикле дешифратор увеличивает адрес следующей команды на единицу, так, чтобы он указывал на следующую инструкцию в памяти. Далее, дешифратор переходит к загрузке следующей команды и так до окончания программы.

Каждая инструкция уже закодирована последовательностью транзисторов, и преобразованная в сигналы, она вызывает физические изменения в процессоре, например, изменению положения защелки, которая позволяет записать данные в ячейку памяти и так далее. На выполнение разных команд нужно разное количество тактов, например, для одной команды может понадобиться 5 тактов, а для другой, более сложной до 20. Но все это еще зависит от количества транзисторов в самом процессоре.

Ну с этим все понятно, но это все будет работать только если выполняется одна программа, а если их несколько и все одновременно. Можно предположить, что у процессора есть несколько ядер, и тогда на каждом ядре выполняется отдельная программ. Но нет, на самом деле там таких ограничений нет.

В один определенный момент может выполняться только одна программа. Все процессорное время разделено между всеми запущенными программами, каждая программа выполняется несколько тактов, затем процессор передается другой программе, а все содержимое регистров сохраняется в оперативную память. Когда управление возвращается этой программе, то в регистры грузятся ранее сохраненные значения.

Выводы

Вот и все, в этой статье мы рассмотрели как работает процессор компьютера, что такое процессор и из чего он состоит. Возможно, это немного сложно, но мы рассмотрели все более просто. Надеюсь, теперь вам стало более ясно то, как работает это очень сложное устройство.

На завершение видео об истории создания процессоров:

Компьютер представляет собой комплекс из различных устройств, объединенных в единый блок посредством шин (актуально для внутренних комплектующих). Например, в состав любого компьютера входят центральный процессор, видеоадаптер и пр. Их характеристики определяют общую итоговую производительность и возможности. Одним из важнейших компонентов является центральный процессор. Иногда можно встретить другие его названия: CPU (англ. Central Processing Unit - основная вычислительная единица), проц, камень.

Что такое CPU с точки зрения рядового пользователя? По аналогии с телом человека проц можно сравнить с мозгом. Он выполняет все математические расчеты и частично обеспечивает взаимодействие компонентов между собой. Физически процессор представляет собой самую крупную микросхему, устанавливаемую в специальный разъем материнской платы. Внутри нее содержатся сложные логические схемы из нескольких миллиардов транзисторов. Люди, интересующиеся вопросом «что такое CPU», могут легко определить процессор среди других внутренних компонентов. Ведь на нем всегда расположена система активного охлаждения: массивный металлический радиатор и вентилятор. Необходимость в них вызвана тем фактом, что потребляемая микросхемой часто составляет десятки ватт. Малый объем рассеивающей поверхности и высокая мощность приводят к нагреву корпуса CPU, что требует использования охлаждения.

По-разному решают вопрос нагрева: одни оптимизируют архитектуру, внося механизмы отключения неиспользуемых блоков, другие снижают напряжение питания и используют для производства новейшие достижения («тонкий» техпроцесс) и пр. В настоящее время основными «игроками» на рынке центральных процессоров для настольных компьютеров и ноутбуков являются две компании - Intel и AMD. Соответственно, вся остальная инфраструктура подстраивается под особенности их продукции.

Часто на вопрос «что такое CPU» дают довольно обобщающие ответы. Это объясняется очень просто: сейчас термин «процессор» приобрел более широкое значение, чем «часть компьютера». Так, в любом современном мобильном телефоне есть блок, выполняющий математические расчеты - это тоже процессор. Даже владельцам управляемых детских игрушек полезно знать, что такое CPU, ведь в них тоже присутствует вычислительный блок.

