Файл: Процессоры для персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора.pdf

В структуре ядер процессора обычно также присутствуют блоки, отвечающие за сохранение результатов в ОЗУ в соответствии с адресом, который содержится в инструкции. ^[21]

Важное значение имеет компонент ядра, который контролирует работу микросхемы с прерываниями. Данная функция позволяет процессору обеспечивать стабильность работы программ в условиях многозадачности.

Работа центрального процессора также связана с задействованием регистров. Данные компоненты являются аналогом ОЗУ, однако доступ к ним осуществляется в несколько раз быстрее. Объем соответствующего ресурса небольшой -как правило, он не превышает килобайта. Регистры классифицируются на несколько разновидностей. Это могут быть компоненты общего назначения, которые задействуются при выполнении арифметических или логических вычислений. Есть регистры специального назначения, которые могут включать системные данные, используемые процессором в ходе работы. ^[22]

В структуре ядра процессора также присутствуют различные вспомогательные компоненты. Это может быть датчик, отслеживающий то, какова текущая температура центрального процессора. Если ее показатели выше установленных норм, то микросхема может направить сигнал модулям, отвечающим за работу вентиляторов -и они начнут вращаться быстрее.

Есть в структуре ядра предсказатель переходов -компонент, который призван определять, какие именно команды будут выполняться после завершения определенных циклов операций, совершаемых микросхемой. Пример другого важного компонента -счетчик команд. Данный модуль фиксирует адрес соответствующего алгоритма, который передается микросхеме в момент начала выполнения им того или иного такта. ^[23]

Такова структура ядра, которое входит в центральный процессор компьютера. Изучим теперь подробнее некоторые ключевые характеристики микросхем соответствующего типа. А именно: техпроцесс, тактовая частота, объем кэш-памяти, а также энергопотребление^[24].

Развитие компьютерной техники принято связывать с появлением по мере совершенствования вычислительных технологий новых поколений ЭВМ. При этом, не считая показателей производительности, одним из критериев отнесения компьютера к тому или иному поколению может считаться его абсолютный размер. Самые первые ЭВМ были сопоставимы по величине с многоэтажным домом. Компьютеры второго поколения были сопоставимы по величине, к примеру, с диваном или пианино. ЭВМ следующего уровня уже были вплотную приближены к тем, что привычны для нас сейчас. В свою очередь, современные ПК -это компьютеры четвертого поколения. ^[25]

---

Дело в том, что в ходе эволюции ЭВМ сформировалось неофициальное правило: чем более технологично устройство, тем меньшими габаритами при той же производительности, а то и при большей -оно обладает. Оно в полной мере действует и в отношении рассматриваемой характеристики центрального процессора, а именно, техпроцесса его изготовления. В данном случае имеет значение расстояние между единичными кремниевыми кристаллами, формирующими структуру микросхемы. Чем оно меньше -тем больше плотность соответствующих элементов, которые размещает на себе плата центрального процессора. Тем более производительным он, соответственно, может считаться. Современные процессоры выполняются по техпроцессу 90-14 нм. Данный показатель имеет тенденцию к постепенному уменьшению^[26].

Тактовая частота центрального процессора -один из ключевых показателей его производительности. Она определяет то, сколько операций в секунду может совершать микросхема. Чем их больше -тем более производителен процессор и компьютер в целом. Можно отметить, что данный параметр характеризует, прежде всего, ядро как самостоятельный модуль центрального процессора. То есть, если соответствующих компонентов на микросхеме несколько, то каждое из них будет работать с отдельной частотой. Некоторые IT-специалисты считают допустимым суммировать данные характеристики по всем ядрам. Что это значит? Если, например, на процессоре установлено 4 ядра с частотой 1 ГГц, то суммарный показатель производительности ПК, если следовать этой методологии, будет составлять 4 ГГц. ^[27]

Компоненты частоты. Рассматриваемый показатель формируется из двух компонентов. Во-первых, это частота системной шины -измеряется она обычно в сотнях мегагерц. Во-вторых, это коэффициент, на который соответствующий показатель умножается. В некоторых случаях производители процессоров дают пользователям возможность регулировать оба параметра. При этом, если выставить в достаточной мере высокие значения для системной шины и множителя, можно ощутимо увеличить производительность микросхемы. Именно таким образом осуществляется разгон процессора. Правда, его задействовать нужно осторожно^[28].

Дело в том, что при разгоне может значительно увеличиться температура центрального процессора. Если на ПК не будет установлено соответствующей системы охлаждения, то это может привести к выходу микросхемы из строя. ^[29]

---

Современные процессоры оснащены модулями кэш-памяти. Основное их предназначение -временное размещение данных, как правило, представленных совокупностью особых команд и алгоритмов -тех, что задействуются в работе микросхемы наиболее часто. Что это дает на практике? Прежде всего то, что загрузка центрального процессора может быть уменьшена за счет того, что те самые команды и алгоритмы будут находиться в оперативном доступе. Микросхема, получив из кэш-памяти готовые инструкции, не тратит время на их выработку с нуля. В итоге работа компьютера идет быстрее.^[30]

Главная характеристика кэш-памяти -объем. Чем он больше, тем, соответственно, вместительнее данный модуль с точки зрения расположения тех самых инструкций и алгоритмов, задействуемых процессором. Тем больше вероятность, что микросхема будет всякий раз находить среди них нужные для себя и работать быстрее. Кэш-память на современных процессорах делится чаще всего на три уровня. Первый работает на базе наиболее быстрых и высокотехнологичных микросхем, остальные -медленнее. Объем кэш-памяти первого уровня на современных процессорах составляет порядка 128-256 КБ, второго -1-8 МБ, третьего -может превышать 20 МБ. ^[31]

Другой значимый параметр микросхемы -энергопотребление. Питание центрального процессора может предполагать значительное расходование электроэнергии. Современные модели микросхем потребляют порядка 40-50 Вт. В некоторых случаях данный параметр имеет экономическое значение -например, если речь идет об оснащении больших предприятий несколькими сотнями или тысячами компьютеров. Но не менее значимым фактором энергопотребление выступает в части адаптации процессоров к использованию на мобильных устройствах -ноутбуках, планшетах, смартфонах. Чем соответствующий показатель меньше, тем дольше будет автономная работа девайса.

