Что такое процессор, центральный процессор, CPU

Что такое процессор, центральный процессор, CPU?

В наши дни процессоры играют особую роль только в рекламе, всеми силами стараются убедить, что именно процессор в компьютере является решающим компонентом, особенно такой производитель как Intel. Возникает вопрос: что такое современный процессор, да и вообще, что такое процессор?

Долгое время, а если быть точнее, то вплоть до 90 х годов производительность компьютера определял именно процессор. Процессор определял всё, но сегодня это не совсем так.

Не всё определяется центральным процессором, а процессоры от Intel не всегда предпочтительны чем от AMD. В последнее время заметно возросла роль других компонентов компьютера, а в домашних условиях процессоры редко становятся самым узким местом, но также, как и другие компоненты компьютера нуждаются в дополнительном рассмотрение, по тому что без него не может существовать ни одна вычислительная машина. Сами процессоры давно не удел нескольких видов компьютера, так как и разнообразие компьютеров стало больше.

Как выглядит процессор и где он находится?

Современный процессор обычно маленький и квадратный, с множеством коротких, закругленных металлических разъемов на нижней стороне. У некоторых старых CPU вместо металлических разъемов есть контакты.

Процессор подключается непосредственно к «сокету» процессора (или иногда к «слоту») на материнской плате. Процессор вставляется в гнездо штырьком вниз, а небольшой рычаг помогает закрепить процессор.

Даже через некоторое время современные процессоры могут сильно нагреваться. Чтобы рассеивать это тепло, почти всегда необходимо прикреплять радиатор и вентилятор непосредственно к верхней части CPU. Как правило, они идут в комплекте с покупкой процессора.

Также доступны другие более продвинутые варианты охлаждения, в том числе комплекты «>водяного, воздушного охлаждения и устройства с фазовым переходом.

Не все процессоры имеют контакты на их нижней стороне, но в тех, которые имеют, контакты легко сгибаются. Соблюдайте осторожность при обращении, особенно при установке их на материнскую плату.

Виды процессоров

Существует два основных широко распространенных производителя процессоров: AMD и Intel. Они выпускают самые востребованные, доступные и производительные модели. Их мы можем увидеть практически на каждом компьютере или игровой приставке, например, на том же PlayStation или Xbox.

Все плюсы и минусы могут меняться, т.к. каждый год выходят новые модели, которые кардинально отличаются друг от друга. Но эти моменты, свойственны практически всем моделям этих производителей.

Intel — плюсы и минусы

• Низкое энергопотребление и температура работы
• Хорошая производительность в ПО для обработки графики и видео
• Не такие зависимые от оперативной памяти
• Лучше показывают себя в многозадачности
• Цена довольно высокая по сравнению с АМД
• Графический чип, если он есть, не такой производительный, как у конкурента
• Работа с архивами не такая быстрая, как хотелось бы
• Разгон не такой вариативный

AMD — плюсы и минусы

• Высокая производительность в играх
• Многие модели довольно «горячие», но не все
• Адекватная цена
• Отличная скорость работы с разными программами и архивами
• Графический чип, если он есть — показывает хорошие результаты
• Хорошие возможности разгона
• Зависимые от ОЗУ

Составляющие CPU

Основной составляющей процессора является ядро. В нем проходят все этапы обработки данных. Само ядро состоит из двух компонентов:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно выполняет все арифметические и логические операции.
• Устройство управления(УУ) координирует взаимодействие различных частей компьютера. Оно формирует и подает во все блоки машины сигналы, в которых описан алгоритм действий.

Процессорная память нужна для хранения кратковременной информации. Она состоит из:

• Регистров. Они сохраняют промежуточные результаты и текущие команды. АЛУ может делать только одну операцию одновременно. Представим, что устройству надо решить пример: (1+1) x (2-2). Он решается в 3 этапа: сложение, вычитание, умножение. АЛУ не может сделать это вычисление одной операцией. Сначала оно выполнит сложение и сохранит результат в регистре. Далее выполнит вычитание. Для умножения АЛУ попросит результат прошлой операции у регистра и закончит решение примера.
• Кеш-памяти, которая нужна для ускорения выполнения частых команд. Весь список команд хранится в оперативной памяти, поэтому ядро постоянно обращается к нему за информацией. Частые команды и данные хранит кеш-память, чтобы не ждать отклика от оперативной. Это значительно ускоряет работу процессора.

