Как работает процессор компьютера

технические характеристики, рабочая температура, самостоятельный разгон

Само слово процессор происходит от английского глагола to process, что в переводе на русский будет звучать, как обрабатывать. В общем понимании, под данным термином подразумевается устройство или набор программ, которые используются для совершения вычислительных операций или обработки массива данных или процесса.

Содержание: 

Что такое центральный процессор, и для чего он нужен

В персональном компьютере процессор выполняет функцию «мозга», являясь основной микросхемой, которая требуется для бесперебойной и правильной работы ПК. Под управлением CPU находятся все внутренние и периферийные устройства.

Внешне процессор представляет собой небольшую квадратную плату, верхняя часть которой закрыта металлической крышкой, служащей для защиты микросхем, а нижняя поверхность усыпана большим количеством контактов. Именно этой стороной процессор устанавливается в специальный разъём или сокет, располагающийся на материнской плате. ЦП, или центральный процессор, является самой важной деталью современного компьютера. Без команды, которую отдаёт CPU, не происходит выполнение ни одной, даже самой простой, операции, например, сложение двух чисел или запись одного байта информации.

Как работает процессор

• Принцип работы процессора – это последовательная обработка разных операций. Они происходят очень быстро, основные из них:
  При запуске любого процесса, заключающегося в исполнении программного кода, управляющий блок ЦП извлекает все необходимые данные и набор операндов, требуемых к исполнению. Далее это отгружается в буферную или кэш-память.
•  На выходе из кэша весь поток информации делится на две категории – инструкции и значения. Они перенаправляются в соответствующие ячейки памяти, которые называются регистры. Первые помещаются в регистры команд, вторая категория − в регистры данных.
•  Находящуюся в регистрах памяти информацию обрабатывает арифметически-логическое устройство. Это одна из частей ЦП, которая требуется для проведения арифметических и логических операций.
•  Результаты вычислений разделяются на два потока – законченные и незаконченные, которые, в свою очередь, отправляются обратно в кэш-память.
•  По завершению цикла вычислений конечный итог записывается в оперативную память. Это требуется для высвобождения места в буфере, которое необходимо для проведения новых вычислительных операций. При переполнении кэша все неактивные процессы перемещаются в ОЗУ или на нижний уровень.

Из чего состоит процессор

Чтобы представить, как работает ЦПУ, нужно понимать, из каких частей он состоит. Основными составляющими процессора являются:

1. Верхняя крышка, которая представляет собой металлическую пластину, выполняющую функции защиты внутреннего содержимого и теплоотведения.
2.  Кристалл. Это самая важная часть CPU. Кристалл изготавливается из кремния и содержит на себе большое количество мельчайших микросхем.
3.  Подложка из текстолита, которая служит контактной площадкой. На ней крепятся все детали ЦП и располагаются контакты, через которые происходит взаимодействие со всей остальной системой.

При креплении верхней крышки применяется клей-герметик, способный выдерживать воздействие высоких температур, а для устранения зазора внутри собранного процессора используется термопаста. После застывания она образует своеобразный «мостик», который требуется для обеспечения оттока тепла от кристалла.

Что такое ядро процессора

Если сам центральный процессор можно назвать «мозгом» компьютера, то ядро считается основной деталью самого ЦП. Ядро – это набор микросхем, расположенных на площадке из кремния, размер которой не превышает квадратного сантиметра. Совокупность микроскопических логических элементов, посредством которых реализована принципиальная схема работы, носит название архитектуры.

Немного технических подробностей: в современных процессорах крепление ядра к платформе чипа осуществляется с помощью системы «флип-чип», такие стыки обеспечивают максимальную плотность соединения.

Каждое ядро состоит из определённого количества функциональных блоков:

1.  блок работы с прерываниями, который необходим для быстрого переключения между задачами;
2.  блок выработки инструкций, отвечающий за получение и направление команд для последующей обработки;
3.  блок декодирования, который нужен для обработки поступающих команд и определения действия, необходимых для этого;
4.  управляющий блок, который занимается передачей обработанных инструкций на прочие функциональные части и координацией нагрузки;
5. последними являются блоки выполнения и сохранения.

Что такое сокет процессора

Термин socket переводится с английского языка как «гнездо» или «разъём». Для персонального компьютера данный термин одновременно относится непосредственно к материнской плате и процессору. Сокет – это место крепления ЦП. Они различаются между собой такими характеристиками, как размер, количество и тип контактов, особенностями монтажа охлаждения.

 Два крупнейших производителя процессоров – Intel и AMD − ведут давнюю маркетинговую войну, предлагая каждый свой собственный сокет, подходящий только под CPU своего производства. Цифра в маркировке конкретного сокета, например, LGA 775, обозначает количество контактов или контактных ножек. Также в технологическом плане сокеты могут различаться между собой:

•  присутствием дополнительных контроллеров;
•  возможностью технологии поддержи графического ядра процессора;
•  производительностью.

Сокет также может оказывать влияние на следующие параметры работы компьютера:

• вид поддерживаемой ОЗУ;
• частоту работы шины FSB;
• косвенно, на версию PCI-e и разъём SATA.

Создание специального гнезда для крепления центрального процессора требуется, чтобы пользователь мог совершать апргрейд системы и менять ЦПУ в случае его выхода из строя.

Сокет процессор – это гнездо для его установки на материнской плате

Графическое ядро в процессоре: что это такое

Одной из деталей ЦП, кроме непосредственно основного ядра, может быть графический процессор. Что это такое, и для чего требуется применение подобного компонента? Сразу следует отметить, что встраивание графического ядра не является обязательным и присутствует не в каждом процессоре. Это устройство требуется для исполнения основных функций CPU в виде решения вычислительных задач, а также поддержку графики.

 Причинами, по которым производители используют технологии объединения двух функций в одном ядре, являются:

•  сокращение энергопотребления, поскольку меньшие по размеру устройства требуют меньше питания и затрат на охлаждение;
•  компактность;
•  снижение стоимости.

Применение интегрированной или встроенной графики чаще всего наблюдается в ноутбуках или недорогих ПК, предназначенных для офисной работы, где нет завышенных требований к графике.

Основные понятия процессора в информатике

Что такое потоки в процессоре

Поток выполнения в ЦП – это наименьшая единица обработки, которая назначается ядром, необходимая для разделения кода и контекста исполняемого процесса. Одномоментно может существовать несколько процессов, которые одновременно используют ресурсы ЦП. Существует оригинальная разработка компании Intel, которая стала применяться в моделях, начиная с процессора Intel Core i3, которая именуется HyperThreading. Это технология деления физического ядра на два логических. Таким образом, операционная система создаёт дополнительные вычислительные мощности и увеличивает поточность. Получается, что только показатель количества ядер не будет решающим, поскольку в некоторых случаях компьютеры, имеющие 4 ядра, проигрывают по быстродействию тем, которые имеют всего 2.

Что такое техпроцесс в процессоре

Под техпроцессом в информатике понимается размер транзисторов, применяемых в ядре компьютера. Процесс изготовления ЦП происходит по методу фотолитографии, когда из покрытого диэлектрической плёнкой кристалла под действие света вытравливаются транзисторы. Используемое оптическое оборудование имеет такой показатель, как разрешающая способность. Это и будет технологическим процессом. Чем она выше, тем большее количество транзисторов можно уместить на одном кристалле.

 Снижению размеров кристалла способствует:

• снижение тепловыделения и энергопотребления;
• производительность, поскольку при сохранении физического размера кристалла удаётся поместить на нём большее количество рабочих элементов.

Единицей измерения техпроцесса является нанометр (10-9). Большинство современных процессоров изготавливается по 22 нм технологическому процессу.

 Техпроцесс – это увеличение количества рабочих элементов процессора при сохранении его размеров

Что такое виртуализация процессора

Основа метода заключается в разделении ЦП на гостевую и мониторную часть. Если требуется переключение с основной на гостевую ОС, тогда процессор автоматически осуществляет эту операцию, сохраняя видимыми только те значения регистра, которые требуются для стабильной работы. Поскольку гостевая операционная система взаимодействует напрямую с процессором, то работа виртуальной машины будет значительно быстрее.

Включение виртуализации возможно в настройках BIOS. Большая часть материнских плат и процессоров от AMD не поддерживает технологию создания виртуальной машины аппаратными методами. Тут на помощь пользователю приходят программные способы.

Что такое регистры процессора

Регистр процессора – это специальный набор цифровых электрических схем, которые относятся к сверхбыстрой памяти, необходимой ЦП для хранения результатов промежуточных операций. Каждый процессор содержит великое множество регистров, большая часть которых недоступна программисту и зарезервирована для исполнения основных функций ядра. Существуют регистры общего и специального назначения. Первая группа доступна для обращения, вторая используется самим процессором. Поскольку скорость взаимодействия с регистрами ЦП выше, чем обращение в оперативной памяти, они активно применяются программистами для написания программных продуктов.

Основные технические характеристики процессора

Что такое тактовая частота процессора

Многие пользователи слышали такое понятие, как тактовая частота, но не все до конца представляют себе, что это такое. Говоря простым языком, это количество операций, которое может выполнять ЦП за 1 секунду. Здесь действует правило – чем выше показатель такта, тем более производительный компьютер.

Единицей измерения тактовой частоты является Герц, который по физическому смыслу является отображением количества колебаний за установленный отрезок времени. Образование тактовых колебаний происходит за счёт действия кристалла кварца, который располагается в тактовом резонаторе. После подачи напряжения происходит возникновение колебаний электрического тока. Они передаются на генератор, преобразующий их в импульсы, которые посылаются на шины данных. Тактовая частота процессора не единственная характеристика оценки скорости работы ПК. Также требуется учитывать количество ядер и объём буферной памяти.

Что такое разрядность процессора

Каждый пользователь ОС от Windows при установке новых программ сталкивался с выбором версии под разрядность системы. Что же такое разрядность ЦПУ? Выражаясь простым языком, это показатель, называемый иначе машинным словом, показывающий, сколько бит информации ЦП обрабатывает за один такт. В современных процессорах этот показатель может быть кратным 32 или 64.

Разрядность может иметь значение 32 и 64 бита

Что такое троттлинг процессора

Троттлинг, или дросселирование, – это защитный механизм, который применяется для предотвращения перегрева центрального процессора или возникновения аппаратных сбоев при работе. Функция активна по умолчанию и срабатывает при повышении температуры до критической отметки, которая установлена для каждой конкретной модели ЦП производителем. Защита осуществляется путём снижения производительности ядра. При возвращении температуры к нормальным показателям функция автоматически отключается. Существует возможность принудительно поменять параметры троттлинга через БИОС. Она активно используется любителями разгона ЦП или оверклокерами, но для простого пользователя подобные изменения чреваты поломкой ПК.

Температура процессора и видеокарты

При работе ядра и прочих элементов ЦП выделяется большое количество тепла, именно поэтому в современных компьютерах используются мощные системы охлаждения, как центрального процессора, так и основных узлов материнской платы. Требовательные программы, которые активно используют мощности ЦП и видеокарты (обычно это игры), нагружают процессор, что приводит к быстрому повышению температуры. В этом случае включается троттлинг. Многие производители видеокарт утверждают, что их продукция способна нормально функционировать даже при 100°C. В реальности предельной температурой будет та, которая указана в технической документации.

Самостоятельно контролировать температурный режим можно посредством специального софта для мониторинга (AIDA64, GPU Temp, Speccy). Если при работе или игре наблюдается подтормаживание, значит, вполне вероятно, температура возросла до критической отметки, и автоматически сработала защита.

Самостоятельно отслеживать температуру ЦП и видеокарты можно посредством специального софта

Что такое турбо буст в процессоре

Turbo Boost – это запатентованная технология компании Intel, которая применяется в процессорах Intel Core i5 и i7 первых трёх генераций. Она применяется для аппаратного ускорения работы ЦП на определённое время. С использованием технологии процедура разгона осуществляется с учётом всех важных параметров – силы тока, температуры, напряжения, состояния ОС, поэтому она полностью безопасна для компьютера. Прирост в скорости работы процессора носит временный характер и будет зависеть от типа нагрузки, количества ядер и конфигурации платформы. Дополнительно следует отметить, что технология поддерживается только операционными системами Windows 7 и 8.

