Подробно и просто о процессорах для персонального компьютера

Микропроцессор для персонального компьютера а, так же и  для других устройств, будь то телефоны, планшеты, ноутбуки или другие интересные гаджеты, является основным центральным устройством, которое выполняет практически все вычисления и отвечает за обработку данных. Можно даже сказать так - центральный процессор это “мозг” любого современного компьютера или высокотехнологичного устройства. Так же он является одним из самых дорогостоящих элементов в составе современных компьютеров.

Подробнее об истории, работе и технологических характеристиках вы узнаете из этой статьи.

1. История появления процессора

Первые компьютерные процессоры, основу которых составляло механическое реле, появились в пятидесятых годах прошлого века. Спустя какое-то время появились модели с электронными лампами, которые в итоге были заменены на транзисторы. Сами же компьютеры представляли собой довольно габаритные и дорогостоящие устройства.

Последующее развитие процессоров свелось к тому, что было принято решение входящие в них компоненты, представить в одной микросхеме. Позволило осуществить данную задумку появление интегральных полупроводниковых схем.

В 1969 г. компания Busicom заказала двенадцать микросхем у Intel , которые они планировали использовать в собственной разработке – в настольном калькуляторе. Уже в то время разработчиков Intel посещала идея заменить несколько микросхем одной. Идею одобрило руководство корпорации, поскольку подобная технология позволяла существенно сократить расходы на производстве  микросхем, при этом у специалистов появилась возможность сделать процессор универсальным для использования его в других вычислительных устройствах.

В результате чего появился первый микропроцессор Intel 4004, который выполнял 60 тыс. операций в секунду.

2. Принцип действия процессора

Центральный процессор по праву считается сердцем любого компьютера. В его структуру входит небольших размеров кремниевый кристалл, основу которого составляет несколько миллионов транзисторов.

Подобного рода процессоры могут выполнить до нескольких миллионов задач в секунду.

Процесс выполнения всех команд включает: извлечение из памяти по указанному адресу двоичного кода и последующее его преобразование во внутренний понятный для процессора код, иными словами происходит дешифрование полученной команды. Последней стадией считается выполнение команды. Для одновременного выполнения двух и более команд процессор использует считывающие информацию процедуры из памяти.

Следовательно, выполнение описанных задач нуждается в большом количестве времени, что усложняет работу центрального процессора, поскольку ему приходится ждать поступления данных. Чтобы работа процессора выполнялась быстрей, современные машины используют механизм конвейеризации, суть которого состоит в том, что пока извлекается одна команда из памяти, вторая в это время уже дешифруется, тогда как третья – выполняется.

3. Параметры и характеристики процессора

Что такое процессор выяснили, теперь предлагаем рассмотреть основные характеристики процессора:

• Количество ядер. Чем больше число входящих в состав процессора ядер, тем выше его производительность.

• Разрядность процессора - означает, какое максимальное количество оперативной памяти можно установить на компьютер.

• Технический процесс. Чем этот параметр меньше, тем лучше, поскольку иными словами – это занимаемая кристаллом площадь на процессоре, следовательно, чем размер кристаллов меньше, тем большее их количество уместится, что увеличит тактовую частоту.

• Кэш процессора также является немаловажным параметром. Чем показатели его выше, тем больше данных можно сохранить в особой памяти, ускоряющей работу процессора.

• Тактовая частота. Тактом условно называется одна операция. Единицей измерения тактовой частоты считается МГц и ГГц. Так, например один МГц означает, что процессору под силу выполнить один миллион команд в секунду.

• Socket. Данный параметр позволяет стандартизировать все процессоры по подключаемым к материнской плате разъемам.

4. Разрядность процессора (32/64 бит)

Бит представляет собой краткую форму двоичного разряда, представленную 0 или 1, поскольку компьютер хранит и производит операции посредствам именно этих двоичных цифр. Следовательно, напрашивается вывод, что у 32-битных процессоров имеется возможность представить числа от нуля до двух в 32-й степени, тогда как 64-х битные процессоры могут представить числа от нуля до двух в 64-й степени. Путем нехитрых подсчетов можно прикинуть, что 64-битные процессоры обрабатывают больший диапазон чисел, нежели 32-разрядные процессоры.

Термин разрядность процессора включает в себя понятие ширины шины данных, являющейся кабелем, передающим информацию из памяти ПК в процессор. Шина данных в 64-битном процессоре способна передать больший объем информации, чем шина в 32-разрядном процессоре, потратив на это одинаковое количество времени.

5. Быстродействие процессора (частота и мегагерцы)

Термин тактовая частота компьютера подразумевает количество тактовых импульсов, которое вырабатывает тактовый генератор в секунду.

