Центральный процессор
Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU, разг. – проц, камень, кристалл и др.) – основная составная часть любого компьютера, его мозг и сердце. Именно это устройство осуществляет обработку всей информации, выполняет команды пользователя и руководит другими устройствами.
Процессор в современном понимании появился далеко не сразу и является изделием, прошедшим за относительно короткий срок сложную эволюцию.
На протяжении уже многих лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Есть, конечно, и другие достойные производители, но до уровня указанных лидеров им очень далеко. Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в их разработку огромные средства и много сил. Указанная конкурентная борьба - важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли.
Внешне процессор не представляет собой ничего выдающегося – небольшая плата (где-то 5 х 5 см.) с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Но на самом деле внутри этой коробочки хранится очень сложная полупроводниковая структура из миллионов или даже миллиардов транзисторов. Полностью представить себе строение и понять принцип работы процессора трудно даже людям с достаточным уровнем подготовки. Объяснить его кратко, без сложных терминов, схем, непонятных технических аббревиатур и понятий невозможно. Поэтому хочу просто изложить главное:
1. Основным материалом для изготовления процессоров является песок, а точнее сказать кремний, коего в составе земной коры около 30 %. Из очищенного по специальной технологии кремния изготавливают большой монокристалл цилиндрической формы, который разрезают на блины толщиной около 1 мм. Затем с использованием технологии фотолитографии в этих блинах создаются полупроводниковые структуры будущих процессоров. Фотолитография чем-то напоминает процесс печати фотографий с фотопленки, когда свет, проходя через пленку, соответствующим образом действует на поверхность фотобумаги, проецируя на ней рисунок. При изготовлении процессоров своеобразной фотобумагой выступают указанные выше кремниевые блины. Роль света играют ионы бора, которые разгоняются до огромной скорости при помощи специального высоковольтного ускорителя. Эти ионы пропускаются через своего рода «трафареты» и системы высокоточных линз и зеркал. Это обеспечивает вкрапление в кремниевые пластины ионов бора, создающих миниатюрную структуру из множества транзисторов. На сегодняшний день эти технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 32 нанометра (для сравнения, толщина человеческого волоса составляет около 50000 нм). Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов можно поместить в один процессор, тем он будет мощнее и энергоэффективнее. Со временем, вероятно, эти показатели улучшатся (по прогнозам, до 15 нм).
Созданные таким образом полупроводниковые структуры вырезаются из кварцевых блинов и помещаются на плату, на которую выводятся контакты процессора для обеспечения его подсоединения к материнской плате. Сверху миниатюрная кварцевая структура защищается от повреждения металлической крышкой (см. рис.). Если ее снять, структуру процессора можно разглядеть (процессор при этом можно повредить).
2. Упомянутые выше полупроводниковые структуры прошли сложную эволюцию и сейчас продолжают совершенствоваться очень быстрыми темпами. В связи с этим, принципы построения процессоров, характеристики и количество входящих в их состав элементов, а также организация их взаимодействия между собой постоянно изменяются. Процессоры, в которых используются те же основные принципы строения, называют процессорами одной архитектуры, а эти принципы - архитектурой (микроархитектурой) процессора. В рамках одной архитектуры процессоры могут сильно отличаться - частотами системной шины (шины, которой процессор подключаются к материнской плате), техпроцессом изготовления, размером и структурой внутренней памяти и некоторыми другими особенностями. О таких процессорах говорят, что они имеют разные ядра. В рамках совершенствования одного ядра производители также могут делать небольшие изменения, например, с целью устранения незначительных недочетов. Эти сравнительно мелкие усовершенствования, которые «не тянут» на звание самостоятельных ядер, называют ревизиями. Архитектурам и ядрам присваиваются определенные названия или маркировка, а их ревизиям – цифробуквенное обозначение. Например, все модели Intel Core 2 Duo являются процессорами микроархитектуры Intel Core и производились с ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. У каждого из этих ядер были еще и разные ревизии.
3. В корне не правильно судить о процессоре исключительно по частоте тактового сигнала, измеряемой всем известными мега или гигагерцами. Процессор с меньшей тактовой частотой на практике может оказаться продуктивнее высокочастотного. Важным показателем является количество тактов, необходимых для выполнения процессором определенной команды, количество одновременно выполняемых команд и др.
