Protsessor on arvuti üks olulisemaid osi, selle aju. Ta juhib selle arvutuslikku osa ja täidab programmikoode. Vastasel juhul nimetatakse protsessorit mikroprotsessoriks. Ja inglise keelest tõlgituna tähendab lühend CPU keskseadet.

Esimene omataoline protsessor leiutati Inteli juures. Sünniaeg: 15. november 1971. a. See oli esimene neljabitine protsessor nimega Intel 4004. See erines võimsuse ja disaini poolest vägagi oma kaasaegsetest järeltulijatest. Oli kella sagedus mitte rohkem kui 740 kHz, kuusteist neljabitist väljundit ja sama palju sisendeid. Seda kasutati aktiivselt valgusfoorides, vereanalüsaatorites ja seejärel Pioneer-10 sondis. Muidugi oli kõigil esimestel protsessoritel arvutusoperatsioonide jaoks väga nõrk tuum.

Mis on protsessor

Protsessor või CPU (nagu lühend tähistab, oli varem kirjutatud) töötleb teistelt seadmetelt saadud teavet. See teeb seda nii enda kui ka teiste seadmete mälus. Lisaks saab seade iseseisvalt tööd juhtida muud emaplaadi elemendid, nii sisseehitatud kui ka diskreetsed.

Protsessor pole ainult emaplaadil. Graafikakaartidel on oma seadmed või GPU-d (graafikatöötlusüksused). Nad vastutavad video esitus ja pildi kuvamine ekraanil. Võime järeldada, et seal, kus on vaja keerulist matemaatilist arvutustööd, kus on vaja hallata käske ja interaktsioone seadmete elektrooniliste osade vahel, on alati vaja aju, mis paneb kõik kokku ja loob reegleid ning ei lase protsessil kaootiliselt kulgeda. . See aju on keskprotsessor (CPU).

Võimsus oleneb tootja poolt investeeritud käskude sobitamise ja andmetöötluse kiiruse kohta. Kiirus ja paljud muud parameetrid sõltuvad seadme transistoride arvust, tuumade arvust ja selle võimsusest. Ja võimet täita konkreetset juhiste komplekti nimetatakse protsessori arhitektuuriks.

Mis on protsessori arhitektuur

CPU arhitektuuri all peame silmas seadme ühilduvus teatud käskude komplektiga, nende täitmise meetodid, struktuurid. Koguse ja kiiruse osas eristatakse RISC ja CISC.

RISC tõlgitud tähendab vähendatud käskude komplektiga arvutit. Seda arhitektuuri iseloomustab suurenenud jõudlus tänu lihtsustatud juhistele. Seega taktsagedus suureneb ja nende jaotus plokkide vahel suureneb.

RISC-arhitektuuriga protsessoritele iseloomulik pikkuse fikseerimine masinajuhised (32 bitti), lugemis-kirjutamise-muutmistoiminguid pole. Sellise arhitektuuriga mikroprotsessoris ei leia selle seest püsivara. Käsud täidetakse tavalise masinkoodina.

CISC arhitektuur on keerukas käskude komplekt. Peab ütlema, et kõik praegused CPU-d on ehitatud sellele arhitektuurile. Ja paljud kaasaegsed protsessorid põhinevad sellel arhitektuuril, kuid RISC-tuumaga. Seda eristab RISC-st fikseerimata arv käskude pikkusi, kõik toimingud on kodeeritud ühte käsku ja väike arv registreid.

Protsessori tüübid

Protsessor jagatud tüüpideks tootja, paigalduse, südamike arvu ja paljude muude parameetrite järgi. Kõik see on tingimuslik ja üsna keeruline. Vaatame peamisi.

Protsessor tootja järgi jagatud Inteliks, AMD-ks, VIA-ks. Inteli protsessorid on jagatud i3, i5, i7 ridadeks. Igal real on kaks südamikku, näiteks i3, kuni neli või enam (i5, i7, i9). Iga rida sisaldab mitu põlvkonda PROTSESSOR. Iga põlvkonda muudetakse tuumade lisamise ja arvutustöö kiiruse suurendamise teel. Inteli vanemad liinid, nagu core 2 duo ja teised, pole veel kasutusest kadunud.

AMD protsessorid erinevad selle poolest, et see ettevõte toodab hübriidseadmed. Need sisaldavad ka graafikakiipi. Seetõttu pole mõnikord diskreetset videokaarti vaja. Need on tõhusad tööhobused. Ainus negatiivne on kiire temperatuuri tõus. Need on palju kuumemad kui Inteli protsessorid.

Taiwani ettevõtte VIA protsessorid pole nii populaarsed. Nad ei suuda konkureerida selliste hiiglaslike ettevõtetega nagu Intel või AMD.

Seadmed jagatud biti sügavusega. Bitimaht on andmetöötluse suurus taktitsükli kohta, mida protsessor vahetab RAM-iga. Neid on ainult kaks - 32-bitine ja 64-bitine. 32-bitise protsessoriga arvutisse on installitud ainult 32-bitine Windows. RAM-i limiit on kuni 4 gigabaiti. 64-bitine protsessor ilmus esimese laiendusena. Seetõttu saate sellele installida nii 32- kui 64-bitised süsteemid. RAM-i limiit on juba 16 terabaiti.

Kõrval südamike arv Protsessor on jagatud kahetuumaliseks, neljatuumaliseks, kuuetuumaliseks, kaheksatuumaliseks jne. Mida rohkem südamikke, seda rohkem niite, mis tähendab, et arvuti jõudlus suureneb.

Ostes protsessori koos sisseehitatud videokaart, ei pea kasutaja eraldiseisvale seadmele lisaraha kulutama. Kaasaegsed sisseehitatud videokaardiga protsessorid võimaldavad töötada paljude vähenõudlike programmidega ja mängida vanu mänge. Uuemate mängude või raskete programmide (nt AutoCAD, Photoshop) jaoks, mis hõlmavad palju graafilist andmetöötlust, on siiski vaja täiendavat videokaarti.

Arhitektuuri järgi saab protsessorid jagada RISC-ks ja CISC-ks (millest oli varem juttu), samuti puhver-, eeltöötlus- ja kloonprotsessoriteks. Puhver – kasutatakse info vahetöötluseks, s.o. toimib puhvrina keskprotsessori ja seadmete vahel. Eelprotsessor on kas eeltöötlusprogramm või seade, mis täidab samu funktsioone kui puhver. Kloonid on populaarsete ettevõtete protsessorite koopiad, mis ei ole alati täiesti identsed.

Millest see koosneb ja kuidas see toimib?

Alloleval joonisel näete protsessori moodustavate parameetrite sisemist diagrammi. Väliselt ta paistab räni vahvel miljardite transistoridega, mille kaudu ta vahetab signaale teiste seadmetega.

Mis tahes protsessori peamised seadmed on südamik või mitu südamikku, kaks või kolm taset vahemälu, muutmälu kontroller ja süsteemisiini kontroller.

Tuum sisaldab juhiste toomise plokk, haru ennustaja, dekodeerimisplokid, andmete diskreetimine, käskude täitmine, juhtplokk, katkestuse plokk, registrid ja programmiloendur.

Kõige olulisemad neist on katkestusplokk. See võimaldab teil programme peatada ja sündmustele õigeaegselt reageerida. See tähendab, et see plokk vastutab protsessori multitegumtöö eest.

Vahemälu vastutab teabe ajutine säilitamine, millele kasutaja kõige sagedamini juurde pääseb. Tänu sellele suureneb andmete edastamise kiirus CPU registritesse.

Muutmälu kontroller asub Northbridge'is. See vastutab protsessori ühendamise eest RAM-i ja graafikakontrolleri sõlmedega.

Selle eest vastutab süsteemisiini kontroller kahendkoodi edastamine.

Kuna protsessor teeb peaaegu kogu töö ära ja on tugevalt koormatud, peab soojuse hajutamise süsteem vastavalt töötama. Soojuse hajumise ehk TDP nõuded on määratud iga protsessori jaoks. Need ei näita maksimumväärtusi, vaid minimaalseid väärtusi tavalistes töötingimustes. Kui arvuti kuumeneb halva jahutuse tõttu üle, tõuseb temperatuur. Kui käivitatakse ülekuumenemise signaal Arvuti lülitub välja või jätab mõned tsüklid vahele. See tähendab, et see võib külmuda ja töötada aeglaselt.