Очевидно, что не рассмотрев принцип работы процессора, понять общие особенности его работы невозможно. Работой CPU управляют программы. Они представляют собой наборы инструкций для процессора, написанные на каком-либо языке программирования. Говоря человеческим языком, в программе указан точный порядок действий. Все помнят или хотя бы слышали о В нем для того, чтобы нарисовать на экране круг, требовалось выполнить команду Circle (координаты). Современные принципы создания программ остались такими же: задачи создаются командами языков программирования. При запуске программы на компьютере специальный программный декодер преобразует команды используемого языка в предназначенный для непосредственной обработки на CPU. Этот код - двоичный, представляет собой последовательность единиц и нулей. Многие не могут понять, почему было решено использовать именно а не привычную десятеричную. На самом деле все объясняется очень просто: двоичные разряды легко можно представить командами для самих транзисторов. Например, так как речь идет о цифровых устройствах, то можно представить цифру «1» как наличие напряжения на базе определенного транзистора, а «0» - как его отсутствие. Соответственно, в первом случае транзистор открыт и пропускает через себя ток, а во втором - заперт (конечно, все упрощенно и с множеством оговорок).

Скорость выполнения инструкций программы определяет быстродействие процессора. На это влияют архитектура, частота работы внутренних схем, оптимизация кода.

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.

Центральный процессор является мозгом и сердцем компьютера

Само слово процессор происходит от английского глагола to process, что в переводе на русский будет звучать, как обрабатывать. В общем понимании, под данным термином подразумевается устройство или набор программ, которые используются для совершения вычислительных операций или обработки массива данных или процесса.

В персональном компьютере процессор выполняет функцию «мозга», являясь основной микросхемой, которая требуется для бесперебойной и правильной работы ПК. Под управлением CPU находятся все внутренние и периферийные устройства.

К СВЕДЕНИЮ:

очень часто процессор обозначается английской аббревиатурой CPU. Это расшифровывается как Central Processing Unit, или центральное обрабатывающее устройство.

Внешне процессор представляет собой небольшую квадратную плату, верхняя часть которой закрыта металлической крышкой, служащей для защиты микросхем, а нижняя поверхность усыпана большим количеством контактов. Именно этой стороной процессор устанавливается в специальный разъём или сокет, располагающийся на материнской плате. ЦП, или центральный процессор, является самой важной деталью современного компьютера. Без команды, которую отдаёт CPU, не происходит выполнение ни одной, даже самой простой, операции, например, сложение двух чисел или запись одного байта информации.

Как работает процессор

Принцип работы процессора – это последовательная обработка разных операций. Они происходят очень быстро, основные из них:

При запуске любого процесса, заключающегося в исполнении программного кода, управляющий блок ЦП извлекает все необходимые данные и набор операндов, требуемых к исполнению. Далее это отгружается в буферную или кэш-память.
На выходе из кэша весь поток информации делится на две категории – инструкции и значения. Они перенаправляются в соответствующие ячейки памяти, которые называются регистры. Первые помещаются в регистры команд, вторая категория − в регистры данных.
Находящуюся в регистрах памяти информацию обрабатывает арифметически-логическое устройство. Это одна из частей ЦП, которая требуется для проведения арифметических и логических операций.
Результаты вычислений разделяются на два потока – законченные и незаконченные, которые, в свою очередь, отправляются обратно в кэш-память.
По завершению цикла вычислений конечный итог записывается в оперативную память. Это требуется для высвобождения места в буфере, которое необходимо для проведения новых вычислительных операций. При переполнении кэша все неактивные процессы перемещаются в ОЗУ или на нижний уровень.

К СВЕДЕНИЮ:

буферная память виртуально делится на две части – нижний и верхний уровень. Активные процессы находятся на верхнем «этаже», а неважные операции перемещаются на нижний уровень. При необходимости нижние слои информации используются системой, в остальное время данные не задействованы. Такой подход позволяет процессору использовать все ресурсы для текущей операции.

