Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора.pdf

Несмотря на всё сказанное, полупроводниковый кристалл Coffee Lake выглядит очень непривычно. Всё дело в двух дополнительных ядрах, которые расположились вдоль протянутой по центру кристалла кольцевой шины.

При производстве Coffee Lake используется технологический процесс с 14-нм нормами, и площадь полупроводникового кристалла с шестью вычислительными ядрами получается равной 150 мм2. Если вспомнить о том, что площадь четырёхъядерного кристалла Kaby Lake составляла порядка 126 мм2, то можно прикинуть, сколько занимает одно дополнительное ядро. Вместе с сопряжённой 2-мегабайтной областью L3-кеша получается что-то около 12 мм2. Это значит, что при необходимости Intel легко сможет добавить и ещё некоторое количество ядер – транзисторный бюджет при этом растёт совсем незначительно. Но на данный момент из маркетинговых соображений микропроцессорный гигант решил ограничиться в массовом сегменте лишь шестью ядрами.

Возможность появления в ассортименте Intel недорогих многоядерных процессоров во многом обуславливается совершенствованием 14-нм технологического процесса, запущенного Intel ещё в 2014 году (впервые этот процесс был применён для процессоров Broadwell). К настоящему времени данная технология позволяет выпускать шестиядерные решения с сохранением сравнительно невысокого тепловыделения и при хорошем выходе годных кристаллов. Всё дело в том, что в случае Coffee Lake при производстве процессоров применяется новая модификация 14-нм техпроцесса, которую Intel относит к третьему поколению данной производственной технологии, условно обозначаемому 14++ нм.

Согласно утверждениям микропроцессорного гиганта, эта версия техпроцесса позволяет серьёзно улучшить тепловые и электрические свойства полупроводниковых кристаллов при сохранении их частот и производительности на привычном уровне.

Если сопоставлять новую технологию производства с изначальной версией 14-нм техпроцесса, которая применялась в Broadwell и Skylake, то при прочих равных она может обеспечить либо 26-процентное увеличение тактовой частоты, либо 52-процентное снижение тепловыделения.

Это – весьма значительные улучшения, которые делают такую усовершенствованную технологию с точки зрения параметров производительности даже лучше первой версии 10-нм техпроцесса. Именно по этой причине 10-нм процессорный дизайн Cannon Lake в десктопных решениях применяться не будет, и в течение ближайших полутора лет модельный ряд процессоров для настольных систем будет опираться на 14-нм кристаллы Coffee Lake.

---

Если говорить о произошедшем обновлении процессоров Intel, то нужно иметь в виду, что Core восьмого поколения – это не обязательно Coffee Lake. На мобильном рынке под этой же маркой представлены носители дизайна Kaby Lake Refresh. Но в части настольных систем Intel пока не допускает никакой путаницы, и все выходящие сегодня процессоры Core, относящиеся к восьмитысячной серии, – это Coffee Lake, производимые по технологии 14++ нм и обладающие увеличенным числом вычислительных ядер.

Именно дополнительные ядра стоит считать главным преимуществом новинок. Теперь для того, чтобы получить систему на процессоре Intel, способную выполнять более восьми потоков одновременно, вовсе не обязательно смотреть в сторону дорогостоящих HEDT-решений. С приходом дизайна Coffee Lake серия Core i7 получает в своё распоряжение шесть ядер с поддержкой Hyper-Threading, Core i5 будут шестиядерными процессорами без поддержки виртуальной многопоточности, а Core i3 станут обладателями четырёх полноценных ядер без Hyper-Threading.

Произошедшая модернизация процессорного дизайна, безусловно, станет причиной существенного роста производительности настольных систем. Действительно, новые процессоры серии Core i3 теперь можно считать аналогами старых Core i5, а новые Core i7 беззастенчиво вторгаются на территорию, принадлежавшую раньше HEDT-платформе. Фактически можно даже говорить о том, что Coffee Lake отправляют в разряд устаревших решений совсем недавно анонсированный шестиядерный LGA2066-процессор Skyake-X Core i7-7800X, не говоря уже о четырёхъядерных Kaby Lake-X. Представители семейства Coffee Lake с аналогичным числом ядер стоят дешевле, но при этом ощутимо превосходят их как по частотам, так и по производительности на ватт. Таким образом, пользователям, которые захотят получить принципиально более высокое быстродействие и более развитую многопоточность, чем может предложить стандартная интеловская платформа, выбирать теперь придётся между процессорами Core i9 или Ryzen Threadripper стоимостью от $800.