Protsessori peamised omadused

Protsessori peamised omadused on järgmised:

• Südamike arv. Nad vastutavad programmide samaaegse käitamise eest. Kuid see ei tähenda, et mida rohkem südamikke, seda kiiremini programm töötab. Kui utiliit on optimeeritud kahe tuuma jaoks, töötab see kahe tuumaga ja mitte rohkem.
• SagedusProtsessor juhib protsessori ja süsteemisiini vahelise infovahetuse kiirust.
• Tehniline protsess. Praegu võrdub 22 nanomeetriga. Tehniline protsess on transistoride suurus. Nad vastutavad tootlikkuse eest. Mida väiksem on suurus, seda rohkem mahub neid protsessori stantsile.
• Kella sagedus. See on arvutuste arv ajaühiku kohta. Mida suurem, seda parem. Kuid me ei tohiks unustada ka muid omadusi.
• Pistikupesa arvutusseade. Pistikupesa peab sobima emaplaadi pesaga.

Iga aastaga läheb tehnoloogia aina paremaks. Seetõttu võivad andmed aasta-aastalt muutuda.

Selles artiklis räägime sellest, mis on keskseade ja kuidas see töötab.

Keskprotsessor ehk protsessor on üks olulisemaid komponente, mida võime leida peaaegu kõigist kaasaegsetest kõrgtehnoloogilistest seadmetest.

Enamikul meist on aga üsna kehv arusaam sellest, mida ja kuidas nad teevad, kuidas neist said keerulised tehnoloogilised imed, millised on peamised kaasaegsed tüübid.

Seega püüame täna üksikasjalikult selgitada erinevate komponentide kõige olulisemaid aspekte, mis annavad elu kõigile seadmetele, mis aitavad meil nautida kõrgemat elukvaliteeti.

Mis on keskprotsessor?

Kuigi ei saa väita, et arvutil oleks üks kõige olulisem osa, kuna selle tööks on neid lausa rohkem kui üks, võib nende masinate nurgakiviks pidada keskseadet ehk protsessorit. Ja just see komponent vastutab tänapäevaseid arvuteid ja sülearvuteid määratlevate mõistete arvutamise, korraldamise või töötlemise eest.

Praegu on tegemist keerukate tehnoloogiatega, mis on välja töötatud mikroskoopiliste arhitektuuride abil, millest enamik on esitatud ühe, üsna väikese kiibina, kust neid mitukümmend aastat tagasi hakati nimetama mikroprotsessoriteks.

Tänapäeval leidub protsessoreid peaaegu kõigil objektidel, mida me tänapäeval kasutame: televiisorid, nutitelefonid, mikrolaineahjud, külmikud, autod, heliseadmed ja loomulikult personaalarvutid. Kuid need ei olnud alati sellised tehnoloogilised imed, nagu nad on praegu.

Protsessorite ajalugu

Oli aeg, mil protsessorid koosnesid tohututest armaatidest, mis võisid hõlpsasti ruumi täita. Need arvutitehnika esimesed sammud koosnesid suures osas tühjadest torudest, mis, kuigi tollal olid oluliselt võimsamad kui elektromehaaniliste releede alternatiivid, tundus tänapäeval see 4 MHz, milleni need enamasti jõudsid, meile naeruväärne.

Transistoride tulekuga 50ndatel ja 60ndatel hakati lisaks väiksematele ja võimsamatele ning ka palju töökindlamatele protsessoreid looma, kuna vaakumtorudega loodud masinatel kippus keskmiselt iga 8 tunni järel rike olema.

Kui aga räägime kokkutõmbumisest, ei pea me silmas seda, et need sobiksid peopessa. Ja ikka veel suured protsessorid koosnesid kümnetest trükkplaatidest, mis ühendati kokku, et toetada ühe protsessori eluiga.

Pärast seda leiutati integraallülitus, mis ühendas põhimõtteliselt kõik ühe trükkplaadi või vahvliga, mis oli esimene samm kaasaegse mikroprotsessori saavutamise suunas. Esimesed integraallülitused olid väga lihtsad, kuna need suutsid rühmitada vaid üksikuid transistore, kuid aastatega kasvas eksponentsiaalselt nende transistoride arv, mida kuuekümnendate keskpaigaks sai integraallülitusse lisada. Meil olid juba esimesed keerulised protsessorid, mis koosnesid ühest vahvlist.

Esimene mikroprotsessor kui selline toodi turule 1971. aastal, selleks oli Intel 4004 ja sealt edasi on ülejäänud ajalugu. Tänu nende väikeste kiipide kiirele arengule ja suurele paindlikkusele on need arvutituru täielikult monopoliseerinud, kuna need on peaaegu kõigi kaasaegsete arvutite tuumaks, välja arvatud väga spetsiifilised rakendused, mis nõuavad väga spetsiifilist riistvara.

Kuidas keskprotsessor (CPU) töötab?

Äärmuseni lihtsustatult ja didaktilises mõttes on protsessori töö ette antud neljas faasis. Need faasid ei pruugi alati olla eraldiseisvad, vaid tavaliselt kattuvad ja esinevad alati samaaegselt, kuid mitte tingimata teatud funktsiooni puhul.

Esimeses etapis vastutab protsessor mälust koodi laadimise eest. Teisisõnu loe andmeid, mida tuleb hiljem töödelda. Selles esimeses faasis on protsessoriarhitektuuri tavaline probleem see, et teatud aja jooksul on võimalik lugeda maksimaalselt andmeid ja need on tavaliselt halvemad kui töödeldavad.

Teises faasis toimub töötlemise esimene etapp kui selline. Esimeses etapis loetud teavet analüüsitakse vastavalt juhistele. Seega on loetud andmete sees juhiste komplekti kirjeldavad murded, mis näitavad, mida ülejäänud teabega teha. Praktilise näitena on olemas kood, mis määrab, et paketi andmed tuleb lisada koos teise paketi andmetega, kusjuures iga pakett esindab numbrit kirjeldavat teavet, mille abil saadakse ühine aritmeetiline tehe.

Seejärel tuleb faas, mis jätkub vaba töötlemisega ja vastutab teises faasis dekodeeritud juhiste täitmise eest.

Lõpuks lõpeb protsess kirjutamisfaasiga, kus teave laaditakse uuesti, ainult seekord protsessorist mällu. Mõnel juhul võidakse teave laadida protsessori mällu, et seda hiljem uuesti kasutada, kuid kui konkreetse töö töötlemine on lõpetatud, kirjutatakse andmed alati põhimällu, kus need võidakse kirjutada salvestusseadmesse, olenevalt rakendus.

Peamised kaasaegsed protsessorite arhitektuurid

Nagu me juba ütlesime, on protsessori funktsioon teabe tõlgendamine. Andmed laetakse erinevatest mälusüsteemidest kahendkoodi kujul ja just selle koodi peab protsessor rakenduste poolt kasulikeks andmeteks teisendama. Seda tõlgendust rakendatakse juhiste komplekti abil, mis määrab protsessori arhitektuuri.

Praegu on kaks peamist kasutatavat arhitektuuri RISC ja CISC. RISC annab elu Briti firma ARM arendatud protsessoritele, mis on mobiilseadmete kasvuga oluliselt kasvanud. Lisaks põhineb RISC-l PowerPC, arhitektuur, millest sündisid Apple'i arvutid, serverid ning Xbox 360 ja PlayStation 3 konsoolid. CISC on arhitektuur, mida kasutatakse AMD Inteli ja X86-64 X86 protsessorites.

Mis puudutab seda, milline arhitektuur on parem, siis on alati öeldud, et puhtam ja optimeeritud RISC on andmetöötluse tulevik. Intel ja AMD ei alistunud aga kunagi pöördele ning suutsid luua oma protsessorite ümber väga tugeva ökosüsteemi, mis, kuigi vananenud tagasiühilduvuselementidega tugevalt saastatud, toetas alati nende konkurente.

Üldiselt jäävad suuremad protsessorid tänu oma paindlikkusele ja suhteliselt lihtsale tootmisele kaasaegse andmetöötluse keskmesse veel mitmeks aastaks. Kuid me peame alati meeles pidama, et aastate jooksul on paralleeltehnoloogiad arenenud, et aidata töökoormust detsentraliseerida, ja tänapäeval on võimsamad, kuid vähem paindlikud GPU-d omandanud peaaegu sama tähtsuse.

Video: mis on CPU [keskprotsessor, CPU] – kiire ja selge!

Arvutikasutajad ajavad väga sageli segamini kaks mõistet nagu süsteemiüksus ja protsessor, nimetades esimest teiseks. See on põhimõtteliselt vale. Protsessor ise on seade, mis on ette nähtud töö juhtimiseks vastavalt etteantud käskude jadale, mida nimetatakse programmiks, ja teabetöötlustoimingute tegemiseks.