 Фирменная технология от компании Intel позволяет добиться временного улучшения производительности компьютера.

Виды процессоров

Всего принято выделять 5 основных видов процессоров в компьютере:

• Буферный. Это сопроцессор, который требуется для предварительной обработки информации между периферией и ЦП.
• Препроцессор. По своей сути, это аналогичный предыдущему процессор, назначением которого является промежуточная обработка данных.
• CISC. ЦП, выпускаемый компанией Intel, который отличается от обычного увеличенным набором команд.
• RISC. Альтернативная версия CISC, имеющая сокращённое количество команд. Большинство крупных производителей процессоров работает на сочетании двух разновидностей (CISC и RISC), что позволит увеличить мощность и скорость работы ядра.
• Клоны. Это процессоры, которые выпускаются некрупными производителями по лицензии или полностью пиратским способом.

Самые популярные модели и производители

Рынок микропроцессоров делят два крупных производителя – Intel и AMD, которые ведут непримиримую борьбу на протяжении всего времени своего существования. Каждая компания предлагает свои готовые решения. Выбор конкретной модели является субъективным решением конечного пользователя, поскольку каждый производитель предлагает широкую линейку моделей, имеющую как бюджетные варианты, так и топовые игровые ЦП.

Наибольшую популярность в линейке процессоров от Intel приобрели модели Intel Core i3, i5 и i7. В зависимости от модификации они могут использоваться как в игровых ПК, так и в офисных машинах. У AMD одними из лучших считаются процессоры серии Ryzen, демонстрирующие хорошие показатели производительности. Серия Athlon до сих пор встречается, но относится уже к архивным. Для нетребовательного пользователя подойдут процессоры AMD A серии.

AMD и Intel являются двумя самыми крупными компаниями по производству процессоров.

Что такое скальпирование процессора

Скальпирование процессора – это процедура снятия крышки для замены термопасты. Проведение данной процедуры является одной из составных частей разгона или может потребоваться для снижения нагрузки на аппаратную часть ЦП.

 Сама процедура заключается в:

•  снятии крышки;
•  удалении старой термопасты;
•  очистке кристалла;
•  нанесении нового слоя термопасты;
•  закрытии крышки.

При проведении процедуры следует учитывать тот факт, что одно неверное движение может привести к выходу процессора из строя. Поэтому лучше доверить это мероприятие профессионалам. Если решение провести скальпирование в домашних условиях принято окончательно, то можно посоветовать приобрести специальный прибор в виде зажима для ЦП, что облегчит снятие крышки без повреждения кристалла.

Как разогнать процессор

Проведение оверклокинга, или разгона центрального процессора, может быть целесообразно при наличии устаревшего оборудования и отсутствии средств для покупки нового камня. Обычно проведение процедуры позволяет получить прирост производительности от 10 до 20%. Существует два метода, как провести разгон, – путём увеличения частоты шины FSB или повышения множителя процессора. Современные компьютеры, по общему правилу, поставляются с заблокированным множителем, поэтому самым доступным будет способ изменения частоты системной шины.

Основные советы по разгону:

•  Трогать питание ядра при отсутствии опыта не рекомендуется.
•  Повышение показателя частоты следует проводить поэтапно, увеличивая за один раз не более чем на 100 МГц.
•  Отслеживать температуру, поскольку при повышении частоты увеличивается тепловыделение.
•  При решении увеличить питание ядра шаг составляет 0,05В, при этом максимальный предел не должен превышать 0,3В, иначе велика вероятность выхода ЦП из строя.
•  После каждого повышения требуется тестировать стабильность работы. При первых сбоях разгон необходимо прекратить.

Упростить процесс разгона можно посредством применения специальных программ, которые самостоятельно контролируют основные параметры, затрагиваемые при оверклокинге.

Процессор – это сердце вашего ПК. Именно здесь идёт администрирование всех процессов машины. От того, насколько эффективно будет работать этот блок, зависит качество работы всего компьютера. А значит, и ваша уверенность и спокойствие полностью зависят от выбора качественной начинки аппаратно-вычислительной машины.

Если у вас есть вопросы к нашим экспертам, можно оставить их ниже.

Как работает процессор и что важно знать?

Процессор — сердце любого компьютера. Мы знаем, как он выглядит снаружи. Но интересно же — как он выглядит изнутри?

Процессор состоит из миллиардов транзисторов сопоставимых по размеру с молекулой ДНК. Действительно размер молекулы ДНК составляет 10 нм. И это не какая-то фантастика! Каждый день процессоры помогают нам решать повседневные задачи. Но вы когда-нибудь задумывались, как они это делают? И как вообще люди заставили кусок кремния производить за них вычисления?

Сегодня мы разберем базовые элементы процессора и на практике проверим за что они отвечают. В этом нам поможет красавец-ноутбук — Acer Swift 7 с процессором Intel на борту.

Ядро процессора

Модель нашего процессора i7-1065G7. Он четырёхядерный и ядра очень хорошо видны на фотографии.

Каждое ядро процессора содержит в себе все необходимые элементы для вычислений. Чем больше ядер, тем больше параллельных вычислений процессор может выполнять. Это полезно для многозадачности и некоторых ресурсоемких задач типа 3D-рендеринга.

Например, для теста мы одновременно запустили четыре 4К-видео. Нагрузка на ядра рспределяется более менее равномерно: мы загрузили процессор на 68%. В итоге больше всего пришлось переживать за то хватит ли Интернет-канала. Современные процессоры отлично справляются с многозадачностью.

Почему это важно? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте разберемся — как же работает ядро?

По своей сути ядро — это огромный конвейер по преобразованию данных. На входе загружаем одно, на выходе получаем другое. В его основе лежат транзисторы. Это миниатюрные переключатели, которые могут быть в всего в двух состояниях: пропускать ток или нет. Эти состояния компьютер интерпретирует как нули и единицы, поэтому все данные в компьютере хранятся в двоичном коде.

Можно сказать, что компоненты внутри компьютера общаются между собой при помощи подобия Азбуки Морзе, которая тоже является примером двоичного кода. Только компьютер отстукивает нам не точки и тире, а нолики и единички. Казалось бы, вот есть какой-то переключатель, и что с ним можно сделать? Оказывается очень многое!

Если по хитрому соединить несколько транзисторов между собой, то можно создать логические вентили. Это такие аналоговые эквиваленты функции “если то”, ну как в Excel. Если на входе по обоим проводам течет ток, то на выходе тоже будет течь или не будет или наоборот, вариантов не так уж и много — всего семь штук.

Но дальше комбинируя вентили между собой в сложные аналоговые схемы, мы заставить процессор делать разные преобразования: складывать, умножать, сверять и прочее.

Поэтому ядро процессора состоит из множества очень сложных блоков, каждый из которых может сделать с вашими данными что-то своё.

Прям как большой многостаночный завод, мы загружаем в него сырье — наши данные. Потом всё распределяем по станкам и на выходе получаем результат.

Но как процессор поймёт, что именно нужно делать с данными? Для этого помимо данных, мы должны загрузить инструкции. Это такие команды, которые говорят процессору:

• это надо сложить,
• это перемножить,
• это просто куда-нибудь отправить.

Инструкций очень много и для каждого типа процессора они свои. Например, в мобильных процессорах используется более простой сокращённый набор инструкций RISC — reduced instruction set computer.

А в ПК инструкции посложнее: CISC — complex instruction set computer.

Поэтому программы с мобильников не запускаются на компах и наоборот, процессоры просто не понимают их команд. Но чтобы получить от процессора результат недостаточно сказать — вот тебе данные, делай то-то. Нужно в первую очередь сказать, откуда брать эти данные и куда их, собственно, потом отдавать. Поэтому помимо данных и инструкций в процессор загружаются адреса.

Память

Для выполнения команды ядру нужно минимум два адреса: откуда взять исходные данные и куда их положить.

Всю необходимую информацию, то есть данные, инструкции и адреса процессор берёт из оперативной памяти. Оперативка очень быстрая, но современные процессоры быстрее. Поэтому чтобы сократить простои, внутри процессора всегда есть кэш память. На фото кэш — это зелёные блоки. Как правило ставят кэш трёх уровней, и в редких случаях четырёх.

Самая быстрая память — это кэш первого уровня, обозначается как L1 cache. Обычно он всего несколько десятков килобайт. Дальше идёт L2 кэш он уже может быть 0,5-1 мб. А кэш третьего уровня может достигать размера в несколько мегабайт.

Правило тут простое. Чем больше кэша, тем меньше процессор будет обращаться к оперативной памяти, а значит меньше простаивать.

В нашем процессоре кэша целых 8 мб, это неплохо.

Думаю тут всё понятно, погнали дальше.

Тактовая частота

Если бы данные в процессор поступали хаотично, можно было бы легко запутаться. Поэтому в каждом процессоре есть свой дирижёр, который называется тактовый генератор. Он подает электрические импульсы с определенной частотой, которая называется тактовой частотой. Как вы понимаете, чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор.

Занимательный факт. По-английски, тактовая частота — это clock speed. Это можно сказать буквальный термин. В компьютерах установлен реальный кристалл кварца, который вибрирует с определенной частотой. Прямо как в наручных кварцевых часах кристалл отсчитывает секунды, так и в компьютерах кристалл отсчитывает такты.

Обычно частота кристалла где-то в районе 100 МГц, но современные процессоры работают существенно быстрее, поэтому сигнал проходит через специальные множители. И так получается итоговая частота.

Современные процессоры умеют варьировать частоту в зависимости от сложности задачи. Например, если мы ничего не делаем и наш процессор работает на частоте 1,3 ГГц — это называется базовой частотой. Но, к примеру, если архивируем папку и мы видим как частота сразу увеличивается. Процессор переходит в турбо-режим, и может разогнаться аж до 3,9 ГГц. Такой подход позволяет экономить энергию, когда процессор простаивает и лишний раз не нагреваться.

А еще благодаря технологии Intel Hyper-threading, каждое ядро делится на два логических и мы получаем 8 независимых потоков данных, которые одновременно может обрабатывать компьютер.

Что прикольно, в новых процессорах Intel скорость частот регулирует нейросеть. Это позволяет дольше держать турбо-частоты при том же энергопотреблении.

Вычислительный конвейер

Так как ядро процессора — это конвейер, все операции через стандартные этапы. Их всего четыре штуки и они очень простые. По-английски называются: Fetch, Decode, Execute, Write-back.

1. Fetch — получение
2. Decode — раскодирование
3. Execute — выполнение
4. Write-back — запись результата

Сначала задача загружается, потом раскодируется, потом выполняется и, наконец, куда-то записывается результат.

Чем больше инструкций можно будет загрузить в конвейер и чем меньше он будет простаивать, тем в итоге будет быстрее работать компьютер.

Предсказатель переходов

Чтобы конвейер не переставал работать, инженеры придумали массу всяких хитростей. Например, такую штуку как предсказатель переходов. Это специальный алгоритм, который не дожидаясь пока в процессор поступит следующая инструкция её предугадать. То есть это такой маленький встроенный оракул. Вы только дали какую-то задачу, а она уже сделана.

Такой механизм позволяет многократно ускорить систему в массе сценариев. Но и цена ошибки велика, поэтому инженеры постоянно оптимизируют этот алгоритм.

Микроархитектура

Все компоненты ядра, как там всё организовано, всё это называется микроархитектурой. Чем грамотнее спроектирована микроархитектура, тем эффективнее работает конвейер. И тем больше инструкций за такт может выполнить процессор. Этот показатель называется IPC — Instruction per Cycle.

