Детально і просто про процесорах для персонального комп'ютера

1. 1. Історія появи процесора
2. 2. Принцип дії процесора
3. 3. Параметри і характеристики процесора
4. 4. Розрядність процесора (32/64 біт)
5. 5. Швидкодія процесора (частота і мегагерци)
6. 6. Частота процесора і системної плати
7. 7. Порівняння фірм-виробників Intel і AMD
8. 8. Кеш-пам'ять процесора
9. 9. Функції і технології процесорів: MMX, SSE, 3DNow !, Hyper Threading
10. 10. Багатоядерність процесорів
11. 11. Виробництво процесорів
12. 12. Маркування і кодові назви процесорів
13. 13. Гнізда (socket) для процесорів
14. 14. Охолодження процесора
15. 15. Несправності і помилки в процесорах

М ікропроцессор для персонального комп'ютера а, так само і для інших пристроїв, будь то телефони, планшети, ноутбуки або інші цікаві гаджети, є основним центральним пристроєм, який виконує практично всі обчислення і відповідає за обробку даних. Можна навіть сказати так - центральний процесор це "мозок" будь-якого сучасного комп'ютера або високотехнологічного пристрою. Так само він є одним з найдорожчих елементів в складі сучасних комп'ютерів.

Зміст статті по розділах:

Детальніше про історію, роботі і технологічних характеристиках ви дізнаєтеся з цієї статті.

1. Історія появи процесора

Перші комп'ютерні процесори, основу яких становило механічне реле, з'явилися в п'ятдесятих роках минулого століття. Через якийсь час з'явилися моделі з електронними лампами, які в підсумку були замінені на транзистори. Самі ж комп'ютери представляли собою досить габаритні і дорогі пристрої.

Подальший розвиток процесорів звелося до того, що було прийнято рішення входять до них компоненти, уявити в одній мікросхемі. Дозволило здійснити дану задумку поява інтегральних напівпровідникових схем.

У 1969 р компанія Busicom замовила дванадцять мікросхем у Intel, які вони планували використовувати у власній розробці - в настільному калькуляторі. Уже в той час розробників Intel відвідувала ідея замінити кілька мікросхем однієї. Ідею схвалило керівництво корпорації, оскільки подібна технологія дозволяла істотно скоротити витрати на виробництві мікросхем, при цьому у фахівців з'явилася можливість зробити процесор універсальним для використання його в інших обчислювальних пристроях.

В результаті чого з'явився перший мікропроцесор Intel 4004 , Який виконував 60 тис. Операцій в секунду.

2. Принцип дії процесора

Центральний процесор по праву вважається серцем будь-якого комп'ютера. У його структуру входить невеликих розмірів кремнієвий кристал, основу якого становить кілька мільйонів транзисторів.

Подібного роду процесори можуть виконати до декількох мільйонів завдань в секунду.

Процес виконання всіх команд включає: вилучення з пам'яті за вказаною адресою двійкового коду і подальше його перетворення у внутрішній зрозумілий для процесора код, іншими словами відбувається дешифрування отриманої команди. Останньою стадією вважається виконання команди. Для одночасного виконання двох і більше команд процесор використовує зчитують інформацію процедури з пам'яті.

Отже, виконання описаних завдань потребує великої кількості часу, що ускладнює роботу центрального процесора, оскільки йому доводиться чекати надходження даних. Щоб робота процесора виконувалася швидше, сучасні машини використовують механізм конвейеризации, суть якого полягає в тому, що поки витягується одна команда з пам'яті, друга в цей час вже дешифрується, тоді як третя - виконується.

3. Параметри і характеристики процесора

Що таке процесор з'ясували, тепер пропонуємо розглянути основні характеристики процесора:

• Кількість ядер. Чим більше число входять до складу процесора ядер, тим вище його продуктивність.

• Розрядність процесора - означає, яку максимальну кількість оперативної пам'яті можна встановити на комп'ютер.