Lisaks on sarnase nimega teisi seadmeid. Näiteks tekstitöötlusprogramm on mõeldud dokumentide loomiseks ja nende vormindamiseks. Seda tüüpi programm sisaldab Microsoft Wordi.

Mis see on?

Ja seadet ennast, mis on arvuti aju, nimetatakse ka mikroprotsessoriks. Mis on protsessori eesmärk arvutis? See on see, mis juhib personaalarvuti tööd. Selline vooluahel luuakse ühele või mitmele pooljuhist valmistatud kristallile, kasutades väga keerulist mikroelektroonika valdkonnaga seotud tehnoloogiat.

Kõik, mida arvuti teabega teha saab, määrab protsessor ise. Need on lisatud arvuti kasutusjuhendisse. Üks käsk on üks arvuti sooritatud toiming. Näiteks aritmeetiliste toimingute sooritamine, täidetavate käskude järjestuse määramine, teabe edastamine ühe seadme mälust teise seadme mällu.

See on lühike vastus küsimusele, milleks protsessor on mõeldud.

Seade

Kuna protsessor on andmete töötlemiseks loodud seade, koosneb see järgmistest elementidest:

• aritmeetika-loogiline ühik;
• juhtimisseade;
• mäluregistrid.

Juhtseade, nagu nimigi ütleb, juhib kõiki arvuti komponente vastavalt etteantud programmile. Ta otsib registrist iga järgneva käsu, õpib sellest, millist toimingut ja millises järjestuses tuleb teha. See on omamoodi dirigent, kes kontrollib kogu orkestrit. Ja muusikaline kompositsioon on just programm.

Komponendid

Aritmeetiline loogikaüksus on arvutustööriist, mis programme järgides sooritab aritmeetika ja loogikaga seotud toiminguid.

Registrid on keskprotsessori sisemälu. Ühte registrit saab võrrelda mustandiga, mille abil seade teeb arvutusi ja salvestab nende tulemused. Igal registril on oma eesmärk.

Oletame, et protsessor peab lisama kaks numbrit. Selle toimingu tegemiseks peab ta kõigepealt võtma mälust esimese liikme, seejärel teise, liitma need kaks väärtust ja saatma summa uuesti arvuti RAM-i.

Selge see, et nii terminid kui ka tulemus peab protsessori poolt kuhugi salvestama. Selleks on ette nähtud otse protsessoris endas sisalduv rakk, mida nimetatakse akumulaatoriks või liitjaks. Kuna protsessor on pühendatud andmetele ja nende töötlemisele, peab ta aru saama, millisest mälukohast järgmine käsk võtta. Ta õpib seda oma teisest sisemisest rakust, mida nimetatakse loenduriks. RAM-ist ammutatud käsk paigutatakse teise lahtrisse - käsuregistrisse. Sellest saab täidetud käsu tulemuse RAM-i üle kanda.

Registrite tüübid

Registreid on mitut tüüpi. Need erinevad üksteisest tehtavate toimingute tüübi poolest. Kõige olulisematel registritel on oma nimed:

• Programmi loendur on register, mis sisaldab järgmise täidetava käsu aadressi. Selle eesmärk on automaatselt valida programm seotud mälurakkude hulgast.
• Lisaja - osaleb kõigis operatsioonides.
• Käskude register. See salvestab käsu täitmiseks vajaliku aja jooksul.

Andmesiin

Arvuti protsessor on loodud teabega töötamiseks. Kõik tema seadmed vahetavad seda pidevalt omavahel. Ja nad teevad seda elemendi abil, mida nimetatakse sisemiseks andmesiiniks. Kaasaegsetel keskprotsessoritel on muud osad, kuid nõutav miinimum on ülalkirjeldatud seadmete komplekt.

Masina tsükkel ja selle diagramm

See protsess koosneb tavaliselt järgmistest etappidest:

• Käsk valitakse lahtrist, mille aadress on salvestatud loenduri registrisse. Seejärel suurendatakse selle sisu selle käsu pikkuse võrra.
• Järgmisena saadetakse see juhtseadmesse, mis jõuab selle käsuregistrisse.
• Käsule kuuluva aadressivälja dekrüpteerib juhtseade.
• Viimane annab signaali ja andmed loetakse RAM-ist, sisestades aritmeetika-loogilisse ühikusse.
• Juhtseade dešifreerib sooritatava toimingu koodi ja saadab aritmeetika-loogikaüksusele signaali, et see toiming sooritaks andmetega, mida antud juhul nimetatakse operandideks.
• Toimingu tulemuse saab salvestada keskprotsessorisse endasse või kanda mällu, kui on olemas aadress, kuhu tulemus peaks asuma.
• Kõik ülaltoodud toimingud viiakse läbi kuni peatumissignaali andmiseni.

Omadused

Seega on selge, milleks protsessor mõeldud on: antud programmi käskude täitmine. Selle saavutamiseks on sellel järgmised omadused:

1. Kellasagedus. Keskprotsessor on tihedalt seotud generaatoriga, mis genereerib impulsse. Need sünkroonivad kõigi arvutielementide tööd üksteisega. See tunnus on võrdne puukide arvuga sekundis. Üks takttsükkel on ajavahemik esimese ja teise impulsi vahel. Kella sagedust mõõdetakse megahertsides.
2. Biti sügavus. See on maksimaalne väärtus, mis vastutab protsessori poolt samaaegselt genereeritud ja edastatud bittide arvu eest. Selle omaduse määrab selle registrite maht.
3. Aadressiruum. See hõlmab aadresside vahemikku, millele protsessor aadressikoodi abil juurde pääseb.

Tänu ülaltoodule saate selgelt kindlaks teha, milleks protsessor on mõeldud. See on arvuti aju, ilma milleta on see täiesti kasutu. Kas see on mõeldud ainult sisekujunduseks?

Keskprotsessor on iga personaalarvuti põhikomponent. Selles materjalis räägime kaasaegsete protsessorite põhiomadustest, nende tehnoloogilistest omadustest ja põhifunktsioonidest.

Sissejuhatus

Iga arvutiseade, olgu see siis sülearvuti, lauaarvuti või tahvelarvuti, koosneb mitmest olulisest komponendist, mis vastutavad selle funktsionaalsuse ja üldise jõudluse eest. Kuid võib-olla kõige olulisem neist kõigist on keskseade (CPU, CPU või CPU), seade, mis vastutab kõigi põhiliste arvutuste eest ja täidab masina käske (programmikood). Mitte ilmaasjata ei peeta protsessorit arvuti ajuks ja selle riistvara põhiosaks.

Arvuti valimisel pöörame reeglina tähelepanu sellele, milline protsessor on selle keskmes, kuna teie tulevase arvuti võimalused ja funktsionaalsus sõltuvad otseselt selle jõudlusest. Sellepärast saab inimene, kellel on teavet kaasaegsete protsessorite tootjate ja selle turu arengusuundade kohta, kompetentselt kindlaks määrata mitte ainult konkreetse arvutiseadme võimalused, vaid ka hinnata uue arvuti tulevase ostmise või arvuti värskendamise väljavaateid. vana.

On üsna ilmne, et kõikvõimalikesse arvuti- ja elektroonikaseadmetesse paigaldatud protsessorid erinevad üksteisest mitte ainult oma jõudluse, vaid ka disainiomaduste, aga ka tööpõhimõtete poolest. Selle sarja raames tutvume baasil ehitatud protsessoritega arhitektuurx86, mis on enamiku kaasaegsete lauaarvutite, sülearvutite ja netbookide, aga ka mõne tahvelarvuti aluseks.

Kindlasti on paljudel lugejatel, eriti neil, kes alles hakkavad arvutitega tutvust tegema, teatav eelarvamus, et kõigist nendest “protsessori keerukustest” aru saada on kogenud kasutajate hulk, sest see on väga raske. Kuid kas kõik on tõesti nii problemaatiline?

Ühest küljest on protsessor muidugi väga keeruline seade ja selle kõiki tehnilisi omadusi pole tõesti lihtne põhjalikult uurida. Olukorda raskendab veelgi asjaolu, et nüüdisaegsel turul leiduvate protsessorimudelite arv on väga suur, kuna korraga on müügil mitu põlvkonda kiipe. Kuid teisest küljest on protsessoritel vaid mõned põhiomadused, millest aru saades saab tavakasutaja iseseisvalt hinnata konkreetse protsessorimudeli võimalusi ja teha õige valiku, ilma et peaks kogu mudeli mitmekesisuses segadusse minema.

