3.5.Микропроцессор МП
Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Процессор является основным узлом, в задачу которого входит исполнение находящегося в памяти программного кода. Программный код- это последовательность команд, или инструкций, каждая из которых определенным образом закодирована и расположена в целом числе смежных байт памяти. Каждая инструкция имеет операционную часть, несущую процессору информацию о требуемых действиях. Операндная часть, указывает процессору, где находятся его операнды. В IBM – совместимых ПК применяются процессоры ( CPU – Central Processor Unit), совместимые с семейством 80х86 фирмы Intel. В оригинальной IBM PC использовался процессор 8086 с 16 – разрядными регистрами. Все старшие модели процессоров, в том числе 32 – разрядные и с 64- разрядным расширением ММХ, включают в себя подмножество системы команд и архитектуры нижестоящих моделей, обеспечивая совместимость с ранее написанным ПО. Процессор 8088 заслуживает внимания, несмотря на то, что он давно снят с производства, именно заложенные в нем архитектурные решения во многом определили архитектуру дальнейших моделей семейства Intel, поддерживающих совместимость с последующими моделями
Установленный на материнской плате микропроцессор выполняет программы, которые находятся в оперативной памяти. Как уже упоминалось ранее, в персональных компьютерах используются микропроцессоры фирмы Intel и микропроцессоры, совместимые с ними. Фирма Intel является законодателем мод в области разработки микропроцессоров для персональных компьютеров. Её новейшие микропроцессоры работают быстрее, чем микропроцессоры конкурирующих фирм, хотя и стоят дороже. Основными конкурентами фирмы Intel на рынке микропроцессоров являются компании AMD и Integrated Device Technology (IDT). Микропроцессоры этих фирм сравнимы по производительности с микропроцессорами фирмы Intel при одинаковой тактовой частоте, но стоят дешевле.
Просмотр видео по устройству процессора
Центральный процессор в общем случае содержит в себе:
- арифметико-логическое устройство;
- шины данных и шины адресов;
- регистры;
- счетчики команд;
- кэш — очень быструю память малого объема (от 512 Кбайт);
- математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера
Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Обязательными компонентами микропроцессора является арифметико – логическое устройство и блок управления.
Арифметико – логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.
Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.
Технически процессор реализуется на большой интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает
В целом МП это "мозг" компьютера, он осуществляет обработку информации по хранящийся в ОЗУ программе и обеспечивает общее управление ПК. МП в своей работе использует только информацию хранимую ОЗУ. Если же программы или другие данные находятся на другом устройстве, то они должны предварительно размещены (загружены) в ОЗУ. Именно от процессора зависит, с какими программами и с какой скоростью будет работать ваш ПК.
Ведущий фирмой по разработке процессоров устанавливаемых на ПК, является фирма Intel, а также конкурирующая фирма AMD
Основные характеристики МП
МП отличаются друг от друга следующими характеристиками.
1. Тактовая частота.
2. Разрядность.
Для начала вспомним, что такое процессор и зачем он необходим? Рассматриваемая нами функциональная единица - основа работы всей системы в целом, так как центральный процессор (или просто - ЦП) осуществляет расчет вычислительных операций и выполняет задачи, сформулированные программным обеспечением, используемым на вашем компьютере. От выбора процессора будет зависеть производительность всей системы, что в конечном итоге скажется на комфорте работы с компьютером и, соответственно, на вашем настроении. Именно поэтому, прежде чем осуществить покупку процессора, необходимо ответить вопрос, для каких целей будет использоваться ваш компьютер? В том случае, если вы являетесь любителем кинофильмов и не планируете играть в современные компьютерные игры, приобретать дорогой многоядерный процессор не имеет смысла: гораздо проще и выгоднее купить подержанный Intel Pentium 3 и наслаждаться его пусть и малопроизводительной, но надежной работой.
Схожая ситуация наблюдается и в случае использования различных бухгалтерских программ и офисных приложений: рекомендуется отдать предпочтение известному производителю и не гнаться за исключительной эффективностью работы ЦП, жертвуя при этом существенными финансовыми ресурсами. Все ваши старания в этой сфере окажутся напрасными, так как полученная система не будет использовать и половины своих номинальных возможностей. Абсолютно противоположная ситуация наблюдается в геймерской среде: современные компьютерные игры весьма и весьма ресурсозатраты, поэтому, для того чтобы вы смогли насладиться свежей стрелялкой, вам потребуется вложить немалую сумму денежных средств в покупку процессора.
Теперь рассмотрим технические и эксплуатационные характеристики процессоров, благодаря которым и происходит сравнение этих функциональных элементов друг с другом. Речь пойдет о формате сокета, тактовой частоте, размере кэша и частоте системной шины (FSB).
