Что такое центральный процессор?
Центральный процессор — это мозг компьютера, устройство, предназначенное для выполнения команд и инструкций, задаваемых программой. Центральный процессор иногда называют ЦП, ЦПУ (центральное процессорное устройство), CPU. Условно процессоры различаются набором выполняемых команд, скоростью выполнения команда, объемом адресуемой памяти, размерами обрабатываемых слов, разрядностью используемой шиной. В зависимости от набора и порядка выполняемых команд различают классические процессоры CISC; RISC-процессоры с сокращенным набором команд; MISC-процессоры c минимальным набором длинных команд; VLIW-процессоры с набором сверхдлинными командами. Современные процессоры являются CISC-процессорами с RISC-ядром.
Большинство современных процессоров для ПК основаны на алгоритме циклического процесса последовательной обработки информации, изобретенного Джоном фон Нейманом в 1946 году. Отсюда и пошло название процессор, т. е. тот, кто выполняет процессы. Во время процесса ЦП считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. В ряде случаев очередность считывания изменяется (команда перехода, stop, переключение в режим обработки прерываний). >>>

Как произошла эволюция процессоров?
Первый этап: 40-х — конец 50-х. Процессоры выпускались на базе электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Их объединяли в блоки, модули, стойки. Такой процессор мог занимать несколько комнат, отличался низким быстродействием, часто ломался, потреблял много электроэнергии и, соответственно, обладал высоким тепловыделением.
Второй этап: середина 50-х — середина 60-х. На смену лампам пришли транзисторы. Удалось уменьшить размеры, тепловыделение, увеличить надежность и быстродействие.
Третий этап: 60-е. Появились первые микросхемы. Сначала они содержали в себе транзисторные и резисторные сборки, потом — функциональные блоки процессора (микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд).
Четвертый этап. Фирма Intel выпустила первый микропроцессор, в котором на одной микросхеме были расположены все основные функциональные блоки и элементы процессора.
В современных ПК процессоры выполнены в виде компактного модуля, вставляющегося в ZIF-сокет (у каждого производителя несколько различных несовместимых друг с другом сокетов — но об этом позднее). Процессор представляет собой полупроводниковый кристалл, содержащий сотни миллионов (а некоторые и миллиарды) транзисторов

Кто создал первый процессор современного типа?
15 ноября 1971 года фирма Intel выпускает свой первый микропроцессор — модель 4004. Intel 4004 считается первым в мире коммерчески доступным однокристальным микропроцессором. В 1969 году небольшая японская компания Nippon Calculating Machine, Ltd. (впоследствии Busicom Corp.), занимающаяся производством калькуляторов, заказала у Intel 12 микросхем, которые должны были использоваться в новом настольном калькуляторе. Микросхемы предназначались для выполнения строго определенной работы, поэтому для каждого нового применения приходилось заново разрабатывать весь набор микросхем. Сотрудник Intel, Маршиан Эдвард (Тед) Хофф предложил уменьшить число микросхем, используя центральный процессор, который должен будет выполнять арифметические и логические функции вместо нескольких микросхем.
Спустя некоторое время появился первый микропроцессор, который при цене 300 долларов реализовывал на одном кристалле все функции процессора большой ЭВМ. Intel 4004 выпускался в 16-контактном корпусе типа DIP, размер кристалла менее 1 кв. см. Процессор мог выполнять 60 000 инструкций в секунду. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц. Фирма Intel выкупила у фирмы Busicom авторские права на микропроцессор 4004 и его усовершенствованные версии. В 1971 году Intel 4004 так и не стал широко известным. Популярность к новому типу процессоров пришла только с выпуском 8-разрядного Intel 8080 и 16-разрядного Intel 8086. Вслед за ними появились 80186, 80286 (знаменитая “двушка”), 80386, 80486 и так далее.

Основные фирмы-производители ЦПУ
В настоящее время Intel занимает около 80% рынка центральных процессоров. На втором месте расположилась компания AMD с 12%. Остальные 8% занимают другие производители (VIA, IBM и т. д.). Такое соотношение сохраняется последние несколько лет: колебания не превышают нескольких процентов.
Продукция Intel преобладает в секторе десктопных и серверных компьютеров, а также в сегменте мобильных решений. AMD, особенно в сегменте мобильных процессоров, постоянно находится в роли догоняющего. В сфере настольных систем AMD чувствует себя более уверенно (Intel — 73%, AMD — 27%). Обычно процессоры Intel оказываются более совершенны технологически и мощнее, поэтому AMD приходится снижать цены на свои продукты, за счет чего они становятся более привлекательными для покупателя.
По сути, перед покупкой должен встать вопрос: кого предпочесть: Intel или AMD. Дело сугубо индивидуальное, так как и у тех, и у других встречаются как удачные, так и не очень удачные модели.