Protsessori peamised omadused

Intel rakendas x86 arhitektuuri esmakordselt oma protsessorites 70ndate lõpus ja see põhines komplekssel käsukomplekti arvutamisel (CISC). See arhitektuur sai oma nime kahest viimasest numbrist, mis lõpetasid Inteli varasemate toodete mudelite koodnimed – kogenud kasutajad mäletavad ilmselt 286. (80286), 386. (80386) ja 486. (80486) “personaalarvuteid”, mis olid unistage igast arvutinörgist 80ndate lõpus ja 90ndate alguses.

Praeguseks on x86 arhitektuuri rakendatud ka AMD, VIA, SiS, Cyrixi ja paljude teiste protsessorites.

Protsessorite peamised omadused, mille järgi need tänapäevasel turul tavaliselt jagunevad, on järgmised:

• ettevõtte tootja
• seeria
• arvutussüdamike arv
• paigalduspistiku tüüp (pistikupesa)
• kella sagedus.

Tootja (bränd) . Tänapäeval on kõik laua- ja sülearvuti keskprotsessorid jagatud kahte suurde leeri Inteli ja AMD kaubamärkide all, mis kokku katavad umbes 92% kogu globaalsest mikroprotsessorite turust. Hoolimata asjaolust, et Inteli osalus on ligikaudu 80%, on need kaks ettevõtet vahelduva eduga konkureerinud omavahel juba aastaid, püüdes ostjaid oma sildi alla meelitada.

seeria - on keskprotsessori üks põhiomadusi. Reeglina jagavad mõlemad tootjad oma tooted oma jõudluse järgi mitmesse rühma, mis on suunatud erinevatele kasutajakategooriatele ja erinevatele turusegmentidele. Kõik need rühmad moodustavad perekonna või seeria, millel on oma eristav nimi, mille järgi saab aru mitte ainult toote hinnanišist, vaid ka üldiselt selle funktsionaalsusest.

Tänapäeval põhinevad Inteli tooted viiel peamisel perekonnal - Pentium (kahetuumaline), Celeron (kahetuumaline), Core i3, Core i5 Ja Core i7. Kolm esimest on suunatud soodsatele kodu- ja kontorilahendustele, kaks viimast on tootlike süsteemide aluseks.

ProtsessorIntel Core i7

Laastude rida erineb peamistest perekondadest Atom, mis erineb teistest madala energiakulu ja madalate kuludega. Need protsessorid on mõeldud paigaldamiseks eelarvesüsteemidesse, kus pole vaja suurt jõudlust, kuid on vaja väikest energiatarbimist. Nende hulka kuuluvad netbookid, nettopsid, tahvelarvutid ja kommunikaatorid.

On võimatu rääkimata Santa Clara ettevõtte teisest protsessorite perekonnast - Tuum 2. Hoolimata asjaolust, et seda enam ei toodeta ja müügiks võib leida ainult erinevatel kirbukatel, on see perekond endiselt kasutajate seas teenitult populaarne ning paljud praegused koduarvutid on varustatud just selle seeria protsessoritega.

AMD pakub oma toodete fännidele seeriaprotsessoreid Athlon II, Fenoom II, Seeria Ja FX-seeria. Kahe esimese pere tee on jõudmas loogilise lõpptulemuseni, samas kui kaks viimast saavad alles hoogu. Mõnes kohas võib endiselt leida kõige soodsamaid protsessoreid müügil Sempron, kuigi nende päevad on praktiliselt loetud.

ProtsessorAMD FX-seeria

Sarnaselt Intelile on AMD-l ka oma "mobiilne" seeria nimega E-seeria, mille mikroprotsessoreid iseloomustab vähenenud energiatarve ja need on mõeldud paigaldamiseks odavatesse laua- ja sülearvutitesse.

Arvutussüdamike arv . Isegi viimasel kümnendil ei jagatud protsessoreid üldse tuumade arvu järgi, kuna need olid kõik ühetuumalised. Kuid ajad muutuvad ja tänapäeval võib ühetuumalisi protsessoreid nimetada anakronismiks ja need on asendatud mitmetuumaliste kolleegidega. Kõige levinumad neist on kahe- ja neljatuumalised kiibid. Mõnevõrra vähem levinud on kolme, kuue ja kaheksa arvutustuumaga protsessoreid.

Korraga mitme tuuma olemasolu protsessoris on mõeldud selle jõudluse suurendamiseks ja nagu te mõistate, mida rohkem neid on, seda kõrgem see on. Tõsi, töötades vana tarkvaraga, mis pole optimeeritud mitmetuumaliseks andmetöötluseks, ei pruugi see reegel toimida.

Pistiku tüüp . Suvaline protsessor on paigaldatud emaplaadile, millel on spetsiaalne pistik (pesa) või teisisõnu pesa (Socket). Erinevat tüüpi pesadesse paigaldatakse erinevate tootjate, seeriate ja põlvkondade protsessorid. Nüüd on lauaarvutite jaoks neid seitse – neli Inteli kiipide jaoks ja kolm AMD jaoks.

Peamine ja levinuim Inteli keskprotsessorite pesa on LGA 1155. Selle ettevõtte kõige produktiivsemad ja täiustatud lahendused on paigaldatud LGA 2011 pesasse. Ülejäänud kahte tüüpi pesasid - LGA 775 ja LGA 1156 elavad oma viimased elupäevad, kuna seda tüüpi pistikupesade protsessorite tootmine on peaaegu lõpetatud.

AMD toodete hulgas võib tänapäeval enimkasutatavat tüüpi pistikut nimetada Socket AM3. Reeglina on sinna paigaldatud suurem osa ettevõtte eelarvest ja populaarseimad tooted. Tõsi, see olukord lähitulevikus tõenäoliselt muutub, kuna kõigil uusimatel protsessoritel ja tootlikes lahendustes on Socket AM3+ ja Socket FM1 pistikud.

Muide, Inteli ja AMD protsessoreid saab väga hõlpsalt eristada ühe iseloomuliku tunnuse järgi, mida võib-olla olete juba fotosid vaadates märganud. AMD toodetel on tagaküljel palju kontakte, millega need on emaplaadiga ühendatud (sisestatud konnektorisse). Intel kasutab põhimõtteliselt teistsugust lahendust, kuna kontakttihvtid ei asu protsessoril endal, vaid emaplaadi pistiku sees.

Me ei käsitle siin mobiilsete lahenduste pistikuid, kuna sellel pole praktilist mõtet. Lõppude lõpuks on pistikupesa tüüp kasutaja jaoks oluline ainult siis, kui kavatsete oma arvuti protsessori iseseisvalt välja vahetada (uuendada). Kaasaskantavates seadmetes on seda üsna keeruline teha ja protsessorite endi mobiiliversioone on jaemüügist peaaegu võimatu osta.

Kella sagedus - karakteristik, mis määrab protsessori jõudluse, mõõdetuna megahertsides (MHz) või gigahertsides (GHz) ja mis näitab toimingute arvu, mida see sekundis suudab teha. Tõsi, erinevate protsessorimudelite jõudluse võrdlemine ainult nende taktsageduse järgi on põhimõtteliselt vale.

Fakt on see, et ühe toimingu tegemiseks võivad erinevad kiibid vajada erinevat arvu taktisagedusi. Lisaks kasutavad kaasaegsed süsteemid arvutamisel konveier- ja paralleeltöötlust ning suudavad ühe taktitsükli jooksul teha mitu toimingut korraga. Kõik see toob kaasa asjaolu, et erinevad sama taktsagedusega protsessorimudelid võivad näidata täiesti erinevat jõudlust.

Lauaarvuti protsessoriperede koondtabel

Tehnoloogiline protsess(tootmistehnoloogia)

Mikroskeemide ja eriti mikroprotsessorikiipide tootmisel tööstuslikes tingimustes kasutatakse fotolitograafiat - meetodit, mille abil kantakse litograafiaseadmete abil õhukesele ränisubstraadile juhtmeid, isolaatoreid ja pooljuhte, mis moodustavad protsessori südamiku. Kasutatavad litograafiaseadmed on omakorda kindla eraldusvõimega, mis määrab kasutatava tehnoloogilise protsessi nimetuse.

Intel

Miks on protsessorite valmistamise tehnoloogiline protsess nii oluline? Tehnoloogia pidev täiustamine võimaldab proportsionaalselt vähendada pooljuhtstruktuuride suurust, mis aitab vähendada protsessori tuumade suurust ja nende energiatarbimist ning vähendada nende maksumust. Energiatarbimise vähendamine vähendab omakorda protsessori soojuse hajumist, mis võimaldab suurendada nende taktsagedust ja seega ka arvutusvõimsust. Samuti võimaldab madal soojuse tootmine mobiilsetes arvutites (sülearvutid, netbookid, tahvelarvutid) kasutada tootlikumaid lahendusi.

