Процессор

Процессор

Процессор (Central Processing Unit, CPU) – это один из основных компонентов компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой.

Физически процессор представляет собой интегральную микросхему (пластина кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещены электронные блоки, реализующие все его функции. Кристалл-пластинка обычно помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (медными) проводниками с металлическими штырьками (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера) или металлическими площадками (сами выводы уже содержатся в процессорном слоте).

Процессор обладает множеством характеристик, с помощью которых можно осуществлять сравнение разных моделей процессоров от разных производителей. Именно факт наличия нескольких производителей влияет на разнообразие характеристик процессора, поскольку вступают в силу патенты на технологии, которые не могут повторяться разными производителями.

На сегодняшний день на рынке присутствует только два реальных производителя процессоров, а именно, AMD и Intel. Поэтому их и рассматривают, когда речь идет о выборе процессора.

Вот некоторые представители этих типов процессоров: Intel Celeron, Intel Core 2 Duo, AMD Athlon, Athlon 64 X2 и др. Все они отличаются интерфейсом, используемыми технологиями (алгоритмами, количеством ядер) и быстродействием.

Рынок предлагает очень большой выбор процессоров разной частоты, начиная с «младших» (более дешевых) моделей и заканчивая моделями высшей категории, содержащими несколько ядер.

Стоит также упомянуть о том, что создание процессоров идет по трем направлениям: процессоры для персональных компьютеров, процессоры для серверов и процессоры для переносных устройств (ноутбуков, КПК, PDA и др.). Процессоры третьего направления характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что особенно важно для данного типа устройств.

Когда идет речь о сравнении быстродействия процессоров от этих производителей, то возникает множество спорных вопросов и еще больше неоднозначных ответов. Однако ясно одно: быстродействие процессора зависит от очень многих факторов, основными из которых являются шины обмена информацией, частота работы ядра, наличие расширений стандартных инструкций, тип и размер кэш-памяти, пропускная способность контроллера памяти, аппаратные технологии ядра и многое другое. С некоторыми из них вы сможете познакомиться далее.

Частота ядра

Частота ядра – показатель, влияющий на скорость выполнения команд процессором. Однако это совсем не означает, что это характеризует его быстродействие. Дело в том, что, в зависимости от конструкции ядра и наполнения его различными аппаратными блоками, ядро способно выполнять за один такт разное количество команд, поэтому часто бывает так, что процессоры с разной частотой имеют одинаковую производительность.

По умолчанию единицей одного такта считается 1 Гц. Это означает, что при частоте 1 ГГц ядро процессора выполняет 1 млрд тактов. Теоретически, если считать, что за один такт ядро выполняет одну операцию, скорость работы процессора составила бы 1 млрд операций в секунду. На практике же этот показатель вычислить достаточно трудно, поскольку на него влияют количество выполняемых операций за такт, сложность операции, пропускная способность шин кэш-памяти и оперативной памяти и т. д.

Шины

Слово «шина» следует понимать как некоторый канал с определенными характеристиками, через который процессор обменивается данными с остальными компонентами. Примером такого канала может быть канал, по которому идет обмен данными с кэш-памятью, контроллером памяти, видеокартой, жестким диском и т. д.

Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы. Так, чем выше ее разрядность и частота, тем больше данных проходит через шину за единицу времени, а значит, больше данных будет обработано процессором или другим компонентом. К примеру, если брать процессоры AMD, то они имеют несколько подобных шин (внешних и внутренних), которые работают на разных частотах и имеют разную разрядность. Это связано с технологическими особенностями, поскольку не все компоненты способны функционировать с частотой наиболее быстрой шины.

Именно здесь и кроется первая и самая главная ошибка многих пользователей, которые считают, что частота процессора является показателем его скорости работы. На самом же деле все упирается в пропускную способность шины. Например, если предположить, что за один такт ядра передается 64 бит, или 8 байт, информации (64-битный процессор) и частота шины составляет 100 МГц, то пропускная способность шины составит 8 байт Ґ 100 000 000 тактов, что равно примерно 763 Мбайт. В то же время частота ядра процессора может быть в несколько раз выше. Это, в свою очередь, означает, что при достижении этого показателя оставшийся запас скорости процессора элементарно простаивает.

С другой стороны, существуют шины, например, между процессором и кэш-памятью первого уровня, которые позволяют им наиболее эффективно обмениваться данными, что достигается за счет их работы на одной частоте.

Разрядность

Разрядность процессора определяет то количество информации, которое он может обработать за один такт. Чем выше будет его разрядность, тем больше информации он сможет обработать. Однако это совсем не означает, что скорость процессора от этого повышается. Главным образом разрядность влияет на объем адресуемых данных (а соответственно, и объем используемой оперативной памяти), хотя, конечно, может повышаться скорость выполнения целочисленных операций. Мало того, разрядность процессора тесно связана с разрядностью модулей оперативной памяти.

Однако стоит отметить тот факт, что разрядность процессора совсем не означает, что он работает именно с ней. На самом деле это просто говорит о том, что он может выполнять, к примеру, 64-битные команды. В то же время процессор спокойно может работать с разрядностью, например, 80 или 128 бит, когда дело касается операций с плавающей точкой.

На сегодняшний день используются 32– и 64-разрядные процессоры.

Кэш-память

Как вы уже поняли, скорость работы процессора определяется скоростью работы всех его участков. Скорость работы этих участков зависит от их аппаратных возможностей и пропускных способностей соответствующих шин данных. Предвидя такую ситуацию, производители процессоров придумали и внедрили кэш-память с целью максимально ускорить работу их аппаратных блоков.