На практике, при оценке возможностей этого устройства необходимо учитывать следующие основные показатели, которые обычно указываются в каталогах, прайс-листах, на маркировке устройств и др.:
количество ядер. Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра. Многоядерность, как один из эффективных способов повышения мощности процессоров, используется производителями с относительно недавнего времени но уже признана самым перспективным направлением их развития. Сейчас существуют процессоры для домашних компьютеров с 6 ядрами. Для серверов есть 12-ядерные серийные предложения (Opteron 6100). Разработаны прототипы процессоров, содержащих около 100 ядер. Со временем, вероятно, будет еще больше. В зависимости от производителя и модели, способы взаимодействия ядер в процессоре и распределения между ними общих ресурсов (памяти) существенно отличаются. Но в любом случае, чем их (ядер) больше, тем процессор производительнее. Следует отметить, что программы, не поддерживающие многоядерность (в основном, это старые приложения), на многоядерных системах быстрее работать не станут, поскольку умеют использовать только одно ядро;
количество потоков – этот показатель отображает пропускную способность системы (чем больше – тем лучше). Количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер. На пример, процессор Intel i7, имея 4 ядра, работает в 8 потоков, во многом опережая некоторые 6-тиядерные модели;
размер кеша 2 и 3 уровней. Кеш - это очень быстрая внутренняя память процессора, которая используется им как своеобразный буфер для компенсации «перебоев» при работе с основной оперативной памятью. Чем кеш больше – тем лучше. Структура не всех современных процессоров предусматривает наличие кеша 3 уровня, хотя это не является критичным. Например, старшие модели процессоров Core 2 Quadro, не имеющие кеша 3 уровня, по результатам многих тестов все равно выглядят достойно. Правда, кеш 2 уровня у них достаточно большой.
тактовая частота процессора – здесь тоже все просто – чем выше частота, тем производительнее процессор.
скорость шины (FSB, HyperTransport или QPI), которой центральный процессор соединяется с системным контроллером материнской платы.
FSB (Front Side Bus) - шина, соединяющая центральный процессор компьютера с другими устройствами (через северный мост чипсета материнской платы);
HyperTransport - это более быстрая двунаправленная шина с высокой пропускной способностью, используемая компанией AMD в новых процессорах;
QPI (QuickPath Interconnect)— высокоскоростная шина, разработанная компанией Intel в противовес HyperTransport от AMD.
техпроцесс – чем он тоньше, тем меньше процессор потребляет электричества и меньше греется. «Холодные» процессоры лучше поддаются разгону (когда пользователь на свой страх и риск изменяет некоторые настройки системы с целью увеличения тактовой частоты процессора для повышения его производительности). Разгон позволяет без дополнительных финансовых вложений увеличить мощность процессора на 15 – 25 %, но это уже отдельная тема.
4. Еще одним важным моментом, который нужно учитывать при приобретении процессора, является то, для установки в сокет какого типа он предназначен. Сокет (socket, разъем центрального процессора) – это щелевой или гнездовой разъём на материнской плате, в который устанавливается процессор. Каждый процессор можно установить только на материнскую плату с подходящим разъемом, имеющим соответствующие размеры, необходимое количество и структуру контактных элементов (иначе процессор туда даже физически не подойдет). Каждый новый сокет вводится производителями процессоров, когда возможности старых разъемов уже не могут обеспечить нормальную работу новых изделий. Для процессоров Intel длительное время использовался (и сейчас еще используется) сокет LGA775 (процессоры Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серии 3000, Core 2 Quad). С началом производства линейки новых процессоров были введены сокеты LGA1366, LGA1156 (процессоры i7, i5, i3). Разъемы для процессоров от AMD за последние годы также изменились - AM2, AM2+, AM3. О более ранних сокетах, думаю, смысла вспоминать нет, поскольку компьютеры на их основе – уже раритет.
Если вы задумали модернизировать старый компьютер путем приобретения более производительного процессора, убедитесь, что по сокету он подойдет к вашей старой материнской плате. Иначе однозначно придется менять и ее.
5. Процессор нуждается в хорошем охлаждении, иначе он может выйти из строя. Как известно, верхняя поверхность процессора представляет собой металлическую коробку, выполняющую кроме защитных, еще и теплоотводные функции. Поверх процессора на материнской плате устанавливается система охлаждения. Ее теплопроводимые элементы должны плотно прижиматься к теплоотводной поверхности процессора. Для обеспечения хорошего контакта и повышения эффективности передачи тепла с процессора на радиатор системы охлаждения, между ними прокладывается слой термопасты – специального пастообразного вещества с высокой теплопроводностью. Нормальная температура работы процессора - до 50 градусов Цельсия (при пиковых нагрузках возможно чуть больше). Средства измерения температуры встроены в процессор. Узнать температуру можно при помощи специальных программ. Современный компьютер устроен так, что при достижении процессором критичной температуры он отключается и не включается, пока тот не остынет. Это позволяет предупредить его повреждение под воздействием высокой температуры. Перегрев процессора возможен вследствие выхода из строя системы охлаждение, ее засорения пылью или пересыхания термопасты (последнее бывает редко). Процессоры обычно продаются в так называемом боксовом варианте поставки (когда в комплект входит штатная система охлаждения – боксовый куллер). Есть также варианты поставки без стандартных куллеров.
Еще записи по теме
|