Центральный процессор (ЦП или CPU) - наиболее ответственная и важная микросхема компьютера. Процессор выполняет вычислительную работу, организует обмен данными, вывод результатов работы. Производительность компьютеров традиционно принято оценивать по используемому в нем процессору. Считается, что именно этот элемент, определяет основные функциональные возможности современного персонального компьютера, его класс, стоимость, престиж. Хотя это и не совсем так - в производительность компьютера вносят определенный вклад и другие элементы: системная плата, память и устройства ввода-вывода. Но характеристики процессора оказывают решающее влияние на производительность компьютера. Процессоры устанавливаются в расположенные на системных платах разъемы, что позволяет, при необходимости заменяя используемый CPU на более современные модели, увеличивать производительность компьютера. От типа процессорного разъема или сокета (socket), установленного на системной плате, зависят возможности модернизации приобретенного вами компьютера. Для современных процессоров используются корпусы типа PGA. Технически процессор реализуется на сверхбольшой интегральной микросхеме, называемой микропроцессором, структура которой постоянно усложняется, а количество функциональных элементов (транзисторов), размещаемых на ней, постоянно возрастает (от 30 тыс. в процессоре Intel 8086 до 5 млн.

в процессоре Pentium И, а в 2-ядерном процессоре Athlon 64X2 уже более 200 млн.). Таким образом, менее чем за три десятилетия успехи в развитии технологии и производства электронных компонентов, основанные на совершенствовании внутренней архитектуры или устройства процессора, позволили многократно увеличить производительность персонального компьютера.

Основными характеристиками процессора являются:

► тактовая частота;

>■ разрядность;

>■ объем кэш-памяти.

Тактовая частота задает ритм работы компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения операций и выше производительность компьютера. Единица измерения частоты - МГц (миллион тактов в секунду). Однако увеличение тактовой частоты процессора сопряжено с рядом технических проблем. Повышение тактовой частоты вызывает увеличение рассеиваемой мощности и повышенный нагрев кристалла процессора. Выходом из этой ситуации долгое время было уменьшение размеров располагаемых на кристалле полупроводниковых элементов и проводников. Или, как говорят, уменьшение технологических или конструктивных норм. Например, современные производительные процессоры Pentium 4 Extreme Edition (ядро Prescott) производятся по конструктивным нормам 0,08 мкм.

Особенности внутренней архитектуры и набор поддерживаемых технологий могут оказывать заметное влияние на производительность процессора при выполнении определенных задач. Производительность определяется, как правило, в процессе тестирования, то есть установления скорости выполнения процессором перечня операций в какой-либо программной среде.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность. В общем случае, чем больше разрядность, тем выше производительность процессора - исполняемые на компьютере программы могут быстрее обрабатывать данные. Практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

Под разрядностью процессора понимается разрядность шины данных и шины адреса. Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 64/32, что означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, то есть максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере. В первом отечественном персональном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Процессор Pentium 4 имеет разрядность 64/32, и его адресное пространство составляет 4 Гб.

Для того чтобы CPU был способен быстрее обмениваться данными с оперативной памятью, он снабжается встроенной кэш-памятью. Кэш-память, или просто кэш, - это небольшой массив быстродействующей памяти, предназначенный для временного хранения команд и данных. Кэш первого уровня обозначается - LI (Levell). Встроенный на кристалле процессора кэш, при обмене данными находится между ядром процессора и памятью, работая на тактовой частоте процессора. В кэш-памяти накапливаются текущие обрабатываемые данные, команды. При их поиске процессор, в первую очередь, обращается к кэш-памяти первого уровня - L1. Если данные обнаружены, они сразу используются. В случае отсутствия данных на первом уровне выполняется поиск в кэш-памяти второго уровня. Если в кэш-памяти данные процессором не обнаружены, он обращается за ними в оперативную память. Механизм кэширования позволяет значительно увеличивать производительность компьютера.

Производительность процессора зависит также от частоты внешней шины процессора - FSB (Front Side Bus). Частота на самой быстродействующей шине компьютера - внешней шине центрального процессора - отличается от внутрипро-цессорной частоты. Внутрипроцессорная частота получается путем умножения внешней тактовой частоты на некий коэффициент в блоке умножения, который расположен в самом процессоре. Эта частота называется частотой ядра процессора или тактовой частотой. Следовательно, если частота на шине FSB равна, например, 533 МГц, частота ядра ЦП может достигать 2,8-3,06 ГГц.