Protsessori kiipidega silikoonplaatAMD

Esimene x86 arhitektuuriga Inteli protsessor, mis on siiani kõigi kaasaegsete protsessorite aluseks, toodeti 70ndate lõpus, kasutades 3 mikromeetri (mikromeetri) protsessitehnoloogiat. 2000. aastate alguseks olid peaaegu kõik juhtivad kiibitootjad, sealhulgas AMD ja Intel, omandanud 0,13 mikroni või 130 nm protsessitehnoloogia. Enamik kaasaegseid protsessoreid on toodetud 32 nm ja alates 2012. aasta keskpaigast 22 nm tehnoloogiaga.

Üleminek peenemale tehnilisele protsessile on mikroprotsessorite tootjate jaoks alati märkimisväärne sündmus. Lõppude lõpuks, nagu varem märgitud, viib see kiipide tootmiskulude vähenemiseni ja nende põhiomaduste paranemiseni, mis tähendab, et see muudab arendaja tooted turul konkurentsivõimelisemaks.

Energiatarbimine ja soojuse hajumine

Oma arengu varases staadiumis tarbisid mikroprotsessorid väga vähe energiat. Kuid taktsageduste ja kiipide tuumas olevate transistoride arvu suurenemisega hakkas see näitaja kiiresti kasvama. Energiatarbimise tegur, mida alguses praktiliselt ei arvestatud, mõjutab tänapäeval protsessorite arengut tohutult.

Mida suurem on protsessori energiatarve, seda rohkem see soojust tekitab, mis võib põhjustada nii protsessori enda kui ka ümbritsevate kiipide ülekuumenemist ja rikkeid. Soojuse eemaldamiseks kasutatakse spetsiaalseid jahutussüsteeme, mille suurus sõltub otseselt protsessori poolt toodetud soojushulgast.

2000. aastate alguses tõusis osade protsessorite soojuseraldus üle 150 W ning nende jahutamiseks tuli kasutada massiivseid ja mürarikkaid ventilaatoreid. Veelgi enam, tolleaegsete toiteallikate keskmine võimsus oli 300 W, mis tähendab, et üle poole sellest tuli kulutada “näriva” protsessori hooldamisele.

Siis sai selgeks, et protsessorite arvutusvõimsuse edasine suurendamine on võimatu ilma nende energiatarbimist vähendamata. Arendajad olid sunnitud protsessorite arhitektuurid radikaalselt ümber vaatama ja asuma aktiivselt juurutama tehnoloogiaid, mis aitavad vähendada soojuse hajumist.

Ülikõrgetel taktsagedustel töötavaid protsessoreid tuleb selliste hiiglaslike jahutussüsteemidega jahutada.

Protsessorite soojuse hajumise hindamiseks võeti kasutusele väärtus, mis iseloomustab jahutussüsteemide jõudlusnõudeid ja mida nimetati TDP. TDP näitab, kui palju soojust peaks konkreetne jahutussüsteem olema kavandatud nii, et see hajuks, kui seda kasutatakse konkreetse protsessorimudeliga. Näiteks mobiilsete personaalarvutite protsessorite TDP peaks olema alla 45 W, kuna suurte ja raskete jahutussüsteemide kasutamine sülearvutites või netbookides on võimatu.

Tänapäeval, kaasaskantavate seadmete (sülearvutid, nettopid, tahvelarvutid) hiilgeajal, on arendajatel õnnestunud energiatarbimise vähendamise valdkonnas saavutada tohutuid tulemusi. Seda soodustasid: kristallide tootmisel üleminek rafineeritumale tehnoloogilisele protsessile, uute materjalide kasutuselevõtt lekkevoolude vähendamiseks, protsessorite paigutuse muudatused, erinevate andurite ja intelligentsete süsteemide kasutamine, mis jälgivad temperatuuri ja pinget, samuti muude energiasäästlike tehnoloogiate kasutuselevõtt. Kõik need meetmed võimaldavad arendajatel jätkata protsessorite töötlemisvõimsuse suurendamist ja kasutada kompaktsetes seadmetes võimsamaid lahendusi.

Praktikas tasub ostmisel arvestada protsessori soojusomadustega, kui soovite ehitada vaikset kompaktset süsteemi või näiteks kui soovite, et teie tulevane sülearvuti töötaks võimalikult kaua akutoitel.

Protsessori arhitektuur ja koodnimed

Iga protsessor põhineb nn protsessori arhitektuuril – tervele mikrokiipide perekonnale omaste omaduste ja omaduste komplektil. Arhitektuur määrab otseselt protsessorite sisekujunduse ja töökorralduse.

Traditsiooniliselt annavad Intel ja AMD oma erinevatele protsessoriarhitektuuridele koodnimed. See võimaldab täpsemalt süstematiseerida kaasaegseid protsessorilahendusi. Näiteks samasse perekonda kuuluvaid sama taktsageduse ja sama tuumade arvuga protsessoreid saab toota erinevaid tehnoloogilisi protsesse kasutades ning seetõttu on neil erinev arhitektuur ja jõudlus. Samuti võimaldab kõlavate nimede kasutamine arhitektuurinimedes tootjatel oma uusi arendusi meile kasutajatele tõhusamalt esitleda.

Inteli arendused kannavad kohtade geograafilisi nimesid (mäed, jõed, linnad jne), mis asuvad tema vastava arhitektuuri arendamise eest vastutavate tootmisstruktuuride asukohtade läheduses. Näiteks esimesed Core 2 Duo protsessorid ehitati Conroe arhitektuurile, mis sai nime USA Texase osariigis asuva linna järgi.

AMD-l pole selget kalduvust oma arendustele nimesid moodustada. Temaatiline fookus võib põlvest põlve muutuda. Näiteks ettevõtte uued protsessorid kannavad koodnimesid Liano ja Trinity.

Mitmetasandiline vahemälu

Arvutuste tegemise ajal peab mikroprotsessor andmete lugemiseks või kirjutamiseks pidevalt ligi pääsema mälule. Kaasaegsetes arvutites täidab andmete salvestamise ja protsessoriga suhtlemise põhifunktsiooni RAM.

Vaatamata nende kahe komponendi vahelise andmevahetuse suurele kiirusele peab protsessor sageli jõude töötama, oodates mälust küsitavat teavet. See omakorda viib arvutuskiiruse ja süsteemi üldise jõudluse vähenemiseni.

Selle olukorra parandamiseks on kõigil kaasaegsetel protsessoritel vahemälu - väike väga kiire juurdepääsuga vahemälu puhver, mida kasutatakse kõige sagedamini kasutatavate andmete salvestamiseks. Kui protsessor vajab mõningaid andmeid, otsib ta esmalt nende koopiaid vahemälust, kuna sealt hangitakse vajalik teave palju kiiremini kui RAM-ist.

Enamikul tänapäevaste arvutite mikroprotsessoritel on mitmetasandiline vahemälu, mis koosneb kahest või kolmest sõltumatust mälupuhvrist, millest igaüks vastutab teatud protsesside kiirendamise eest. Näiteks võib esimese taseme vahemälu (L1) vastutada masinakäskude laadimise kiirendamise eest, teine ​​(L2) kiirendab andmete kirjutamist ja lugemist ning kolmas (L3) kiirendab virtuaalaadresside tõlkimist füüsilistesse aadressidesse. ühed.

Üks põhiprobleeme, millega arendajad silmitsi seisavad, on optimaalse vahemälu suuruse leidmine. Ühest küljest võib suur vahemälu sisaldada rohkem andmeid, mis tähendab, et protsessori osakaal nende hulgast vajaliku leiab on suurem. Teisest küljest, mida suurem on vahemälu maht, seda suurem on viivitus sellest andmete toomisel.

Seetõttu on erineva tasemega vahemälud erineva suurusega, kusjuures esimese taseme vahemälu on väikseim, aga ka kiireim ning kolmas tase suurim, aga ka aeglasem. Nendest andmete otsimine toimub põhimõttel väikseimast suurimani. See tähendab, et protsessor püüab esmalt leida vajalikku teavet L1 vahemälust, seejärel L2-st ja seejärel L3-st (kui see on saadaval). Kui kõigis puhvrites pole vajalikke andmeid, pääseb juurde RAM-ile.

Üldiselt sõltub vahemälu, eriti 3. taseme, efektiivsus programmi mälule juurdepääsu olemusest ja protsessori arhitektuurist. Näiteks mõnes rakenduses võib L3 vahemälu olemasolu tuua jõudluse kasvu 20%, teistes aga ei pruugi see üldse mõju avaldada. Seetõttu ei tasu praktikas arvutile protsessorit valides juhinduda mitmetasandilise vahemälu omadustest.