Сокет
Сокет- это формат разъема, соединяющего процессор и материнскую плату. Однако хочется отметить два момента. Во-первых, необходимость проверки совместимости. Здесь следует придерживаться принципа «семь раз отмерь, один раз отрежь», так как вы сможете столкнуться с ситуацией, когда купленный вами процессор просто-напросто не подойдет к имеющейся в вашем распоряжении материнской плате. И во-вторых, важно заметить одну любопытную деталь, а именно, перемещение контактных ножек с процессора на материнскую плату ЦП Intel Socket 775. Поэтому после покупки продукции указанной компании не удивляйтесь отсутствию привычных ножек на процессорах этого производителя.
Тактовая частота
Речь идет о количестве операций, которые выполняются процессором за единицу времени. Как и любая другая частота (вспоминаем курс физики в школе), этот показатель измеряется в герцах (Гц) с добавлением приставки «Мега» (МГц). 1 МГЦ = 1 000 000 Гц. Соответственно, чем больше герц сопровождает работу центрального процессора, тем более производительным он является. Тем не менее следует помнить, что процессоры, имеющие одинаковую тактовую частоту, могут демонстрировать различные показатели производительности, чему имеются две обоснованные причины. Первая - для выполнения одной и той же операции различным системам может потребоваться отличное число тактов (начиная от долей такта и заканчивая несколькими десятками тактов). Вторая причина - различные способы обработки данных: конвейерный (принцип последовательности) и параллельный, когда в одно и то же время обеспечивается проведение нескольких операций. Именно поэтому такой показатель как тактовая частота не является основной характеристикой, оказывающей влияние на работоспособность и производительность центрального процессора
Разрядность характеризует объем информации перерабатываемой процессором в единицу времени. Разрядность определяет "размер" информационного слова в МП . Обычно команда обрабатывает информацию не по одному биту , а одновременно группами по 8, 16, 32 и 64 бит. Число одновременно обрабатываемых битов называется разрядностью процессора. Первые МП были 4 разрядные работали на частотах 4,7 Мгц
Кэш
Просмотр видео по устройсту кэш памяти
Кэш ЦП - это встроенная в процессор скоростная оперативная память, которая играет роль буфера между самим процессором и системной памятью компьютера (ОЗУ). Проще говоря, в кэше аккумулируются данные, с которыми ЦП осуществляет работу в настоящее время, благодаря чему время обработки этих данных уменьшается (ввиду снижения числа запросов процессора к оперативной памяти). Уменьшение времени обработки влечет повышение производительности всей системы, именно поэтому кэш играет важную роль в быстродействии и эффективности работы вашего компьютера.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше.
Следует выделить три основных уровня, на которые делится весь объем памяти кэш:
L1 - базовый (первый) уровень. Ядро процессора осуществляет работу именно с L1, который является пусть и не самым объемным, но очень быстрым уровнем.
L2 - второй уровень. Обладает более внушительным объемом памяти.
L3 - третий уровень, который получил применение относительно недавно на современных процессорах. Объем кэша третьего уровня наиболее внушительный, однако скорость его работы минимальна по сравнению с L1 и L2.
Вывод: чем больше объем кэша процессора, тем более привлекательные результаты
в области быстродействия и производительности будет демонстрировать центральный процессор системы.
Частота системной шины
Системная шина, или FSB (Front Side Bus), представляет собой множество соединительных каналов, отвечающих за коммуникацию процессора и всех остальных устройств системы. Эти сигнальные линии объединены согласно определенному назначению и функционируют по правилам, описанным в протоколах передачи данных. ЦП подключен непосредственно к шине, а остальные девайсы системы подсоединяются посредством специализированных контроллеров. Наиболее распространенный вариант частоты шин процессоров марки Intel - 800,1066 и 1333 МГц. Здесь важно учесть одну немаловажную деталь, а именно совместимость частоты шины процессора и материн-скрй платы. Проще говоря, системная плата с частотой 1066 МГц окажется несовместима с процессором, где имеется шина с частотой 1333 МГц.
Принцип выбора шины прост: чем выше значение частоты работы, тем большую производительность будет демонстрировать система, оснащенная этим центральным процессором.
Брендовое разнообразие
Теперь пару слов о том, какие основные производители процессоров представлены на современном рынке.
Первый и по-прежнему наиболее популярный бренд - Intel. Следует выделить четыре базовых семейства процессоров этой марки:
Celeron - одноядерные и двухъядерные процессоры, где предпочтение следует отдать второму варианту, так как производительность двух ядер гораздо выше, нежели эффективность работы традиционных моделей. Цена при этом отличается незначительно.
Pentium - одноядерные процессоры (где рекомендуется выбирать модели шестой серии с кэшем 2 МБ) и двухъядерные модификации.
Характеристики процессора
Второй производитель AMD - прямой конкурент Intel. Здесь также можно выделить 4 семейства:
Sempron - аналог Celeron, предназначенный для создания бюджетных систем.
Athlon - аналог Pentium, используется для построения систем средней мощности.
Phenom - мощные процессоры, предназначенные для создания игровых платформ.
Phenom II - наиболее производительный вариант от AMD.
Таким самым образом мы рассмотрели основные характеристики процессоров, от выбора которых будет зависеть производительность созданной вами системы.
Из истории
Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищенный режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 МБ памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищенный режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 ГБ оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели