Что такое центральный процессор, и для чего он нужен

# факты | Как работает процессор компьютера?

Вы читаете эти строки со смартфона, планшета или компьютера. Любое из этих устройств основано на микропроцессоре. Микропроцессор является «сердцем» любого компьютерного устройства. Существует много типов микропроцессоров, но все они решают одни и те же задачи. Сегодня мы поговорим о том, как процессор работает и какие задачи он выполняет. На первый взгляд все это представляется очевидным. Но очень многим пользователям было бы интересно углубить свои знания о важнейшем компоненте, обеспечивающем работу компьютера. Мы узнаем о том, как технология, основанная на простой цифровой логике, позволяет вашему компьютеру не только решать математические задачи, но и быть развлекательным центром. Как всего две цифры — единица и ноль — преобразуются в красочные игры и фильмы? Этот вопрос многие неоднократно задавали себе и будут рады получить на него ответ. Ведь даже в основе недавно рассмотренного нами процессора AMD Jaguar, на котором базируются новейшие игровые приставки, лежит та же древняя логика.

В англоязычной литературе микропроцессор часто называют CPU (central processing unit, [единым] модулем центрального процессора). Причина такого названия кроется в том, что современный процессор представляет собою единый чип. Первый микропроцессор в истории человечества был создан корпорацией Intel в далеком 1971 году.

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.

Назначение

Главная задача любого центрального процессора – выполнение вычислительных процессов, с помощью которых устройствам передается набор команд, необходимых для выполнения. Команды находятся в ОЗУ ПК и считываются CPU оттуда напрямую. Соответственно, чем выше вычислительные мощности процессора, тем большим быстродействием обладает вся система.

Общая структура любого центрального процессора состоит из следующих блоков:

1. Блока интерфейса;
2. Операционного блока;

Блок интерфейса содержит следующие компоненты:

• Адресные регистры;
• Регистры памяти, в которых осуществляется хранение кодов передаваемых команд, выполнение которых планируется в ближайшее время;
• Устройства управления – с его помощью формируются управляющие команды, которые в дальнейшем выполняются ЦП;
• Схемы управления, отвечающие за работу портов и системных шин;

В операционный блок входят:

1. Микропроцессорная память. Состоит из: сегментных регистров, регистров признаков, регистров общего назначения и регистров подсчитывающих количество команд;
2. Арифметико-логическое устройство. С его помощью информация интерпретируется в набор логических, или арифметических операций;

Обратите внимание! Операционный блок и блок интерфейса работают в параллельном режиме, но интерфейсная часть находится на шаг впереди, записывая в блок регистров команды, которые в дальнейшем выполняются операционной частью.

Системная шина служит для передачи сигналов от центрального процессора к другим компонентам устройства. С каждым новым поколением структура процессора немного меняется и последние разработки сильно отличаются от первых процессоров, используемых на заре становления компьютерных технологий.

Как и какой выбрать процессор — характеристики

Тактовая частота — Основной параметр производительности, указывается в герцах и означает количество рабочих операций в секунду. Указывается в характеристиках:

• Внутренняя — базовая. Скорость обработки данных внутри процессора.
• Внешняя — для оперативной памяти. Скорость обращения к оперативной памяти.

Когда выбираете ЦП, оперативную память и материнскую плату — всегда смотрите на частоту обращения к ОЗУ, чтобы эти показатели были одинаковыми. А то, частота оперативки может оказаться выше, чем поддерживает материнская плата и процессор, и потенциал ее просто не будет раскрыт.

Также смотрите на объем поддерживаемой оперативной памяти, он может оказаться меньше, чем вы собираетесь установить.

Плюс, многие модели, особенно от AMD сильно зависят в производительности от оперативки, поэтому выбирайте ее желательно с такой же частотой, которая указана на процессоре.

Количество ядер — сейчас одноядерных моделей практически нет. Если программное обеспечение или игра поддерживает многоядерность — то работать будет куда быстрее. Обычно встречаются модели с 4 -6 ядрами, чего вполне хватает, для серьезных игр и программ.

Сокет подключения — тут стоит отталкиваться от того, какой сокет поддерживает ваша материнская плата. Обязательно нужно смотреть этот параметр иначе ЦП просто не установить на главную плату.

