Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора (Процессоры. Назначение, функции, строение).pdf

Рисунок 1. Схема процессора

• Буфер команд, который хранит одну или несколько очередных команд программы; читает следующие команды из запоминающего устройства, пока выполняется очередная команда, уменьшая время ее выборки из памяти;
• Дешифратор команд расшифровывает код операции очередной команды и преобразует его в адрес начала микропрограммы, которая реализует исполнение команды;
• Управление выборкой очередной микрокоманды представляет собой небольшой процессор, работающий по принципу фон Неймана, имеет свой счетчик микрокоманд, который автоматически выбирает очередную микрокоманду из ПЗУ микрокоманд;
• Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микрокоманд – это запоминающее устройство, в которое информация записывается однократно и затем может только считываться; отличительной особенностью ПЗУ является то, что записанная в него информация сохраняется сколько угодно долго и не требует постоянного питающего напряжения.

Поступивший от дешифратора команд адрес записывается в счетчик микрокоманд устройства выборки, и начинается процесс обработки последовательности микрокоманд. Каждый разряд микрокоманды связан с одним управляющим входом какого- либо функционального устройства. Так, например, управляющие входы регистра хранения «Сброс», «запись», «Чтение» соединены с соответствующими разрядами микрокоманды. Общее число разрядов микрокоманды может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч и равно общему числу управляющих входов всех функциональных устройств процессора. Часть разрядов микрокоманды подается на устройство управления выборкой очередной микрокоманды и используется для организации условных переходов и циклов, так как алгоритмы обработки команд могут быть достаточно сложными.

Выборка очередной микрокоманды осуществляется через определенный интервал времени, который, в свою очередь, зависит от времени выполнения предыдущей микрокоманды. Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора. Тактовая частота является важной характеристикой процессора, так как определяет скорость выполнения процессором команд, и, в конечном итоге, быстродействие процессора.

---

2. Основные характеристики и классификация современных процессоров.

Как правило, сборку классического ПК или выбор готового решения начинают именно с центрального процессора, который во многом определяет функциональность и сферу применения компьютера. Сейчас на рынке полупроводниковых чипов с x86-архитектурой доминируют две компании – AMD и Intel. На первый взгляд может показаться, что тут ничего сложного: анализируем продуктовый ряд обеих компаний и выбираем нужную модель согласно кошельку и потребностям. Но некую путаницу вносит присутствие на рынке сразу нескольких разъемов CPU, чипов разных поколений и семейств у каждого из производителей.

Для начала рассмотрим основные параметры, которые помогут быстро оценить возможную вычислительную производительность процессора. Для опытного пользователя это не составит для вас труда. Для всех остальных предлагается рассмотреть наиболее важные критерия при подборе будущего «камня».

1. Техпроцес – указывается в нанометрах (нм или nm). Напрямую не влияет на производительность чипа, но намекает на его технологичность, энергоэффективность и косвенные параметры. Современные кристаллы AMD выпускаются с соблюдением 32-нм и 28-нм техпроцесса, тогда как Intel уже давно освоила 22-нм и 14-нм нормы. Чем тоньше техпроцес, тем лучше. Это позволяет производителю размещать на одной кремниевой подложке больше функциональных элементов, уменьшать энергопотребление и нагрев. То есть освоение новых норм производства позволяет развивать интегральные схемы.

Рисунок 2. Прогресс техпроцесса.

2. Микроархитектура – набор инструкций и свойств, присущих семейству процессоров. С каждым новым поколением инженеры вносят ряд конструкционных изменений, которые увеличивают производительность CPU и улучшают потребительские свойства. Именно от микроархитектуры зависит конечный успех и жизненный цикл готовых продуктов. На данный момент самыми передовыми микроархитектурами являются Intel Skylake и Intel Broadwell, но уже не за горами выход AMD Zen.

3. Тактовая частота – пожалуй, самый известный параметр оценки производительности процессора, который показывает количество производимых действий за единицу времени (указывается в МГц или ГГц). Чем выше, тем лучше. Но напрямую сравнивать можно только процессоры одного поколения, семейства и микроархитектуры. Например, Intel Core i5-6400 имеет базовую тактовую частоту 2700 МГц, а Intel Core i5-6600K функционирует при 3500 МГц. Поэтому последний будет заведомо быстрее. Современные процессоры AMD и Intel поддерживают функцию автоматического разгона (AMD Turbo Core и Intel Turbo Boost), которая может поднимать частоту чипа на несколько ступеней (динамическая или плавающая частота) в зависимости от нагрузки и температурного режима. Если вы знакомы с понятием оверклокинг, то знаете, что большинство современных процессоров так или иначе разгоняются. В продаже даже можно найти специальные модели с разблокированным множителем, что упрощает разгон по максимуму. У Intel они имеют в конце маркировки приставку в виде букв «K» или «X». Но бывают и исключения из правила, например, юбилейный Intel Pentium G3258. У AMD схожая иерархия и все оверклокерские гибридные процессоры имеют приставку «K». А вот во флагманской линейке AMD FX (платформа Socket AM3+) все без исключения модели имеют разблокированный множитель.

