Процессор

Центральный процессор

Центра́льный проце́ссор (ЦП; также центра́льное проце́ссорное устро́йство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок, либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде. −

История Создания

intel 4004

В 60-х годах появились первые интегральные микросхемы которые на долгое время стали неотъемлемой частью любого вычислительного устройства. Началом эпохи современных CPU можно смело назвать 1971-й год. Первым однокристальным микропроцессором считается 4-битный Intel 4004, вышедший 15 ноября 1971 года. Компания Intel только начинала свой путь становления и ее создатели, Роберт Нойс, Гордон Мур и Эндрю Гроув, потратили немало сил на процесс развития. Благодаря вкладу итальянского физика Федерико Фаджина, инженерам компании удалось разместить ключевые компоненты на один чип и создать микропроцессор 4004. Intel 4004 производился по 10-мкм техпроцессу, насчитывал 2250 транзисторов и работал на частоте 108 кГц (проводил 92 600 операций в секунду). Частота синхронизации была 740 кГц. Объем памяти доходил до 4 Кб, разрядность шины — 4 бита. Площадь кристалла составляла 12 мм2.

intel 8008

В начале 70-х компания выпустила первый 8-битный центральный процессор Intel 8008. Он разрабатывался одновременно с 4004 под заказ для Computer Terminal Corporation (в последствии Datapoint). Но компания отказалась от CPU (как и от сотрудничества с Intel) из-за того, что процесс создания микросхемы вышел за пределы установленных сроков, а его характеристики не соответствовали ожиданиям.

По технических характеристикам микропроцессор 8008 во многом соответствовал предыдущей версии. Он производился по тому же 10-мкм техпроцессу и содержал 3500 транзисторов. Внутренний стек поддерживал 8 уровней, а объем памяти был 16 Кб. Тактовая частота оказалась ниже, чем у 4004, она составляла 500 кГц. По скорости 8-битный процессор Intel отставал от 4-битного. Разрядность шины была 8-бит. Процессор мог обратиться к 8 портам ввода и 24 портам вывода.

MOS Technology 6502

В 1975 году компания MOS Technology представила 8-разрядный микропроцессор 6502. По сути, этот процессор был обновленной версией 6501, потерпевшей неудачу из-за совместимости по выводам с Motorola 6800. По характеристикам CPU уступал конкурентам 8080 и 6800. У него была 16-битная адресная шина, 64 Кб оперативной памяти. Тактовая частота составляла всего 1 МГц. Процессор имел CISC-архитектуру.

Преимуществом данной модели была цена — всего $25 (в разы дешевле чем у Intel и Motorola). Это поспособствовало стремительному росту продаж процессора.

6502 использовался в таких ПК, как Apple I, Apple II, Commodore PET и т.д. Также процессоры данной серии нашел применение в видеоиграх, начиная с приставки Atari 2600, использующую модель 6507 с меньшим количеством выводов и возможностью адресации только 8 Кб памяти.

MOS Technology предоставили лицензии компаниями Rockwell, Synertek на производство процессоров и применение 6502. Существовал советский аналог 4К602ВМ1.

Intel i386

В 1985 году вышел 32-битный процессор с архитектурой x86 третьего поколения Intel 80386 (или i386). Процессор сохранил обратную совместимость с 8086 и 80286. Производился по 1,5-мкм — 1,0-мкм техпроцессу. Через страничное преобразование процессор мог адресовать до 4 Гб физической памяти и до 64 Гб виртуальной памяти. Тактовая частота составляла 12 МГц — 40 МГц. Процессор Intel i386 представлялся в разных модификациях, отличающихся между собой производительностью, потребляемой мощностью, разъемами, корпусами и другими характеристиками. Модели: 386DX (DX — Double-word eXternal), 386SX, 386SL и 386EX (модификация процессора 386SX).

Первым компьютером, использующим процессор, стал Compaq Deskpro 386. Также модель была первым 32-разрядным процессором для настольных и портативных IBM PC. i386 было довольно много клонов, которые производились компаниями AMD, Cyrix и IBM. Топовая модель компании AMD была Am386DX, которая не уступала в производительности, стоила дешевле и имела тактовую частоту 40 МГц. Клоны компании Cyrix 86SLC и 486DLC также хорошо воспринялись пользователями. Наиболее известные клоны компании IBM были процессоры 386SLC и 386DLC, которые использовались в настольных компьютерах IBM PS/2 и PS/ValuePoint.

Настоящие время

В настоящие время на рынке пользуются спросом процессоры AMD и Intel, большинство процессоров на рынке 64-х битные.

Средняя частота для компьютерных процессоров - 2.7-3 Ггц.

Основные характеристики

Производители процессоров

На рынке процессоров два крупных, лидирующих производителя: Intel и AMD. Характеристики процессоров у разных производителей различны. Многое зависит от совершенства технологий, использованных материалов, компоновки и других нюансов.

Тактовая частота процессора

Тактовая частота указывает скорость работы процессора в герцах (ГГц) – количество рабочих операций в секунду. Тактовая частота процессора подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Да, эта характеристика процессора значительно влияет на скорость работы вашего ПК, но производительность зависит не только он неё.Внутренняя тактовая частота обозначает темп, с которым процессор обрабатывает внутренние команды. Чем выше показатель – тем быстрее внешняя тактовая частота.Внешняя тактовая частота определяет, с какой скоростью процессор обращается к оперативной памяти.

