Файл: Основные характеристики процессоров.pdf

На рисунке 3 представлены основные характеристики процессора персонального компьютера.

Рисунок 3. Основные характеристики процессоров

Важно рассмотреть подробнее основные характеристики процессоров, которые представлены на рисунке 3.

Бренд – кто производит процессор: AMD, или Intel. От данного выбора зависит не только цена приобретения, и производительность, как можно было бы предположить из предыдущего раздела, но также и выбор остальных комплектующих ПК, в частности, материнской платы. ^[12]

Поскольку процессоры от АМД и Интел имеют различную конструкцию и архитектуру, то в сокет (гнездо для установки процессора на материнской плате) предназначенный под один тип процессора, нельзя будет установить второй.^[13]

Серия – оба конкурента делят свою продукцию на множество видов и подвидов. (AMD — Ryzen, FX,. Intel- i5, i7).

Архитектура процессора – фактически внутренние органы ЦП, каждый вид процессоров имеет индивидуальную архитектуру. В свою очередь один вид можно разделить на несколько подвидов.

Поддержка определенного сокета — очень важная характеристика процессора, поскольку сам сокет является «гнездом» на материнской плате для подсоединения процессора, а каждый вид процессоров требует соответствующий ему разъем. Важно либо точно знать какой сокет расположен на материнской плате и под нее подбирать процессор, либо наоборот (что более правильно).^[14]

Тактовая частота – один из значимых показателей производительности процессора. Тактовая частота процессора — объем операций, выполняющихся в единицу времени, измеряющийся в мегагерцах (МГц).

На рисунке 4 можно увидеть графическое представление понятия тактовая частота.

Кэш — установленная прямо в процессор память, её ещё называют буферной памятью, имеет два уровня — верхний и нижний. Первый получает активную информацию, второй – неиспользуемую на данный момент. Процесс получения информации идет с третьего уровня во второй, а потом в первый, ненужная информация проделывает обратный путь.

Рисунок 4. Графическое представление понятия тактовая частота

Количество ядер — в процессоре их может быть от одного до нескольких. В зависимости от количества процессор будет называться двухъядерных, четырех ядерным и т.д. Соответственно от их числа будет зависеть мощность.

Энергопотребление и тепловыделение. Как правило, чем выше процессор «съедает» энергии, тем больше тепла он выделит, обращайте внимание на этот пункт, чтобы выбрать соответствующий кулер охлаждения и блок питания.^[15]

Интегрированная графика – у AMD первые такие разработки появились в 2006, у Intel с 2010. Первые показывают больший результат, чем конкуренты. Но все равно, до флагманских видеокарт пока ни один из них не смог дотянуть.

Таким образом, процессор является очень высокотехнологичным устройством, он по праву считается «мозгом» любого компьютера. При выборе процессора не стоит полагаться только на его тактовую частоту. Производительность процессора зависит и от ряда вышеназванных показателей.

1.3 Классификация и типы процессоров

Разбиение современных процессоров по классам сложно и весьма условно, поскольку все удачные решения часто мигрируют из процессоров одного класса в другой, придавая им новые свойства и превращая их в универсальные. Тем не менее, мы сделаем это что бы показать принципы и способы построения современных процессоров.

По числу потоков команд и потоков данных:

- скалярные;

- векторные. ^[16]

Скалярный процессор — это простейший класс микропроцессоров. Скалярный процессор обрабатывает один элемент данных за одну инструкцию (SISD, Single Instruction Single Data). Типичными элементами данных могут быть целые или числа с плавающей запятой. Абсолютное большинство процессоров являются скалярными или близкими к ним.

Совершенствование скалярных процессоров привело к созданию суперскалярной архитектуры, которая характеризуется наличием вычислительного ядра, использующего несколько декодеров команд, которые могут нагружать работой множество исполнительных блоков, и позволяет выполнять несколько команд за один такт процессора.

Современные суперскалярные микропроцессоры имеют одну из трех типов архитектур:

- CISC (Complex Instruction Set Computing) — вычисления со сложным набором команд.

- RISC (Reduced instruction set Computing) — вычисления с упращенным набором команд;

- MISC (Minimal instruction set Computing) — вычисления с минимальным количеством длинных команд.

Архитектура CISC отличается повышенной гибкостью и расширенными возможностями РС, выполненного на микропроцессоре, и характеризуется:

1) большим числом различных по длине и формату команд;

2) использованием различных систем адресации;

3) сложной кодировкой команд.

Типичными представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд: в начале процесса исполнения сложные команды разбиваются на более простые микрооперации (МОП'ы), исполняемые RISC-ядром). ^[17]

Архитектура RISC Архитектура процессоров, построенная на основе упрощённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Упрощение набора команд призвано сократить конвейер, что позволяет избежать задержек на операциях условных и безусловных переходов. Однородный набор регистров упрощает работу компилятора при оптимизации исполняемого программного кода. Кроме того, RISC-процессоры отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением.

Самая распространённая реализация этой архитектуры представлена процессорами серии PowerPC, MIPS, Alpha и ARM.