---

4. Количество ядер – современные настольные процессоры имеют от двух до десяти ядер. Понятно, что чем больше ядер, тем лучше. Но важную роль в этом играет программная составляющая. Если софт или игра не умеют распределять нагрузку между ядрами, то они будут попросту простаивать, и никакой пользы от многоядерности не будет. В таком случае на производительность ЦП будут влиять другие параметры (частота, объем кэш-памяти и т.д.). Но как показывает практика, с каждым годом программисты активно работают над этим вопросом, и если вы собираете компьютер не только для офисных задач, то имеет смысл смотреть минимум на 4-ядерные модели. Также стоит знать, что первые 4-ядерные чипы появились в далеком 2006 году, и если их сравнивать с новинками, например, Core 2 Quad Q6600 и Intel Core i7-6700, то разница в производительности буде очень существенной, конечно, не в пользу старичка. Важный момент: процессоры семейств Intel Core i3 и Intel Core i7 имеют определенное количество физических ядер и удвоенное количество потоков благодаря поддержке технологии виртуальной многоядерности Intel Hyper-Threading. Это позволяет значительно поднять их производительность во многопоточных программах и играх. В скором времени обещают появление процессоров на микроархитектуре AMD Zen (платформа Socket AM4), которые получат поддержку схожей технологии.

5. Интегрированная графика – большинство процессоров от AMD и Intel имеют встроенное графическое ядро, которое маркируется как AMD Radeon HD xxxx / Radeon Rx и Intel HD Graphics ххх соответственно, что при необходимости позволяет сэкономить на видеокарте. Чем процессор мощнее, тем производительнее в нем видеоподсистема. По возможности обращайте внимание на количество исполнительных блоков (больше – лучше) и частоту ядра. Например, графика уровня AMD Radeon R7 и Intel HD Graphics 530 вполне позволяет поиграть в популярные сетевые проекты, такие как Counter-Strike: Global Offensive, Dota 2 и World of Tanks на минимальных или средних настройках графики при 1920 x 1080. Вполне можно будет кое-как поиграть в игры уровня Fallout 4 или GTA V, но при уменьшении разрешения до 720p. Заядлым геймерам нужно сразу позаботиться о достойной дискретной видеокарте.

6. Кэш-память – это сверхбыстрая энергозависимая память, применяемая процессором для хранения наиболее часто используемых данных. Размещается она прямиком на кристалле для минимизации времени доступа к ним. Зачастую кэш состоит из двух или трех уровней (L1-L3), но иногда и из четырех (L4), в зависимости от микроархитектуры. Чем больше объем и скорость такой памяти, тем лучше. Но не стоит за этим гнаться. Как показывает практика, процессоры одного поколения с кэш-памятью L3 в 8 или 6 МБ почти не отличаются производительностью при прочих равных (частоте и количестве ядер/потоков).

---

7. TDP – расчетная тепловая мощность процессора (Вт или W). Она показывает, какая система охлаждения потребуется для работы чипа в номинальном режиме. Например, 84 Вт TDP указывает на необходимость использования СО, которая способна рассеять 84 и больше ватт тепла. В противном случае мы будем наблюдать падение производительности (включается механизм пропуска тактов) или частые перезагрузки. Приблизительно TDP можно прировнять к энергопотреблению процессора для упрощения подбора блока питания. Реальное же энергопотребление может быть ниже TDP, иногда − значительно ниже. На данный момент TDP современных настольных процессоров укладывается в диапазон 25-220 Вт.

Как видите, при оценке производительности процессора нужно учитывать не один параметр, а целый ряд. И конечно, не обойтись без анализа результатов реальных тестов. Далее более детально поговорим о каждом производителе отдельно.

Платформа процессоров AMD

На сегодняшний день у компании AMD присутствуют три актуальных платформы: Socket AM1, Socket FM2+ и Socket AM3+. В скором времени ожидаем появление Socket AM4. Кратко пройдемся по каждой из них.