Упрощённая схема работы центрального процессора

Из чего состоит процессор

Чтобы представить, как работает ЦПУ, нужно понимать, из каких частей он состоит. Основными составляющими процессора являются:

Верхняя крышка , которая представляет собой металлическую пластину, выполняющую функции защиты внутреннего содержимого и теплоотведения.
Кристалл . Это самая важная часть CPU. Кристалл изготавливается из кремния и содержит на себе большое количество мельчайших микросхем.
Подложка из текстолита , которая служит контактной площадкой. На ней крепятся все детали ЦП и располагаются контакты, через которые происходит взаимодействие со всей остальной системой.

При креплении верхней крышки применяется клей-герметик, способный выдерживать воздействие высоких температур, а для устранения зазора внутри собранного процессора используется термопаста. После застывания она образует своеобразный «мостик», который требуется для обеспечения оттока тепла от кристалла.

Основные детали ЦП − крышка, кристалл и контактная площадка

Что такое ядро процессора

Если сам центральный процессор можно назвать «мозгом» компьютера, то ядро считается основной деталью самого ЦП. Ядро – это набор микросхем, расположенных на площадке из кремния, размер которой не превышает квадратного сантиметра. Совокупность микроскопических логических элементов, посредством которых реализована принципиальная схема работы, носит название архитектуры.

Немного технических подробностей: в современных процессорах крепление ядра к платформе чипа осуществляется с помощью системы «флип-чип», такие стыки обеспечивают максимальную плотность соединения.

Каждое ядро состоит из определённого количества функциональных блоков:

блок работы с прерываниями , который необходим для быстрого переключения между задачами;
блок выработки инструкций , отвечающий за получение и направление команд для последующей обработки;
блок декодирования , который нужен для обработки поступающих команд и определения действия, необходимых для этого;
управляющий блок , который занимается передачей обработанных инструкций на прочие функциональные части и координацией нагрузки;
последними являются блоки выполнения и сохранения .

Ядро процессора представляет собой мельчайшую плату, на которой расположены рабочие элементы

Что такое сокет процессора

Термин socket переводится с английского языка как «гнездо» или «разъём». Для персонального компьютера данный термин одновременно относится непосредственно к материнской плате и процессору. Сокет – это место крепления ЦП. Они различаются между собой такими характеристиками, как размер, количество и тип контактов, особенностями монтажа охлаждения.

Два крупнейших производителя процессоров – Intel и AMD − ведут давнюю маркетинговую войну, предлагая каждый свой собственный сокет, подходящий только под CPU своего производства. Цифра в маркировке конкретного сокета, например, LGA 775, обозначает количество контактов или контактных ножек. Также в технологическом плане сокеты могут различаться между собой:

присутствием дополнительных контроллеров;
возможностью технологии поддержи графического ядра процессора;
производительностью.

Сокет также может оказывать влияние на следующие параметры работы компьютера:

вид поддерживаемой ОЗУ;
частоту работы шины FSB;
косвенно, на версию PCI-e и разъём SATA.

Создание специального гнезда для крепления центрального процессора требуется, чтобы пользователь мог совершать апргрейд системы и менять ЦПУ в случае его выхода из строя.

Сокет процессор – это гнездо для его установки на материнской плате

Графическое ядро в процессоре: что это такое

Одной из деталей ЦП, кроме непосредственно основного ядра, может быть графический процессор. Что это такое, и для чего требуется применение подобного компонента? Сразу следует отметить, что встраивание графического ядра не является обязательным и присутствует не в каждом процессоре. Это устройство требуется для исполнения основных функций CPU в виде решения вычислительных задач, а также поддержку графики.

К СВЕДЕНИЮ:

иногда можно встретить аббревиатуру IGP, которая расшифровывается как Integrated Graphics Processor или интегрированный графический процессор. Это означает, что в данном конкретном ПК применяется подобное решение, а дискретная видеокарта может вообще отсутствовать.

Причинами, по которым производители используют технологии объединения двух функций в одном ядре, являются:

сокращение энергопотребления, поскольку меньшие по размеру устройства требуют меньше питания и затрат на охлаждение;
компактность;
снижение стоимости.