А это значит, если два процессора будут работать на одинаковой тактовой частоте, победит тот процессор, у которого выше IPC.

В процессорах Ice Lake, Intel использует новую архитектуру впервые с 2015 года. Она называется Sunny Cove.

Показатель IPC в новой архитектуре аж на 18% на выше чем в предыдущей. Это большой скачок. Поэтому при выборе процессора обращаете внимание, на поколение.

Система на чипе

Естественно, современные процессоры — это не только центральный процессор. Это целые системы на чипе с множеством различных модулей.

ГП

В новый Intel больше всего места занимает графический процессор. Он работает по таким же принципам, что и центральный процессор. В нём тоже есть ядра, кэш, он тоже выполняет инструкции. Но в отличие от центрального процессора, он заточен под только под одну задачу: отрисовывать пиксели на экране.

Поэтому в графический процессорах ядра устроены сильно проще. Поэтому их даже называют не ядрами, а исполнительными блоками. Чем больше исполнительных блоков тем лучше.

В десятом поколении графика бывает нескольких типов от G1 до G7. Это указывается в названии процессора.

А исполнительных блоков бывает от 32 до 64. В прошлом поколении самая производительная графика была всего с 24 блоками.

Также для графики очень важна скорость оперативки. Поэтому в новые Intel завезли поддержку скоростной памяти DDR4 с частотой 3200 и LPDDR4 с частотой 3733 МГц.

У нас на обзоре ноутбук как раз с самой топовой графикой G7. Поэтому, давайте проверим на что она способна! Мы проверили его в играх: CS:GO, Dota 2 и Doom Eternal.

Что удобно — Intel сделали портал gameplay.intel.com, где по модели процессора можно найти оптимальные настройки для большинства игр.

В целом, в Full HD разрешении можно комфортно играть в большинство игр прямо на встроенной графике.

Thunderbolt

Но есть в этом процессоре и вишенка на торте — это интерфейс Thunderbolt. Контроллер интерфейса расположен прямо на основном кристалле, вот тут.

Такое решение позволяет не только экономить место на материнской плате, но и существенно сократить задержки. Проверим это на практике.

Подключим через Thunderbolt внешнюю видеокарту и монитор. И запустим те же игры. Теперь у нас уровень производительности ноутбука сопоставим с мощным игровым ПК.

Но на этом приколюхи с Thunderbolt не заканчиваются. К примеру, мы можем подключить SSD-диск к монитору. И всего лишь при помощи одного разъёма на ноуте мы получаем мощный комп для игр, монтажа и вообще любых ресурсоемких задач.

Мы запустили тест Crystalmark. Результаты вы видите сами.

Но преимущества Thunderbolt на этом не заканчиваются. Через этот интерфейс мы можем подключить eGPU, монитор, и тот же SSD и всё это через один кабель, подключенный к компу.

Надеюсь, мы помогли вам лучше разобраться в том, как работает процессор и за что отвечают его компоненты.

Post Views: 1 690

От песка до процессора / Блог компании Intel / Хабр

Как и обещал – подробный рассказ о том, как делают процессоры… начиная с песка. Все, что вы хотели знать, но боялись спросить )

Я уже рассказывал о том, «Где производят процессоры» и о том, какие «Трудности производства» на этом пути стоят. Сегодня речь пойдет непосредственно про само производство – «от и до».

Производство процессоров

Вкратце процесс изготовления процессора выглядит так: из расплавленного кремния на специальном оборудовании выращивают монокристалл цилиндрической формы. Получившийся слиток охлаждают и режут на «блины», поверхность которых тщательно выравнивают и полируют до зеркального блеска. Затем в «чистых комнатах» полупроводниковых заводов на кремниевых пластинах методами фотолитографии и травления создаются интегральные схемы. После повторной очистки пластин, специалисты лаборатории под микроскопом производят выборочное тестирование процессоров – если все «ОК», то готовые пластины разрезают на отдельные процессоры, которые позже заключают в корпуса.

Уроки химии

Первоначально берется SiO₂ в виде песка, который в дуговых печах (при температуре около 1800°C) восстанавливают коксом:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO

3SiCl₄ + 2H₂ + Si 4SiHCl₃

2SiHCl₃ SiH₂Cl₂ + SiCl₄
2SiH₂Cl₂ SiH₃Cl + SiHCl₃
2SiH₃Cl SiH₄ + SiH₂Cl₂
SiH₄ Si + 2H₂

Слиток шкурят «нулёвкой» :) и режут алмазной пилой. На выходе – пластины (кодовое название «вафля») толщиной около 1 мм и диаметром 300 мм (~12 дюймов; именно такие используются для техпроцесса в 32нм с технологией HKMG, High-K/Metal Gate). Когда-то давно Intel использовала диски диаметром 50мм (2"), а в ближайшем будущем уже планируется переход на пластины с диаметром в 450мм – это оправдано как минимум с точки зрения снижения затрат на производство чипов. К слову об экономии — все эти кристаллы выращиваются вне Intel; для процессорного производства они закупаются в другом месте.

Каждую пластину полируют, делают идеально ровной, доводя ее поверхность до зеркального блеска.

Производство чипов состоит более чем из трёх сотен операций, в результате которых более 20 слоёв образуют сложную трёхмерную структуру – доступный на Хабре объем статьи не позволит рассказать вкратце даже о половине из этого списка :) Поэтому совсем коротко и лишь о самых важных этапах.

Итак. В отшлифованные кремниевые пластины необходимо перенести структуру будущего процессора, то есть внедрить в определенные участки кремниевой пластины примеси, которые в итоге и образуют транзисторы. Как это сделать? Вообще, нанесение различных слоев на процессорную подложу это целая наука, ведь даже в теории такой процесс непрост (не говоря уже о практике, с учетом масштабов)… но ведь так приятно разобраться в сложном ;) Ну или хотя бы попытаться разобраться.

Фотолитография

— На кремниевую подложку наносят слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На него наносится фоторезист — слой полимерного светочувствительного материала, меняющего свои физико-химические свойства при облучении светом.
— Производится экспонирование (освещение фотослоя в течение точно установленного промежутка времени) через фотошаблон
— Удаление отработанного фоторезиста.

Иной раз осаждать те или иные материалы в нужных местах пластины просто невозможно, поэтому гораздо проще нанести материал сразу на всю поверхность, убрав лишнее из тех мест, где он не нужен — на изображении выше синим цветом показано нанесение фоторезиста.

Пластина облучается потоком ионов (положительно или отрицательно заряженных атомов), которые в заданных местах проникают под поверхность пластины и изменяют проводящие свойства кремния (зеленые участки — это внедренные чужеродные атомы).

Как изолировать области, не требующие последующей обработки? Перед литографией на поверхность кремниевой пластины (при высокой температуре в специальной камере) наносится защитная пленка диэлектрика – как я уже рассказывал, вместо традиционного диоксида кремния компания Intel стала использовать High-K-диэлектрик. Он толще диоксида кремния, но в то же время у него те же емкостные свойства. Более того, в связи с увеличением толщины уменьшен ток утечки через диэлектрик, а как следствие – стало возможным получать более энергоэффективные процессоры. В общем, тут гораздо сложнее обеспечить равномерность этой пленки по всей поверхности пластины — в связи с этим на производстве применяется высокоточный температурный контроль.

Так вот. В тех местах, которые будут обрабатываться примесями, защитная пленка не нужна – её аккуратно снимают при помощи травления (удаления областей слоя для формирования многослойной структуры с определенными свойствами). А как снять ее не везде, а только в нужных областях? Для этого поверх пленки необходимо нанести еще один слой фоторезиста – за счет центробежной силы вращающейся пластины, он наносится очень тонким слоем.

В фотографии свет проходил через негативную пленку, падал на поверхность фотобумаги и менял ее химические свойства. В фотолитографии принцип схожий: свет пропускается через фотошаблон на фоторезист, и в тех местах, где он прошел через маску, отдельные участки фоторезиста меняют свойства. Через маски пропускается световое излучение, которое фокусируется на подложке. Для точной фокусировки необходима специальная система линз или зеркал, способная не просто уменьшить, изображение, вырезанное на маске, до размеров чипа, но и точно спроецировать его на заготовке. Напечатанные пластины, как правило, в четыре раза меньше, чем сами маски.

Весь отработанный фоторезист (изменивший свою растворимость под действием облучения) удаляется специальным химическим раствором – вместе с ним растворяется и часть подложки под засвеченным фоторезистом. Часть подложки, которая была закрыта от света маской, не растворится. Она образует проводник или будущий активный элемент – результатом такого подхода становятся различные картины замыканий на каждом слое микропроцессора.

Собственно говоря, все предыдущие шаги были нужны для того, чтобы создать в необходимых местах полупроводниковые структуры путем внедрения донорной (n-типа) или акцепторной (p-типа) примеси. Допустим, нам нужно сделать в кремнии область концентрации носителей p-типа, то есть зону дырочной проводимости. Для этого пластину обрабатывают с помощью устройства, которое называется имплантер — ионы бора с огромной энергией выстреливаются из высоковольтного ускорителя и равномерно распределяются в незащищенных зонах, образованных при фотолитографии.

Там, где диэлектрик был убран, ионы проникают в слой незащищенного кремния – в противном случае они «застревают» в диэлектрике. После очередного процесса травления убираются остатки диэлектрика, а на пластине остаются зоны, в которых локально есть бор. Понятно, что у современных процессоров может быть несколько таких слоев — в таком случае на получившемся рисунке снова выращивается слой диэлектрика и далее все идет по протоптанной дорожке — еще один слой фоторезиста, процесс фотолитографии (уже по новой маске), травление, имплантация… ну вы поняли.

Характерный размер транзистора сейчас — 32 нм, а длина волны, которой обрабатывается кремний — это даже не обычный свет, а специальный ультрафиолетовый эксимерный лазер — 193 нм. Однако законы оптики не позволяют разрешить два объекта, находящиеся на расстоянии меньше, чем половина длины волны. Происходит это из-за дифракции света. Как быть? Применять различные ухищрения — например, кроме упомянутых эксимерных лазеров, светящих далеко в ультрафиолетовом спектре, в современной фотолитографии используется многослойная отражающая оптика с использованием специальных масок и специальный процесс иммерсионной (погружной) фотолитографии.

Логические элементы, которые образовались в процессе фотолитографии, должны быть соединены друг с другом. Для этого пластины помещают в раствор сульфата меди, в котором под действием электрического тока атомы металла «оседают» в оставшихся «проходах» — в результате этого гальванического процесса образуются проводящие области, создающие соединения между отдельными частями процессорной «логики». Излишки проводящего покрытия убираются полировкой.

Финишная прямая

Когда обработка пластин завершена, пластины передаются из производства в монтажно-испытательный цех. Там кристаллы проходят первые испытания, и те, которые проходят тест (а это подавляющее большинство), вырезаются из подложки специальным устройством.

На следующем этапе процессор упаковывается в подложку (на рисунке – процессор Intel Core i5, состоящий из CPU и чипа HD-графики).

Привет, сокет!

Сокет (разъём центрального процессора) — гнездовой или щелевой разъём, предназначенный для установки центрального процессора. Использование разъёма вместо прямого распаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера. Разъём может быть предназначен для установки собственно процессора или CPU-карты (например, в Pegasos). Каждый разъём допускает установку только определённого типа процессора или CPU-карты.

На завершающем этапе производства готовые процессоры проходят финальные испытания на предмет соответствия основным характеристикам – если все в порядке, то процессоры сортируются в нужном порядке в специальные лотки – в таком виде процессоры уйдут производителям или поступят в OEM-продажу. Еще какая-то партия пойдет на продажу в виде BOX-версий – в красивой коробке вместе со стоковой системой охлаждения.