• Технічний процес. Чим цей параметр менше, тим краще, оскільки іншими словами - це займана кристалом площа на процесорі, отже, чим розмір кристалів менше, тим більша їх кількість вміститься, що збільшить тактову частоту.

• Кеш процесора також є важливим параметром. Чим показники його вище, тим більше даних можна зберегти в особливій пам'яті, прискорює роботу процесора.

• Тактова частота. Тактом умовно називається одна операція. Одиницею вимірювання тактової частоти вважається МГц і ГГц. Так, наприклад один МГц означає, що процесору під силу виконати один мільйон команд в секунду.

• Socket. Даний параметр дозволяє стандартизувати всі процесори по підключається до материнської плати роз'ємів.

4. Розрядність процесора (32/64 біт)

Біт являє собою коротку форму довічного розряду, представлену 0 або 1, оскільки комп'ютер зберігає і здійснює операції посредствам саме цих двійкових цифр. Отже, напрошується висновок, що у 32-бітових процесорів є можливість представити числа від нуля до двох в 32-й ступеня, тоді як 64-х бітні процесори можуть уявити числа від нуля до двох в 64-й ступеня. Шляхом нехитрих підрахунків можна прикинути, що 64-бітові процесори обробляють більший діапазон чисел, ніж 32-розрядні процесори.

термін розрядність процесора включає в себе поняття ширини шини даних, що є кабелем, передає інформацію з пам'яті ПК в процесор. Шина даних в 64-бітному процесорі здатна передати більший обсяг інформації, ніж шина в 32-розрядному процесорі, витративши на це однакову кількість часу.

5. Швидкодія процесора (частота і мегагерци)

термін тактова частота комп'ютера на увазі кількість тактових імпульсів, яке виробляє тактовий генератор в секунду.

Тактова частота як різних, так і однакових моделей процесорів може варіюватися в широкому діапазоні значень. Процесор виконує всі програмні команди за необхідне число тактів. Наприклад, найпростіша операція додавання може бути виконана за два такту, тоді як поділу може знадобитися 25 тактів. З усього вищесказаного випливає, що чим вище показник тактової частоти, тим швидше комп'ютером виконуються покладені на нього завдання. Сьогоднішні ПК забезпечені процесорами, тактова частота яких - від декількох сотень МГц до декількох ГГц.

Швидкодія роботи ПК безпосереднім чином пов'язано з його тактовою частотою, яка дозволяє визначити кількість виконуваних ним команд в секунду.

6. Частота процесора і системної плати

Швидкодія є одним з найбільш важливих показників роботи процесора. Найменша одиниця виміру часу для процесора - такт або як його ще називають - період тактової частоти. На всі виконувані процесором операції витрачається мінімум один такт.

Сьогодні практично кожен процесор працює на тактовій частоті, що є твором множника і тактовою частотою системної плати. Так, наприклад, тактова частота Celeron 600 в більш ніж 9 разів перевищує тактову частоту системної плати. Аналогічним прикладом є Pentium III 1 000, тактова частота якого в 8,5 разів вище тактової частоти системної плати.

Досить часто тактова частота системної плати одночасно з множником встановлюється посредствам перемичок чи інших інструментів конфігурації системної плати, до категорії яких можна віднести відповідні значення в настановної програмі параметрів BIOS .

Деякі системи дозволяють збільшити вже наявну робочу частоту процесора, дана процедура називається «розгоном». Установка більшої частоти процесора дозволяє збільшити і його показники швидкодії.

7. Порівняння фірм-виробників Intel і AMD

Американська компанія під назвою Intel була заснована в 1968 році, тоді як її основний конкурент - компанія AMD - з'явилася через рік.

Те, що AMD явила себе світу на рік пізніше, ніж Intel, в істотній мірі відбилося на їх суперництві. Перші процесори від компанії AMD представляли собою копії процесорів, випущених компанією Intel, однак цей факт не завадив AMD розробити перший 16-ядерний процесор. При цьому в 2005 звичайному користувачеві було запропоновано перший 2-ядерний процесор, що носить назву AMD Athlon 64 X2.