Применение интегрированной или встроенной графики чаще всего наблюдается в ноутбуках или недорогих ПК, предназначенных для офисной работы, где нет завышенных требований к графике.

Графическое ядро – это вынесенный на ЦП графический сопроцессор

Основные понятия процессора в информатике

Что такое потоки в процессоре

Поток выполнения в ЦП – это наименьшая единица обработки, которая назначается ядром, необходимая для разделения кода и контекста исполняемого процесса. Одномоментно может существовать несколько процессов, которые одновременно используют ресурсы ЦП. Существует оригинальная разработка компании Intel, которая стала применяться в моделях, начиная с процессора Intel Core i3, которая именуется HyperThreading. Это технология деления физического ядра на два логических. Таким образом, операционная система создаёт дополнительные вычислительные мощности и увеличивает поточность. Получается, что только показатель количества ядер не будет решающим, поскольку в некоторых случаях компьютеры, имеющие 4 ядра, проигрывают по быстродействию тем, которые имеют всего 2.

Количество потоков можно посмотреть через диспетчер задач

Что такое техпроцесс в процессоре

Под техпроцессом в информатике понимается размер транзисторов, применяемых в ядре компьютера. Процесс изготовления ЦП происходит по методу фотолитографии, когда из покрытого диэлектрической плёнкой кристалла под действие света вытравливаются транзисторы. Используемое оптическое оборудование имеет такой показатель, как разрешающая способность. Это и будет технологическим процессом. Чем она выше, тем большее количество транзисторов можно уместить на одном кристалле.

Снижению размеров кристалла способствует:

снижение тепловыделения и энергопотребления;
производительность, поскольку при сохранении физического размера кристалла удаётся поместить на нём большее количество рабочих элементов.

Единицей измерения техпроцесса является нанометр (10-9). Большинство современных процессоров изготавливается по 22 нм технологическому процессу.

К СВЕДЕНИЮ:

в качестве примера можно привести процессор Intel Core i7, который при размере кристалла в 160 мм содержит 1,4 млрд рабочих элементов.

Техпроцесс – это увеличение количества рабочих элементов процессора при сохранении его размеров

Что такое виртуализация процессора

Основа метода заключается в разделении ЦП на гостевую и мониторную часть. Если требуется переключение с основной на гостевую ОС, тогда процессор автоматически осуществляет эту операцию, сохраняя видимыми только те значения регистра, которые требуются для стабильной работы. Поскольку гостевая операционная система взаимодействует напрямую с процессором, то работа виртуальной машины будет значительно быстрее.

Включение виртуализации возможно в настройках BIOS. Большая часть материнских плат и процессоров от AMD не поддерживает технологию создания виртуальной машины аппаратными методами. Тут на помощь пользователю приходят программные способы.

Виртуализация активируется в БИОС

Что такое регистры процессора

Регистр процессора – это специальный набор цифровых электрических схем, которые относятся к сверхбыстрой памяти, необходимой ЦП для хранения результатов промежуточных операций. Каждый процессор содержит великое множество регистров, большая часть которых недоступна программисту и зарезервирована для исполнения основных функций ядра. Существуют регистры общего и специального назначения. Первая группа доступна для обращения, вторая используется самим процессором. Поскольку скорость взаимодействия с регистрами ЦП выше, чем обращение в оперативной памяти, они активно применяются программистами для написания программных продуктов.

Регистры процессора

Основные технические характеристики процессора

Что такое тактовая частота процессора

Многие пользователи слышали такое понятие, как тактовая частота, но не все до конца представляют себе, что это такое. Говоря простым языком, это количество операций, которое может выполнять ЦП за 1 секунду. Здесь действует правило – чем выше показатель такта, тем более производительный компьютер.

Единицей измерения тактовой частоты является Герц, который по физическому смыслу является отображением количества колебаний за установленный отрезок времени. Образование тактовых колебаний происходит за счёт действия кристалла кварца, который располагается в тактовом резонаторе. После подачи напряжения происходит возникновение колебаний электрического тока. Они передаются на генератор, преобразующий их в импульсы, которые посылаются на шины данных. Тактовая частота процессора не единственная характеристика оценки скорости работы ПК. Также требуется учитывать количество ядер и объём буферной памяти.