2. Классификация центральных процессоров

2.1 Общая классификация процессоров

Процессор – устройство, осуществляющее процесс автоматической обработки данных и программное управление этим процессом. Процессоры можно классифицировать, например, по следующим признакам:

---

1)    По используемой системе счисления:

-    работающие в позиционной системе счисления;

-     работающие в непозиционной системе счисления (например, СОК).^[32]

2)    По способу обработки разрядов:

-   с параллельной обработкой разрядов;

-   с последовательной обработкой;

-   со смешанной обработкой (последовательно-параллельной).^[33]

3)    По составу операций:

-  процессоры общего назначения;

-  проблемно-ориентированные;

-  специализированные.

4)    По месту процессора в системе:

- центральный процессор (ЦП);

- сопроцессор;

- периферийный процессор;

- канальный процессор (контроллер канала ввода/вывода);

- процессорный элемент (ПЭ) многопроцессорной системы.^[34]

5)    По организации операционного устройства:

- с операционным устройством процедурного типа (I-процессоры, M-процессоры);

- процессоры с блочным операционным устройством;

- процессоры с конвейерным операционным устройством (с арифметическим конвейером).

6)    По организации обработки адресов:

-  с общим операционным устройством;

-   со специальным (адресным) операционным устройством.^[35]

7)    По типу операндов:

- скалярный процессор;

-  векторный процессор;

-  с возможностью обработки и скалярных, и векторных данных.

8)    По логике управления процессором:

-  с жесткой логикой управления;

-  с микропрограммным управлением.

9)   По составу (полноте) системы команд:

- RISC;

-  CISC.^[36]

10) По организации управления потоком команд / способу загрузки исполнительных устройств:

-   с последовательной обработкой команд;

-   с конвейером команд;

-   суперскалярные процессоры;

-  процессоры с длинным командным словом (VLIW) и т. д.^[37]

Как всякая классификация, приведенная выше классификация не может считаться полной, так как количество типов процессоров достаточно велико и по своим архитектурам процессоры весьма многообразны.

2.2 Процессоры Intel и AMD

Еще совсем недавно вопрос о конкуренции процессоров Intel и AMD обсуждался интересующимися очень активно: геймеры и оверклокеры свои предпочтения готовы были отстаивать в сетевых войнах, на тестовых стендах прогонялись все линейки процессоров от обоих производителей. Сегодня, с развитием мобильного сегмента электроники, в котором процессоры и Intel, и AMD представлены весьма скудно, актуальность сравнения ушла в прошлое^[38]

---

Процессоры Intel – микропроцессоры, произведенные американской корпорацией Intel, применяемые в портативных и стационарных персональных компьютерах. На сегодняшний день занимают около 80% рынка, актуальными считаются несколько линеек, модели из которых демонстрируют различную степень производительности.^[39]

Процессоры AMD – микропроцессоры, выпускаемые американской корпорацией Advanced Micro Devices. Применяются в стационарных и портативных системах. AMD самостоятельно не производит комплектующие, а только разрабатывает и заказывает у сторонних производителей. На сегодняшний день доля процессоров AMD на рынке составляет около 20%.^[40]

Системообразующее отличие между процессорами Intel и AMD – это сокеты, или разъемы, в которые они устанавливаются. Компромиссной кроссплатформенности в этом случае нет и быть не может, так что для определенной материнской планы с заданным набором характеристик выбор между производителями не стоит. На сегодняшний день для AMD актуальны сокеты АМ3, АМ3+, а также сокеты для процессора с интегрированным графическим ядром FM1 и FM2. Intel сегодня предлагает процессоры под разъемы LGA 1155/1156 и LGA 2011. Если процессоры под AM3+ совместимы с AM3, то LGA возможности замены не подразумевает. Стоит заметить, что актуальность весьма относительна, так как касается только продажи соответствующих комплектующих в российских магазинах, а не производства.^[41]

Множество моделей линеек процессоров от обоих производителей с самыми разными характеристиками не позволяет сравнивать Intel и AMD по степени производительности их продукции. В бюджетном сегменте, представленном сегодня процессорами с интегрированной графикой, AMD с линейкой Trinity оказывается дешевле, чем младшее поколение Sandy Bridge от Intel. Отказ от дискретной видеокарты – реальный способ сэкономить на офисных и домашних системах, на которых не запускают требовательные к ресурсам приложения. Если критерий стоимости не главный, то в производительности несколько выигрывает Sandy Bridge, прежде всего за счет большего объема кэша третьего уровня. Следующее поколение Ivy Bridge уже превосходит Trinity по показателям вычислительной мощности даже в случае сравнения двухъядерных и четырехъядерных моделей соответственно.^[42]

Если пользователь планирует ставить серьезные задачи перед своей системой, к примеру, обработку видео, то процессоры AMD Vishera (FX) благодаря оптимизированной работе с несколькими потоками в тестах выигрывают даже у топовых Core i7. Разница в стоимости составляет около 130$, так что выгода в предложении AMD очевидна.

---