The end

Ну и еще кое-что более удивительное. Представьте, что вы без пяти минут великий ученый — аккуратно сняли теплораспределительную крышку процессора и в огромный микроскоп смогли увидеть структуру процессора – все эти соединения, транзисторы… даже что-то на бумажке зарисовали, чтобы не забыть. Как думаете, легко ли изучить принципы работы процессора, располагая только этими данными и данными о том, какие задачи с помощью этого процессора можно решать? Мне кажется, примерно такая картина сейчас видна ученым, которые пытаются на подобном уровне изучить работу человеческого мозга. Только если верить стэнфордским микробиологам, в одном человеческом мозге находится больше «транзисторов», чем во всей мировой IT-инфраструктуре. Интересно, правда?

BONUS

Эту статью я писал сам, пытаясь вникнуть в тонкости процесса процессоростроения. Я к тому, что в статье могут быть какие-то неточности или ошибки — если найдете что-то, дайте знать. А вообще, чтобы окончательно закрепить весь прочитанный материал и наглядно понять то, что было недопонято в моей статье, пройдите по этой ссылке. Теперь точно всё.

Успехов!

Как работает процессор: объясняем простыми словами

• Рейтинги
• Обзоры
  • Смартфоны и планшеты
  • Компьютеры и ноутбуки
  • Комплектующие
  • Периферия
  • Фото и видео
  • Аксессуары
  • ТВ и аудио
  • Техника для дома
  • Программы и приложения
• Новости
• Советы
  • Покупка
  • Эксплуатация
  • Ремонт
• Подборки
  • Смартфоны и планшеты
  • Компьютеры
  • Аксессуары
  • ТВ и аудио
  • Фото и видео
  • Программы и приложения
  • Техника дл

Технологии многопоточности процессоров: принцип работы и сферы применения | Процессоры | Блог

Физические ядра, логические ядра, технологии многопоточности — все это разрабатывалось инженерами для увеличения производительности компьютерного железа, требования к которому постоянно растут. Программы и игры требуют все больше ресурсов. Как же производители процессоров увеличивают мощность своих детищ? Процессор является «сердцем» компьютера и выполняет вычисления, необходимые для работы софта. Модели CPU отличаются между собой даже в рамках одного семейства. Например, Intel Core i7 отличается от i5 технологией многопоточности под названием «Hyper-Threading», о которой далее пойдет речь (Core i3, i9, и некоторые Pentium также обладают данной технологией).

Принцип работы процессорных ядер и многопоточности

В современных операционных системах одновременно работает множество процессов.
Нагрузка от операционной системы на процессор идет по так называемому конвейеру, на который «выкладываются» нужные задачи для ядра. В качестве примера возьмем одно ядро процессора на частоте 4 ГГц с одним ALU (арифметико-логическое устройство) и одним FPU (математический сопроцеесор). Частота в 4 ГГц означает, что ядро исполняет 4 миллиарда тактов в секунду. К ядру по конвейеру поступают задачи, требующие исполнительной мощности, на которые тратится процессорное время. 

Часто происходят случаи, когда для выполнения необходимой операции процессору приходится ждать данные из кеша более низкой скорости (L3 кеш), или же оперативной памяти. Данная ситуация называется кэш-промах. Это происходит, когда в кэше ядра не была найдена запрошенная информация и приходится обращаться к более медленной памяти. Также существуют и другие причины, заставляющие прерывать выполнение операции ядром, что негативно сказывается на производительности.

Данный конвейер можно представить, как настоящую сборочную линию на заводе — рабочий (ядро) выполняет работу, поступающую к нему на ленту. И если необходимо взять нужный инструмент, работник отходит, оставляя конвейер простаивать без работы. То есть, исполняемая задача прерывается. Инструментом, за которым пошел рабочий, в данном случае является информация из оперативной памяти или же L3 кэша. Поскольку L1 и L2 кэш намного быстрее, чем любая другая память в компьютере, работа с вычислениями теряет в скорости.

На конвейере с одним потоком не могут выполняться одновременно несколько процессов. Ядро постоянно прерывает выполнение одной операции для другой, более приоритетной. Если появятся две одинаково приоритетные задачи, одна из них обязательно будет остановлена, ведь ядро не сможет работать над ними одновременно. И чем больше поступает задач одновременно, тем больше прерываний происходит.

Способы увеличения производительности процессоров

Разгон

При увеличении частоты ядра повышается количество исполняемых операций за секунду. Казалось бы, с возрастанием производительности процессора проблемы должны исчезнуть. Но все не так просто, как хотелось бы думать. Прирост от увеличения частоты ЦП нелинейный. Множество процессов все еще делят одно ядро между собой и обращаются к памяти. Кроме того, не решается проблема с кэш-промахами и прерываниями операций, поскольку объем кэша от разгона не изменяется. Разгон — не самый лучший способ решения проблемы нехватки потоков. В пример можно привести всю ту же сборочную линию: рабочий увеличивает темп работы, но по-прежнему не умеет собирать два и более заказа одновременно. 

Увеличение количества потоков на ядро

В процессорах Intel данная технология носит название Hyper-Threading, а в процессорах от Amd — SMT. Производители добавляют еще один регистр для работы со вторым конвейером. Пока один поток простаивает, ожидая нужные данные, свободная вычислительная мощность может быть использована вторым потоком. На кристалл же добавлен еще один контроллер прерываний и набор регистров.

Появляется возможность избавиться от последствий прерывания операций и сокращения времени простоя процессорной мощности. Благодаря чему ядро с двумя потоками выполняет больше работы за одинаковый отрезок времени, нежели в случае с однопотоком. На примере с рабочим: у конвейера появляется вторая сборочная линия, на которую выкладываются заказы. Пока производство на первой ленте простаивает в ожидании нужных инструментов, рабочий приступает к работе на второй ленте, сокращая время перерыва.

Стоит учитывать, что логический поток это не второе ядро, как может показаться с первого взгляда. Это лишь дополнительная «линия производства», чтобы более эффективно использовать доступную мощность. Из минусов технологии Hyper-Threading или SMT можно выделить увеличение тепловыделения, недостаток кэша (кэш на два потока по-прежнему общий), и проблемы с оптимизацией некоторых программ или игр, не способных отличать настоящее ядро от логического потока.

Именно по этой причине процессоры серии i7 «горячее» и имеют больше кэша по сравнению с i5. Использование технологии многопоточности может принести примерно до 30 % прироста производительности. Все это применимо как к Intel Hyper-Threading, так и к AMD SMT, поскольку технологии во многом схожи. Может возникнуть вопрос: «Если можно добавить второй поток, то почему бы не добавить третий и четвертый?» Это реализуемо, но не имеет смысла, поскольку кэш одного ядра достаточно мал для большего количества потоков и прироста производительности практически не будет.

Увеличение количества ядер

Это самый действенный способ решения проблемы, поскольку каждый конвейер теперь располагает своим FPU, ALU и кэшем, который не придется делить с другим потоком. Разные процессы используют разные ядра, из-за чего реже происходят кэш-промахи и конфликты приоритетных задач. Способ, разумеется, несет в себе некоторые издержки для производителей: дороговизна разработки и производства, увеличение тепловыделения и размера кристалла, и, как результат, повышается итоговая стоимость процессора. 

Сферы применения многопоточных процессоров

С развитием компьютерных технологий перечень программ, использующих многопоточность, неуклонно растет. Это дает огромный простор разработчикам для создания нового софта и игр. Например, сейчас каждый современный triple-A проект оптимизирован для многопоточных процессоров, что позволяет наслаждаться игрой, получая высокий уровень fps на многоядерном CPU.

Еще больше распространены многоядерные системы в среде разработчиков. Программы для 3D-моделирования, монтажа видео и создания музыки требуют параллельного выполнения большого количества задач, с чем хорошо справляются системы с Hyper-Threading или SMT. В операционных системах мощность одного потока может тратиться на фоновые задачи (Skype, браузер, мессенджер), в то время как остальные задействуются для тяжелой игры или программы.

Но далеко не всегда увеличение количества потоков означает увеличение общей производительности. Почему же SMT процессоры порой уступают немногопоточным собратьям? Дело в программной поддержке. Иногда плохо оптимизированные программы не могут отличать логический поток от настоящего ядра, из-за чего на одно ядро может попасть две тяжелых задачи и замедлить работу. Тем не менее, подобные технологии имеют огромный потенциал, главное — грамотно реализовать его на программном уровне.

Процессор — что это такое и как работает ЦП

23 мая, 2020

Автор: Maksim

Процессор является сердцем компьютера, он занимается обработкой всех данных внутри системы. От него зависит с какой скоростью будет работать вся ОС.

Каждый год появляются новые модели ЦП, в некоторых странах уже есть и национальные разработки в этой сфере, в том же Китае. Поэтому, знать его определение и основные принципы работы действительно стоит.

Из предыдущего материла вы могли узнать, что такое материнская плата. Сегодня мы рассмотрим сердце практически всех вычислительных машин — центральный процессор, что это такое, его виды и принципы работы.

Что такое центральный процессор ЦП

Процессор (центральные процессорное устройство, ЦП, ЦПУ) — это электронная схема, которая обрабатывает и выполняет машинный код программного обеспечения на определенном устройстве. Осуществляет выполнение всех операций ввода и вывода, которые посылает ему программа.

Чаще всего центральный процессор вы можете увидеть в компьютерах, ноутбуках и мобильных устройствах. Но, они есть и в другой технике, например, в телевизорах.

Современные ЦП чаще всего представляют собой одну микросхему, размещенную на плате/чипе. Существует их множество разных видов, сейчас популярны и востребованы многоядерные модели, это когда на одном чипе находится сразу несколько процессоров.

Основные компоненты:

• АЛУ — Арифметико-логическое устройство. Осуществляет выполнение всех арифметических и логических данных, регистров, которые попадают сюда от операндов.
• Регистры. В них хранится текущая операция, промежуточные и финальные результаты вычислений АЛУ.
• Блок управления. Занимается координацией работы всех узлов ЦП, управляет его работой.
• Кэши данных и команд. В них хранятся часто используемые команды.

Термин «Процессор» использовался еще в 1 995 году, применяли его для обозначения вычислительных машин, которые выполняли сложные компьютерные программы. Первые ЦП делали для решения специфических задач, они были узкоспециализированными, но затем начали делать многоцелевые процессоры, которыми мы сейчас и пользуемся.

Как работает процессор

Центральный процессор выполняет команды, которые указывает ему программа, находящаяся в оперативной памяти. Обработка данных происходит так:

1. Оперативная память отправляет команды ЦП — в его КЭШ, откуда они уходят в блок управления.

2. Эти данные делятся на два вида и отправляются в регистры — значения в регистры данных и инструкции в регистры команд.

3. АЛУ обрабатывает данные из этих регистров и, затем также разделяет их на два вида — законченные и незаконченные, они идут обратно в регистры.

4. В кэше происходит их обработка, незаконченные и неиспользованные попадают в нижний регистр, а после обработки в верхний. Оттуда все отправляется в ОЗУ компьютера.

Все это кратко, как это выглядит графически, смотрите на скриншоте выше.

Виды процессоров

Существует два основных широко распространенных производителя процессоров: AMD и Intel. Они выпускают самые востребованные, доступные и производительные модели. Их мы можем увидеть практически на каждом компьютере или игровой приставке, например, на том же PlayStation или Xbox.

Все плюсы и минусы могут меняться, т.к. каждый год выходят новые модели, которые кардинально отличаются друг от друга. Но эти моменты, свойственны практически всем моделям этих производителей.

Intel — плюсы и минусы

• Низкое энергопотребление и температура работы
• Хорошая производительность в ПО для обработки графики и видео
• Не такие зависимые от оперативной памяти
• Лучше показывают себя в многозадачности
• Цена довольно высокая по сравнению с АМД
• Графический чип, если он есть, не такой производительный, как у конкурента
• Работа с архивами не такая быстрая, как хотелось бы
• Разгон не такой вариативный

AMD — плюсы и минусы

• Высокая производительность в играх
• Многие модели довольно «горячие», но не все
• Адекватная цена
• Отличная скорость работы с разными программами и архивами
• Графический чип, если он есть — показывает хорошие результаты
• Хорошие возможности разгона
• Зависимые от ОЗУ

Как и какой выбрать процессор — характеристики

Тактовая частота — Основной параметр производительности, указывается в герцах и означает количество рабочих операций в секунду. Указывается в характеристиках:

• Внутренняя — базовая. Скорость обработки данных внутри процессора.
• Внешняя — для оперативной памяти. Скорость обращения к оперативной памяти.