Посмотреть тактовую частоту можно в БИОС или при помощи специального софта

Что такое разрядность процессора

Каждый пользователь ОС от Windows при установке новых программ сталкивался с выбором версии под разрядность системы. Что же такое разрядность ЦПУ? Выражаясь простым языком, это показатель, называемый иначе машинным словом, показывающий, сколько бит информации ЦП обрабатывает за один такт. В современных процессорах этот показатель может быть кратным 32 или 64.

К СВЕДЕНИЮ:

для обычного пользователя показатель разрядности будет определять максимальный объём ОЗУ, который поддерживается процессором. Для 32 бит это 4 Гб, а для 64 бит верхний предел составляет уже 16 Тб.

Разрядность может иметь значение 32 и 64 бита

Что такое троттлинг процессора

Троттлинг, или дросселирование, – это защитный механизм, который применяется для предотвращения перегрева центрального процессора или возникновения аппаратных сбоев при работе. Функция активна по умолчанию и срабатывает при повышении температуры до критической отметки, которая установлена для каждой конкретной модели ЦП производителем. Защита осуществляется путём снижения производительности ядра. При возвращении температуры к нормальным показателям функция автоматически отключается. Существует возможность принудительно поменять параметры троттлинга через БИОС. Она активно используется любителями разгона ЦП или оверклокерами, но для простого пользователя подобные изменения чреваты поломкой ПК.

При превышении допустимых температур ЦП автоматически включается система защиты, или троттлинг

Температура процессора и видеокарты

При работе ядра и прочих элементов ЦП выделяется большое количество тепла, именно поэтому в современных компьютерах используются мощные системы охлаждения, как центрального процессора, так и основных узлов материнской платы. Требовательные программы, которые активно используют мощности ЦП и видеокарты (обычно это игры), нагружают процессор, что приводит к быстрому повышению температуры. В этом случае включается троттлинг. Многие производители видеокарт утверждают, что их продукция способна нормально функционировать даже при 100°C. В реальности предельной температурой будет та, которая указана в технической документации.

К СВЕДЕНИЮ:

мощные видеокарты и процессоры работают на повышенных тактовых частотах, что приводит к большему тепловыделению. Поэтому они требуют улучшенного охлаждения.

Самостоятельно контролировать температурный режим можно посредством специального софта для мониторинга (AIDA64, GPU Temp, Speccy). Если при работе или игре наблюдается подтормаживание, значит, вполне вероятно, температура возросла до критической отметки, и автоматически сработала защита.

Самостоятельно отслеживать температуру ЦП и видеокарты можно посредством специального софта

Что такое турбо буст в процессоре

Turbo Boost – это запатентованная технология компании Intel, которая применяется в процессорах Intel Core i5 и i7 первых трёх генераций. Она применяется для аппаратного ускорения работы ЦП на определённое время. С использованием технологии процедура разгона осуществляется с учётом всех важных параметров – силы тока, температуры, напряжения, состояния ОС, поэтому она полностью безопасна для компьютера. Прирост в скорости работы процессора носит временный характер и будет зависеть от типа нагрузки, количества ядер и конфигурации платформы. Дополнительно следует отметить, что технология поддерживается только операционными системами Windows 7 и 8.

Фирменная технология от компании Intel позволяет добиться временного улучшения производительности компьютера

Виды процессоров

Всего принято выделять 5 основных видов процессоров в компьютере:

Буферный . Это сопроцессор, который требуется для предварительной обработки информации между периферией и ЦП.
Препроцессор . По своей сути, это аналогичный предыдущему процессор, назначением которого является промежуточная обработка данных.
CISC . ЦП, выпускаемый компанией Intel, который отличается от обычного увеличенным набором команд.
RISC . Альтернативная версия CISC, имеющая сокращённое количество команд. Большинство крупных производителей процессоров работает на сочетании двух разновидностей (CISC и RISC), что позволит увеличить мощность и скорость работы ядра.
Клоны . Это процессоры, которые выпускаются некрупными производителями по лицензии или полностью пиратским способом.