Интерфейсная система нужна для связи с другими устройствами компьютера. Она включает в себя:

• порты ввода-вывода, которые позволяют подключать к CPU другие устройства,
• шины ― это каналы для передачи данных между всеми составляющими CPU.

Главные критерии выбора ЦП

Перед покупкой компьютера необходимо четко определить задачи, с которыми он должен справляться. Затем переходят к подбору компонентов, уделяя особое внимание подбору процессора.

При этом используют следующие критерии:

Производитель. Сегодня основными поставщиками CPU являются указанные выше компании Intel и AMD. С учетом перечисленных достоинств и недостатков устройств каждого бренда, опираясь на требования, предъявляемые к ПК, можно сделать выбор в пользу того или иного.

Серия. Каждый производитель выпускает линейки процессоров, которые могут обновляться и устаревать. Например, у AMD – K10, Bulldozer, Zen и другие, у Intel – Core, Xeon и прочие.

Архитектура. Определяет особенность внутреннего устройства микросхемы. При выборе чипов следует учитывать этот параметр, поскольку, например, процессоры Core i7 может существенно отличаться по производительности в зависимости от использованной архитектуры.

Сокет. Представляет собой гнездо для установки процессора на материнской плате. Необходимо убедиться, что выбранный процессор соответствует имеющейся материнской плате, иначе придется приобрести подходящую.

Тактовая частота. Характеризует число операций, которые может выполнить ЦП за единицу времени. Характеризуется следующими единицами – ГГц. Чем выше частота, тем лучше, но не всегда (обусловлено архитектурой, числом ядер, объемом кэша и прочими особенностями).

Число ядер. Параметр, характеризующий вычислительную мощность и способность выполнять сразу несколько сложных операций.

Потребление энергии и выделение тепла. Оба параметра измеряют в Вт. Параметры обуславливают выбор системы охлаждения.

Встроенная графика. Особенности описаны выше.

Быстродействие процессора (частота и мегагерцы)

Термин тактовая частота компьютера подразумевает количество тактовых импульсов, которое вырабатывает тактовый генератор в секунду.

Тактовая частота как различных, так и одинаковых моделей процессоров может варьироваться в широком диапазоне значений. Процессор выполняет все программные команды за необходимое число тактов. К примеру, простейшая операция сложения может быть выполнена за два такта, тогда как делению может понадобиться 25 тактов. Из всего вышесказанного следует, что чем выше показатель тактовой частоты, тем быстрее компьютером выполняются возлагаемые на него задачи. Сегодняшние ПК снабжены процессорами, тактовая частота которых — от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц.

Быстродействие работы ПК непосредственным образом связано с его тактовой частотой, которая позволяет определить количество выполняемых им команд в секунду.

Видеокарта

Обсуждая центральный процессор CPU и другие компоненты компьютера, нельзя не уделить время такой важной части каждого устройства, как видеоадаптер. Видеокарта – это устройство, которое преобразует образ, хранящийся в виде информации, в полноценную и привычную нам картинку. То есть процессор информацию получает, обрабатывает и передает видеокарте, а она в свою очередь ее преобразует в графический образ. От мощности видеоадаптера зависит, какое качество картинки вы получите, разрешение и количество кадров. ЦПУ – это тоже компонент, от которого зависят кадры на экране. Количество кадров в секунду означает количество обновлений, которое происходит на экране за данную единицу времени. Приемлемым считается 25 кадров и выше, но за эталон принято не менее 30 кадров. Что интересно, частота обновления образа более 60 раз в секунду не имеет смысла, так как наш глаз уже не видит столь маленькой разницы. Видеокарты условно делятся на 3 типа:

• Для 3D-работ.
• Для игр.
• Для домашних компьютеров.

Разберем каждый тип видеокарт. К 1 типу относятся видеоадаптеры, заточенные конкретно под моделирование. Такие видеокарты стоят довольно дорого, так как намного сложнее и требовательнее остальных видов. Второй тип самый массовый и распространенный, к нему относят все видеокарты от компании Nvidia c названием GTX и от компании AMD с указателем “x” в конце (например R7 275x). Эти видеокарты заточены именно под игры, но так же отлично проявляют себя для обычной, спокойной работы. Ну а к 3 типу относят видеокарты для интернет-серфинга или для работ в офисе, не требующих высоких показателей производительности.