Когда выбираете ЦП, оперативную память и материнскую плату — всегда смотрите на частоту обращения к ОЗУ, чтобы эти показатели были одинаковыми. А то, частота оперативки может оказаться выше, чем поддерживает материнская плата и процессор, и потенциал ее просто не будет раскрыт.

Также смотрите на объем поддерживаемой оперативной памяти, он может оказаться меньше, чем вы собираетесь установить.

Плюс, многие модели, особенно от AMD сильно зависят в производительности от оперативки, поэтому выбирайте ее желательно с такой же частотой, которая указана на процессоре.

Количество ядер — сейчас одноядерных моделей практически нет. Если программное обеспечение или игра поддерживает многоядерность — то работать будет куда быстрее. Обычно встречаются модели с 4 -6 ядрами, чего вполне хватает, для серьезных игр и программ.

Сокет подключения — тут стоит отталкиваться от того, какой сокет поддерживает ваша материнская плата. Обязательно нужно смотреть этот параметр иначе ЦП просто не установить на главную плату.

BOX или OEM — если не собираетесь отдельно приобретать кулер на ЦП, то берите BOX версию, т.к. там он уже будет в коробке. Но, я все-таки рекомендую брать отдельно, т.к. зачастую в боксовых версиях, вентиляторы плохо справляются с охлаждением — особенно при разгоне, даже незначительном.

Температура и тепловыделение — какая поддерживается максимальная и стоит ли смотреть отдельно хороший вентилятор. Лучше — всегда брать отдельно кулер если собираетесь играть в игры.

Кэш — чем больше объем, тем меньше будет обращений к основной ОЗУ для выполнения самых часто используемых данных. Бывает L1, L2 и L3. Первый самый быстрый, а третий самый медленный.

Встроенный видеоконтроллер — есть ли он. Позволяет обойтись без приобретения отдельной видеокарты. Сильной производительностью не блещет, но в простые игры играть можно вполне себе хорошо. Но, такие модели и стоят подороже.

Интересно! В любом случае при выборе ЦП смотрите, чтобы его поддерживала материнская плата и оперативная память подходила. Ориентируйтесь на бюджет и на задачи, которые будете решать на компьютере.

В заключение

Это основные моменты, на которые обязательно надо обратить свое внимание при выборе ЦП. В любом случае — это тот компонент, который устанавливается в ПК на большой срок и экономить на нем не стоит. Хороший ЦП можно не менять в течение пяти лет, в отличие от той же видеокарты.

Как работает процессор?

Компьютерный процессор обычно называют ЦП или центральным процессором компьютера. Процессор - это основной компонент компьютера, предназначенный для перемещения и обработки данных. Компьютерные процессоры обычно называют скоростью, с которой ЦП может обрабатывать компьютерные инструкции в секунду, измеряемой в герцах, и являются одним из основных аргументов в пользу компьютера.

Как работает процессор?

Компьютерный процессор действует как основной координирующий компонент компьютера.ЦП будет получать доступ к программам, данным или другим функциям компьютера из ОЗУ (оперативной памяти) при вызове операционной системы компьютера. Затем процессор будет интерпретировать компьютерные инструкции, относящиеся к заказанной задаче, перед тем, как отправить ее обратно в ОЗУ компьютера для выполнения через системную шину компьютера в правильном порядке выполнения.

Логика компьютерного процессора

В основе процессора компьютера лежит его способность обрабатывать код машинного языка.ЦП может выполнять три основные инструкции машинного языка:

- Перенос данных из одного места в памяти компьютера в другое

- переход к новым наборам инструкций на основе логических операций или вариантов выбора

- Выполнять математические операции с помощью арифметико-логического устройства (ALU)

Для выполнения этих операций процессор использует адресную шину, которую он использует для отправки адресов в память компьютера, а также шину данных, которая используется для получения или отправки информации в память компьютера.Он также имеет отдельную линию управления, которая будет уведомлять память компьютера, если он получает или отправляет / устанавливает заданную ячейку памяти. Для выполнения всех запланированных операций у ЦП также есть часы, которые составляют основу для синхронизации действий процессора с остальной частью компьютера. Для доступа к часто используемым компьютерным инструкциям или данным процессоры также будут реализовывать различные схемы кэширования, чтобы получить доступ к требуемым данным с большей скоростью, чем при использовании ОЗУ прямого доступа.

Память процессора

Процессор компьютера использует постоянную память и оперативную память (соответственно, ROM и RAM). ПЗУ процессора запрограммировано с предварительно установленной информацией, которая постоянно запрограммирована с базовыми функциями для обеспечения связи процессора с шиной данных. ПЗУ обычно называется BIOS (базовая система ввода / вывода) на компьютерах с Windows, а также используется для получения загрузочного сектора компьютера.

Процессор может читать и записывать в ОЗУ в зависимости от того, какое действие (я) текущий набор команд определил, нужно ли процессору выполнить.Оперативная память не предназначена для постоянного сохранения данных и отключается, когда компьютер выключается или теряет питание.

Роль 64-битного процессора

Хотя 64-битные компьютерные процессоры были развернуты с начала 1990-х годов, в последние годы они были развернуты в большом количестве только на уровне потребителей. Все основные производители компьютерных процессоров в настоящее время производят 64-битные компьютерные процессоры, которые доступны для использования в различных типах операционных систем.Основное преимущество 64-битного компьютерного процессора перед устаревшими конструкциями - это значительно расширенное адресное пространство, доступное процессору. Предыдущие 32-битные процессоры были ограничены максимумом от двух до четырех гигабайт эффективного доступа к оперативной памяти. 64-гигабайтные процессоры также могут обеспечить расширенный доступ к жестким дискам и видеокарте компьютера, что помогает еще больше повысить общую производительность системы.

Ранние пользователи 64-битных процессоров не обязательно увидят высокую производительность системы, если не будут выполнять высокоточные задачи, такие как редактирование видео или игры в сетевые 3D-видеоигры.Это будет и дальше меняться, поскольку все больше приложений предназначены для использования преимуществ 64-битных процессоров и увеличения объема памяти новых компьютерных процессоров.

Как работают процессоры | PC Gamer

Углубленное изучение того, что дает вашему компьютеру интеллектуальную мощь

На вопрос о том, как работает центральный процессор, вы можете сказать, что это мозг компьютера. Он выполняет все вычисления по математике и принимает логические решения на основе определенных результатов. Однако, несмотря на то, что современные высокопроизводительные процессоры созданы на основе миллиардов транзисторов, они по-прежнему состоят из базовых компонентов и основы. Здесь мы рассмотрим то, что происходит в большинстве процессоров, и основы, на которых они построены.

Этот рисунок представляет собой блок-схему архитектуры Intel Nehalem, которую мы можем использовать для получения общего обзора. Хотя мы не будем вдаваться в подробности этой конкретной конструкции (некоторые из них характерны для процессоров Intel), то, что мы рассмотрим, действительно объясняет большую часть того, что происходит.

Hard Stuff: компоненты процессора

Большинство современных процессоров содержат следующие компоненты:

• Блок управления памятью, который обрабатывает преобразование адресов памяти и доступ к ней
• Сборщик инструкций, который захватывает инструкции из памяти
• Инструкция декодер, который превращает инструкции из памяти в команды, которые понимает процессор.
• Блоки выполнения, которые выполняют операцию; по крайней мере, процессор будет иметь арифметический и логический блок (ALU), но также может быть включен блок с плавающей запятой (FPU).
• Регистры, которые представляют собой небольшие биты памяти для хранения важных битов данных

Блок управления памятью, сборщик инструкций и декодер инструкций образуют так называемый интерфейс.Это пережиток старых времен вычислительной техники, когда интерфейсные процессоры считывали перфокарты и превращали их содержимое в катушки с магнитной лентой, на которых работал настоящий компьютер. Блоки исполнения и регистры образуют серверную часть.

Блок управления памятью (MMU)

Основная задача блока управления памятью - преобразовать адреса из виртуального адресного пространства в физическое адресное пространство. Виртуальное адресное пространство позволяет системе заставить программы полагать, что все возможное адресное пространство доступно, даже если физически это не так.Например, в 32-битной среде система считает, что имеет 4 ГБ адресного пространства, даже если установлено только 2 ГБ ОЗУ. Это сделано для упрощения программирования, поскольку программист не знает, на какой системе будет выполняться приложение.

Другая задача блока управления памятью - защита доступа. Это предотвращает чтение или запись приложением адреса памяти другого приложения без прохождения надлежащих каналов.

Сборщик и декодер инструкций

Как следует из названия, эти устройства захватывают инструкции и декодируют их в операции.Примечательный в современных проектах x86, декодер превращает инструкции в микрооперации, с которыми будут работать следующие этапы. В современных процессорах то, что обрабатывается в декодере, обычно поступает в блок управления, который определяет наилучший способ выполнения инструкций. Некоторые из используемых методов включают прогнозирование ветвлений, которое пытается выяснить, что будет выполнено, если ветвление должно произойти, и выполнение вне очереди, которое перестраивает инструкции таким образом, чтобы они выполнялись наиболее эффективным способом.

Execution Units

Минимум, который будет иметь универсальный процессор, - это арифметический и логический блок (ALU). Эта исполнительная единица работает только с целочисленными значениями и выполняет следующие операции:

• Сложение и вычитание; умножение выполняется путем повторных сложений, а деление приближается к повторяющимся вычитаниям (здесь есть хорошая статья по этой теме)
• Логические операции, такие как OR, AND, NOT и XOR
• Сдвиг битов, при котором цифры перемещаются влево или вправо

Многие процессоры также включают модуль с плавающей запятой (FPU).Это позволяет процессору работать с большим диапазоном и более высокой точностью чисел, которые не являются целыми. Поскольку FPU сложны, часто достаточно, чтобы быть их собственным процессором, они часто исключаются на небольших процессорах с низким энергопотреблением.

Регистры

Регистры - это небольшие биты памяти, которые содержат непосредственно важные данные. Обычно их немного, и они могут хранить данные, равные размеру битов, для которого был создан процессор. Таким образом, 32-битный процессор обычно имеет 32-битные регистры.

Самыми распространенными регистрами являются: регистры, в которых хранится результат операции, счетчик программ (указывает, где находится следующая инструкция) и слово состояния или код условия (который определяет ход выполнения программы).В некоторых архитектурах есть специальные регистры для облегчения работы. Например, Intel 8086 имеет регистры сегмента и смещения. Они будут использоваться для определения адресных пространств в архитектуре отображения памяти 8086.

Примечание о битах

Биты на процессоре обычно относятся к самому большому размеру данных, который он может обработать за один раз. В основном это относится к исполнительному блоку. Однако это не означает, что процессор ограничен только обработкой данных такого размера. Восьмиразрядный процессор по-прежнему может обрабатывать 16-битные и 32-битные числа, но для этого требуется как минимум две и четыре операции соответственно.

Мягкие материалы: идеи и разработки в процессорах

За годы компьютерного дизайна воплощалось все больше и больше идей и разработок. Они были разработаны с целью повышения эффективности процессора в том, что он делает, путем увеличения количества инструкций за такт (IPC).

Дизайн набора команд

Наборы команд сопоставляют числовые индексы команд в процессоре. Эти команды могут быть такими простыми, как сложение двух чисел, или такими сложными, как инструкция SSE RSQRTPS (как описано в файле справки: «Вычислить обратные квадратные корни для упакованных значений с плавающей запятой одинарной точности»).