Рост производительности процессоров персональных компьютеров происходит на фоне конкурентной борьбы основных производителей процессоров - компаний Intel и AMD. Наряду с совершенствованием внутренней архитектуры процессоров основным средством повышения производительности, особенно у Intel, было повышение тактовой частоты. Начав с частоты немногим более 1 ГГц, тактовая частота процессоров Intel Pentium IV сначала преодолела рубеж в 2 ГГц, затем -в 3 ГГц, а сейчас упорно подходит к отметке 4 ГГц. Но с ростом тактовой частоты росла и потребляемая мощность процессоров и, как следствие, тепловыделение. И даже переход с 130-нанометрового технологического процесса производства процессоров на 90-нанометровый не смог в полной мере решить всех проблем.

Убедившись в невозможности дальнейшего эффективного увеличения тактовой частоты процессоров, и компания Intel, и компания AMD стали говорить о возможности дальнейшего увеличения производительности процессоров за счет перехода к двуядерным, а в дальнейшем, - многоядерным процессорам.

Самым важным событием 2005 года на рынке процессоров было появление центральных процессоров с двуядерной архитектурой, в которых на одном полупроводниковом кристалле располагаются два равноценных процессорных ядра, то есть получается своего рода двухпроцессорная система на одном полупроводниковом кристалле. Главным инициатором в продвижении двуядерных процессоров выступила компания AMD, которая представила серверный процессор Opteron. Что касается процессоров для настольных компьютеров, то инициативу здесь перехватила компания Intel, первой представив процессоры Intel Pentium D и Intel Extreme Edition. Вслед за ними появились двуядерные процессоры Athlon64 Х2 производства AMD.

Самым большим достоинством новых продуктов явилось то, что переход к двуядерной системе не требовал замены материнской платы. При этом уже установленная операционная система моментально обнаруживала второе ядро (в списке оборудования появлялся второй процессор), и никакой специфической настройки программного обеспечения не требовалось (не говоря уже о полной переустановке операционной системы).

Преимущества двуядерных процессоров можно ощутить в мультимедиа-программах. Если при использовании обычного одноядерного процессора совместная обработка видео-и удиоданных заметно увеличивает время кодирования, то для двуядерных это не так: звуковой поток отправляется на второе ядро и его обработка не влияет на общие временные затраты. Правда, следует отметить, что объемы работы при видео- и аудиообработке данных довольно сильно различаются, поэтому равномерной загрузки ядер нет и рассчитывать на существенный рост производительности не приходится.

Процессоры Intel

Фирма Intel долгое время занимала доминирующее положение и сейчас является одним из лидеров на рынке производителей процессоров для персональных компьютеров. Разработанный Intel в 1979 году микропроцессор i8088 был выбран фирмой IBM для производства первого персонального компьютера. С тех пор сменилось множество поколений процессоров, неоднократно модернизировалась их архитектура.

Усовершенствование используемых технологий позволило многократно увеличить возможности процессоров и производительность персональных компьютеров (рис. 2.9).

Определенные суждения об успехах фирмы Intel в процессе совершенствования своих процессоров можно сделать на основании табл. 2.1.

Процессор Intel Pentium 4

Рис.2.9 ▼ Процессор Intel Pentium 4

Таблица 2.1 ▼ Процессоры Intel

Процессоры Год начала

выпуска

Число транзисторов, млн. Максимальная рабочая частота, МГц Максимальная частота системной шины, МГц
Celeron 1998 7,5 . 700 66
Celeron А 1998 19 766 66 .

Таблица 2.1 ▼ Процессоры Intel (окончание)

Процессоры Год начала

выпуска

Число транзисторов, млн. Максимальная рабочая частота, МГц Максимальная частота системной шины, МГц
Pentium III 1999 9,5 450-1000 100; 133
Pentium III E Pentium III 1999 28,1 400-1200 100; 133

Xeon Pentium III E Xeon 1999

9,5 1266 133
Celeron III 2000 140 1333 133
Pentium 4 2001 28,1 1300 100
Celeron 4 2000 42 2100 400
Pentium 4 2002 42 1700 400
HyperThreading 2002 55 3060 533
Pentium 4 HyperThreading 2003 55 3400 800
Pentium 4 Extreme Edition 2003 170 более 3400 более 800

Производимые Intel в настоящее время процессоры используют два типа разъемов для установки на материнскую плату. Гнездо типа Socket 478, предложенное в 2001 году, предназначено для установки процессоров Pentium 4. В процессоре используется пять выводов идентификатора напряжения (VID 0 - VID 4), код с которых считывается преобразователем напряжения на системной плате. На основании полученной информации модуль переключается и генерирует необходимое для питания процессора напряжение.