Производятся ли в России процессоры?
Как ни странно, но выпускаются. Разработкой микропроцессоров в России занимаются несколько предприятий. Основные покупатели — это военно-промышленный комплекс, армия, спецслужбы. Один из самых совершенных процессоров: Эльбрус 2000 (E2K), созданный на базе архитектуры VLIW (EPIC) и разработанный компанией МЦСТ при участии студентов МФТИ. Тактовая частота: 300 МГц, производительность — 9,6 Гфлопс (для сравнения: Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц — 19,2 Гфлопс). Использует технологию двоичной компиляции для совместимости с платформой x86. Собирается на Тайване на мощностях компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. В ближайшие годы его производство должно быть развернуто в России.
В 2008 году общественности был представлен “стопроцентно российский” компьютер “Эльбрус-3М”, созданный на базе микропроцессора Эльбрус 2000”. По результатам тестов SPEC обогнал Intel Pentium III с тактовой частотой 500 МГц (в режиме совместимости с x86). Мощность вычислений в “родных” кодах “Эльбруса” соответствует скорости работы Pentium 4 2 ГГц. Поставляется с ОС МСВС-Э на базе Linux. При желании на компьютер можно установить Windows 2000, запустить первый Quake. В компании МЦСТ планируют каждые два года удваивать число транзисторов на кристалле. К 2012 году должен появиться “Эльбрус-4С” с производительностью 64 Гфлоп и выполненный по 65-нм нормам, к 2018 году — “Эльбрус-16С”, 1 Тфлоп, 32 нм).

Среди ядер, сокетов, семейств и моделей
Попробуем разобраться с современными процессорами для настольных компьютеров. Однако сделать это будет крайне сложно в силу большого “видового” разнообразия современных центральных процессоров.
Начнем с лидера рынка, компании Intel. Ее процессорам долгое время верой и правдой служил Socket 775 (на самом деле правильно называть его Socket T или LGA 775). На базе этого разъема были созданы следующие семейства ЦПУ: Celeron, Celeron D, Pentium 4, Pentium D, Pentium 4 EE, Pentium Dual-Core, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Core 2 Quad, Xeon. Ряд серверных процессоров использовали LGA 771.
Intel Core 2 — шестое поколение микропроцессоров архитектуры x86-64 корпорации Intel, основанное на процессорной архитектуре Intel Core. Так вот, это семейство выпускалось на базе шести различных ядер: Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. Поэтому покупая процессор, поинтересуйтесь, какое ядро используется. Желательно брать последние: они обычно более совершенные.
В последние годы Intel начала переход на новые разъемы: LGA 1156 и LGA 1366.
Socket H (или LGA 1156) — преемник процессорного разъема LGA 775 для настольных систем и процессорного разъема LGA 771 для серверов среднего и начального уровня от Intel. Является альтернативой более дорогой платформе на основе чипсета X58 и сокета LGA 1366. Доступен только двухканальный режим работы памяти.
Socket B (или LGA 1366) — преемник процессорного разъема LGA 775 для высокопроизводительных настольных систем и процессорного разъема LGA771 для серверов. Имеется трехканальный режим работы памяти (т.е. вы можете поставить на материнскую плату сразу три одинаковых планки памяти для более эффективной работы ОЗУ).
Соответственно, были выпущены новые семейства центральных процессоров.
Intel Core i3. Процессоры начального и среднего уровня. Имеют встроенный контроллер памяти, встроенный графический процессор, но не поддерживают технологию Turbo Boost (автоматический разгон процессора под нагрузкой).
Intel Core i5. Процессоры среднего уровня между Intel Core i3 и Core i7. Также имеют встроенный контроллер памяти, встроенный графический процессор и поддерживают технологию Turbo Boost.
Intel Core i7. Процессоры высшего уровня, это первое семейство, использующее новую микроархитектуру Intel Nehalem. Серверные процессоры также будут строится на Core i7.
Недавно стало известно, что Intel планирует использовать новые процессорные разъемы в продуктах, построенных на архитектуре Sandy Bridge (32-нм), которая в следующем году сменит Westmere. В настоящее время Intel переводит 45-нм продукты (Nehalem) к 32-нм (Westmere), а в 2011 приступит к внедрению новой архитектуры на уже освоенном техпроцессе. Новые процессоры обзаведутся новым набором команд AVX (Advanced Vector Extensions), что повысит производительность при той же тактовой частоте.
На смену разъему LGA 1156 придет разъем LGA 1155. Все процессоры в исполнении LGA 1155 будут иметь интегрированное графическое ядро. В отличие от современных процессоров Clarkdale и Arrandale, в новых процессорах ядра CPU, графическое ядро и северный мост будут изготавлививаться на одном кристалле. Преемником процессорного гнезда LGA 1366 станет LGA 2011. Появится 256-разрядная шины памяти (четыре канала DDR3), а функции северного моста будут интегрированы в процессор.
С ЦПУ AMD ситуация не менее запутана. В настоящее время на рынке можно встретить процессоры архитектуры К10: Sempron, Sempron LE, Sempron X2, Athlon X2, Athlon 64 X2, Athlon II X2, Athlon II X3, Athlon II X4, Phenom X3, Phenom II X2, Phenom II X3, Phenom X4, Phenom II X4 на базе разъемов Socket AM2, AM2+, AM3.
Socket AM2 появился в 2006 году на замену Socket 939 и Socket 754. Чуть позже появился Socket AM2+ (различие заключалось лишь в поддержке новых процессоров). Процессор AM2+ можно было ставить на материнскую плату с AM2.
Socket AM3, появившийся в начале 2009 года, является дальнейшим развитием Socket AM2, обзавелся поддержкой памяти DDR3 и увеличенной скорости работы шины Hyper Transport. Процессоры для Socket AM3 должны работать на материнских платах с гнездом Socket AM2+ (реже — на Socket AM2), но не наоборот.