Почему так важен «чистый» кремний, как на него наносят транзисторы и при чем тут закон Мура

Процессоры создаются на кремниевой основе — все благодаря подходящей для подобных целей внутренней атомной структуре. Правда, процесс «добычи» кремния и уж тем более нанесения транзисторов и других компонентов еще более дорогой и сложный. По сути, поэтому сегодня «воспроизведением» микропроцессоров в основном занимаются всего несколько производств по всему миру. Среди них — Intel, Samsung, TSMC.

Источником кремния служит песок. Его долго обрабатывают химическим способом, чтобы получить так называемый «чистый» кремний (таким он считается при чистоте 99,9%) — на его основе производятся специальные кристаллы. Чтобы сделать подобное, кремний плавят и помещают внутрь маленький кристалл, формирующий вокруг себя еще один слой кристаллической решетки.

Так повторяется несколько раз, и в итоге добывается один большой монокристалл цилиндрической формы весом под сотню килограмм. Его нарезают алмазной пилой на диски диаметром порядка 30 сантиметров — такие вы наверняка видели на фотографиях, которыми иллюстрируют производство микроэлектроники, — и уже на них после тщательной шлифовки «печатают» транзисторы.

Мы уже рассказывали про тонкости этой процедуры в отдельном материале. Если вкратце, на эти диски воздействуют светом, чтобы создать мельчайшие детали будущих интегральных схем. Процесс называется фотолитографией: изначально с помощью системы линз и зеркал на поверхности светочувствительной кремниевой пластины фокусировали лучи света, которые проходили через заранее подготовленный шаблон и запечатлевали его схему на пластине.

Со временем процесс совершенствовался. Сперва источником света для литографии выступала ртутная лампа. Потом длину волны уменьшали, переходя от ртутных ламп к лазерам со смесями различных газов. Следующим поколением лазерных технологий стали устройства, излучающие свет с длиной волны 193 нанометра.

В конце концов пришли к технологии EUV — сверхжесткого ультрафиолетового излучения на длине волны 13,5 нанометра. Эта технология настолько сложная и уникальная, что сегодня в мире ей на достаточно высоком уровне занимается только одна компания — ASML. Она поставляет другим производителям электроники станки, которые и «печатают» компоненты системы на кремниевых дисках с требуемой точностью.

Уменьшение длины волны позволяет наносить на кремний больше транзисторов уменьшенных размеров, то есть увеличивать производительность чипа при сохранении его изначальных габаритов. Вы могли слышать про закон Мура, согласно которому каждые два года количество транзисторов, размещенных на одном и том же кристалле, удваивается.

Сейчас выяснилось, что это является скорее наблюдением одного из инженеров Intel, а не непреложным правилом. Однако оно дало «маркировку» понятию техпроцесса, которым сегодня производители электроники (что самих процессоров, что базирующихся на них смартфонов, компьютеров и прочей техники) любят щеголять во время презентаций.

В настоящее время «нанометровым техпроцессом» описывается условная цифра, означающая плотность размещения транзисторов или увеличение их количества относительно предыдущего техпроцесса.

Если объяснять еще проще, то чем меньше цифра перед словом «нанометровый», тем лучше. Процессоры, изготовленные по 5-нанометровому техпроцессу (на момент публикации материала считается передовым решением), ощутимо мощнее и в сравнении с теми, что базируются на 7-нанометровом. Через год-два производители планируют перейти на 3-нанометровый техпроцесс. Кроме того, у перехода на меньший техпроцесс есть еще одно преимущество: каждый транзистор начинает потреблять меньше электроэнергии, тем самым улучшая энергоэффективность всего устройства.

Разгон оперативной памяти

Увеличение мощности оперативной памяти осуществляется тем же путем, что и разгон процессора. Вы так же заходите в БИОС, находите пункт разгона и понемногу увеличиваете показатели. Зачем нужен разгон оперативной памяти? Разгоняя ее, вы повышаете скорость передачи данных, тем самым ускоряя работу приложений и игр на вашем компьютере. Также стоит сказать, что разгон оперативной памяти является самым опасным, так как может привести к непоправимым последствиям, вплоть до поломки материнской платы.

В статье было полностью рассмотрено устройство центрального процессора и других компонентов. Каждый может самостоятельно дома разогнать и улучшить свой компьютер. Но необходимо обязательно помнить, что в случае поломки никто не починит ваш компьютер бесплатно, так как разгоняя его, вы берете ответственность на себя.