Двоядерні процесори Core 2 Duo, розроблені компанією Intel, на рік пізніше з'явилися на відповідному ринку, при цьому вартість процесорів AMD і сьогодні набагато дешевше процесорів від Intel.

Якому процесору все ж варто віддати перевагу? Якщо користувачеві необхідно використання комп'ютера для роботи зі складним професійним програмним забезпеченням, то в цьому випадку краще придбати ПК з процесором від Intel.

Процесори AMD - відмінний варіант для ігрових ПК і в ситуаціях, які не вимагають високої продуктивності апаратної начинки.

8. Кеш-пам'ять процесора

Кеш - не що інше, як пам'ять процесора, завдання якої схожі з завданнями, покладеними на оперативну пам'ять. Процесор використовує кеш для зберігання в ньому даних. У даного різновиду пам'яті буферизується найбільш часто використовувана інформація, за рахунок чого тимчасові витрати на подальше звернення до неї в істотній мірі скорочуються.

Оперативна пам'ять реалізованих сьогодні комп'ютерів, становить від 1 Гб, при цьому кеш процесорів не перевищує 8 Мб. Як видно з наведених даних, різниця в цих різновидах пам'яті досить істотна. Незважаючи на це, навіть зазначеного обсягу достатньо для забезпечення нормального швидкодії всієї системи. Чималий інтерес у користувачів сьогодні викликають процесори з дворівневої кеш-пам'яттю: L1 і L2. Пам'ять першого рівня менше пам'яті другого рівня і необхідна вона для зберігання інструкцій. При цьому другий рівень за рахунок того, що він більше, використовується для безпосереднього зберігання даних. У багатьох процесорів на даний момент кеш другого рівня загальний.

9. Функції і технології процесорів: MMX, SSE, 3DNow !, Hyper Threading

Сучасні процесори забезпечені характерними додатковими функціями і технологіями, що розширюють їх можливості:

• 3DNow !, ММХ, SSE, SSE2, SSE3 - технології, що оптимізують роботу з об'ємними даними та мультимедійними файлами;

• У процесорах AMD з метою захисту від ряду вірусів передбачена технологія NX-bit (No Execute), при цьому в процесорах Intel є аналогічна технологія XD (Execute Disable Bit);

• Cool'n'Quiet (в AMD), ТМ1 / ТМ2, С1Е, EIST (в Intel) знижується споживання електричної енергії;

• У технології AMD64 або ЕМТ64 (для процесорів Intel) потребують 64-бітові інструкції;

• Одночасне виконання декількох потоків команд в деяких процесорах Intel має на увазі наявність технології НТ (Hyper-Threading Technology).

10. Багатоядерність процесорів

Центр сучасних центральних мікропроцесорів забезпечений ядрами. Ядро являє собою кристал кремнію, площа якого становить близько одного квадратного сантиметра. Незважаючи на невеликі розміри, мікроскопічні логічні елементи дозволили реалізувати на його поверхні принципову схему процесора, так звану архітектуру (chip architecture).

Багатоядерність процесора полягає в наявності в центральному процесорі двох і більше обчислювальних ядер на поверхні одного процесорного кристала, які також можуть бути укладені в одному корпусі.

Перелік переваг многоядерного процесора:

• з'являється можливість розподілити роботу додатків по декількох ядер;

• процеси, які потребують інтенсивних обчисленнях, працюють істотно швидше;

• збільшується швидкість відгуку додатків;

• зниження споживання електричної енергії;

• більш продуктивне використання ресурсномістких мультимедійних програм;

• більш комфортна робота користувачів ПК.

11. Виробництво процесорів

Виробництво мікропроцесорів включає мінімум два важливих етапи. На першому етапі проводяться підкладки, яким згодом надають провідні властивості. На другому етапі вироблені підкладки тестуються, після чого збирається і упаковується процесор.