На заре компьютеров память была очень медленной, и ее было не так много, процессоры становились быстрее, а программы - сложнее. Чтобы сэкономить как на доступе к памяти, так и на размере программы, наборы инструкций были разработаны с учетом следующих идей:

• Инструкции переменной длины, чтобы более простые операции могли занимать меньше места
• Выполнение широкого спектра команд адресации памяти
• Операции могут выполняться в самих ячейках памяти, в дополнение к использованию регистров, или как часть инструкции.

По мере роста производительности памяти компьютерные ученые обнаружили, что было быстрее разбивать сложные операции на более простые.Инструкции также можно упростить, чтобы ускорить процесс декодирования. Это привело к появлению идеи дизайна вычислений с сокращенным набором команд (RISC). Уменьшение в этом случае означает сокращение времени на выполнение инструкции. Старый способ был задним числом назван Computing Set Instruction Set Computing (CISC). Подводя итог идеям RISC:

• Единая длина инструкции для упрощения декодирования
• Меньшее количество простых команд адресации памяти
• Операции могут выполняться только с данными в регистрах или как часть инструкции

Были и другие попытки при проектировании набора команд.Одним из них является очень длинное служебное слово (VLIW). VLIW объединяет несколько независимых инструкций в один модуль, который будет запускаться на нескольких исполнительных модулях. Одним из самых больших препятствий является то, что компилятор должен заранее сортировать инструкции, чтобы максимально использовать аппаратное обеспечение, а большинство программ общего назначения не справляются сами с собой. VLIW использовался в Intel Itanium, Transmeta Crusoe, MCST Elbrus, AMD TeraCore и NVIDIA Project Denver (вроде, у него схожие характеристики)

Многозадачность

Раньше компьютеры могли делать только одну вещь за раз и один раз оно будет работать, оно будет продолжаться до завершения или до тех пор, пока не возникнет проблема с программой.По мере того, как системы становились более мощными, родилась идея под названием «разделение времени». При разделении времени система будет работать над одной программой, и если что-то блокирует ее продолжение, например, ожидание готовности периферийного устройства, система сохранит состояние программы в памяти, а затем перейдет к другой программе. В конце концов, он вернется к заблокированной программе и увидит, есть ли у нее то, что нужно для запуска.

Разделение времени выявило проблему: программа могла несправедливо перегрузить систему либо потому, что программа действительно имела долгое время выполнения, либо потому, что она где-то зависала.Итак, следующие системы были построены таким образом, чтобы они работали над программами в отрезки времени. То есть, каждая программа запускается в течение определенного времени, и после того, как временной интервал истек, она автоматически переходит к другой программе. Если интервалы времени достаточно малы, создается впечатление, что компьютер выполняет несколько задач одновременно.

Одной из важных функций, которая действительно помогла многозадачности, является система прерываний. Благодаря этому процессору не нужно постоянно опрашивать программы или устройства, есть ли у них что-то готовое; программа или устройство могут генерировать сигнал, чтобы сообщить процессору, что они готовы.

Кэширование

Кэш - это память в процессоре, которая, хотя и имеет небольшой размер, гораздо быстрее доступна, чем ОЗУ. Идея кеширования заключается в том, что в нем хранятся часто используемые данные и инструкции, которые помечаются своими адресами в памяти. MMU сначала просматривает кеш, чтобы увидеть, есть ли в нем то, что он ищет. Чем чаще осуществляется доступ к данным, тем ближе время доступа к скорости кэширования, что увеличивает скорость выполнения.

Обычно данные могут находиться только в одном месте кэша.Метод увеличения вероятности нахождения данных в кеше известен как ассоциативность. Двусторонний ассоциативный кеш означает, что данные могут быть в двух местах, четырехсторонний означает, что они могут быть в четырех, и так далее. Хотя может иметь смысл разрешить данные просто находиться в любом месте кеша, это также увеличивает время поиска, что может свести на нет преимущества кеширования.

Конвейерная обработка

Конвейерная обработка - это способ для процессора увеличить пропускную способность инструкций путем имитации работы сборочных линий. Рассмотрим этапы выполнения инструкции:

1. Команда выборки (IF)
2. Команда декодирования (ID)
3. Команда выполнения (EX)
4. Доступ к памяти (MEM)
5. Запись результатов обратно (WB)

Ранние компьютеры будет обрабатывать каждую инструкцию полностью через эти шаги перед обработкой следующей инструкции, как показано здесь:

За 10 тактов процессор полностью завершает работу двумя инструкциями.Конвейерная обработка позволяет запускать следующую инструкцию, как только текущая выполняется с шагом. На следующей диаграмме показана конвейерная обработка в действии:

За те же 10 тактовых циклов полностью обрабатываются шесть инструкций, что увеличивает пропускную способность в три раза.

Прогнозирование переходов

Основная проблема конвейерной обработки заключается в том, что если необходимо выполнить какое-либо ветвление, то инструкции, которые обрабатывались на более ранних этапах, должны быть отброшены, поскольку они больше не будут обрабатываться.Давайте посмотрим на ситуацию, когда это происходит.

Инструкция CMP - это инструкция сравнения, например, x = y? Это устанавливает флаг результата в процессоре. Инструкция BNE - это «ветвь, если не равно», которая проверяет этот флаг. Если x не равно y, то процессор переходит в другое место в программе. Следующие инструкции (SUB, MUL и DIV) необходимо отбросить, потому что они больше не будут выполняться. Это создает промежуток в пять тактов перед обработкой следующей инструкции.

Цель предсказания ветвлений - угадать, какие инструкции будут выполнены. Для этого существует несколько алгоритмов, но общая цель - свести к минимуму количество раз, которое конвейер должен очищать из-за того, что произошла ветвь.

Выполнение вне очереди

Выполнение вне очереди - это способ для процессора изменить порядок инструкций для эффективного выполнения. Возьмем, к примеру, программу, которая делает это:

1. x = 1
2. y = 2
3. z = x + 3
4. foo = z + y
5. bar = 42
6. напечатайте «hello world!»

Допустим, исполнительный блок может обрабатывать две инструкции одновременно.Затем эти инструкции выполняются следующим образом:

1. x = 1, y = 2
2. z = x + 3
3. foo = z + y
4. bar = 42, выведите «hello world!»

Поскольку значение «foo» зависит от «z», эти две инструкции не могут выполняться одновременно. Однако, изменив порядок инструкций:

1. x = 1, y = 2
2. z = x + 3, bar = 42
3. foo = z + y, выведите «hello world!»

Таким образом можно избежать лишнего цикла.Однако реализация выполнения вне очереди является сложной задачей, и приложение по-прежнему ожидает, что инструкции будут обрабатываться в исходном порядке. Обычно это предотвращает нарушение порядка выполнения процессорами для мобильных устройств и небольшой электроники, поскольку дополнительное энергопотребление перевешивает его преимущества в производительности, но последние мобильные процессоры на базе ARM включают это, потому что теперь верно обратное.

Сложная машина, состоящая из простых частей

Если смотреть с чисто аппаратной точки зрения, процессор может показаться довольно сложным.На самом деле, те миллиарды транзисторов, которые есть в современных процессорах, все еще можно разбить на простые части или идеи, которые закладывают основу того, как работают процессоры. Если после прочтения этой статьи у вас останется больше вопросов, чем ответов, лучше всего начать изучать больше - это индекс Википедии по технологиям ЦП.

Что такое скорость процессора и почему это важно?

Благодаря технологиям, повышенным целям производительности, более быстрому интернету и большему количеству устройств мы создали потребность в скорости, куда бы мы ни пошли. Мы привыкли получать результаты мгновенно и ожидаем, что наши устройства будут соответствовать нашим запросам, поскольку мы выполняем несколько задач в течение всей жизни. Компьютерные процессоры и их тактовая частота - две особенности, которые мы чаще всего связываем с высокопроизводительными и быстрыми технологиями.

Давайте разберемся, что делает ваш ЦП быстрым, количество ядер и тактовая частота, что делает их важными и на что обращать внимание при покупке нового компьютера.

Что такое процессор ПК и для чего он нужен?

Центральный процессор или ЦП - это аппаратное обеспечение, которое позволяет вашему компьютеру взаимодействовать со всеми установленными приложениями и программами. ЦП интерпретирует инструкции программы и создает выходные данные, с которыми вы взаимодействуете, когда используете компьютер.

Процессор состоит из оборудования, которое работает вместе для доставки информации, позволяя вашему компьютеру выполнять задачи, которые вы запрашиваете при открытии приложения или внесении изменений в файл.Независимо от того, обрабатывается ли он быстро или мучительно медленно, вы можете сильно повлиять на ваш компьютерный опыт.

Ядра процессора и тактовая частота определяют, сколько информации может быть получено за один раз, и как быстро эта информация может быть обработана на вашем компьютере. Скорость, с которой ядра вашего компьютера работают вместе, считается скоростью его обработки.

Ядра процессора в зависимости от тактовой частоты

Ядра процессора и тактовая частота - это очень разные функции, но они работают для достижения той же цели.Многие технические специалисты говорят о том, чему следует уделять больше внимания при покупке компьютера, но они в равной степени зависят друг от друга, чтобы помочь вашему компьютеру работать наилучшим образом.

Знание различий между ними поможет вам лучше понять, что каждый из них делает и какая скорость процессора вам нужна в зависимости от того, как вы планируете использовать свой компьютер. Если вы планируете использовать компьютер для сложного редактирования видео, а не только для стандартных программ и просмотра веб-страниц, у вас будут другие требования к ядру процессора и тактовой частоте.Давайте рассмотрим эти две технологии и цифры, на которые вам нужно обратить внимание при сравнении компьютеров.

Что такое ядро ​​процессора?

Ядра процессора - это отдельные процессоры в центральном процессоре (ЦП) компьютера. Ядро процессора получает инструкции от одной вычислительной задачи, работая с тактовой частотой, чтобы быстро обработать эту информацию и временно сохранить ее в оперативной памяти (RAM). Постоянная информация сохраняется на вашем жестком диске, когда вы ее запрашиваете.

Большинство компьютеров теперь имеют несколько процессорных ядер, которые позволяют вашему компьютеру выполнять несколько задач одновременно. Возможность запускать многочисленные программы и запрашивать несколько задач, таких как редактирование документа, просмотр видео и открытие новой программы, стала возможной с помощью нескольких ядер процессора.

Для сложных видеоигр или программ очень важно иметь центральный процессор, который может быстро обрабатывать такую ​​информацию, как аудио и видео потоки.В эпоху цифровых технологий, когда все мы являемся экспертами в многозадачном режиме, ядра процессоров становятся все более важными для пользователей компьютеров.

Что такое тактовая частота?

Тактовая частота процессора компьютера определяет, насколько быстро центральный процессор (ЦП) может извлекать и интерпретировать инструкции.Это помогает вашему компьютеру выполнять больше задач, делая их быстрее.

Более высокие тактовые частоты означают, что вы увидите, что задачи, заказанные вашим процессором, выполняются быстрее, что упростит вашу работу и сократит время ожидания интерфейса с вашими любимыми приложениями и программами.

Как выбрать между большим количеством ядер процессора или более высокой тактовой частотой?

Как мы упоминали ранее, для работы вашего компьютера важны как ядра процессора, так и тактовая частота. Покупка компьютера с несколькими ядрами и сверхвысокой тактовой частотой звучит идеально, но что все это на самом деле означает для функциональности вашего компьютера?

По сути, высокая тактовая частота, но всего одно или два ядра, означает, что ваш компьютер сможет быстро загружаться и взаимодействовать с одним приложением.И наоборот, наличие большего количества ядер процессора, но более низкая тактовая частота означает, что ваш компьютер может работать с большим количеством приложений одновременно, но каждое из них может работать немного медленнее.