Socket AM1 – платформа начального уровня, в состав которой входят процессоры семейства AMD Kabini. Они характеризуются небольшим энергопотреблением (TDP 25 Вт), а уровня их производительности достаточно для выполнения повседневных задач, таких как серфинг в интернете, работа с текстовыми документами, просмотр фильмов и т.д. На выбор доступны 2- и 4-ядерные модели с графикой AMD Radeon R3 (128 шейдерных процессоров) под хорошо известными брендами AMD Sempron и AMD Athlon. То есть мы имеем неплохую основу для построения HTPC или домашнего кинотеатра. Положительной стороной данной платформы является возможность покупки процессора и материнской платы отдельно, тогда как раньше эта связка фактически представляла собой одно целое (процессор впаян в плату), и в результате пользователь мог получить платформу, не совсем отвечающую его запросам. С отдельным разъемом эта проблема легко решается.

Socket FM2+ – мейнстрим платформа, в состав которой входят гибридные процессоры или APU AMD A6/A8/A10, которые объединяют в себе процессорную часть и встроенную графику. Младшие модели AMD A4 и A6 имеют в своем составе два процессорных ядра и графику AMD Radeon R5 (256 шейдерных процессоров), а вот AMD A8 и AMD A10 уже могут предложить 4 процессорных ядра и видеоядро AMD Radeon R7 (384 и 512 шейдерных процессоров соответственно). Все они базируются на связке микроархитектур AMD Steamroller и AMD GCN, а также относятся к семействам APU AMD Godavari и AMD Kaveri. Для тех, кому не нужна встроенная графика, предусмотрены чипы AMD Athlon X4. Отдельно напомним, что в Socket FM2+ можно установить старые процессоры AMD Trinity / Richland предназначенные для платформы Socket FM2. Все это позволяет собрать на этой платформе как офисный, так и игровой компьютер начального (без дискретной видеокарты) или среднего уровня с производительной видеокартой.

---

Socket AM3+ – топовая платформа для построения игровых и высокопроизводительных систем. После ухода со сцены бренда AMD Phenom, его место занял старый-новый AMD FX. В состав платформы входят 4-ядерные (AMD FX 4ххх), 6-ядерные (AMD FX 6ххх) и 8-ядерные (AMD FX 8ххх/9xxx) модели, которые относятся к «древнему» по меркам компьютерной техники семейству AMD Vishera на микроархитектуре AMD Piledriver. Все чипы лишены встроенной графики, поэтому для сборки компьютера понадобится дискретная видеокарта или материнская плата со встроенным видео. Бесспорным преимуществом данной платформы является возможность легкого разгона благодаря разблокированному множителю у всех без исключения представителей AMD FX. Берем младшую модель в линейке AMD FX-8300, и в несколько кликов превращаем ее в топовый AMD FX-9590, хотя стоимость ее почти в два раза ниже. Главное позаботиться о качественной материнской плате и достойной системе охлаждения. При этом рекомендуем смотреть на версии с буквой «E» в названии, что говорит об их пониженном тепловыделении. Например, AMD FX-8320 обладает 125-ваттным TDP, а AMD FX-8320E − 95-ваттным.

Платформа процессоров Intel

В Intel тоже насчитывается три актуальные платформы: Socket LGA1150, Socket LGA1151 и Socket LGA2011-v3. Кратко пройдемся по каждой из них.

Socket LGA1150 – платформа прошлого поколения под процессоры на микроархитектуре Intel Haswell. Модельный ряд имеет широкий выбор и четкую иерархию. В самом низу находятся 2-ядерные чипы Intel Celeron и Intel Pentium с TDP в диапазоне 35-53 Вт и встроенной графикой Intel HD Graphics (10 исполнительных блоков) для построения систем начального уровня. На ступень выше идут модели линейки Intel Core i3 – те же два ядра, но уже 4 потока, встроенная графика Intel HD Graphics 4400 (20 исполнительных модулей) и есть поддержка инструкций AVX и AES. Хороший вариант для игровых машин начального уровня. В самом верху находятся процессоры Intel Core i5 / i7 – основа для средне- и высокопроизводительных игровых и рабочих компьютеров. В своем составе они имеют 4 полноценных ядра, а в последнем случае − и удвоенное количество потоков. За графику отвечает Intel HD Graphics 4600 (20 исполнительных модулей). TDP Intel Core i5 / i7 находится в диапазоне 35-88 Вт. В продаже встречаются модели с пониженным энергопотреблением, о чем свидетельствуют буквы «Т» и «S» в названии. Они малоинтересны рядовому пользователю из-за более высокой цены и пониженных частот, но отлично подходят для построения компактных систем. Особняком стоят представители семейства Intel Broadwell в лице Intel Core i5-5675C и Intel Core i7-5775C, которые могут похвастать самой быстрой на рынке встроенной графикой Intel Iris Pro Graphics 6200 (48 исполнительных модулей), кэшем 4-го уровня и разблокированным множителем.

---