Дальнейшее расширение семейства процессоров Coffee Lake для настольных систем намечено на начало 2018 года. В этот период к имеющемуся множеству из шести моделей добавится по два процессора Core i5 и Core i3, три процессора Pentium и два – Celeron. Попутно будут представлен достаточно широкий ассортимент энергоэффективных десктопных модификаций Coffee Lake с расчётным тепловыделением на уровне 35 Вт.

Стоит заметить, что увеличение числа вычислительных ядер, происходящее с переходом массовых процессоров на дизайн Coffee Lake, не могло не сказаться на тактовых частотах новинок. У шестиядерников они, естественно, стали ниже. Например, номинальная частота Core i7-8700K относительно частоты старшего Kaby Lake, Core i7-7700K, снизилась на 500 МГц, а паспортная частота Core i5-8600K меньше частоты Core i5-7600K на 200 МГц. Очевидно, сделано так ради того, чтобы полуторакратное увеличение количества ядер прошло без необходимости заметного поднятия планки теплового пакета, который у наиболее «горячих» новинок прибавил лишь 4 Вт – с 91 до 95 Вт.

---

Тем не менее снижение номинальных частот эффективно компенсируется сильно возросшей агрессивностью технологии Turbo Boost 2.0, которая даже у старшего процессора Coffee Lake может наращивать частоту на целый гигагерц. В результате по максимально достижимым частотам новинки даже превосходят своих предшественников. Например, тот же Core i7-8700K при неполной нагрузке может самостоятельно разгоняться на 200 МГц сильнее по сравнению с Core i7-7700K, а для Core i5-8600K максимальная доступная частота выше предельной частоты Core i5-7600K на 100 МГц. Технология Turbo Boost Max 3.0, которая дополнительно поднимает частоты избранных ядер в HEDT-платформе Intel, в массовых процессорах Coffee Lake при этом не поддерживается. Впрочем, в данном случае в ней не было бы особого смысла: Turbo Boost 2.0 раскрывает частотный потенциал Coffee Lake более чем достаточно.

Ещё одной приятной неожиданностью стали цены. Несмотря на то, что с появлением Coffee Lake массовая платформа Intel сделалась намного привлекательнее, стоить новые процессоры будут почти столько же, сколько и их предшественники. Например, в то время, как официальная цена четырёхъядерного Core i7-7700K была установлена в $339, шестиядерный Core i7-8700K получил официальную стоимость на уровне $359, что больше всего лишь на 6 процентов. На те же скромные 6 процентов подорожал и старший представитель в серии Core i5: четырёхъядерный Core i5-7600K был оценён производителем в $242, а шестиядерный Core i5-8600K получил официальную цену на уровне $257. В серии же Core i3 цены на процессоры одинакового позиционирования не изменились вовсе, несмотря на то, что раньше они имели лишь по два вычислительных ядра, а теперь располагают четырьмя и фактически стали современными аналогами старых Core i5.

3.3 Сравнительная характеристика процессоров

Для сравнительного тестирования были выбрали более доступный Ryzen 5 2600X второго поколения, а также Intel Core i7 8700K и более доступный Core i5 8600K. Основные характеристики в таблице 1.1.

Таблица 3.3.1. Основные характеристики процессоров

	Ryzen 7 2700X	Ryzen 5 2600X	Core i7 8700K	Core i5 8600K
Ядер/потоков	8/16	6/12	6/12	6/6
Базовая частота	3,7 ГГц	3,6 ГГц	3,7 ГГц	3,6 ГГц
Турбочастота	4,3 ГГц	4,2 ГГц	4,7 ГГц	4,3 ГГц
Объём кэш-памяти уровня L3	20 Мбайт	19 Мбайт	12 Мбайт	9 Мбайт
Штатный кулер	Wraith Prism LED	Wraith Spire	Нет	Нет
TDP	105 Вт	95 Вт	95 Вт	95 Вт
Цена в России, руб.	24990	16900	25990	21700

---

В качестве тестового стенда будет использоваться следующая конфигурация для процессоров в таблице 1.2

Таблица 3.3.2 Конфигурация тестового стенда

Тестовый стенд процессоров AMD, Intel
Материнская плата	Asus ROG Strix X470-F Gaming, ASUS ROG STRIX Z390-F Gaming
Графический ускоритель	Аsus Nvidia GTX 1070
Оперативная память	2 х 8 Гбайт Crucial Ballistix DDR4
Накопитель	1 Тбайт Plextor PX-1TM9PeGN

3.3.1. Синтетические тесты

В синтетических тестах (рис. 3.3.1.1, 3.3.1.2, 3.3.1.3, 3.3.1.4) Ryzen 7 2700X выступает очень неплохо, особенно если речь идёт о многопоточных задачах. При этом чипы от Intel сохраняют архитектурное преимущество при однопоточной нагрузке, в том числе и за счёт работы на более высоких частотах.