Сравнивая компьютеры, очень важно думать о своем образе жизни. Не всем нужен одинаковый уровень скорости обработки или ядра. Мы немного обсудим, чем игровые компьютеры и повседневная работа или персональные компьютеры отличаются, когда дело доходит до этих функций. Сначала мы разберемся, что это значит для портативных и настольных компьютеров.

Какая скорость процессора у ноутбука лучше, чем у настольного компьютера?

Процессоры ноутбуков отличаются от процессоров в настольных компьютерах. Если вам интересно, какая скорость процессора подходит для ноутбука или настольного компьютера, или просто какой стиль подойдет вам лучше всего, прочтите важные различия, которые следует учитывать, прежде чем совершать какие-либо покупки.

Примечание. ЦП также могут влиять на аппаратное обеспечение компьютера, поэтому их важно учитывать, если у вас есть особые требования к оборудованию, такие как портативность ноутбука или вам нужна надежная природа настольного компьютера с двумя дисплеями.

Ноутбуки

В общем, ноутбуки, как правило, обладают меньшей мощностью и гибкостью, когда дело касается процессоров. Очевидно, что они очень удобны для пользователей, которым нравится мобильность ноутбука, но если вам нужен сверхвысокоскоростной процессор или высокая тактовая частота, вы можете взглянуть на настольный компьютер, чтобы удовлетворить ваши потребности в обработке.

К счастью, благодаря удивительным достижениям в области многоядерных процессоров и методов гиперпоточности, ноутбуки теперь могут справиться самостоятельно.Большинство ноутбуков имеют двухъядерные процессоры, которые удовлетворяют потребности большинства обычных пользователей. А в некоторых используются четырехъядерные процессоры, которые могут расширить вычислительные возможности вашего портативного компьютера.

Настольные компьютеры

Настольные компьютеры способны генерировать больше энергии, чем портативные компьютеры, благодаря надежному оборудованию, которое обеспечивает большую вычислительную мощность и более высокие тактовые частоты. Поскольку в корпусе у них больше места, чем в ноутбуке, настольные компьютеры обычно имеют лучшие системы охлаждения, что позволяет процессору продолжать усердно работать, не перегреваясь.

ЦП для настольных ПК обычно можно удалить, в отличие от ЦП ноутбука, встроенного в материнскую плату. Это означает, что на настольном ПК ЦП легче обновить или заменить, чем на ноутбуке. Если вы выберете правильную частоту процессора, вам не придется возиться с процессором.

Независимо от того, используете ли вы ноутбук или настольный компьютер, вы в конечном итоге захотите подумать о том, для чего вы планируете использовать компьютер, поскольку это напрямую зависит от скорости процессора компьютера, которая вам понадобится.

Need for Speed ​​

Игровые процессоры

С годами игры становятся все более сложными и, похоже, развиваются с каждым днем. Все эти дополнительные функции и реалистичный опыт требуют процессора, который сможет поддерживать вас в игре. В большинстве игр используется от 1 до 4 ядер, а многим для оптимальной работы требуется больше процессорных ядер. Четырехъядерный процессор занимает безопасную зону, когда дело касается ядер.

Одноядерный процессор отлично справляется с выполнением отдельных задач, но он может повлиять на вашу игру и замедлить работу. Чем больше ядер, тем выше качество игрового процесса.

Тактовая частота от 3,5 ГГц до 4,0 ГГц обычно считается хорошей тактовой частотой для игр, но более важно иметь хорошую однопоточную производительность. Это означает, что ваш процессор хорошо понимает и выполняет отдельные задачи.

Не следует путать с одноядерным процессором. Наличие большего количества ядер означает, что ваш ЦП способен понимать инструкции нескольких задач, в то время как оптимальная однопоточность означает, что он способен обрабатывать каждую из них индивидуально и очень хорошо.

Видеоигры переносят вас в другой мир и дают вам возможность исследовать новую территорию. Не позволяйте недостатку вычислительной мощности уносить магию из вашего мира.

Процессоры для повседневного использования

Двухъядерный процессор обычно является лучшим выбором для повседневного использования. Он может выполнять несколько задач одновременно и сокращать время ожидания открытия приложений или обновления. Четырехъядерный процессор может помочь вам вывести вашу производительность на новый уровень и обеспечить единообразие для повышения качества вычислений, независимо от того, над чем вы работаете.

Высокопроизводительные вычислительные процессоры

Под высокопроизводительными вычислениями понимается использование компьютера, которое включает чрезвычайно сложные и требовательные к данным программы. Высокопроизводительные пользователи часто являются инженерами, исследователями, а также военными или правительственными пользователями.

Эти пользователи постоянно запускают несколько программ и постоянно извлекают и вводят информацию в программные системы.Для такого рода вычислений обычно требуется более продвинутый процессор и более высокая тактовая частота.

Процессоры иммерсивных вычислений и виртуальной реальности (VR)

Выберите компьютер, который подходит именно вам

Большинство людей знают, как выглядит их использование компьютера; либо вы геймер, либо нет, вы пользуетесь компьютером каждый день или нет.Знание этой информации о ваших привычках упрощает выбор процессора.

Если вы одновременно запускаете много приложений или играете в сложные игры, вам, скорее всего, понадобится 4- или даже 8-ядерный процессор. Если вы просто ищете компьютер для эффективного выполнения основных задач, то, вероятно, вам подойдет двухъядерный процессор.

Для вычислений с интенсивным использованием ЦП, таких как редактирование видео или игры, вам понадобится более высокая тактовая частота, близкая к 4,0 ГГц, в то время как для базовых вычислительных задач такая повышенная тактовая частота не требуется.

Как работает процессор процессора? | Малый бизнес

Каждое вычислительное устройство, от простых игрушек до крупных бизнес-систем, имеет важный компонент, называемый центральным процессором. ЦП выполняет вычисления, выполняет логические сравнения и перемещает данные до миллиардов раз в секунду. Он работает, выполняя простые инструкции по одной, инициируемые главным сигналом синхронизации, который запускает весь компьютер.

Описание

Процессор ЦП - это компьютерная микросхема размером со спичечный коробок.Внутри корпуса находится кремниевый прямоугольник, содержащий миллионы транзисторных схем. Из устройства выступают десятки металлических штифтов, каждый из которых передает электронные сигналы в микросхему и из нее. Микросхема подключается к разъему на печатной плате компьютера и обменивается данными с памятью, жесткими дисками, экранами дисплея и другими устройствами, внешними по отношению к ЦП.

Часы

Схема синхронизации, называемая часами, отправляет электрические импульсы в ЦП. В зависимости от процессора часы могут работать со скоростью от сотен тысяч до миллиардов тактов в секунду.Импульсы управляют работой процессора; поскольку другие схемы зависят от тех же часов, он поддерживает синхронизацию сложных событий в компьютере.

Инструкции

Все процессоры имеют набор команд - список действий, выполняемых процессором, включая сложение чисел, сравнение двух частей данных и перемещение данных в CPU. Программное обеспечение, которое вы запускаете на своем компьютере, состоит из миллионов инструкций ЦП, расположенных в последовательности; инструкции - это очень простые операции, поэтому ЦП выполняет многие из них для выполнения значимых задач.Некоторые семейства процессоров, например те, которые используются в настольных ПК, используют один и тот же набор инструкций, что позволяет им запускать одно и то же программное обеспечение. ЦП вне семейства продуктов могут использовать другие инструкции; например, процессор iPad имеет другие инструкции, чем процессор на ноутбуке с Windows.

ALU

Процессоры имеют схему, называемую арифметико-логическим блоком, которая выполняет вычисления и сравнения. Большинство процессоров выполняет арифметические операции: умножение, сложение, деление и вычитание; сложная математика, такая как статистические функции, представляет собой комбинацию множества простых операций, выполняемых с высокой скоростью.ALU также выполняет логические сравнения между двумя элементами данных, чтобы определить, равны ли они или один имеет большее значение, чем другой.

Блок управления

ЦП содержит блок управления, который координирует действия других рабочих частей процессора. Блок управления разбивает каждую инструкцию на набор действий и дает указание различным подсистемам ЦП выполнять эти действия. Например, блок управления может дать команду ALU умножить два числа, а затем добавить третье число к результату.

Память

Микросхема ЦП имеет ограниченный объем очень быстрой памяти. Он имеет набор областей хранения, называемых регистрами, с которыми АЛУ действует напрямую. Например, ALU может быстро добавить число в регистре 2 к содержимому регистра 1. ЦП также хранит недавно использованные инструкции и данные в области, называемой кешем, что повышает эффективность компьютера. Например, в программе, которая умножает цену на количество, ЦП ищет эти числа в своей кэш-памяти.Если он их обнаруживает, это избавляет процессор от лишней работы по извлечению чисел из микросхем памяти вне процессора.

Ссылки

Писатель Биография

Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет ученую степень по физике и пишет с 1991 года. Он участвовал в выпуске информационного бюллетеня по нанотехнологиям Foresight Update "Foresight Update". Он также внес вклад в книгу «Нанотехнологии: молекулярные размышления о глобальном изобилии».

Как работают микропроцессоры | HowStuffWorks

Даже невероятно простой микропроцессор, показанный в предыдущем примере, будет иметь довольно большой набор инструкций, которые он может выполнять. Набор инструкций реализован в виде битовых комбинаций, каждая из которых имеет различное значение при загрузке в регистр инструкций. Люди не особенно хорошо запоминают битовые шаблоны, поэтому для представления различных битовых шаблонов определяется набор коротких слов. Этот набор слов называется ассемблерным языком процессора.Ассемблер может очень легко преобразовать слова в их битовые комбинации, а затем выходные данные ассемблера помещаются в память для выполнения микропроцессором.

Вот набор инструкций на языке ассемблера, которые разработчик может создать для простого микропроцессора в нашем примере:

Объявление

• LOADA mem - Загрузить регистр A из адреса памяти
• LOADB mem - Загрузить регистр B из адреса памяти
• CONB con - Загрузить постоянное значение в регистр B
• SAVEB mem - Сохранить регистр B по адресу памяти
• SAVEC mem - Сохранить регистр C по адресу памяти
• ADD - Сложить A и B и сохранить результат в C
• SUB - Вычесть A и B и сохранить результат в C
• MUL - Умножить A и B и сохранить результат в C
• DIV - Разделить A и B и сохранить результат в C
• COM - Сравнить A и B и сохранить результат в тесте
• JUMP addr - Перейти к адресу
• JEQ addr - Перейти, если он равен, по адресу
• JNEQ addr - Перейти, если не равен, по адресу
• JG addr - Перейти, если больше, по адресу
• JGE addr - Перейти, если больше или равно, по адресу
• JL addr - Перейти, если меньше, по адресу
• JLE addr - Перейти, если меньше или равно адрес
• STOP - Остановить выполнение

Если вы прочитали Как работает программирование на C, то вы знаете, что этот простой фрагмент кода C вычислит факториал 5 (где факториал 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120):

a = 1; f = 1; в то время как (a <= 5) {f = f * a; а = а + 1;}

В конце выполнения программы переменная f содержит факториал 5.