Сьогодні такі провідні виробники процесорів, як AMD і Intel намагаються налагодити випуск продукції, задіявши при цьому максимально можливі сегменти ринку, максимально скоротивши можливий асортимент кристалів. Відмінним тому підтвердженням є процесори Intel Core 2 Duo. У лінійку згаданої продукції входять три процесора з різними кодовими назвами: Merom, призначений для мобільних пристроїв, Conroe - для настільних версій, Woodcrest - для серверних версій. У всіх трьох процесорів одна технологічна основа, що дає можливість виробникові приймати рішення, будучи на останньому етапі виробництва. Так, наприклад, якщо на ринку будуть більш затребувані мобільні процесори, компанія сфокусується на випуску моделі Socket 479. Якщо зросте потреба в настільних моделях, то компанія Intel упакує кристали, необхідні для Socket 775. У разі зростання попиту на серверні процесори, всі вищевказані дії будуть застосовані для Socket 771.

12. Маркування і кодові назви процесорів

Різноманітна продукція, вироблена на заводах великих підприємств, позначається кодовими назвами, що є досить зручним рішенням, ніж використання довгих офіційних позначень при проведенні службових розмов і листування. Часом про внутрішньофірмових кодові назви дізнаються широкі верстви користувачів, проте досить рідко вони вживаються в повсякденному побуті.

Ситуація з кодовими назвами процесорів назад протилежна, оскільки останнім часом вони стали вживатися в розмовах і в якості маркування процесорів входити в офіційну документацію.

При цьому запам'ятати необхідно лише деякі кодові назви, наприклад, для успішної модернізації ПК, оскільки найчастіше крім красивого звучання і рекламних амбіцій, подібні найменування ніякої корисної інформації для споживача не несуть.

13. Гнізда (socket) для процесорів

Сокет процесора в перекладі з англійської мови означає «роз'єм» або «гніздо». Якщо застосувати цей термін до комп'ютера, то гніздом називається місце установки центрального процесора. Кожна модель процесора забезпечена своїм варіантом роз'єму, пов'язано це з тим, що технології виготовлення процесорів удосконалювалися, а тому модернізувалася їх архітектура, кількість транзисторів, гнізда і т.д.

Сокет центрального процесора має вигляд щілинного або гніздового роз'єму, призначеного для того, щоб спростити процес установки центрального процесора. Використання роз'ємів значно спрощує заміну процесора для подальшого ремонту або модернізації ПК.

14. Охолодження процесора

Вентилятор або, як його ще називають кулер, - пристрій, завдання якого зводиться до того, щоб забезпечувати охолодження процесора. Існують різні моделі кулерів, однак найчастіше вони встановлюються поверх самого процесора.

Кулери бувають активними і пасивними. До категорії пасивних кольорів відносяться звичайні радіатори, досить дешеві, які споживають мінімум електрики і при цьому практично безшумні. Активний же кулер являє собою радіатор з прикріпленим до нього вентилятором.

Найбільшою популярністю сьогодні користуються активні повітряні кулери, що складаються з металевого радіатора з встановленим на ньому вентилятором.

Будучи механічним пристроєм, що труться деталі кулера потребують своєчасного змащення машинним маслом, при цьому категорично забороняється для цих цілей використовувати масла рослинного походження.

Про необхідність змастити пристрій можна дізнатися характерному і поступово збільшується шуму від кулера.

15. Несправності і помилки в процесорах

У разі несправності процесора, ПК може почати самостійно вимикатися і перезавантажуватися, операційна система «зависати», а жорсткий диск просто не відображатися. При цьому все вищеописане супроводжується сильним нагріванням процесора. Нерідко, несправний процесор стає причиною постійних помилок в роботі операційної системи і супутнього програмного забезпечення.

Ні за яких умов не можна несправний процесор перевіряти на робочій материнській платі, оскільки подібні дії цілком можуть спровокувати виведення з ладу материнської плати.

Найчастіше процесори піддаються поломки через перегрів і некоректної збірки комп'ютера, що може стати причиною випадкового загину контактів процесора, а внаслідок і виникнення короткого замикання. Вирішити проблему в цьому випадку може лише заміна процесора.