Самые популярные модели и производители

Рынок микропроцессоров делят два крупных производителя – Intel и AMD, которые ведут непримиримую борьбу на протяжении всего времени своего существования. Каждая компания предлагает свои готовые решения. Выбор конкретной модели является субъективным решением конечного пользователя, поскольку каждый производитель предлагает широкую линейку моделей, имеющую как бюджетные варианты, так и топовые игровые ЦП.

Наибольшую популярность в линейке процессоров от Intel приобрели модели Intel Core i3, i5 и i7. В зависимости от модификации они могут использоваться как в игровых ПК, так и в офисных машинах. У AMD одними из лучших считаются процессоры серии Ryzen, демонстрирующие хорошие показатели производительности. Серия Athlon до сих пор встречается, но относится уже к архивным. Для нетребовательного пользователя подойдут процессоры AMD A серии.

AMD и Intel являются двумя самыми крупными компаниями по производству процессоров

Что такое скальпирование процессора

Скальпирование процессора – это процедура снятия крышки для замены термопасты. Проведение данной процедуры является одной из составных частей разгона или может потребоваться для снижения нагрузки на аппаратную часть ЦП.

Сама процедура заключается в:

снятии крышки;
удалении старой термопасты;
очистке кристалла;
нанесении нового слоя термопасты;
закрытии крышки.

При проведении процедуры следует учитывать тот факт, что одно неверное движение может привести к выходу процессора из строя. Поэтому лучше доверить это мероприятие профессионалам. Если решение провести скальпирование в домашних условиях принято окончательно, то можно посоветовать приобрести специальный прибор в виде зажима для ЦП, что облегчит снятие крышки без повреждения кристалла.

Скальпирование процессора – это процедура вскрытия крышки для замены термопасты

Как разогнать процессор

Проведение оверклокинга, или разгона центрального процессора, может быть целесообразно при наличии устаревшего оборудования и отсутствии средств для покупки нового камня. Обычно проведение процедуры позволяет получить прирост производительности от 10 до 20%. Существует два метода, как провести разгон, – путём увеличения частоты шины FSB или повышения множителя процессора. Современные компьютеры, по общему правилу, поставляются с заблокированным множителем, поэтому самым доступным будет способ изменения частоты системной шины.

Разгон процессора осуществляется путём повышения частоты шины или множителя процессора

Основные советы по разгону:

Трогать питание ядра при отсутствии опыта не рекомендуется.
Повышение показателя частоты следует проводить поэтапно, увеличивая за один раз не более чем на 100 МГц.
Отслеживать температуру, поскольку при повышении частоты увеличивается тепловыделение.
При решении увеличить питание ядра шаг составляет 0,05В, при этом максимальный предел не должен превышать 0,3В, иначе велика вероятность выхода ЦП из строя.
После каждого повышения требуется тестировать стабильность работы. При первых сбоях разгон необходимо прекратить.

К СВЕДЕНИЮ:

если при достижении максимальной частоты наблюдается стабильная работа, но чрезмерное нагревание, в этом случае необходимо полностью изучить работу системы охлаждения ПК.

Упростить процесс разгона можно посредством применения специальных программ, которые самостоятельно контролируют основные параметры, затрагиваемые при оверклокинге.

Процессор – это сердце вашего ПК. Именно здесь идёт администрирование всех процессов машины. От того, насколько эффективно будет работать этот блок, зависит качество работы всего компьютера. А значит, и ваша уверенность и спокойствие полностью зависят от выбора качественной начинки аппаратно-вычислительной машины.

Если у вас есть вопросы к нашим экспертам, можно оставить их ниже.