Язык ассемблера

Компилятор C переводит этот код C на язык ассемблера. Если предположить, что ОЗУ этого процессора начинается с адреса 128, а ПЗУ (которое содержит программу на языке ассемблера) начинается с адреса 0, тогда для нашего простого микропроцессора язык ассемблера может выглядеть так:

// Предположим, что a находится по адресу 128 // Предположим, что F находится по адресу 1290 CONB 1 // a = 1; 1 SAVEB 1282 CONB 1 // f = 1; 3 SAVEB 1294 LOADA 128 // если a> 5, переход к 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f = f * a; 9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a = a + 1; 13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // возврат к if17 STOP

ROM

Итак, теперь вопрос: «Как все эти инструкции выглядят в ПЗУ?» Каждая из этих инструкций на языке ассемблера должна быть представлена ​​двоичным числом.Для простоты предположим, что каждой инструкции на языке ассемблера присвоен уникальный номер, например:

• LOADA - 1
• LOADB - 2
• CONB - 3
• SAVEB - 4
• SAVEC mem - 5
• ADD - 6
• SUB - 7
• MUL - 8
• DIV - 9
• COM - 10
• Адрес JUMP - 11
• Адрес JEQ - 12
• Адрес JNEQ - 13
• Адрес JG - 14
• Адрес JGE - 15
• Адрес JL - 16
• Адрес JLE - 17
• STOP - 18

Эти числа известны как коды операций .В ПЗУ наша маленькая программа будет выглядеть так:

// Предположим, что A находится по адресу 128 // Предположим, что F находится по адресу

Центральный процессор - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Центральный процессор ( CPU ) является важной частью каждого компьютера. ^[1] ЦП посылает сигналы для управления другими частями компьютера, почти так же, как мозг управляет телом. ^[2]

ЦП - это электронная машина, которая работает над списком задач компьютера, который называется инструкциями . Он читает список инструкций и запускает ( выполняет ) каждую по порядку.Список инструкций, которые может выполнять ЦП, представляет собой компьютерную программу.

Тактовая частота или скорость внутренних частей процессора измеряется в герцах (Гц). Современные процессоры часто работают настолько быстро, что вместо них используются гигагерцы (ГГц). Один ГГц - это 1000000000 циклов в секунду.

Большинство процессоров, используемых в настольных (домашних) компьютерах, представляют собой микропроцессоры производства Intel или Advanced Micro Devices (обычно сокращенно AMD). Некоторые другие компании, производящие процессоры, - это ARM, IBM и AMD под управлением ATI Technologies, которая сейчас является лидером.Большинство их процессоров используются во встроенных системах для более специализированных задач, например, в мобильных телефонах, автомобилях, игровых консолях или в армии. ^[3]

В 20 веке инженеры изобрели множество различных компьютерных архитектур. В настоящее время большинство настольных компьютеров используют 32-разрядные или 64-разрядные процессоры. Инструкции в 32-битном ЦП хорошо справляются с обработкой данных размером 32 бита (большинство инструкций «думают» в 32-битном ЦП). Точно так же 64-битный ЦП хорош для обработки данных размером 64 бита (и часто хорош для обработки 32-битных данных).Размер данных, которые ЦП обрабатывает лучше всего, часто называют размером слова ЦП. Многие старые процессоры 70-х, 80-х и начала 90-х годов (и многие современные встроенные системы) имеют размер слова 8 или 16 бит. Когда в середине 20 века были изобретены процессоры, в них было слово разных размеров. У некоторых были разные размеры слов для инструкций и данных. Позже перестали использоваться менее популярные размеры слов.

Большинство процессоров - это микропроцессоры. Это означает, что ЦП - это всего лишь один чип.Некоторые микросхемы с микропроцессорами внутри содержат также другие компоненты и представляют собой законченные однокристальные «компьютеры». Это называется микроконтроллером.

Когда ЦП запускает компьютерную программу, ему нужно где-то хранить данные, с которыми работают инструкции (данные, которые они читают и записывают). Это хранилище называется регистром . ЦП обычно имеет много регистров. Доступ к регистрам должен быть очень быстрым (для чтения и записи). Следовательно, они являются частью самой микросхемы ЦП.

Хранение всех данных в регистрах сделало бы большинство процессоров слишком сложными (и очень дорогими). Следовательно, регистры обычно хранят только те данные, с которыми ЦП работает «прямо сейчас». Остальные данные, используемые программой, хранятся в RAM (памяти). За исключением микроконтроллеров, оперативная память обычно хранится вне процессора в отдельных микросхемах.

Когда ЦП хочет прочитать или записать данные в ОЗУ, он выводит для этих данных адрес . Каждый байт в ОЗУ имеет адрес памяти. Размер адресов часто совпадает с размером слова: 32-битный процессор использует 32-битные адреса и т. Д.Однако меньшие ЦП, такие как 8-битные ЦП, часто используют адреса, превышающие размер слова. В противном случае максимальная длина программы была бы слишком короткой.

Поскольку размер адресов ограничен, максимальный объем памяти также ограничен. 32-разрядные процессоры обычно могут обрабатывать только до 4 ГБ ОЗУ. Это количество различных байтов, которые можно выбрать с помощью 32-битного адреса (каждый бит может иметь два значения - 0 и 1, и 2 ³² байтов составляет 4 ГБ). 64-битный процессор может обрабатывать до 16 ЭБ ОЗУ (16 эксабайт, около 16 миллиардов ГБ или 16 миллиардов миллиардов байт).Операционная система может ограничить использование меньших сумм.

Информация, которая хранится в ОЗУ, обычно непостоянна. Это означает, что он исчезнет, ​​если компьютер выключится.

На современных компьютерах ОЗУ намного медленнее, чем регистры, поэтому доступ к ОЗУ замедляет работу программ. Чтобы ускорить доступ к памяти, более быстрый тип памяти, называемый кеш-памятью , часто помещается между ОЗУ и основными частями ЦП. Кэш обычно является частью самого чипа ЦП и стоит намного дороже, чем ОЗУ.В кеше хранятся те же данные, что и в ОЗУ, но обычно он намного меньше. Следовательно, все данные, используемые программой, могут не поместиться в кеш. Кеш пытается хранить данные, которые, вероятно, будут часто использоваться. Примеры включают недавно использованные данные и данные, близкие в памяти к недавно использованным данным.

Часто имеет смысл иметь "кэш для кэша", так же как имеет смысл иметь кэш для RAM. В многоуровневом кэшировании есть много кешей, называемых кешем L1, кешем L2 и так далее.Кэш L1 является самым быстрым (и самым дорогим из расчета на один байт) кешем и «ближайшим» к ЦП. Кэш L2 находится на один шаг и работает медленнее, чем кеш L1 и т. Д. Кэш L1 часто можно рассматривать как кеш для кеша L2 и т. Д.

Компьютерные шины - это провода, используемые ЦП для связи с ОЗУ и другими компонентами компьютера. Почти все ЦП имеют по крайней мере шину данных , используемую для чтения и записи данных, и адресную шину , , используемую для вывода адресов. Другие шины внутри ЦП передают данные в разные части ЦП.

Набор инструкций (также называемый ISA - Instruction Set Architecture) - это язык, понятный непосредственно конкретному процессору. Эти языки также называются машинным кодом или двоичным кодом. Они говорят, как вы приказываете процессору делать разные вещи, например загружать данные из памяти в регистр или складывать значения из двух регистров. Каждая инструкция в наборе инструкций имеет кодировку, то есть то, как инструкция записывается как последовательность битов.

Программы, написанные на таких языках программирования, как C и C ++, не могут запускаться непосредственно центральным процессором.Они должны быть переведены в машинный код, прежде чем ЦП сможет их запустить. Компилятор - это компьютерная программа, которая выполняет этот перевод.

Машинный код - это просто последовательность нулей и единиц, что затрудняет его чтение людьми. Чтобы сделать его более читабельным, программы с машинным кодом обычно пишутся на ассемблере . В языке ассемблера вместо нулей и единиц используется текст: вы можете написать «LD A, 0», чтобы, например, загрузить значение 0 в регистр A. Программа, переводящая язык ассемблера в машинный код, называется ассемблером .

Вот некоторые из основных действий процессора:

• Считывание данных из памяти и запись данных в память.
• Добавьте одно число к другому.
• Проверить, не превышает ли одно число другое.
• Перемещает число из одного места в другое (например, из одного регистра в другой или между регистром и памятью).
• Перейти в другое место в списке инструкций, но только если какой-то тест верен (например, только если одно число больше другого).

Даже очень сложные программы можно создать, комбинируя множество таких простых инструкций. Это возможно, потому что выполнение каждой инструкции занимает очень короткое время. Многие процессоры сегодня могут выполнять более 1 миллиарда (1 000 000 000) инструкций за одну секунду. В общем, чем больше ЦП может сделать за определенное время, тем он быстрее. Один из способов измерить скорость процессора - MIPS (миллион инструкций в секунду). Flops (число операций с плавающей запятой в секунду) и тактовая частота процессора (обычно измеряемая в гигагерцах) также являются способами измерения того, сколько работы процессор может выполнить за определенное время.

ЦП построен из логических вентилей; у него нет движущихся частей. ЦП компьютера связан электронным образом с другими частями компьютера, такими как видеокарта или BIOS. Компьютерная программа может управлять этими периферийными устройствами, считывая или записывая числа в специальные места в памяти компьютера.

Каждая инструкция, выполняемая ЦП, обычно выполняется в несколько этапов. Например, шаги для выполнения инструкции «INC A» (увеличение значения, хранящегося в регистре A, на единицу) на простом CPU могут быть следующими:

• Прочитать инструкцию по памяти,
• декодирует инструкцию (выясняет, что делает инструкция), а
• добавить единицу в регистр A.

Различные части ЦП выполняют разные функции. Часто можно одновременно выполнять несколько шагов из разных инструкций, что ускоряет работу ЦП. Например, мы можем прочитать инструкцию из памяти одновременно с декодированием другой инструкции, поскольку в этих шагах используются разные модули. Это можно представить как одновременное наличие множества инструкций «внутри конвейера». В лучшем случае все модули работают одновременно по разным инструкциям, но это не всегда возможно.

Блоки управления памятью (MMU) и виртуальная память [изменение | изменить источник]

Современные процессоры часто используют блок управления памятью (MMU). MMU - это компонент, который преобразует адреса ЦП в (обычно) разные адреса ОЗУ. При использовании MMU адреса, используемые в программе, (обычно) не являются «реальными» адресами, где хранятся данные. Это называется виртуальной (противоположной «реальной») памятью. Ниже перечислены некоторые из причин, по которым использование MMU - это хорошо:

• MMU может «скрыть» от программы память других программ.Это достигается тем, что никакие адреса не преобразуются в «скрытые» адреса во время работы программы. Это хорошо, потому что это означает, что программы не могут читать и изменять память других программ, что повышает безопасность и стабильность. (Программы не могут «шпионить» друг за другом или «наступать друг другу на пятки».)
• Многие MMU могут сделать некоторые части памяти недоступными для записи, нечитаемыми или неисполняемыми (то есть код, хранящийся в этой части памяти, не может быть запущен). Это может быть полезно по соображениям стабильности и безопасности, а также по другим причинам.
Модули MMU
• позволяют различным программам иметь разные "представления" памяти. Это удобно во многих различных ситуациях. Например, всегда можно будет иметь «основной» код программы по одному и тому же (виртуальному) адресу без столкновения с другими программами. Это также удобно, когда есть много разных фрагментов кода (из библиотек ), которые используются программами совместно.
Модули MMU
• позволяют коду из библиотек появляться по разным адресам при каждом запуске программы.Это хорошо, потому что незнание того, где что-то находится в памяти, часто мешает хакерам заставить программы делать плохие вещи. Это называется рандомизацией адресного пространства .
• Продвинутые программы и операционные системы могут использовать уловки с MMU, чтобы избежать копирования данных между разными местами памяти.

Многоядерные процессоры стали обычным явлением в начале 21 века. Это означает, что у них есть много процессоров, встроенных в один и тот же чип, так что они могут выполнять множество инструкций одновременно.Некоторые процессоры могут иметь до тридцати двух ядер, например AMD Epyc 7601. ^[4]

Компьютерные процессоры производят следующие компании:

Смотрите также

• 
  Что такое temp в компьютере
• 
  Какой компьютер нужен для pubg
• 
  Как удалить страницу в контакте с компьютера
• 
  Как отменить изменения в компьютере
• 
  Как настроить правильно биос на компьютере
• 
  Как узнать какие программы открыты на компьютере
• 
  Как вернуть приложения удаленные при восстановлении компьютера
• 
  Как выйти из твитера с компьютера
• 
  Что входит в базовый комплект персонального компьютера
• 
  Вайбер как зарегистрироваться на компьютере
• 
  В компьютере что то щелкает