Главное отличие кэш-памяти от оперативной памяти компьютера – скорость работы. На практике скорость работы кэш-памяти в десятки раз выше скорости работы оперативной памяти, что связано с технологическим процессом их изготовления и условий функционирования.

Чтобы не заходить в теоретические дебри, достаточно будет сказать, что существует несколько типов кэш-памяти. Так, наиболее быстрой является кэш-память первого уровня, после нее по скорости идет кэш-память второго и третьего уровней. Обычно обязательными являются только первые две позиции, хотя ничто не мешает сделать кэш-память четвертого уровня и т. д. В любом случае эта память будет быстрее оперативной памяти.

Что касается размера кэш-памяти, то он может быть разным, в зависимости от модели процессора и его производителя. Обычно размер кэш-памяти первого уровня значительно меньше размера кэш-памяти второго или третьего уровня. Кроме того, кэш-память первого уровня имеет наибольшее быстродействие, поскольку работает на частоте ядра процессора.

Стоит заметить тот факт, что размер кэш-памяти процессоров Intel заметно больше, нежели процессоров AMD. Это связано с алгоритмом работы кэш-памяти. Так, у процессоров AMD кэш-память имеет эксклюзивный тип, то есть в памяти любого уровня содержатся только уникальные данные. В то же время кэш-память у процессоров Intel может содержать повторяющиеся данные, что и объясняет ее увеличенный размер.

Кэш-память, как и обычная память, имеет разрядность. От этого напрямую зависит ее быстродействие, поскольку большая разрядность позволяет передавать за один такт больше данных. Опять-таки, процессоры разных производителей по-разному работают с кэш-памятью: одни используют большую разрядность, например 256 бит, вторые – малую разрядность, но режим одновременного чтения и записи.

Количество ядер

Не так давно на рынке процессоров появились модели, содержащие несколько ядер. В отличие от виртуальных ядер, что предлагает технология HyperThreading, на процессоре действительно может располагаться несколько ядер. На сегодняшний день распространение уже получают процессоры, у которых имеются четыре независимых ядра.

Первые двухъядерные процессоры имели два абсолютно независимых ядра, то есть каждое ядро имело абсолютно одинаковое строение, включая кэш-память первого и второго уровней. Сегодня же ядра имеют общую кэш-память второго уровня, что позволяет еще больше увеличить производительность процессора.

Есть ли смысл использовать многоядерные процессоры? Ответ однозначный: есть. Использование многоядерного процессора дает заметный прирост в производительности компьютера. Кроме того, вы получаете процессор, который практически невозможно на 100 % загрузить работой, поскольку имеются некоторые технологические аспекты. Это означает, что вы больше не увидите ситуацию, когда приложение настолько заняло процессор, что компьютер не реагирует ни на какие действия и его приходится перегружать с помощью кнопки Reset.

Стоит отметить тот факт, что производительность процессора не всегда увеличивается. Дело в том, что использование нескольких ядер подразумевает соответствующее написание приложений. На сегодняшний же день достаточно мало программ, написанных с учетом многоядерности. Это означает, что обычно загружается только одно ядро. Однако время не стоит на месте и становится понятно, что многоядерность обязательно будет востребована.

Маркировка процессоров

В прежние времена процессор можно было достаточно легко идентифицировать, используя для этого лишь его название и тактовую частоту. Однако с появлением процессоров с разной архитектурой (разными ядрами) подобная маркировка оказалась малоэффективной. Кроме того, большую неразбериху добавили процессоры AMD, которые в качестве тактовой частоты используют так называемый Pentium-рейтинг, а не реальную частоту процессора.

Как бы там ни было, на сегодняшний день существует определенный способ маркировки процессоров Intel, который можно расшифровать, только видя перед собой таблицу соответствий. Что касается процессоров AMD, то подобная маркировка пока не используется, однако недалек тот час, когда это произойдет.

Интерфейс процессоров

Под словом «интерфейс» стоит понимать конструкцию процессора, которая, в свою очередь, определяет особую конструкцию процессорного слота на материнской плате.

За все время существования процессоров сменилось множество процессорных слотов, что было вызвано постоянным усложнением конструкции процессора и увеличением количества контактов на пластине процессора. Кроме того, процессоры разных производителей также имеют разное количество контактов.

Что касается маркировки процессоров, то таковая несколько лет назад была введена для процессоров Intel, сменив понятный показатель частоты процессора на его номер, непонятный пользователям, зато понятный производителям. Процессоры AMD придерживаются старого способа маркировки, включающего название процессора, его Pentium-рейтинг и дополнительный код из цифр и букв, с помощью которого можно узнать о ядре, технологическом процессе, степпингах и других показателях.

Ниже в таблице дается описание популярных процессоров для персональных компьютеров, которые характерны для используемых сегодня процессорных слотов.

Процессоры для процессорного слота Socket 478

Процессор
Процессор
Процессор

Процессоры для процессорного слота Socket 775

Процессор
Процессор
Процессор

Процессоры для процессорного слота Socket 462 (Socket A)

Процессор
Процессор
Процессор

Процессоры для процессорного слота Socket 754

Процессор

Процессоры для процессорного слота Socket 940

Процессор

Процессоры для процессорного слота Socket 939

Процессор

Процессоры для процессорного слота Socket AM2

Процессор