Как покупать центральные процессоры?
Начинать нужно со стоимости, которую вы согласны отдать за процессор. Предположим, сумма находится в пределах 3-4 тысяч рублей. Залезаем на сайт www.nix.ru (или аналогичный), находим меню “Прайс-лист > Общий > Процессоры”. Задаем диапазон цен (измеряется в долларах) и отмечаем галку “сортировать по цене”. Далее смотрим появившийся список Детально рассматриваем характеристики каждого процессора, кликая по каждой строчке. Справа приведены результаты тестирования ЦПУ. Там же находится и сводная таблица: “Тестирование производительности процессоров”. Вам нужно выбрать оптимальный по соотношению “производительность/цена”. Желательно прочитать отзывы о заинтересовавших вас процессорах в Интернете, компьютерных журналах. Поискать другие сравнительные тесты центральных процессоров. Уже потом обзванивайте ближайшие магазины (посещаете лично, заходите на страницы с прайсами), либо заказываете модель через Интернет.
На какие характеристики следует обратить внимание? Сначала — используемый разъем (сокет). Подойдет ли он к вашей материнской плате? Очень часто поддержка новых процессоров реализуется с помощью прошивки БИОС. С какой памятью процессор сможет гарантированно работать (в описании к процессору обычно перечисляются все возможные типы ОЗУ). Легло ли будет сделать апгрейд? По этой причине, собирая компьютер на базе процессора Intel, лучше выбрать разъем LGA 1156 либо LGA 1366, но не уже устареваший LGA 775. В том случае, если вы планируете использовать компьютер преимущественно для работы в Интернете и офисных приложениях, об этом можно не думать.
Следующий момент: количество используемых ядер. Intel выпускает одно-, двух-, четырех- и шестиядерные процессоры. AMD, кроме всего прочего и трехядерные. Необходимо знать, что при одинаковых параметрах двухядерный процессор быстрее одноядерного всего на 10-20%, но никак не в два раза. В случае использования оптимизированного под несколько ядер программного обеспечения, можно получить лучший результат. К счастью, таких приложений, становится все больше. Точно также четырехядерный процессор быстрее одноядерного на 20-30%, но не в четыре раза.
Следующий параметр: тактовая частота. В настоящее время не столь важен. Частоты современных процессоров находится в районе 2-3 ГГц. Прорыва на 4 ГГц пока не планируется. Производительность наращивается улучшением архитектуры процессоров, количеством ядер и оптимизацией программного обеспечения.
Также перед покупкой имеет смысл выяснить на каком ядре сделан процессор, выяснить какова рассеиваемая мощность процессора (TDP, измеряется в ваттах), используемый технологический процесс при изготовлении (измеряется в нанометрах), критическая температура (измеряется в градусах Цельсия).
Чем больше параметр TDP, тем больше энергии потребляет процессор, а значит нужен более мощный блок питания; тем сильнее он греется и для его охлаждения потребуется более мощный кулер. Техпроцесс также влияет на мощность: чем меньше техпроцесс, тем меньше TDP. Новые процессоры Intel выполнены с помощью 32-нм техпроцесса, AMD пока использует 45-нм.
Еще важный параметр: характеристики кэш-памяти. Это быстродействующая память, встроенная в процессор. Там временно хранятся копий блоков информации из ОЗУ. Бывает кэш-память трех уровней (Level 1, Level 2, Level 3). Кэш 1-го уровня имеет минимальное время доступа (самый быстрый), но малый объем. Кэш-память 3-го уровня, соответственно, большое время доступа, но большой по объему. Даже медленная кэш-память третьего уровня быстрее, чем ОЗУ.
Таким образом, в первую очередь нужно ориентировать на цену, так процессоры одинаковой производительности стоят примерно одинаково. Бывают дешевые удачные модели, как и дорогие неудачные. Поэтому читать, читать и еще раз читать тесты и обзоры. Или плюнуть на все, пойти и купить то, что предлагает продавец.