Integreeritud graafika

Tootmistehnoloogiate arenedes ja sellest tulenevalt kiibi suuruste vähenemisega on tootjatel võimalus paigutada protsessori sisse täiendavaid kiipe. Esimene neist oli graafiline tuum, mis vastutab piltide kuvamise eest monitoril.

See lahendus võimaldab vähendada arvuti kogumaksumust, kuna sel juhul pole vaja spetsiaalset videokaarti kasutada. On ilmne, et hübriidprotsessorid on mõeldud kasutamiseks eelarvesüsteemides ja ettevõtete sektoris, kus graafika jõudlus on teisejärguline.

Intel demonstreeris esimest näidet videoprotsessori integreerimisest "tavalisse" protsessorisse 2010. aasta alguses. Muidugi ei toonud see kaasa mingit revolutsiooni, kuna siiani oli graafikat juba ammu edukalt emaplaadi kiibikomplektidesse integreeritud.

Kunagi oli integreeritud ja diskreetse graafika funktsionaalsuse erinevus põhimõtteline. Täna saame rääkida ainult nende lahenduste erinevast jõudlusest, kuna sisseehitatud videokiibid on võimelised kuvama pilte mitmel monitoril mis tahes saadaoleva eraldusvõimega, teostades 3D-kiirendust ja riistvaralist videokodeeringut. Tegelikult saab integreeritud lahendusi jõudluse ja võimaluste poolest võrrelda madalate videokaartide mudelitega.

Intel integreerib oma protsessoritesse oma disainiga graafikatuumiku lihtsa nime IntelHDGraphics all. Samal ajal pole Core 2, Celeroni protsessoritel ja vanematel Core i7 mudelitel sisseehitatud graafikatüumid.

2006. aastal videokaarte tootva gigandi, Kanada ettevõtte ATI-ga ühinenud AMD integreerib oma lahendustesse Radeon HD perekonna videokiipe. Veelgi enam, mõned ettevõtte uued protsessorid ühendavad ühel kiibil x86 protsessori tuumad ja Radeoni graafikatuumad. Keskse (CPU) ja graafika (GPU) protsessorite ühendamisel loodud üht elementi nimetatakse APU-ks, Accelerated Processor Unit. Seda (APU) nimetatakse nüüd A- ja E-seeria protsessoriteks.

Üldiselt on AMD integreeritud graafikalahendused võimsamad kui Intel HD ja tunduvad mängurakendustes eelistatavad.

RežiimTurbo

Paljud kaasaegsed protsessorid on varustatud tehnoloogiaga, mis võimaldab neil teatud juhtudel automaatselt tõsta oma taktsagedust üle nimikiiruse, mille tulemuseks on rakenduse jõudluse suurenemine. Tegelikult on see tehnoloogia protsessori "ise-ülekiirendamine". Süsteemi tööaeg Turbo režiimis varieerub sõltuvalt töötingimustest, töökoormusest ja platvormi konstruktsioonist.

Intel kasutab oma protsessorites oma intelligentset kiirendamistehnoloogiat nimega Turbo Boost. Seda kasutatakse tootlikes Core i5 ja Core i7 perekondades.

Jälgides protsessori koormusega seotud parameetreid (pinge ja vool, temperatuur, võimsus), suurendab sisseehitatud juhtimissüsteem südamike taktsagedust, kui protsessori maksimaalne termopakett (TDP) pole veel saavutatud. Kui südamikud on laadimata, lülitatakse need välja ja vabastavad nende potentsiaali nende jaoks, mida rakendused kasutavad. Mida vähem tuumasid arvutustesse kaasatakse, seda kõrgemaks tõuseb arvutustes osalevate kiipide taktsagedus. Ühe keermega rakenduste puhul võib kiirus olla kuni 667 MHz.

AMD-l on ka oma tehnoloogia enimkoormatud tuumade dünaamiliseks kiirendamiseks ja kasutab seda ainult oma 6- ja 8-tuumalistes kiipides, mille hulka kuuluvad Phenom II X6 ja FX seeriad. Seda nimetatakse Turbo Core'iks ja see töötab ainult siis, kui arvutusprotsessi ajal laetud tuumade arv on väiksem kui pool nende koguarvust. See tähendab, et 6-tuumaliste protsessorite puhul peab mitteaktiivsete tuumade arv olema vähemalt kolm ja 8-tuumaliste protsessorite puhul neli. Erinevalt Intel Turbo Boostist ei mõjuta selle tehnoloogia puhul sageduse tõusu vabade tuumade arv ja see on alati sama. Selle väärtus sõltub protsessori mudelist ja jääb vahemikku 300–600 MHz.

Järeldus

Kokkuvõtteks proovime praktiliselt omandatud teadmisi ellu viia. Näiteks ühes populaarses arvutielektroonika kaupluses müüakse kahte Intel Core i5 protsessorit, mille taktsagedus on 2,8 GHz. Vaatame nende kirjeldusi, mis on võetud poe kodulehelt ja proovime mõista nende erinevusi.

Kui vaatate ekraanipilte tähelepanelikult, siis hoolimata asjaolust, et mõlemad protsessorid kuuluvad samasse perekonda, pole neil palju ühist: taktsagedus ja tuumade arv. Ülejäänud omadused on erinevad, kuid esimene asi, millele peaksite tähelepanu pöörama, on konnektorite tüübid, millesse mõlemad protsessorid on installitud.

Intel Core i5 760-l on Socket 1156 pistik, mis tähendab, et see kuulub vananenud protsessorite põlvkonda. Selle ostmine on õigustatud ainult siis, kui teil on juba arvutis sellise pesaga emaplaat ja te ei soovi seda vahetada.

Uuem Core i5 2300 on toodetud õhema protsessitehnoloogia abil (32 nm versus 45 nm), mis tähendab, et sellel on arenenum arhitektuur. Hoolimata veidi väiksemast L3 vahemälust ja isekiirendamisest ei jää see protsessor jõudluselt kindlasti alla oma eelkäijale ning integreeritud graafika olemasolu võimaldab ilma eraldi videokaarti ostmata hakkama saada.

Vaatamata sellele, et mõlemal protsessoril on sama soojuseraldus (95 W), on Core i5 2300 eelkäijast võrdsetes tingimustes jahedam, kuna teame juba, et kaasaegsem tehnoloogiline protsess tagab väiksema energiatarbimise. See omakorda suurendab selle ülekiirendamise potentsiaali, mis võib arvutihuvilistele meeldida.

Vaatame nüüd AMD protsessoritel põhinevat näidet. Siin oleme spetsiaalselt valinud protsessorid kahest erinevast perekonnast - Athlon II X4 ja Phenom II X4. Teoreetiliselt on Phenomi sari produktiivsem kui Athlon, kuid vaatame nende omadusi ja otsustame, kas kõik on nii selge.

Karakteristikutest on selge, et mõlemal protsessoril on sama taktsagedus ja töötlemistuumade arv, peaaegu identne soojuse hajumine ning mõlemal puudub sisseehitatud graafikatuum.

Esimene erinevus, mis kohe silma hakkab, on see, et protsessorid on paigaldatud erinevatesse pesadesse. Hoolimata asjaolust, et neid mõlemaid (pesasid) toetavad praegu aktiivselt emaplaaditootjad, näib Socket FM1 sellest paarist tulevaste uuenduste seisukohalt mõnevõrra eelistatav, kuna sinna saab paigaldada uusi A-seeria protsessoreid (APU).

Teine Athlon II X4 651 eelis on õhem ja kaasaegsem tehnoloogiline protsess, mille abil see toodeti. Phenom II reageerib Turbo režiimi ja kolmanda taseme vahemäluga.

Seetõttu on olukord ebaselge ja võtmeteguriks võib siin olla jaehind, mis Athlon II liini protsessori puhul on 20-25% madalam kui Phenom II puhul. Ja võttes arvesse paljutõotavamat platvormi (Socket FM1), tundub Athlon II X4 651 ostmine atraktiivsem.

Selleks, et teatud protsessorimudelite eelistest selgemalt rääkida, tuleb muidugi teada, mis arhitektuuril need põhinevad, aga ka nende tegelikku jõudlust erinevates rakendustes praktikas mõõdetuna. Järgmises materjalis vaatleme üksikasjalikult lauaarvutite Inteli ja AMD mikroprotsessorite kaasaegseid mudelivalikuid, tutvume erinevate protsessoriperekondade omadustega ja anname ka nende jõudluse võrdlevaid tulemusi.

