Файл: Процессор персонального компьютера . Назначение, функции , классификация процессора.pdf
Добавлен: 05.04.2023
Просмотров: 79
Скачиваний: 1
Введение
Центральный процессор — сердце любого компьютера, и от выбранной модели зависит работа системы в целом. Разобраться во всех характеристиках непросто, и непонятно, какой из них выбрать. Поэтому всегда полезно заручиться поддержкой большинства и посмотреть, что выбирали другие.
Практически все знают, что в компьютере главным элементом среди всех «железных» компонентов является центральный процессор. Но круг людей, которые представляют себе, как работает процессор, является весьма ограниченным. Большинство пользователей об этом и понятия не имеют. И даже когда система вдруг начинает «тормозить», многие считают, что это процессор плохо работает, и не придают значения другим факторам. Для полного понимания ситуации рассмотрим некоторые аспекты работы ЦП.
Современные процессоры, как и первенец, основаны на транзисторах и обладают куда большим быстродействием. Изготавливаются они методом фотолитографии из определенного числа отдельных кремниевых пластинок, составляющих единый кристалл, в который как бы впечатаны транзисторы. Схема создается на специальном ускорителе разогнанными ионами бора. Во внутренней структуре процессоров основными компонентами являются ядра, шины и функциональные частицы, называемые ревизиями.
Центральные процессоры бывают как слабые одноядерные модели, так и мощные устройства с множеством ядер. Есть те, которые предназначены исключительно для офисной работы, а есть такие, что необходимы для самых современных игр.
На данный момент есть два основных создателя процессоров – это AMD и Intel. Именно они и производят самые актуальные и востребованные чипы. Нужно понимать, что разница между чипами этих двух компаний заключается не в количестве ядер или общей производительности, а в архитектуре.
То есть, продукты этих двух компаний строятся по разным принципам. И у каждого создателя свой уникальный вид процессора, имеющий отличную от конкурента структуру.
Целью данной работы является изучение процессора персонального компьютера.
Для реализации поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:
- Изучение развития процессоров и их значение;
- Рассмотрение архитектуры процессора;
- Изучить классификацию современных процессоров;
- Рассмотреть принципы работы и функции процессоров.
При написании данной работы были использованы современные научные и учебные источники.
Глава 1. Понятие и сущность процессора персонального компьютера
1.1 Развитие процессоров и их значение
Сегодня в продаже существует большое количество разнообразных компьютерных систем, разных по стоимости и по набору выполняемых ими функций.
Персональный компьютер стал уже частью повседневности современного человека, представить работу и быт без него сейчас – уже проблематично.
Особое значение имеет внедрение персональных компьютеров как составных частей информационных систем. При этом работа по сбору, хранению, обработке и распространению информации стала намного проще, и осуществляются удобными интерфейсами «человек – ЭВМ».[1]
«Мозгом» любого компьютера является процессор, который выполняет программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера.[2] В таблице 1 приведены основные характеристики процессоров в историческом аспекте их появления.
Таблица 1
Характеристики процессоров
|
Процессор |
Характеристики |
||||
|
Тактовая частота |
Кол-во ядер |
Количество транзисторов |
Техпроцесс |
Разъём |
|
|
Intel-4004 |
около 125кГц |
- |
2250 |
10000 (10 мкм) |
микросхема впаивалась в печатную плату |
|
Intel-8008 |
200 кГц |
- |
3500 |
10000 (10 мкм) |
микросхема припаивалась к плате |
|
Intel-8086 |
4–10 МГц |
- |
29 000 |
3000 нм (3 мкм) |
DIP-40 |
|
Intel 80386 |
16–40 МГц |
- |
275 000 |
1500 нм |
Гнездо типа “Socket” или припаивался к плате |
|
Intel-Pentium |
60–66 МГц |
1 |
3,1 млн |
800 нм |
Socket 4 |
|
Duron |
600–950МГц |
1 |
25 млн |
180 нм |
Socket A |
|
Core i5 |
1,2–4,02 ГГц |
2 или 4 |
177 млн |
45–14 нм |
Socket H (LGA 1156) |
|
Core i7 |
1.07–4.2 ГГц |
2, 4, 6 или 8 |
774 млн |
45–14 нм |
Socket B |
Такое стремительное развитие процессоров стало возможно благодаря компании Intel, создавшей в 1971-м году первые микропроцессоры.
Первое поколение процессоров – это период с 40-х по вторую половину 50-х годов, отличительной характеристикой было использование процессоров на электромеханическом реле, вакуумных лампах и ферритовых сердечниках (устройства памяти).[3]
Для своего времени, это был большой скачок вперёд в сторону построения вычислительных систем. Весьма типичным для таких архаичных процессоров являлось обильное тепловыделение, низкая скорость работы и надёжность в целом.[4]
Второе поколение процессоров – транзисторный принцип построения. Процессоры располагались с помощью специальных стоек на примитивных платах, имеющих сходство с современными материнскими платами. Благодаря этому увеличилось быстродействие и надёжность, при минимальном потреблении энергии.[5]
Третье поколение приходится на середину 60-х годов, которое отметилось созданием процессорных микросхем. Для этого периода времени было типичным применение низкоинтегрированных микросхем, содержащих самые простые резисторные и транзисторные схемы.
