Центральный процессор Файл

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР
Процессор персонального компьютера представляет собой
микросхему, которая отвечает за выполнение любых операций с данными и управляет
периферийными устройствами. Он содержится в специальном кремниевом корпусе,
называемом кристаллом. Для краткого обозначения используют аббревиатуру – ЦП
(центральный процессор) или CPU (от англ. Central Processing Unit – центральное
обрабатывающее устройство).
ЦПУ устанавливается на материнской плате. На процессоре устанавливается большой
радиатор, охлаждаемый вентилятором. Конструктивно процессор состоит из ячеек, в
которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки
процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в
некоторые регистры, рассматриваются как команды, управляющие обработкой данных
в других регистрах. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры
процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение
программ.
С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью,
процессор связан несколькими расположенными на материнской плате шинами, то
есть группами параллельных проводников-линий.
Основными параметрами процессоров являются:
 тактовая частота,
 разрядность,
 рабочее напряжение,
 размер кэш-памяти.
Тактовая частота
Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов),
выполняемые процессором за единицу времени. Тактовая частота современных
процессоров измеряется в ГГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за
одну секунду, 1 ГГц = 109 Гц). Чем больше тактовая частота, тем больше команд
может выполнить процессор, и тем больше его производительность. Рабочие частоты
современных процессоров превосходят 2 ГГц.
Еще одной немаловажной характеристикой является частота шины (FSB – Front Side
Bus) демонстрирующая скорость, с которой происходит обмен данных между
процессором и периферией компьютера. Тактовая частота пропорциональна частоте
шины.
Разрядность процессора
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и
обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры были 4разрядными. Современные процессоры являются 32- и64-разрядными, хотя и
работают с 64-разрядной шиной данных. Разрядность процессора равна разрядности
командной шины (шины, передающей процессору инструкции о том, что необходимо
делать с хранящимися в нём данными).
Рабочее напряжение процессора
Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным
маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать
совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное
понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров имели рабочее
напряжение 5 В, а в настоящее время оно составляет менее 3 В. Понижение рабочего
напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в
кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь
электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и
тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность
без угрозы перегрева.
Энергопотребление процессора тесно связано с
технологией его производства. С уменьшением
нанометров техпроцесса, увеличением количества
транзисторов и повышением тактовой частоты
процессоров
происходит
рост
потребления
электроэнергии CPU. Например, процессоры линейки
Core i7 от Intel требуют до 130 и более ватт.
Напряжение подающееся на ядро ярко характеризует
энергопотребление процессора. Этот параметр особенно важен при выборе ЦП для
использования в качестве мультимедиа центра. В современных моделях процессоров
используются различные технологии, которые помогают бороться с излишним
энергопотреблением: встраиваемые температурные датчики, системы автоматического
контроля напряжения и частоты ядер процессора, энергосберегающие режимы при
слабой нагрузке на ЦП.
Кэш-память
Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными
между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить
количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так
называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он
сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные
данные, происходит обращение к оперативной памяти.
Кэш – объем памяти с очень большой скоростью доступа, необходимый для
ускорения обращения к данным, постоянно находящимся в памяти с меньшей
скоростью доступа (оперативной памяти). Кэш центрального процессора различается
тремя уровнями (L1, L2 и L3), располагаясь непосредственно на ядре процессора. В
него попадают данные из оперативной памяти для более высокой скорости обработки.
Стоит также учесть, что для многоядерных CPU указывается объем кэш-памяти
первого уровня для одного ядра. Кэш второго уровня выполняет аналогичные
функции, отличаясь более низкой скоростью и большим объемом. Кэшем L3
комплектуются самые производительные процессоры, такие как AMD Phenom, AMD
Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon. Кэш третьего уровня
наименее быстродействующий, но он может достигать 30 Мб.
На современном рынке компьютерных комплектующих присутствуют две
конкурирующие корпорации, Intel и AMD, которые беспрестанно участвуют в гонке
за
производительность
новых
процессоров,
постоянно
совершенствуя
технологический процесс.
Техпроцесс
Техпроцесс – это размер, используемый при
производстве процессоров. Он определяет
величину транзистора, единицей измерения
которого является нм (нанометр). Транзисторы,
в свою очередь, составляют внутреннюю
основу ЦП. Суть заключается в том, что
постоянное
совершенствование
методики
изготовления позволяет уменьшать размер этих компонентов. В результате на
кристалле процессора их размещается гораздо больше. Это способствует улучшению
характеристик CPU, поэтому в его параметрах всегда указывают используемый
техпроцесс. Например, Intel Core i5-760 выполнен по техпроцессу 45 нм, а Intel Core
i5-2500K по 32 нм, исходя из этой информации, можно судить о том, насколько
процессор современен и превосходит по производительности своего предшественника,
но при выборе необходимо учитывать и ряд других параметров.
Архитектура
Также процессорам свойственно такая характеристика, как архитектура – набор
свойств, присущий целому семейству процессоров, как правило, выпускаемому в
течение многих лет. Говоря другими словами, архитектура – это их организация или
внутренняя конструкция ЦП.
Количество ядер
Ядро – самый главный элемент центрального процессора. Оно представляет собой
часть процессора, способное выполнять один поток команд. Ядра отличаются по
размеру кэш памяти, частоте шины, технологии
изготовления и т. д. Производители с каждым
последующим техпроцессом присваивают им
новые имена (к примеру, ядро процессора AMD
– Zambezi, а Intel – Lynnfield). С развитием
технологий
производства
процессоров
появилась возможность размещать в одном
корпусе более одного ядра, что значительно
увеличивает
производительность
CPU
и
помогает
выполнять
несколько
задач
одновременно, а также использовать несколько
ядер в работе программ. Многоядерные процессоры смогут быстрее справиться с
архивацией, декодированием видео, работой современных видеоигр и т.д. Например,
линейки процессоров Core 2 Duo и Core 2 Quad от Intel, в которых используются
двухъядерные и четырехъядерные ЦП, соответственно. На данный момент массово
доступны процессоры с 2, 3, 4 и 6 ядрами. Их большее количество используется в
серверных решениях и не требуется рядовому пользователю ПК.
Сокет
Чтобы будущий процессор при апгрейде был совместим с имеющейся материнской
платой, необходимо знать его сокет. Сокетом называют разъем, в который
устанавливается ЦП на материнскую плату компьютера. Тип
сокета характеризуется количеством ножек и производителем
процессора. Различные сокеты соответствуют определенным
типам CPU, таким образом, каждый разъём допускает установку
процессора определённого типа. Компания Intel использует сокет
LGA1156, LGA1366 и LGA1155, а AMD – AM2+ и AM3.