Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора ( Устройство, характеристики, основные функции и назначение центрального процессора компьютера).pdf

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.

Как и любое другое устройство, процессор характеризуется определенными параметрами, которые, отвечая на вопрос, как работает процессор, обойти стороной нельзя. Прежде всего это:

•количество ядер;

•число потоков;

•размер кэша (внутренней памяти);

•тактовая частота;

•быстрота шины.

Пока остановимся на тактовой частоте. Не зря процессор называют сердцем компьютера. Как и сердце, он работает в режиме пульсации с определенным количеством тактов в секунду. Тактовая частота измеряется в МГц или в ГГц. Чем она выше, тем больше операций может выполнить устройство.

На какой частоте работает процессор, можно узнать из его заявленных характеристик или посмотреть информацию в сведениях о системе. Но в процессе обработки команд частота может меняться, а при разгоне (оверлокинге) увеличиваться до экстремальных пределов. Таким образом, заявленная тактовая частота является всего лишь усредненным показателем.

Количество ядер – показатель, определяющий число вычислительных центров процессора (не путать с потоками – количество ядер и потоков могут не совпадать). За счет такого распределения появляется возможность перенаправления операций на другие ядра, за счет чего повышается общая производительность.

Как работает процессор: обработка команд

Теперь немного о структуре исполняемых команд. Если посмотреть, как работает процессор, нужно четко представлять себе, что любая команда имеет две составляющие – операционную и операндную [8].

Операционная часть указывает, что должна выполнить в данный момент компьютерная система, операнда определяет то, над чем должен работать именно процессор. Кроме того, ядро процессора может содержать два вычислительных центра (контейнера, потока), которые разделяют выполнение команды на несколько этапов:

•выработка;

•дешифрование;

•выполнение команды;

•обращение к памяти самого процессора

•сохранение результата.

Сегодня применяется раздельное кэширование в виде использования двух уровней кэш-памяти, что позволяет избежать перехвата двумя и более командами обращения к одному из блоков памяти.

Процессоры по типу обработки команд разделяют на линейные (выполнение команд в порядке очереди их записи), циклические и разветвляющиеся (выполнение инструкций после обработки условий ветвления).

Среди основных функций, возложенных на процессор, в смысле выполняемых команд или инструкций различают три основные задачи:

•математические действия на основе арифметико-логического устройства;

•перемещение данных (информации) из одного типа памяти в другой;

•принятие решения по исполнению команды, и на его основе – выбор переключения на выполнения других наборов команд.

Взаимодействие с памятью (ПЗУ и ОЗУ)

В этом процессе следует отметить такие компоненты, как шина и канал чтения и записи, которые соединены с запоминающими устройствами. ПЗУ содержит постоянный набор байт. Сначала адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, затем передает его на шину данных, после чего канал чтения меняет свое состояние и ПЗУ предоставляет запрошенный байт.

Но процессоры могут не только считывать данные из оперативной памяти, но и записывать их. В этом случае используется канал записи. Но, если разобраться, по большому счету современные компьютеры чисто теоретически могли бы и вовсе обойтись без ОЗУ, поскольку современные микроконтроллеры способны размещать нужные байты данных непосредственно в памяти самого процессорного чипа. Но вот без ПЗУ обойтись никак нельзя.

Кроме всего прочего, старт системы запускается с режима тестирования оборудования (команды BIOS), а только потом управление передается загружаемой операционной системе.

Теперь посмотрим на некоторые аспекты проверки работоспособности процессора. Нужно четко понимать, что, если бы процессор не работал, компьютер бы не смог начать загрузку вообще.

Другое дело, когда требуется посмотреть на показатель использования возможностей процессора в определенный момент. Сделать это можно из стандартного «Диспетчера задач» (напротив любого процесса указано, сколько процентов загрузки процессора он дает). Для визуального определения этого параметра можно воспользоваться вкладкой производительности, где отслеживание изменений происходит в режиме реального времени. Расширенные параметры можно увидеть при помощи специальных программ, например, CPU-Z.

Кроме того, можно задействовать несколько ядер процессора, используя для этого конфигурацию системы (msconfig) и дополнительные параметры загрузки.

Наконец, несколько слов о проблемах. Вот многие пользователи часто спрашивают, мол, почему процессор работает, а монитор не включается? К центральному процессору эта ситуация не имеет никакого отношения. Дело в том, что при включении любого компьютера сначала тестируется графический адаптер, а только потом все остальное. Возможно, проблема состоит как раз в процессоре графического чипа (все современные видеоускорители имеют собственные графически процессоры).

Но на примере функционирования человеческого организма нужно понимать, что в случае остановки сердца умирает весь организм. Так и с компьютерами. Не работает процессор – «умирает» вся компьютерная система.

Компьютер состоит из множества различных деталей, каждая из которых выполняет свои определённые функции. Все вместе они обеспечивают стабильную работоспособность всей системы в целом. Многие говорят, что самым важным элементом является процессор, однако и он достаточно сложен. Говоря о его архитектуре, мы часто рассматриваем ядро процессора, так как именно оно определяет возможности.

Почему стоит рассматривать процессор, как один из важнейших элементов, особенно при сборке? Потому что во многом именно он определяет качественные и функциональные возможности компьютера как такового. Непосвящённому пользователю достаточно сложно разобраться во всех аспектах, даже после прочтения соответствующей литературы, а форумы и вовсе не дают однозначного ответа, потому что они заполнены спорами относительно того, какой бренд лучше - AMD или Intel. И порой в этих спорах ядро процессора и его функции и возможности не рассматриваются вовсе [15].