Тактовая частота как различных, так и одинаковых моделей процессоров может варьироваться в широком диапазоне значений. Процессор выполняет все программные команды за необходимое число тактов. К примеру, простейшая операция сложения может быть выполнена за два такта, тогда как делению может понадобиться 25 тактов. Из всего вышесказанного следует, что чем выше показатель тактовой частоты, тем быстрее компьютером выполняются возлагаемые на него задачи. Сегодняшние ПК снабжены процессорами, тактовая частота которых - от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц.

Быстродействие работы ПК непосредственным образом связано с его тактовой частотой, которая позволяет определить количество выполняемых им команд в секунду.

6. Частота процессора и системной платы

Быстродействие является одним из наиболее важных показателей работы процессора. Самая меньшая единица измерения времени для процессора – такт или как его еще именуют – период тактовой частоты. На все выполняемые процессором операции тратится минимум один такт.

Сегодня практически каждый процессор работает на тактовой частоте, являющейся произведением множителя и тактовой частотой системной платы. Так, например, тактовая частота Celeron 600 в более чем 9 раз превышает тактовую частоту системной платы. Аналогичным примером является Pentium III 1000, тактовая частота которого в 8,5 раз выше тактовой частоты системной платы.

Довольно часто тактовая частота системной платы одновременно с множителем устанавливается посредствам перемычек или иных инструментов конфигурирования системной платы, к категории которых можно отнести соответствующие значения в установочной программе параметров BIOS.

Некоторые системы позволяют увеличить уже имеющуюся рабочую частоту процессора, данная процедура называется «разгоном». Установка большей частоты процессора позволяет увеличить и его показатели быстродействия.

7. Сравнение фирм-производителей Intel и AMD

Американская компания под названием Intel была основана в 1968 году, тогда как ее основной конкурент – компания AMD – появилась спустя год.

То, что AMD явила себя свету на год позже, нежели Intel, в существенной мере отразилось на их соперничестве. Первые процессоры от компании AMD представляли собой копии процессоров, выпущенных компанией Intel, однако этот факт не помешал AMD разработать первый 16-ядерный процессор. При этом в 2005 обычному пользователю был предложен первый 2-ядерный процессор, носящий название AMD Athlon 64 X2.

Двухъядерные процессоры Core 2 Duo, разработанные компанией Intel, на год позже появились на соответствующем рынке, при этом стоимость процессоров AMD и сегодня намного дешевле процессоров от Intel.

Какому процессору все же стоит отдать предпочтение? Если пользователю необходимо использование компьютера для работы со сложным профессиональным программным обеспечением, то в этом случае лучше приобрести ПК с процессором от Intel.

Процессоры AMD – отличный вариант для игровых ПК и в ситуациях, не требующих высокой производительности аппаратной начинки.

8. Кэш-память процессора

Кэш – не что иное, как память процессора, задачи которой схожи с задачами, возлагаемыми на оперативную память. Процессор использует кэш для хранения в нем данных. В данной разновидности памяти буферизируется наиболее часто используемая информация, за счет чего временные затраты на последующее обращение к ней в существенной мере сокращаются.

Оперативная память реализуемых сегодня компьютеров, составляет от 1 Гб, при этом кэш процессоров не превышает 8 Мб. Как видно из приведенных данных, разница в этих разновидностях памяти довольно существенная. Несмотря на это, даже указанного объема достаточно для обеспечения нормального быстродействия всей системы. Немалый интерес у пользователей сегодня вызывают процессоры с двухуровневой кэш-памятью: L1 и L2. Память первого уровня меньше памяти второго уровня и необходима она для хранения инструкций. При этом второй уровень за счет того, что он больше, используется для непосредственного хранения данных. У многих процессоров на данный момент кэш второго уровня общий.

9. Функции и технологии процессоров: MMX, SSE, 3DNow!, Hyper Threading

Современные процессоры снабжены характерными дополнительными функциями и технологиями, расширяющими их возможности:

• 3DNow!, ММХ, SSE, SSE2, SSE3 – технологии, оптимизирующие работу с объемными данными и мультимедийными файлами;

• В процессорах AMD с целью защиты от ряда вирусов предусмотрена технология NX-bit (No Execute), при этом в процессорах Intel имеется аналогичная технология XD (Execute Disable Bit);

• Cool'n'Quiet (в AMD), ТМ1/ТМ2, С1Е, EIST (в Intel) снижается потребление электрической энергии;

• В технологии AMD64 или ЕМТ64 (для процессоров Intel) нуждаются 64-битные инструкции;

• Одновременное выполнение нескольких потоков команд в некоторых процессорах Intel подразумевает наличие технологии НТ (Hyper-Threading Technology).

10. Многоядерность процессоров

Центр современных центральных микропроцессоров снабжен ядрами. Ядро представляет собой кристалл кремния, площадь которого составляет около одного квадратного сантиметра. Несмотря на небольшие размеры, микроскопические логические элементы позволили реализовать на его поверхности принципиальную схему процессора, так называемую архитектуру (chip architecture).