Разрядность процессора

Разрядность представляет собой предельное количество разрядов двоичного числа, над которым единовременно может производиться машинная операция передачи информации. Чем больше разрядность, тем выше производительность процессора. Сейчас большинство процессоров имеют разрядность в 64 бита и поддерживают от 4 гигабайт ОЗУ. Это одна из основных характеристик процессора, но далеко не единственная, при выборе нужно руководствоваться не только ей.

Размерность технологического процесса

Определяет размеры транзистора (толщину и длину затвора). Частота работы кристалла определяется частотой переключений транзисторов (из закрытого состояния в открытое). Если меньше размер, значит меньше площадь, а значит и выделение тепла. Размерность технологического процесса измеряется в нанометрах, чем меньше этот показатель, тем лучше.

Сокет или разъем

Гнездовой или щелевой разъем, предназначен для интеграции чипа ЦП в схему материнской платы. Каждый разъем допускает установку только определенного типа процессоров, сверьте сокет выбранного процессора с вашей материнской платой, она должна ему соответствовать.

• Тип гнездового разъема:
  • PGA (Pin Grid Array) – корпус квадратной или прямоугольной формы, штырьковые контакты.
  • BGA (Ball Grid Array) – шарики припоя.
  • LGA (Land Grid Array) – контактные площадки.

Кэш-память процессора

Кэш-память процессора является одной из ключевых характеристик, на которую стоит обратить внимание при выборе. Кэш-память – массив сверхскоростной энергозависимой ОЗУ. Является буфером, в котором хранятся данные, с которыми процессор взаимодействует чаще или взаимодействовал в процессе последних операций. Благодаря этому уменьшается количество обращений процессора к основной памяти. Этот вид памяти делится на три уровня: L1, L2, L3. Каждый из уровней отличается по размеру памяти и скорости, и задачи ускорения у них отличаются. L1 — самый маленький и быстрый, L3 — самый большой и медленный. Чем больше объем кэш-памяти, тем лучше. К каждому уровню процессор обращается поочередно (от меньшего к большему), пока не обнаружит в одном из них нужную информацию. Если ничего не найдено, обращается к оперативной памяти.

Энергопотребление и тепловыделение

Чем выше энергопотребление процессора, тем выше его тепловыделение. Нужно позаботиться о достаточном охлаждении.

• TDP (Thermal Design Power) – параметр, указывающий на то количество тепла, которое способна отвести охлаждающая система от определенного процессора при наибольшей нагрузке. Значение представлено в ваттах при максимальной температуре корпуса процессора.
• ACP (Average CPU Power) – средняя мощность процессора, показывающая энергопотребление процессора при конкретных задачах.

Значение параметра ACP на практике всегда ниже TDP.

Рабочая температура процессора

Наивысший показатель температуры поверхности процессора, при котором возможна нормальная работа (54-100 °С). Этот показатель зависит от нагрузки на процессор и от качества отвода тепла. При превышении предела компьютер либо перезагрузится, либо просто отключится. Это очень важная характеристика процессора, которая напрямую влияет на выбор типа охлаждения.

Множитель и системная шина

Эти параметры необходимы скорее тем, кто со временем планирует разогнать свой камень. Front Side Bus – частота системной шины материнской платы. Тактовая частота процессора является произведением частоты FSB на множитель процессора. У большинства процессоров заблокирован разгон по множителю, поэтому приходится разгонять по шине. Стоит ознакомиться с этой характеристикой процессора более детально, если вы через какой-то промежуток времени захотите увеличить производительность программным способом, без апгрейда железа.

Встроенное графическое ядро

Процессор может быть оснащен графическим ядром, отвечающим за вывод изображения на ваш монитор. В последние годы, встроенные видеокарты такого рода хорошо оптимизированы и без проблем тянут основной пакет программ и большинство игр на средних или минимальных настройках. Для работы в офисных приложениях и серфинга в интернете, просмотра Full HD видео и игры на средних настройках такой видеокарты вполне достаточно, и это Intel.Что касается процессоров от компании AMD, их встроенные графические процессоры более производительные, что делает процессоры от AMD приоритетнее для любителей игровых приложений, желающих сэкономить на покупке дискретной видеокарты.

Количество ядер (потоков)

• Многоядерность одна из важнейших характеристик центрального процессора, но в последнее время ей уделяют слишком много внимания. Да, сейчас уже нужно постараться, чтобы найти рабочие одноядерные процессоры, они себя благополучно изжили. На замену одноядерным пришли процессоры с 2, 4 и 8 ядрами.

• Если 2 и 4-ядерные вошли в обиход очень быстро, процессоры с 8 ядрами пока не так востребованы. Для использования офисных приложений и серфинга в интернете достаточно 2 ядер, 4 ядра требуются для САПР и графических приложений, которым просто необходимо работать в несколько потоков.

• Что касается 8 ядер, очень мало программ поддерживают так много потоков, а значит, такой процессор для большинства приложений просто бесполезен. Обычно, чем меньше потоков, тем больше тактовая частота. Из этого следует, что если программа, адаптированная под 4 ядра, а не под 8, на 8-ядерном процессе она будет работать медленнее. Но этот процессор отличное решение для тех, кому необходимо работать сразу в большом количестве требовательных программ одновременно. Равномерно распределив нагрузку по ядрам процессора можно наслаждаться отличной производительностью во всех необходимых программ.

• В большинстве процессоров количество физических ядер соответствует количеству потоков: 8 ядер – 8 потоков. Но есть процессоры, где благодаря Hyper-Threading, к примеру, 4-ядерный процессор может обрабатывать 8 потоков одновременно.

Полезные ссылки

intel AMD