Разъем LGA775 (Land Grid Array) предназначен для установки на системную плату процессоров Pentium 4 Extreme Edition и содержит большее количество выводов - 940 против 478 выводов для процессоров Pentium 4 предыдущих поколений. Основным отличием разъема этой конструкции является то, что он содержит не гнездовые, а штыревые выводы. Появление подобного типа соединителей связано с высокой плотностью контактов и сложностью подачи на процессор напряжения питания. Вместе с тем, процессоры Pentium 4 Extreme Edition имеют также и штыревой вариант цоколя.

Долгое время в маркировке процессоров использовались два элемента: модель и тактовая частота. Но помимо тактовой частоты современные процессоры имеют и иные важные параметры. Фирма Intel ввела для маркировки процессоров новую систему нумерации, отличающуюся от прежней системы по тактовой частоте. Процессоры от Intel обозначаются комбинацией из названия (семейства процессоров) и трехзначного номера процессора в семействе. Номера процессоров представляют собой трехзначные числа: 7хх, 5хх и Зхх и др. Причем первая цифра процессорного номера определяет семейство процессора, а две последующие - его номер в семействе. Номер процессора в сочетании с номером семейства (серии или линейки) составляет полное обозначение. Например: Celeron D 366.

По первой цифре можно различать процессоры Intel разных поколений и разных классов:

9 - Pentium 4 Extreme Edition для геймеров и профессионалов;

5 - Pentium 4 для ПК среднего класса;

3 - Celeron бюджетные компьютеры;

6 - Pentium 4 с кэш-памятью 2Мб;

7 - Pentium М для ноутбуков.

Более высокий номер в пределах процессорного семейства может указывать на большее число функций процессора, повышенное значение какого-либо из параметров или изменение в архитектуре. Однако в некоторых случаях более высокий номер процессора может соответствовать повышению одного параметра наряду с уменьшением другого. Например, увеличение номера может соответствовать возрастанию частоты внешней шины процессора или увеличению размера кэш-памяти, даже если при этом тактовая частота остается постоянной или снижается. Сравнивая числовые обозначения процессоров, необходимо обращать внимание и на другие параметры процессора, кроме тактовой частоты.

В прайс-листах большинства фирм-продавцов эти параметры указываются вслед за обозначением процессора (рис. 2.10).

Пример обозначения процессора Intel

Рис. 2.10 ▼ Пример обозначения процессора Intel

Тепловыделение современных процессоров достигло критического уровня, с которым не справляются существующие системы охлаждения. Для предотвращения возможных последствий перегрева кристалла CPU применяются технологии, позволяющие программно изменять рабочую частоту процессора при достижении уровня критического тепловыделения. Так современные процессоры Intel Pentium 4 с тепловыделением более 100 Вт нередко работают в режиме тепловой защиты. Это означает, что при достижении критической температуры тактирование ядра процессора приостанавливается на определенные промежутки времени, позволяя процессору остыть. Режимы тепловой защиты используются в процессорах поддерживающих технологии Enhanced HALT State и Enhanced Intel SpeedStep Technology.

Увечить производительность процессора позволяют следующие технологии:

>■ ЕМ64Т (Extended Memory 64-bit Technology) - набор 64-битных инструкций, аналогичный набору AMD64 компании Advanced Micro Devices; включает технологию EDB;

>• НТ(Hyper-Threading) - многопоточное выполнение программ, более известное как Simultaneous Multi-Threading;

>• lVr (Intel Virtualization Technology) - способ разделения (partitioning) одного физического компьютера на несколько логических, функционирующих как полностью самостоятельные системы.

Аппаратная защита от вирусов реализована в технологии EDB (Execute Disable Bit) - предотвращение выполнения данных.

В настоящее время широко продаются две линейки процессоров Intel: Celeron и Pentium. Компьютеры на базе процессоров Celeron позиционируются как недорогие производительные машины для домашнего и офисного применения, собираемые на базе socket 478. Процессоры Pentium позволяют создавать более мощные и производительные компьютеры на базе socket 775. Хотя все развивается, и уже младшие модели процессоров выпускаются под socket 478 для использования в бюджетных моделях компьютеров.

Материнская плата | Все о компьютерном железе | Процессоры intel серий pentium 4 600 и pentium 4 500


Все о компьютерном железе



Новости за месяц

  • Февраль
    2020
  • Пн
  • Вт
  • Ср
  • Чт
  • Пт
  • Сб
  • Вс