Loeng 6. Protsessori arengusuunad.MnOGmürkernsjneOtsessORs janOVsTeXnoloGJaja mitmetuumalineRtööddAnns

Protsessor

Keskprotsessor sisaldab tavaliselt:

aritmeetika-loogiline ühik;

andmesiinid ja aadresssiinid;

registrid;

programmiloendurid;

vahemälu - väga kiire väike mälu (8 kuni 512 KB);

matemaatiline ujukoma kaasprotsessor.

Kaasaegsed protsessorid on vormis rakendatud mikroprotsessorid . Füüsiliselt on mikroprotsessor integraallülitus- õhuke ristkülikukujuline kristallilisest ränist, mille pindala on vaid paar ruutmillimeetrit, millele asetatakse vooluringid, mis teostavad kõiki protsessori funktsioone. Plaatkristall asetatakse tavaliselt plastikust või keraamilisse lamedasse korpusesse ja ühendatakse kuldsete juhtmetega metallist tihvtidega, et seda saaks kinnitada arvuti emaplaadile.

1. Parem protsessori jõudlus

Pikka aega tuvastati mikroprotsessorite valdkonna edusammud tegelikult taktsageduse väärtusega. 2001. aastal väitsid mikroprotsessorite tootjate ettevõtteplaanid, et kümnendi lõpuks on 10 GHz barjäär ületatud. Paraku osutusid need plaanid valeks. See, kes toetus mitmetuumalistele arhitektuuridele, osutus õigeks.

IBM andis välja Poweri perekonna esimese kahetuumalise protsessori. Tänapäeval pakuvad mitmetuumalisi protsessoreid Sun Microsystems (kaheksatuumaline UltraSPARC T1), aga ka Intel ja AMD.

Moore'i seadus ütleb, et pooljuhtkiibile paigutatud transistoride arv kahekordistub iga kahe aasta tagant, mis toob ühelt poolt kaasa tootlikkuse tõusu, teisalt aga kiipide tootmiskulude vähenemise. Vaatamata selle seaduse tähtsusele ja tõhususele, ennustasid nad aastaid edasise arengu väljavaateid hinnates aeg-ajalt selle vältimatut fiaskot.

Edasist arengut takistavad tegurid hõlmavad füüsilise suuruse piiranguid, hüppeliselt kasvavat energiatarbimist ja liiga suuri tootmiskulusid.

Aastaid oli protsessori jõudluse parandamiseks ainus viis selle taktsageduse suurendamine. Aastate jooksul on juurdunud arvamus, et protsessori taktsagedus on selle jõudluse peamine näitaja. Kellasageduste suurendamine praeguses etapis ei ole lihtne ülesanne. Mikroprotsessorite taktsageduste võidujooksule tegi lõpu lekkevoolude lahendamata probleem ja mikroskeemide soojuse hajumise lubamatu suurenemine.

Protsessori jõudlus (Performance) on käivitatud programmikoodi käskude koguarvu ja nende täitmise aja või sekundis täidetavate käskude arvu suhe (käskude määr):

ToolichesTsisseJansTRjuuresToqith =jne O Ja vo d Ja T e l n O Koos T b

VRem ma olen seessPolneei kumbagiI

Kuna protsessori põhiomaduseks on saanud selle taktsagedus, siis võtame protsessori jõudluse valemisse sageduse. Nende tehingute arvu kordaja ja nimetaja, mille jaoks juhiseid täideti:

jneOJavodJaTelnOKoosTb= To oli ches T sisse Ja n Koos T R juures kts Ja th To oli h e Koos T sisse T A To T ov

ToolichesTsisseTAToTOsisse sisseRemina sissesPolneei kumbagiI

Saadud korrutise esimene osa on ühe taktitsükli kohta täidetavate käskude arv (Instruction Per Clock, IPC), toote teine ​​osa on protsessori tsüklite arv ajaühikus (protsessori taktsagedus, F või Frequency). Seega ei sõltu protsessori jõudlus mitte ainult selle taktsagedusest, vaid ka kella kohta täidetavate käskude arvust (IPC):

jneOJahsissedJaTelnOKoosTb = (IPC)(F)

Saadud valem määrab kaks rAznsPOdXood sellelejuuresVelJamidaei kumbagiYuProalatessissedJaTelbnOKoossinaPROtsessopA. Pekraavsth - juuresVelJamidaei kumbagie TATotovoy tundsiis sina ProtsessopA, ja teiseks – juuresVelJamidaei kumbagie ToolJachestwa sisseKoosTRjuureskcith ProgrummmnVauToodA, VsPolnIsöömas hA odJan tAToT ProtsessopA.

Kellasageduse kasv ei saa olla lõpmatu ja selle määrab protsessori tootmistehnoloogia. Samal ajal ei ole tootlikkuse kasv otseselt võrdeline taktsageduse tõusuga, st tekib tendents küllastumisele, kui taktsageduse edasine suurendamine muutub kahjumlikuks.

Ühe taktitsükli jooksul täidetavate käskude arv sõltub protsessori mikroarhitektuurist: täitmisüksuste arvust, konveieri pikkusest ja selle täitmise efektiivsusest, eellaadimisüksusest, programmikoodi optimeerimisest. antud protsessori mikroarhitektuur.

Seetõttu on protsessorite jõudluse võrdlemine nende taktsageduse alusel võimalik ainult sama arhitektuuri piires (sama sekundis tehtavate toimingute arvu väärtusega - IPC protsessorid).

Erineva arhitektuuriga protsessorite jõudluse võrdlemine taktsageduse alusel on ebaõiglane. Näiteks taktsageduse põhjal on vale võrrelda erineva L2 vahemälu suurusega protsessorite jõudlust või Hyper - Thread Din g tehnoloogiaid toetavate ja mittetoetavate protsessorite jõudlust.

Transistoride maksumuse spetsiifilise vähenemise tõttu sai võimalikuks protsessori arhitektuuri puudusi nende kogusega kompenseerida, mis lõpuks saigi põhjuseks kaugetel 40ndatel välja pakutud arvutisüsteemide korraldusskeemi konserveerimisel, mis sai nimeks. John von Neumanni järgi. Raske on ette kujutada ühtki teist kaasaegset tehnoloogilist valdkonda, mis kuulutaks oma seotust tehnika arengusse, kuid oleks oma olemuselt nii konservatiivne. Von Neumanni vooluringi olemuslikest puudujääkidest on palju kirjutatud, kuid ükskõik, mida sel teemal praegu ka ei räägitaks, ei saanud kümme aastat tagasi ühtegi argumenti vastu seista veendumusele, et protsessoritööstus on valinud ainsa õige tee, mis põhineb kvantitatiivne kasv. Piisab, kui meenutada, millise uhkusega uued numbrid hääldati; usuti, et kui miljonist transistorist ei piisa, teeme miljard - "pole probleem", peamine oli kristallide ja ühenduste suuruse vähendamine ning taktsageduse suurendamine. Aga kõige eest tuleb maksta. Iga transistor tarbib energiat, mistõttu on täna andmekeskuste toiteks kuluv elektrikulu IDC hinnangul üle 80% arvutiseadmete soetamise kuludest ja paari aasta pärast on need näitajad võrdsed.

Käskude järjestikusest täitmisest kõrvalekaldumine ja mitme täitmisüksuse kasutamine ühes protsessoris võimaldab korraga töödelda mitut protsessori mikrokäsku, st korraldada PARAllelalatesmnAjuurestäpselt samasisseKoosTRjuureskcith(Juhenditaseme paralleelsus – ILP), mis loomulikult tõstab üldist tootlikkust.

Teine lähenemisviis selle probleemi lahendamiseks rakendati IA-64 VLIW/EPIC arhitektuuris (väga pikad juhised), kus osa probleeme kanti riistvaralt üle kompilaatorisse. Kuid arendajad tunnistavad, et arhitektuur on kõrge jõudluse saavutamiseks olulisem.

Mikroskeemi suure hulga funktsionaalplokkide ja selle suurte mõõtmete korral tekib signaali levimiskiirusega seotud probleem - ühe taktitsükli jooksul ei jõua signaalid vajalike plokkideni jõuda. Võimaliku lahendusena on nn. TolAKoosTeRs",KusjuuresKoostrothKoostwatundTJahnOdjuuresblJakraavAlJaKoosb, nOhAsiis sissenjuureskolmTolacTekraav rAssmänguasiei kumbagima olinmeheiwe. Võib öelda, et mitmetuumaliste mikroprotsessorite ehitamise idee on klastrite idee edasiarendus, kuid antud juhul djuuresblJaRjuureseTKoosItselIRohm Protsessopnoh tuum.

