Процессор. Структура и характеристики процессоров

 

Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU, разг. – "проц", "камень") – сложная микросхема, являющаяся главной составной частью любого компьютера.

Именно это устройство осуществляет обработку информации, выполняет команды пользователя и руководит другими частями компьютера.

Уже много лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices).

Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в разработки огромные средства и много сил.

Их конкуренция - важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли.

 

Внешне центральный процессор представляет собой небольшую плату (где-то 7 х 7 см.) с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Внутри этой коробочки хранится сложнейшая микроструктура из миллионов транзисторов.

 

Структура процессора

 

Основные функциональные блоки процессора:

ü арифметико-логическое устройство (АЛУ);

ü управляющее устройство (управляющий автомат) (УУ);

ü блок управляющих регистров (БУР);

ü блок регистровой памяти (местная память);

ü блок связи с оперативной памятью (ОП) и некоторым другим, в том числе внешним по отношению к ЭВМ, оборудованием.

Упрощенная схема процессора

 

 

В состав процессора могут также входить и другие блоки, участвующие в организации вычислительного процесса (блок прерывания, блок защиты памяти, блок контроля правильности работы и диагностики процессора и др.).

Арифметико-логическое устройство процессора выполняет логические и арифметические операции над данными (операндами).

В АЛУ выполняются:

ü логические преобразования над логическими кодами фиксированной и переменной длины (над отдельными битами, группами бит, байтами и их последовательностями);

ü арифметические операции над числами с фиксированной и плавающей точками, над десятичными числами;

ü обработка алфавитно-цифровых слов переменной длины и др.

 

Характеристики процессора

 

• Количество вычислительных ядер.

Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра.

Многоядерность, как способ повышения производительности процессоров, используется с относительно недавнего времени, но признана самым перспективным направлением их развития.

Для домашних компьютеров уже существуют процессоры с 8 ядрами. Для серверов на рынке есть 12-ядерные предложения (Opteron 6100).

Разработаны прототипы процессоров, содержащие около 100 ядер.

Эффективность вычислительных ядер разных моделей процессоров отличается. Чем больше ядер, тем процессор производительнее.

• Количество потоков.

Чем больше потоков – тем лучше.

Количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер процессора. Благодаря технологии Hyper-Threading, 4-ядерный процессор Intel Core i7-3820 работает в 8 потоков и во многом опережает 6-тиядерных конкурентов.

• Размер кеша 2 и 3 уровней.

Кеш - это очень быстрая внутренняя память процессора, которая используется им как буфер для временного хранения информации, обрабатываемой в конкретный момент времени. Чем кеш больше – тем лучше.

Структура не всех современных процессоров предусматривает наличие кеша 3 уровня, хотя критичным моментом это не является.

По результатам многих тестов производительность процессоров Intel Core 2 Quadro, выпускавшихся с 2007 г. по 2011 г. и не имеющих кеша 3 уровня, даже сейчас выглядит достойно.

• Частота процессора.

Чем выше частота процессора, тем он производительнее.

• Скорость шины процессора (FSB, HyperTransport или QPI).

Через эту шину центральный процессор взаимодействует с материнской платой. Ее скорость (частота) измеряется в мегагерцах и чем она выше - тем лучше.

• Техпроцесс.

Чем тоньше используемый техпроцесс, тем больше процессор содержит транзисторов, меньше потребляет электроэнергии и меньше греется.

От техпроцесса во многом зависит еще одна важная характеристика процессора - TDP.

• TDP.

Termal Design Point - показатель, отображающий энергопотребление процессора, а также количество тепла, выделяемого им в процессе работы.

Единицы измерения - Ватты (Вт). TDP зависит от многих факторов, среди которых главными являются количество ядер, техпроцесс изготовления и частота работы процессора.

"Холодные" процессоры (с TDP до 100 Вт) лучше поддаются разгону, когда пользователь изменяет некоторые настройки системы, вследствие чего увеличивается частота процессора.

Разгон позволяет без дополнительных финансовых вложений увеличить производительность процессора на 15 – 25 %, но это уже отдельная тема.

Проблему с высоким TDP всегда можно решить приобретением эффективной системы охлаждения.

• Наличие и производительность видеоядра.

Последние технические достижения позволили производителям, помимо вычислительных ядер, включать в состав процессоров еще и ядра графические.

Такие процессоры, кроме решения своих основных задач, могут выполнять роль видеокарты. Возможностей некоторых из них вполне достаточно для игры в компьютерные игры, в просмотре фильмов, в работе с текстом и решении остальных задач.

• Тип и максимальная скорость поддерживаемой оперативной памяти.

Эти характеристики процессора необходимо учитывать при выборе оперативной памяти, с которой он будет использоваться.