Архитектура ARM (усовершенствованная RISC-машина)— 32-битная с сокращённым набором команд, разрабатываемая ARM Limited. Данные процессоры имеют низкое энергопотребление, поэтому находят широкое применение во встраиваемых системах и доминируют на рынке мобильных устройств, для которых важно низкое энергопотребление. Процессоры ARM широко используются в потребительской электронике — в том числе КПК, мобильных телефонах, цифровых носителях и плеерах, портативных игровых консолях, калькуляторах и компьютерных периферийных устройствах, таких как жесткие диски или маршрутизаторы. До 90% всех встроенных 32-разрядных RISC процессоров и 98% из более чем миллиарда мобильных телефонов, продаваемых ежегодно, оснащены по крайней мере одним процессором ARM. Недавно AMD отмечала выпуск 500 миллионного микропроцессора. Процессоров ARM выпускается более 1 млрд. штук ежегодно только для мобильных телефонов.

Архитектура MISC - многоцелевая командная система управления компьютером, сочетает в себе преимущества CISC и RISC. Элементная база состоит из отдельных частей (могут быть объединены в одном корпусе): основная часть (HOST – ведущая), архитектуры RISC CPU, а расширяемая часть – с подключением ПЗУ (ROM) микропрограммного управления. При этом вычислительная система приобретает свойства CISC: – основные команды работают на HOST, а команды расширения образуют адрес микропрограммы для своего выполнения. HOST выполняет команды за один такт, а расширение эквивалентно CPU со сложным набором команд (CISC). Наличие ПЗУ устраняет недостаток RISC, связанный с тем, что при компиляции с языка высокого уровня код операции (микропрограмма) уже дешифрирована и открыта для программиста. ^[18]

Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20–30 команд).

Векторный процессор — это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы. В векторных процессорах (SIMD, Single Instruction Multiple Data), в отличие от скалярных, одна инструкция работает с несколькими элементами данных. Векторные процессоры были распространены в сфере научных вычислений, где они являлись основой большинства суперкомпьютеров, начиная с 1980-х до 1990-х. Но резкое увеличение производительности и активная разработка новых процессоров привели к вытеснению их со сферы повседневных процессоров.

В большинстве современных микропроцессоров имеются векторные расширения (например SSE, MMX для обработки мультимедийных данных, и т.д.), кроме того, современные видеокарты и физические ускорители можно рассматривать как векторные сопроцессоры.

По конструктивной реализации:

- однокристальные микропроцессоры,

- однокристальные микро-ЭВМ (All-In-Once – все в одном),

- секционные микропроцессоры (bit-slise - частичное расслоение).

Однокристальные микропроцессоры характерны тем, что:

- система команд фиксирована;

- содержат основные элементы кристалла: АЛУ, дешифратор команд, узел микропрограммного управления, узел управления обменом;

- не позволяют наращивать разрядность обрабатываемых слов каскадированием;

- шины данных, адреса, управления – мультиплексируемы. ^[19]

Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) отличаются тем, что:

- кроме микропроцессора, кристалл включает в себя обрамление: ГТИ, контроллер прерываний, порты, таймер, ОЗУ, буфер команд;

- их применение очень просто (например, контроллер KBD в РС):

- вследствие низкой тактовой частоты, производительность ОМЭВМ невелика, но они и не предназначаются для высокоскоростных операций.

Секционные микропроцессоры характерны тем, что:

- допускают наращивание разрядности объединением одноименных линий нескольких чипов одинакового назначения;

- дезинтегрированы на отдельные компоненты АЛУ и ИМС обрамления;

- позволяют наращивать разрядность шин данных, адреса, АЛУ и объем подключаемой оперативной памяти:

- могут работать в разных системах команд, в соответствии с прошивкой микропрограмм.

По количеству ядер выделяют одноядерные и многоядерные.

Основными чертами классической структуры одноядерного процессора является наличие исполнительного ядра, кэш-памяти первого уровня L1 и кэша L2. ^[20]

Соединив N таких блоков в одно целое и дополнив их другими, можно получить готовый N-ядерный процессор.

Из всего вышесказанного следует, что центральный процессор компьютера играет важнейшую роль в системе. В первой главе рассмотрено, что такое процессор компьютера, что такое частота процессора, какие они бывают и для чего нужны. Как сильно одни ЦП отличаются от других, какие виды процессоров бывают. Также определены плюсы и минусы продукции двух конкурирующих между собой кампаний.

Таким образом, процессор является важной составляющей персональных компьютеров. Каждый владелец (пользователь) персонального компьютера решает самостоятельно с какой характеристикой процессор будет стоять в его системном блоке. В настоящее время существует не один десяток видов процессоров, используемых для разрешения разных общих и узких целей.

ГЛАВА 2. ПРОБЛЕМЫ ПРОЦЕССОРОВ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ И СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ

2.1 Неисправности процессора и различные виды поломок

При неисправности процессора, компьютер может постоянно выключаться или перезагружаться. Система зависает, а жёсткий диск не загружается. Операционная система, в том числе и Windows не может начать свою работу. И при всём этом можно наблюдать сильное нагревание процессора. Часто при неисправном процессоре операционная система и программы работают с постоянными ошибками. Неисправный процессор ни в коем случае нельзя переставлять на рабочую материнскую плату (зачастую это делают якобы для проверки). Такой процессор нередко выводит из строя и материнскую плату.

Из-за чего может сгореть процессор? В основном процессоры горят из-за неграмотной сборки компьютера и перегрева. Не редко, во время сборки компьютера контакты процессора случайно загибаются и при этом возникает короткое замыкание, которое приводит к повреждению процессора. В этом случае, поможет только замена процессора.

Составные элементы персональных компьютеров легко доступны, и не составляет никакого труда произвести диагностику и замену неисправной детали. Для правильной и безопасной разборки ноутбуков и планшетов требуется достаточная профессиональная квалификация.^[21]