Teiseks mitmetuumalise lähenemise eelkäijaks võib pidada tehnoloogiat Intel- HylkerThreading, kus on ka väike djuuresblJakraavAnJae AlkARATjuuresry JaJaKoosPolbhovAei kumbagie dVjuuresXPotoToovsisseKoosTRjuuresaktsiad, JaKoosPolbhjuuresjuštšJax kokkuee tuum.

Mitmetuumalisel protsessoril on kaks või enam täitmistuuma. TuumProtsessora mlahenO nAhVAt eth KoosJaKoosTemjuures JaKoosPolei kumbagiTelnnsX juuresKoostrothKoosTV (nAboor ARJafmeTIRO- logiJacheskiX juuresKoostrothKoosTV) , PRednAznahennsX dla arr.AbotkJa dAnnsX. Operatsioonisüsteem käsitleb iga täitmistuuma diskreetse protsessorina koos kõigi vajalike arvutusressurssidega. Seetõttu võimaldab mitmetuumaline protsessori arhitektuur sobiva tarkvara toel mitme programmilõime täielikult paralleelset täitmist.

2006. aastaks olid kõik juhtivad mikroprotsessorite arendajad loonud kahetuumalised protsessorid. Esimestena ilmusid Sun Microsystemsi (UltraSPARCIV), IBMi (Power4, Power5) ja HP ​​(PA-8800 ja PA-8900) kahetuumalised RISC-protsessorid.

AMD ja Intel teatasid kahetuumaliste x86 arhitektuuriga protsessorite väljalaskmisest peaaegu samaaegselt.

Protsessori arhitektuur on jõudnud üsna suure keerukusega, nii et üleminek mitmetuumalistele protsessoritele on saamas arvutisüsteemide jõudluse suurendamise peamiseks suunaks.

Von Neumanni ringraja uuendused

Tegelikult pole von Neumanni arvutiarhitektuur ainuvõimalik, võimalike lahenduste ruum on palju laiem. Seega võib protsessori ja mälu vahelise käsu täitmise ja andmevahetuse korraldamise viiside põhjal kõik arvutid jagada nelja klassi:

SISD (ühe käsu üksikandmed)- "üks käsuvoog, üks andmevoog";

SIMD (Single Instruction Multiple Data)- "üks käsuvoog, mitu andmevoogu";

MISD (mitme käsu üksikandmed)- "palju käsuvooge, üks andmevoog";

MIMD (mitmekäsulised andmed)- "palju käsuvoogusid, palju andmevooge";

SISD-klass eeldab, et korraga saab täita ühte käsku ja see saab töötada ainult nende andmetega, mille aadressid on otseselt selle käsu operandides. Seevastu MIMD-klass sisaldab masinaid, mis suudavad korraga täita paljusid käske, kasutades paljusid andmeid. Seda klassifikatsiooni tuntakse Flynni taksonoomiana, mis sai nime selle pooldaja Michael Flynni järgi, kes on silmapaistev inseneri ja teadlane, kes on praegu Stanfordi ülikooli professor. Sellest järeldub, et von Neumanni masin on erijuhtum, mis kuulub SISD klassi. Enamik kaasaegseid arvuteid on ehitatud täpselt selle skeemi järgi; Samal ajal on kõik TOP500 esikümne superarvutid ehitatud MIMD skeemi järgi.

Vale oleks seletada protsessori jõudluse kasvu ainult kvantitatiivsete näitajate tõstmisega, on üsna loomulik, et aastakümnete jooksul on välja pakutud mitmeid tõsiseid uuendusi, mis on kõrvalekalded von Neumanni skeemist, kuid mastaapselt piiratud.

Ajalooliselt oli esimene protsessorite leiutamine, mis on võimelised tegema toiminguid mitte ühe või mitme registri sisuga, vaid suuremate andmetega; Flynni klassifikatsiooni järgi kuuluvad nad SIMD klassi. Nende välimus on seotud Solomoni projektiga (1962, ettevõte Westinghouse).

Hiljem rakendati sarnast andmetega töötamise põhimõtet oma aja produktiivseimas masinas ILLIAC IV (1972). Kui protsessor saab ühte käsku kasutades sooritada toiminguid vektoritega, siis seda kutsutakse vektorprotsessor(vektorprotsessor) ja kui üle massiivide, siis massiivi protsessor(massiiviprotsessor). Seymour Cray kasutas seejärel oma superarvutite väljatöötamiseks vektorpõhimõtteid, alustades Cray-1-st. Tänapäeval kasutatakse SIMD-lülitusi laialdaselt spetsiaalsetes mängukonsoolide jaoks mõeldud protsessorites.

Pärast uue vektorprotsessorite klassi kasutuselevõttu sunniti tavapäraseid protsessoreid eristamiseks nimetama skalaarseks; Seetõttu ilmusid järgmises etapis kummalise nimega lahendused " superskalaarsed protsessorid"Superkalaarsuse idee seisneb selles, et protsessor vaatab täitmisele lähenevaid juhiseid ja valib nende hulgast need jadad, mida saab paralleelselt täita." Sellised protsessorid on võimelised ühe taktitsükli jooksul täitma mitut käsku ja seda tüüpi paralleelsust on hakatud nimetama. juhenditaseme paralleelsus(juhenditaseme paralleelsus, ILP). Ilmselgelt on superskalaarne protsessor antud sagedusel produktiivsem kui skalaarprotsessor, kuna see on võimeline alamhulka ja samaaegselt täitma mitut käsku, jaotades need oma funktsionaalsete üksuste vahel. ILP idee rajajaks oli seesama Cray; ta realiseeris selle 1965. aastal arvutis CDC 6600, seejärel reprodutseeriti ILP protsessorites Intel i960 (1988) ja AMD 29050 (1990) superskalaarne lähenemine sobis eelkõige RISC protsessoritele nende lihtsustatud käsukomplektiga. Hiljem, alates Pentium II-st, võeti kasutusele ILP ja CISC arhitektuuriga protsessorid.

Umbes samal ajal ilmus algul suurarvutitele ja hiljem ka miniarvutitele vahemälu; Hiljem töötati vahemällu salvestamise idee välja mitmetasandilistes lahendustes, mis eeldasid esimese ja teise taseme vahemälu ning seejärel kolmanda taseme vahemälu olemasolu.

Teine märkimisväärne leiutis, mis protsessorite tööd kiirendas, oli erakorraline hukkamine(out-of-order execution, OoO), mis on töötlemise idee piiratud teostus andmevoog(andmevoo arvutamine). Kuigi esimesed katsed selles suunas tehti CDC arvutite projekteerimise ajal, olid esimesed teostused tegelikult IBM 360-s ja seejärel Power1 protsessorites. Ebakorrapärase täitmise üks olulisemaid eeliseid on see, et see tehnoloogia võimaldab sobitada protsessorite suuremat kiirust aeglasema mäluga, eemaldades osa koormuse vahemälust.

Märkimisväärne verstapost von Neumanni arhitektuuri täiustuste seerias on keerme paralleelsus(Tread Level Parallelism, TLP). See tehnoloogia on olemas mitmes versioonis; nende hulgas - samaaegne mitme lõimega töötlemine(Simultaneous Multithreading, SMT) ja stantstasemel mitmekeermestamine(Kiibi tasemel mitmekeermestamine, CMT). Need kaks lähenemisviisi erinevad peamiselt idee poolest, mis on "lõng", teisisõnu niitide granulaarsuse taseme poolest.

Kronoloogiliselt oli esimene protsessor, mis toetas mitme lõimega töötlemist, DEC Alpha EV4 21064 protsessor. Selle protsessoriperekonna dramaatiline saatus on olnud ja jääb endiselt tõsiste arutelude objektiks ning kuigi tootmine lõpetati EV7 versiooniga ning EV8 ja EV9 jäid tööle. paberil, on põhjust arvata, et EV7 tuum võidakse mõnes tulevases mitmetuumalises protsessoris uuesti ellu äratada. Tüüpiline SMT leeri esindaja on Pentium 4 oma HTT tehnoloogia(Hyper-Threading Technology). Protsessor toetab SMT-režiimis ühest toimingust valitud juhiste kaheks vooks jagamist, mis suurendab jõudlust kokku ligikaudu 30%. UltraSPARC T1 protsessoris, mida varem tunti Niagara nime all, luuakse lõime erinevatest ülesannetest; Sel juhul ei ole samaaegsust, iga lõim esindab virtuaalset protsessori tuuma.

Niisiis, kõik tundub olevat suurepärane, kuid loogika keerukuse tagajärjeks on protsessorite tootmis- ja abikomponentide kulude märgatav ebaproportsionaalsus - aritmeetika-loogiline üksus ise võtab vähem kui 20% kiibi pindalast.