BOX или OEM — если не собираетесь отдельно приобретать кулер на ЦП, то берите BOX версию, т.к. там он уже будет в коробке. Но, я все-таки рекомендую брать отдельно, т.к. зачастую в боксовых версиях, вентиляторы плохо справляются с охлаждением — особенно при разгоне, даже незначительном.

Температура и тепловыделение — какая поддерживается максимальная и стоит ли смотреть отдельно хороший вентилятор. Лучше — всегда брать отдельно кулер если собираетесь играть в игры.

Кэш — чем больше объем, тем меньше будет обращений к основной ОЗУ для выполнения самых часто используемых данных. Бывает L1, L2 и L3. Первый самый быстрый, а третий самый медленный.

Встроенный видеоконтроллер — есть ли он. Позволяет обойтись без приобретения отдельной видеокарты. Сильной производительностью не блещет, но в простые игры играть можно вполне себе хорошо. Но, такие модели и стоят подороже.

Интересно! В любом случае при выборе ЦП смотрите, чтобы его поддерживала материнская плата и оперативная память подходила. Ориентируйтесь на бюджет и на задачи, которые будете решать на компьютере.

В заключение

Это основные моменты, на которые обязательно надо обратить свое внимание при выборе ЦП. В любом случае — это тот компонент, который устанавливается в ПК на большой срок и экономить на нем не стоит. Хороший ЦП можно не менять в течение пяти лет, в отличие от той же видеокарты.

Тактовая частота и IPC

Гонки тактовой частоты процессоров давно закончились. Или нет? На самом поверхностном уровне более высокая частота действительно обозначает большую скорость расчетов. Чем больше у CPU гигагерц, тем лучше он будет справляться со своими задачами.

Но тут в дело вступает показатель IPC — по сути, он обозначает производительность на каждый герц частоты. И этот показатель отличается в зависимости от архитектуры, на основе которой построен процессор — таким образом, прямое сравнение частот, скажем, Ryzen 5 5600X на архитектуре Zen 3 и Core i5-11600K на архитектуре Cypress Cove будет бесполезным занятием.

Сравнивать тактовую частоту стоит только в рамках одной линейки CPU на одной архитектуре, что делает сам этот процесс не слишком важным — производители именуют свои процессоры так, что их расположение на воображаемой линейке скорости работы в рамках поколения становится очевидным. А еще не стоит забывать о количестве ядер — 8-ядерный CPU с базовой тактовой частотой в 3.7 ГГц в большинстве задач будет значительно быстрее 4-ядерного с частотой 4 ГГц и той же архитектурой.

В общем и целом, если вы столкнулись с проблемой выбора из двух-трех моделей, и хотите четко понять то, как они отличаются в скорости работы, просто поищите в интернете результаты их тестирования. Лучше — из независимых и авторитетных источников. Из названия и характеристик процессора эту информацию получить сложно.

Что такое процессор (CPU)?

Процессор, что это вообще такое? Зачем он нужен? За какие задачи он отвечает?

Для большинства неопытных и технически неподготовленных пользователей процессором зачастую выступает весь системный блок в сборе. Но это относительно ошибочное суждение, процессор — это нечто, что сокрыто за стенками корпуса и толстым радиатором с вентилятором для его охлаждения.

Процессор или, как его еще называют, центральный процессор (Central Processing Unit) — это электронное устройство (интегральная схема), которое выполняет и обрабатывает машинные инструкции, код программ (машинный язык) и отвечает за все логические операции, которые протекают внутри вашей операционной системы и системного блока.

Без преувеличения, процессор можно назвать мозгом (или сердцем, это кому как больше нравится) любого компьютера, мобильного устройства или другого периферийного устройства. Да-да, слово процессор применимо не только к вашему системному блоку, но и планшету, смарт-холодильнику, игровой приставке, фотоаппарату и другой электронике.

Внешне процессор выглядит как квадратный (или прямоугольный) элемент или плата, в нижней части которой располагается контактная группа для подключения, в вверху находится сам кристалл процессора, который сокрыт под металлической крышкой, чтобы исключить возможность повреждения хрупкого кристалла процессора, а также крышка помогает при отводе тепла с поверхности кристалла на радиатор системы охлаждения.