Если какие-то моменты, связанные непосредственно с эксплуатацией того или иного процессора, ещё можно узнать на форумах, то конкретные характеристики необходимо рассматривать самому. Производители всегда предоставляют такую информацию в подробностях, если, конечно, она скажет о чём-нибудь пользователю.

Сейчас на рынке главенствуют многоядерные процессоры. Соответственно, ядро процессора, а точнее их совокупность, определяют в первую очередь производительность. Основной характеристикой считается частота работы процессора, т.е. его быстродействие и оперативность.

Продвинутые пользователи знают о возможностях разгона процессора, т.е. повышения его частоты. Практически у любой модели можно увеличить производительность, однако, не у всех она будет эффективной. Другими словами, если взять два процессора, работающие примерно на одинаковой частоте, то у них может быть разный разгонный потенциал. Следовательно, перспективы и возможности отличаются.

Как правило, основным ограничением становится температура ядра процессора, потому что при повышении частоты увеличивается нагрузка, он начинает нагреваться, а это уже губительно сказывается на его состоянии. При длительной работе в таком режиме ядро процессора начнёт разрушаться и выходить из строя, в конце концов, чип просто сгорит.

Впрочем, одной ориентироваться на одну только частоту неправильно - кэш и частота шины также оказывают важное влияние на возможности и итоговые характеристики. Процессор постоянно обрабатывает различную информацию, однако она поступает не напрямую, а хранится некоторое время в кэше - промежуточном звене между оперативной памятью и процессором. От скорости работы кэша очень часто зависит быстродействие системы. Частота шины определяет скорость обмена данными между процессором и материнской платой.

Пресловутое количество ядер сейчас активно обсуждается, потому что одни говорят, что чем больше, тем лучше, другие наоборот утверждают, что лучше не торопиться с выбором процессора с большим количеством ядер.

Наиболее распространённым вариантов являются двуядерные модели. Такие чипы уже начали внедрять даже в мобильные аппараты, так что удивить кого-то сложно. Возникает вопрос, стоит ли переходить на четырёхядерные и более процессоры? Сейчас ситуация повторяется как и с внедрением первых многоядерных моделей - прирост производительности на деле оказывается не таким большим. Пользователи не знают, как отключить ядро процессора или заставить то или иное приложение использовать все возможности, потому что далеко не все приложения оптимизированы под такие модели. При этом прирост в цене достаточно существенный, но иногда стоит выбрать более простую, но и быструю и производительную модель, нежели гнаться за количеством ядер.

Глава 3 Увеличение производительности процессора на компьютере

Производительность - один из важнейших параметров компьютера. Он означает, насколько быстро устройство будет выполнять отдаваемые пользователем команды. Зачастую этот параметр сильнее всего обусловливается комплектующими компьютера. К примеру, два компьютера, имеющие одинаковый процессор, но разные объемы оперативной памяти, будут иметь разную производительность.

В обыкновенной работе ПК разница в производительности может быть не слишком заметна. Однако она играет решающую роль для людей, работающих с большим количеством программ, а также в различных играх. Чем быстрее откликается на действия компьютер, тем меньше задержка в игре, тем реже игра зависает и быстрее запускается. Особенно это важно и заметно в мультиплеерных играх, когда скорость реакции как человека, так и устройства играет зачастую ключевую роль.

В основном этот параметр измеряется каким-либо числом, которое чем больше, тем лучше. Есть много различных способов узнать производительность компьютера. Можно, к примеру, воспользоваться программами, которые во множестве существуют на просторах Интернета. Также в операционной системе Windows можно посмотреть индекс производительности [9] .

Для этого нужно зайти в панель управления и найти там вкладку "Система и безопасность". В ней нужно выбрать "Система". В этой вкладке можно узнать основные параметры компьютера, в которые входит индекс производительности. Его можно проверить. Результаты сохраняются.

В качестве итоговой оценки система всегда выбирает наименьшее значение из показателей всех компонентов. В процессе апгрейда своего устройства желательно периодически проверять этот показатель, для того чтобы знать, как ПК реагирует на то или иное действие.

Итак, с местонахождением данных о производительности все понятно. Какие есть способы увеличить производительность процессора? Их несколько, и стоит подробно рассмотреть каждый.

Для увеличения производительности устройства можно воспользоваться несколькими способами.

Начать нужно с проверки системы на вирусы. Очень часто бывает так, что где-нибудь в уголке сидит вирус и по чуть-чуть "подъедает" производительность. Для этого можно воспользоваться любым хорошим антивирусом.

Если это не помогло, увеличить производительность можно, используя разгон процессора либо при помощи настроек ПК, очистки ОЗУ и прочего. Для начала: что такое разгон? Чтобы объяснить это понятие, нужно сказать, что у каждого процессора есть определенная частота, на которой он работает. Частота измеряется в герцах и является основной характеристикой процессора. При помощи некоторых манипуляций можно увеличить частоту, на которой он работает. Стоит сразу отметить, что дело это не то чтобы очень практичное: производительность ПК повышается от силы на 15 %. Кроме того, при превышении процессором тактовой частоты система теряет надежность.

Многие, услышав о разгоне, задают вопрос: а не сгорит ли система? Ответить на него можно словами о том, что только в 0,1 % случаев повреждения невозможно исправить. Однако, собираясь разгонять свое устройство, важно помнить, что именно вам может не повезти.

Определенно разогнать процессор на стационарном компьютере проще, чем на ноутбуке. Во-первых, потому что разгон всегда сопровождается выделением большего количества тепла, а следовательно, понадобится более мощная система охлаждения, которую заменить на ПК не в пример проще, чем на ноуте.