Многоядерность процессора заключается в наличии в центральном микропроцессоре двух и более вычислительных ядер на поверхности одного процессорного кристалла, которые также могут быть заключены в одном корпусе.

Перечень преимуществ многоядерного процессора:

• появляется возможность распределить работу приложений по нескольким ядрам;

• процессы, нуждающиеся в интенсивных вычислениях, работают существенно быстрее;

• увеличивается скорость отклика приложений;

• снижение потребления электрической энергии;

• более продуктивное использование ресурсоемких мультимедийных программ;

• более комфортная работа пользователей ПК.

11. Производство процессоров

Производство микропроцессоров включает минимум два важных этапа. На первом этапе производятся подложки, которым впоследствии придают проводящие свойства. На втором этапе произведенные подложки тестируются, после чего собирается и упаковывается процессор.

Сегодня такие ведущие производители процессоров, как AMD и Intel стараются наладить выпуск продукции, задействовав при этом максимально возможные сегменты рынка, максимально сократив возможный ассортимент кристаллов. Отличным тому подтверждением являются процессоры Intel Core 2 Duo. В линейку упомянутой продукции входят три процессора с разными кодовыми наименованиями: Merom, предназначенный для мобильных устройств, Conroe – для настольных версий, Woodcrest – для серверных версий. У всех трех процессоров одна технологическая основа, что дает возможность производителю принимать решение, будучи на последнем этапе производства. Так, например, если на рынке будут более востребованы мобильные процессоры, компания сфокусируется на выпуске модели Socket 479. Если возрастет потребность в настольных моделях, то компания Intel упакует кристаллы, необходимые для Socket 775. В случае роста спроса на серверные процессоры, все вышеуказанные действия будут применены для Socket 771.

12. Маркировка и кодовые названия процессоров

Разнообразная продукция, произведенная на заводах крупных предприятий, обозначается кодовыми наименованиями, что является довольно удобным решением, нежели использование длинных официальных обозначений при проведении служебных разговоров и переписки. Порой о внутрифирменных кодовых названиях узнают широкие слои пользователей, однако довольно редко они употребляются в повседневном обиходе.

Ситуация с кодовыми наименованиями процессоров обратно противоположная, поскольку в последнее время они стали употребляться в разговорах и в качестве маркировки процессоров входить в официальную документацию.

При этом запомнить необходимо лишь некоторые кодовые названия, к примеру, для успешной модернизации ПК, поскольку чаще всего помимо красивого звучания и рекламных амбиций, подобные наименования никакой полезной информации для потребителя не несут.

13. Гнезда (socket) для процессоров

Сокет процессора в переводе с английского языка означает «разъем» или «гнездо». Если применить этот термин к компьютеру, то гнездом называется место установки центрального процессора. Каждая модель процессора снабжена своим вариантом разъема, связанно это с тем, что технологии изготовления процессоров совершенствовались, а потому модернизировалась их архитектура, количество транзисторов, гнезда и т.д.

Сокет центрального процессора имеет вид щелевого или гнездового разъёма, предназначенного для того, чтобы упростить процесс установки центрального процессора. Использование разъёмов значительно упрощает замену процессора для последующего ремонта или модернизации ПК.

14. Охлаждение процессора

Вентилятор или, как его еще называют кулер, - устройство, задача которого сводится к тому, чтобы обеспечивать охлаждение процессора. Существую разные модели кулеров, однако чаще всего они устанавливаются поверх самого процессора.

Кулеры бывают активными и пассивными. К категории пассивных кулеров относятся обычные радиаторы, довольно дешевые, потребляющие минимум электричества и при этом практически бесшумные. Активный же  кулер представляет собой радиатор с прикрепленным к нему вентилятором.

Наибольшей популярностью сегодня пользуются активные воздушные кулеры, состоящие из металлического радиатора с установленным на нем вентилятором.

Будучи механическим устройством, трущиеся детали кулера нуждаются в своевременном смазывании машинным маслом, при этом категорически запрещается для этих целей использовать масла растительного происхождения.

О необходимости смазать устройство можно узнать характерному и постепенно увеличивающемуся шуму от кулера.

15. Неисправности и ошибки в процессорах

В случае неисправности процессора, ПК может начать самостоятельно выключаться и перезагружаться, операционная система «зависать», а жёсткий диск попросту не отображаться. При этом все вышеописанное сопровождается сильным нагреванием процессора. Нередко, неисправный процессор становится причиной постоянных ошибок в работе операционной системы и сопутствующего программного обеспечения.

Ни при каких условиях нельзя неисправный процессор проверять на рабочей материнской плате, поскольку подобные действия вполне могут спровоцировать вывод из строя материнской платы.

Чаще всего процессоры подвергаются поломке по причине перегрева и некорректной сборки компьютера, что может стать причиной случайного загиба контактов процессора, а вследствие и возникновения короткого замыкания. Решить проблему в этом случае может лишь замена процессора.