Кристалл процессора состоит из кремния. Если точнее, полупроводники, из которых состоит процессор, производятся из кремния. На кремневой пластине кристалла в несколько слоёв располагается несколько триллиардов транзисторов (размер которых составляет порядка ~10 нм в зависимости от используемого техпроцесса при производстве), которые отвечают за все логические операции процессора.

На самом деле это только поверхностное описание того, из чего состоит процессор, и оно предназначено, скорее, для визуализации того, что из себя представляет процессор внутри. На самом деле все намного сложнее. К сожалению, просто и доходчиво объяснить все принципы создания и работы процессора не так просто, здесь потребуются знания как элементарной алгебры, так и продвинутой физики и электротехники, да и большинству пользователей это попросту не нужно.

Впоследствии производители процессоров научились располагать на печатной плате, помимо самого кристалла процессора, кристалл видеоядра (видеокарты), что позволило исключить необходимость в отдельной дискретной видеокарте для вывода изображения на монитор.

Подводя итог этого блока статьи и что бы дать простой ответ на такой сложный вопрос «Что такое процессор (CPU)» — процессор это сердце любого современного устройства, которое выполняет все основные операции, будь то простое сложение 2+2, набор текста в Microsoft Word или расчет физической модели в Blender.

Что такое процессор?

Процессор — это небольшая микросхема, которая располагается в специальном слоте на материнской плате. Через него ежесекундно проходят миллионы операций, совершаемых вами или установленными программами. Именно в процессоре сосредоточены все основные функции управления компьютером, он является своеобразным «мостом» между каждой составляющей системного блока. Без него невозможно запустить компьютер, как, например, завести автомобиль, у которого нет двигателя.
Соответственно, чем мощнее чип, тем быстрее будут обрабатываться все команды и операции. Любые, даже самые ресурсоёмкие утилиты перестанут «тормозить», станут быстрее открываться. Как пример можно привести 3D-рендеринг видео. Эта операция очень сильно нагружает производительность процессора, поэтому, если тот слабенький по своим параметрам, процедура может затянуться на несколько часов (зависит от длительности видео и его качества).

Аналогично будут выглядеть попытки геймеров запустить свои любимые игры. А если это даже и получится, то они, скорее всего, дальше начального меню не продвинутся, поскольку всё будет страшнейшим образом зависать. Или, на игровом сленге, лагать.

Крышка и упаковка

Когда дорожки готовы, диск отправляют на тесты. Там смотрят на то, как работает каждый процессор, как он греется и сколько ему нужно энергии, заодно проверяют на брак.

В зависимости от результатов процессоры с одной пластины могут получить разную маркировку и продаваться по разной стоимости. Те процессоры, которые получились более удачными, становятся дорогими серверными продуктами. Те, где кто-то рядом чихнул или вздохнул, имеют некоторые несовершенства и дефекты, их могут отправить на потребительскую линию.

После тестов диск разрезают на готовые процессорные ядра.

Пластина со множеством одинаковых процессорных ядер. Робот вырезает ядра из готовой пластины.

После этого к ядру процессора добавляют контакты, чтобы можно было вставить его в материнскую плату, и накрывают крышкой. Чёрный или металлический прямоугольник, из которого торчат ножки, — это как раз крышка.

Крышка выполняет две функции: защищает сам кристалл от повреждений и отводит от него тепло во время работы. Дело в том, что миллионы транзисторов при работе нагреваются, и если процессор не остужать, то он перегреется и кристалл может испортиться. Чтобы такого не произошло, на крышку процессора ставят воздушные кулеры или делают водяное охлаждение.

Неисправности и ошибки в процессорах

В случае неисправности процессора, ПК может начать самостоятельно выключаться и перезагружаться, операционная система «зависать», а жёсткий диск попросту не отображаться. При этом все вышеописанное сопровождается сильным нагреванием процессора. Нередко, неисправный процессор становится причиной постоянных ошибок в работе операционной системы и сопутствующего программного обеспечения.

Ни при каких условиях нельзя неисправный процессор проверять на рабочей материнской плате, поскольку подобные действия вполне могут спровоцировать вывод из строя материнской платы.

Чаще всего процессоры подвергаются поломке по причине перегрева и некорректной сборки компьютера, что может стать причиной случайного загиба контактов процессора, а вследствие и возникновения короткого замыкания. Решить проблему в этом случае может лишь замена процессора.