Чем отличается x86 от x64
x86 (Intel 80x86) — это 32-битная аппаратная платформа: архитектура микропроцессора и соответствующий набор инструкций, как разработанных и выпускаемых компанией Intel, так и совместимых с ними процессоров других производителей (AMD, VIAи т. д.). Такое имя закрепилось за семейством этих микропроцессоров, так как названия ранних моделей процессоров Intel заканчивались на число 86 — 8086, 80186, 80286 (i286), 80386 (i386), 80486 (i486). Другое название для архитектуры этого типа — IA (Intel Architecture) или же IA-32.
x86-64 (также x64/AMD64/Intel64/EM64T) — это 64-битная аппаратная платформа: архитектура микропроцессора и соответствующий набор инструкций и чипсет, разработанные компанией AMD. Это расширение архитектуры x86 с полной обратной совместимостью. Этот набор инструкций поддержан компанией Intel (с незначительными дополнениями) под названием Intel 64 (ранее известные как EM64T и IA-32e). Корпорации Microsoft и Sun Microsystems используют для обозначения этого набора инструкций термин "x64", однако каталог с файлами для архитектуры в дистрибутивах Microsoft называется (ср. "i386" для архитектуры x86). Существует несколько вариантов названий этой технологии, которые, порой, приводят к путанице и могут ввести пользователя в заблуждение.
В настоящее время практически все выпускаемые процессоры 64-битные (совместимы с 32-битной архитектурой). Однако программное обеспечение по большей части 32-битное (но ситуация постепенно меняется).

Полезные утилиты для работы с ЦПУ
CPU-Z — это бесплатная программа для отображения технической информации о компьютере, работающем под ОС Microsoft Windows. Программа определяет технические характеристики центрального процессора, видеокарты, материнской платы и оперативной памяти. Популярна среди оверклокеров. Позволяет получить массу характеристик об используемом ЦПУ: название процессора, архитектура, сокет, техпроцесс, напряжение питания ядра, степпинг и ревизия, поддерживаемые наборы инструкций, тактовая частота, множитель процессора, объём кэша всех уровней, количество процессоров и процессорных ядер.
LinX — бесплатная утилита для тестирования стабильности работы процессоров, с применением технологии Intel Linpack. Аналог зарубежной IntelBurnTest. Тест на стабильность базируется на расчете системы линейных уравнений, которые многократно высчитываются. Полученные результаты потом сравниваются друг с другом. Технология Linpack очень сильно нагружает и нагревает центральный процессор, за счет чего количество выявленных ошибок больше, чем при других методах. В настройках вы можете выбрать число потоков для тестирования, определить объем доступной и используемой для тестирования оперативной памяти.
PCMark — название серии компьютерных бенчмарков, разработанных компанией Futuremark для тестирования основных компонентов персонального компьютера: центральный процессор, материнская плата, оперативная память, жесткий диск. Для тестирования используются различные тесты, как синтетические, нагружающие определенные блоки компьютера, так и прикладные, например архивация данных, кодирование и декодирование аудио и видео, производительность физического движка и т.д.