Рис. 3.3.1.1 PCMark 8

Рис. 3.3.1.2 Cinebench R15

Рис. 3.3.1.3 Cinebench R15

Рис. 3.3.1.4 SiSoft Sandra

Рис. 3.3.1.5 3DMark Time

3.3.2. Игровые тесты

В игре Asssassin’s Creed Odyssey (рис. 3.3.2.1, 3.3.2.2)  Ryzen 7 2700X демонстрирует предельно близкое среднее значение fps к Core i7 8700K, но его младший брат серьёзно отстаёт по минимальной частоте кадров.

Рис. 3.3.2.1 Asssassin’s Creed Odyssey min fps

Рис. 3.3.2.2 Asssassin’s Creed Odyssey средний fps

А в игре Far Cry 5 (рис.3.3.2.3, 3.3.2.4) Ryzen 7 2700X уступил даже Core i5 8600K, хотя  разница в производительности остаётся минимальной.

Рис. 3.3.2.3 Far Cry 5 min fps

Рис. 3.3.2.4 Far Cry 5 средний fps

3.3.3. Энергопотребление и температура

Ryzen 2 не слишком горячее Coffee Lake — разница в один-два градуса (рис. 3.3.3.1, 3.3.3.2) совершенно не принципиальна, но заметно прожорливее своих конкурентов, причём как под нагрузкой (рис. 3.3.3.4), так и в режиме простоя (рис. 3.3.3.3). Как можно заметить, это именно конструктивная особенность микроархитектуры, а не свойство конкретной системы.

---

Рис. 3.3.3.1 Температура процессора, C

Рис. 3.3.3.2 Температур системы пиковая

Рис. 3.3.3.2 Энергопотребление системы в простое, Вт

Рис. 3.3.3.2 Энергопотребление системы пиковая, Вт

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная курсовaя рaботa посвященa изучению aрхитектуры, функционировaнию центрaльного процессорa персонaльного компьютерa.

В первом разделе работы приведено определение центрального процессора, приведены основные характеристики. В работе приведена схема структуры Центрального процессора, описана работа основных регистров.

Второй раздел посвящен принципам работы Центрального процессора персонального компьютера. В разделе приведен общий рабочий цикл центрального процессора, который состоит из 23 шагов. Описаны форматы команд, которые могут быть: однобaйтнaя одноaдреснaя комaндa, двухaдреснaя комaндa с постбaйтом aдресaции и одноaдреснaя комaндa с постбaйтом aдресaции. Также приведена схема работы центрального процессора и алгоритм функционирования.

В третьем разделе приведены осноные характеристики процессоров семейства AMD и Intel Core i7, i5. Проведен сравнительный анализ основных характеристик процессоров Ryzen 7 2700X, Ryzen 5 2600X, Core i7 8700K, Core i5 8600K.

При сравнении процессоров Ryzen 7 2700X, Ryzen 5 2600X, Core i7 8700K, Core i5 8600K, то можно сделать вывод о том, что в целом процессоры AMD в среднем по производительности стоит вровень с процессорами Intel. Но при детальном рассмотрении все-таки у них есть различия в решении различных типах задач. Говоря о цене, Intel, то он стоит почти в два раза больше, чем AMD. И это в большей степени влияет на выбор потребителей при покупке современного процессора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акулов О.А., Медведьев Н.В. Информатика: базовый курс. М.: Омега-Л, 2006.
2. Дорот В.А., Новиков Ф.Н. Толковый словарь современной компьютерной лексики. 2-е изд. СПб.: BHV, 2001.
3. Лесничая И.Г. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие. М.: Издательство Эксмо, 2009
4. Макарова Н.В., Николайчук Г.С., Титова Ю.Ф. Компьютерное делопроизводство. - СПб.: Издательский дом «Питер», 2002.
5. Чубриков Л.Г., Электроника и микропроцессорная техника. 2010
6. Таненбаум Э. Архитектура компьютеров. СПб.: Питер, 2009. - 848 с.
7. Замковец С. В., Захаров В. Н., Красовский В. Е., “Эволюция архитектур современных микропроцессоров”, Системы и средства информатики, 21:1 (2011), 34–46
8. Новиков Ю.В. , Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. - 368 с.:ил.
9. Гуров В.В. Архитектура микропроцессоров. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 273 с.:ил.
10. Асмаков С.В., Пахомов С.О. Железо 2008. Компьютер Пресс рекомендует. - СПб.: Питер, 2010.
11. http://ru.wikipedia.org/wiki/Архитектура_процессора
12. http://citforum.ru/hardware/microcon/intel_serv_pl/

---