Четвертое поколение процессоров отмечает этап создания кристальной микросхемы, которая вмещала в себя полный комплект главных процессорных блоков и элементов. В 1971 год отметился в истории развития тем, что, благодаря усилиям инженеров компании Intel, миру был дан первый в своём роде микропроцессор Intel-4004, имеющий 4 разрядности и состоящий из 2,3 тысячи полупроводниковых транзисторов. Его тактовая чистота была 108 килогерц — что является 0,108 мегагерц (МГц) или 0,000108 гигагерц (ГГц). Скорее всего, примерно в это время, поколения развития процессоров завершается, и микропроцесс начинает свое развитие по поколениям.[6]
Вскоре, в 1974-м году, безусловный новатор и монополист на рынке микропроцессоров того времени, подняли планку производительной мощности выше, создав 64-х килобайтный Intel-8080, вмещающий в себя 6 тысяч транзисторов [7]. Небезызвестный компьютер «Альтаир 8800» производил свои вычисления на базе именно этого «камня».
Спустя четыре года, очередным достижением необходимо отметить Intel 8086, включающий комплект команд х86, ставшие архитектурным базисом подавляющего большинства вычислительных процессоров.
Данный продукт прогресса выполнял свои функции на частоте 5 МГц, представлял собой 29 тысяч транзисторов. Адресовать 1024 Kб памяти – было для него естественно, так как шина адреса состояла уже из 20-и разрядов.[7]
275-ю тысячами транзисторов покорил умы всех причастных к вычислительной технике новоявленный Intel 80386, получивший свою жизнь середине 80-х годов.[8] По сравнению со своим предшественником, данная версия процессора имела более совершенную защиту, а широкая 32-х битная адресация давала возможность использовать вплоть до 4 Гб оперативной памяти, плюсом ко всему осуществлялась поддержка применения виртуальной памяти. Производился он по технологии 1,5 мкм, а работал на частоте от 16 до 40 мегагерц. Подобные процессоры полностью базировались на модели регистров. В это же время двигалось и набирало обороты совершенствование микропроцессоров: они базировались на стековой модели вычисления.[9]
Первая партия 32-разрядных процессоров Pentium вышла в массовое пользование примерно в 1993-м году. Тогда количество используемых транзисторов было равно трем миллионам, они были изготовлены по 0,8 мкм технологии, с частотой 60 и 66 МГц и 64-битную шину данных. Буквально уже через год, вышло следующие поколение этого процессора, с тактовой частотой 75, 90 и 100 МГц, изготовлялись по 0,6 мкм технологии, что уменьшило потребляемую ими энергию.[10]
Известная многим линейка Celeron, активно использующаяся в ноутбуках самого начала 21-го века, была создана и поступила в 1998 году, а работала на ядре процессора Pentium II: кэша в нем ещё не было, вычислительная мощность оставляла желать лучшего.[11]
Однако большим достоинством необходимо отметить хорошую техническую совместимость.
В самом начале 2000-х, завоевавший доверие и место Celeron, вынужден потесниться: AMD выдаёт своё новое детище – Duron, который не остаётся незамеченным на рынке и успешно пользуется популярностью, как качественный дешёвый аналог процессора Intel. Поначалу Duron обладали не самой быстрой шиной в 100 МГц и чуть заниженным кэшем – это и являлось причиной популярности у не самого обеспеченного пользователя. Duron производился исключительно с 64 Кб кэш-памяти второго уровня, а частотой располагал в промежутке от 600 МГц до 950 МГц.
На данный момент Intel взаимодействует с Microsoft и работает над оптимизацией работы Core 6-го поколения в среде Windows 10.
Создание Intel Skylake уже сулит тем, что продолжение поступления обновлений для версий ОС 7 и 8.1 – скорее всего, лишь вопрос короткого промежутка времени. В соответствии с изменившимися условиями, обладатели девайсов на базе новых поколений процессоров Intel, AMD и Qualcomm из операционных систем Microsoft, будут обязаны взять на вооружение в работе 10-ю версию Windows.
Необходимо отметить, что более привычным можно назвать обновление аппаратного обеспечения компьютера, если его текущее состояние не отвечает требованиям новой версии программного обеспечения. По всей видимости, на этот раз могучий монополист, в сфере операционных систем и его партнеры, приняли решение пропустить долгий и трудоёмкий рабочий процесс по обеспечению совместимости более современного «железа» с ранними версиями Windows.[12]
При неприятном исходе – старые операционные системы будут прекращены поддерживаться обновлениями. Или же, что тоже весьма вероятно – будут выполнять свои функции с ошибками.[13]
Поскольку Intel и Microsoft неоднократно упоминали, что эти компании работают в плотном сотрудничестве, важно упомянуть, что 6-е поколение процессоров от Intel, называемое Skylake – скорее всего, минует поддержку ранних версий Windows.[14]
По данным интернет магазина DNS средняя цена за процессор, подходящий к той или иной системной (материнской) плате, представлена на рисунке 1. Самым популярным процессором на сегодняшний день является Intel Core i5, цена которого не является самой максимальной.
Рисунок 1 Средняя цена процессоров
Ни для кого не секрет, что некоторые компании, не желая нарушать привычный ритм работы, намеренно или нет, упускают из виду важность своевременного обновления программных и технических средств. Компания Microsoft открыто заявляет о дальнейших намерениях обновления версий ОС 7 и 8.1 для таблицы связанных «скайлейк-систем» лишь до середины 2017-го года. Таким образом, у всех корпоративных клиентов будет время для приобретения и начала использования 10-й версии ПО.[15]
В этот отрезок времени «наиболее важные обновления безопасности Windows 7 и Windows 8.1 будут адресоваться этим конфигурациям и будут выходить, если не станут представлять риска для надежности и совместимости платформ Windows 7 и 8.1 на других устройствах».[16] Корпоративные клиенты и рядовые пользователи, конечно же, будут иметь возможность приобретать ПК с более ранней аппаратной составляющей и не использовать как Intel Skylake, так и другие новые «камни».[17]
К примеру, процессоры с микроархитектурой Broadwell – весьма стабильно работают со старыми версиями Windows, а найти их, на данный момент, не является большой проблемой.[18]