Как разогнать центральный процессор?
Оверклокинг, или, по-другому, разгон, используется для повышения быстродействия компьютера. Правда, при этом снижается срок жизни компонентов, за счет эксплуатации их в нештатных режимах. Процессоры обычно разгоняют изменением множителя (параметры Multiplier, CPU Ratio), изменением частоты системной шины (параметры FSB Frequency, Host Frequency, Host Speed) либо тем и другим сразу. При этом используются встроенные в БИОС функции или программные средства (как официальные, так и неофициальные — SetFSB) в самой операционной системе. Разгон обычно приводит к увеличению рассеиваемой мощности и росту температуры. Поэтому в ряде случаев придется увеличить подаваемое напряжение или усилить систему охлаждения.
После разгон обязателен краш-тест (тест на стабильность) с помощью специальных утилит (например, S&M, SuperPI) или заставив работать компьютер под нагрузкой (антивирус, торрент, кодирование видео, проигрывание HD-видео, ресурсоемкие игры).
Обычно производители процессоров официально не приветствуют разгон. Однако в прошлом году Intel анонсировала появление в новых процессорах серии Core i5, Core i7 технологии Turbo Boost — системы автоматического увеличения тактовой частоты процессора свыше номинальной, если при этом не превышаются ограничения мощности, температуры и мощности (TDP). Спустя некоторое время AMD сообщило об аналогичной технологии под названием Turbo Core. Если на одно, два или три ядра будет ложиться основная нагрузка, частота активных ядер будет повышаться, а “ненужные” ядра переводиться в режим ожидания.
Увеличить производительность процессора можно разблокировав отключенные ядра. К примеру, некоторые модели и отдельные экземпляры трехядерных ЦПУ AMD можно довести до четырехядерных. Дело в том, что трехядерные делаются из четырехядерных и в некоторых случаях автоматика отключает вполне работоспособное ядро. По сообщениям прессы, одному энтузиасту удалось превратить четырехядерный Phenom II X4 960T в шестиядерный Phenom II X6.

Есть ли предел у Закона Мура?
В 1965 году Гордон Мур, один из основателей Intel выдвинул предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца. Мур представил общественности график в виде экспоненциальной кривой, где была показана закономерность: новые модели микросхем выходили каждые 18-24 месяца. Если такая тенденция продолжится, заявил Мур, мощность вычислительных устройств должна резко возрасти на в относительно короткий промежуток времени.
Существует несколько разновидностей закона Мура. Например, стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Либо частота процессора удваивается каждые два года (уже не работает). Несмотря на некоторые отклонения, число транзисторов по-прежнему удваивается каждые 24 месяца. Однако сам Мур несколько лет назад заявил, что атомарная природа вещества и ограничения скорости света скоро поставят крест на дальнейшем соблюдении этого закона.

По какому пути пойдет развитие процессоров?
Несколько лет назад неудержимый рост частоты процессоров закончился на отметке 3-4 ГГц. Дальше наращивать частоту очень сложно в силу технологических ограничений. Производители ЦПУ пошли по другому пути: стали увеличивать число ядер, уменьшать техпроцесс, изменять алгоритмы работы процессоров. Этой весной появились первые шестиядерные процессоры Intel и AMD. Одноядреные процессоры практически исчезают с потребительского рынка. Возможно, в следующем году будут выпущены уже восьмиядерные процессоры потребительского сегмента.
Кроме того, и Intel, и AMD будут уменьшать техпроцесс. В данной гонке Intel обгоняет AMD на один-два года. AMD планирует перейти на 32-нм техпроцесс в следующем году вместе с новой микроархитектурой Bulldozer (K11). Intel к тому времени может перейти на более точный, 22-нм техпроцесс (чипы на базе Sandy Bridge). Уменьшать техпроцесс бесконечно тоже нельзя — в силу вступают физические и технологические ограничения.
Если заглядывать в более далекое будущее, то на горизонте нас пока ожидают квантовые и молекулярные процессоры. Первые будут базироваться на использовании квантовых эффектах. Вторые — использовать вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Но сейчас точно сказать, на каких компьютерах мы будем работать через 10-20 лет, никто не может.

(Опубликовано в газете "Мой друг компьютер", № 11, май 2010 года. Здесь дана авторская редакция.)
Ссылка на оригинал при перепосте обязательна: http://www.zorych.ru/content/view/1173/1/

Коментарии

Добавить комментарий
Пожалуйста оставляйте комментарии только по теме.
Имя:
E-mail
Домашняя страница
Тема:
BBCode:
Коментарий:
Код:*