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.

Из чего состоит процессор

Процессор состоит из следующих компонентов:

1. ядро (ядра) — сюда входят регистр (внутренняя память), кэш (быстрая память), арифметико-логическое устройство;
2. шины — с их помощью происходит передача данных, а также управление операциями и внешними составляющими компьютера.

Производители CPU

На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.

Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.

Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.

Характеристики

Неотрывно от понятия того, что такое cpu, идут его характеристики. Давайте рассмотрим основные параметры, по которым можно определить качество процессора.

• Форм-фактор. Определяет некоторые конструктивные особенности процессора, а также материнскую плату, на которую он может быть установлен.
• Частота шины. Для обмена данными между ЦПУ и другими составляющими персонального компьютера служит специальная шина FSB. За один такт по ней передаётся несколько пакетов данных. Таким образом, если указана частота в 800 МГц, это скорее всего означает, что процессор работает на частоте шины в 200 МГц, но за один такт передаёт 4 пакета данных.
• Напряжение. Различные процессоры требуют различное напряжение питания. Посредством увеличения напряжения можно разогнать процессор до более высокой производительности, однако и шанс перегреть его и сжечь тоже намного повысится.
• Кэш-память. Поскольку ЦП работает намного быстрее, чем оперативнаяя память, для ускорения обмена между ними и был создан кэш. Существует несколько уровней кэш-памяти. Кэш первого уровня работает быстрее остальных, но его размер минимален и составляет порядка 8-138 КБ. Кэш второго уровня имеет повышенный объём, достигающий 6 МБ, однако и время доступа к нему меньше. В редких случаях встречаются процессоры с кэшем третьего уровня: он достаточно большой по объёму, но и самый медленный, однако все равно быстрее, чем оперативная память. Кэш память обычно составляет больше половины стоимости центрального процессора.

Что такое cpu, если за ним не ухаживать так же, как и за любой другой запчастью? Скорее всего, он перегорит, и вам придётся идти в магазин за новым. Давайте рассмотрим способы контроля производительности.

Тактовая частота процессора

Важную роль играет кроме разрядности процессора так называемая тактовая частота, на которую сам процессор и рассчитан. Единицей измерения тактовой частоты является мегагерц (МГц).

Один мегагерц – это миллион тактов в секунду. Соответственно 1000 мегагерц или 1 гигагерц — это миллиард тактов в секунду. Случайный из фрагментов информации участвующий в вычислительной операции, центральный процессор выполняет за один такт, из этого следует, что чем тактовая частота выше, тем процессор быстрее сможет, обрабатывает поступающие в него данные.

В принципе, работа компьютера возможна и на низких частотах, но дело в том, что процессор тратит на обработку гораздо больше времени, а вот при более высокой тактовой его частоте процессор работает быстрее.

Современней процессоры работают в разы быстрее чем их предок Intel 80286 – процессор, используемый в первом персональном компьютере.

Разбираемся

На самом деле все просто:

1. CPU (Central Processing Unit) — процессор устройства, можно сказать самая главная часть.
2. RAM (Random Access Memory) — оперативная память, почти такое же имеет важное значение, как и процессор.

На заметку. Вы также можете встретить термины GPU, iGPU. Здесь также все просто — GPU (Graphics Processing Unit) это графический процессор, по-простому видеокарта. iGPU — почти тоже самое, просто буква i означает integrated — встроенный, имеется ввиду встроенное графическое ядро (обычно в процессоре такое).

А теперь немного подробнее обо всем.

ЦП на материнской плате

Теперь давайте посмотрим, как он интегрируется с остальной частью Вашего ПК. ЦП находится в так называемом сокете на материнской плате.

Как только он вставлен в разъем, другие части компьютера могут подключаться к процессору через так называемые «шины». ОЗУ, например, подключается к ЦП через свою собственную шину, в то время как многие компоненты ПК используют шину определенного типа, называемую «PCIe».

У каждого ЦП есть набор «линий PCIe», которые он может использовать. Например, процессоры AMD Zen 2 имеют 24 полосы, которые подключаются напрямую к процессору. Затем эти полосы делятся производителями материнских плат под руководством AMD.

Например, для слота видеокарты x16 обычно используется 16 полос. Есть четыре полосы для хранения, например одно быстрое устройство хранения, такое как M.2 SSD. Как вариант, эти четыре полосы также можно разделить. Две полосы можно использовать для SSD M.2 и две для более медленного диска SATA, такого как жесткий диск или 2,5-дюймовый SSD.

Это 20 полос, остальные четыре зарезервированы для набора микросхем, который является центром связи и контроллером трафика для материнской платы. В этом случае чипсет имеет собственный набор шинных соединений, что позволяет добавлять в ПК еще больше компонентов. Как и следовало ожидать, более высокопроизводительные компоненты имеют прямое соединение с ЦП.

Как видите, процессор выполняет большую часть обработки инструкций, а иногда даже графики. Однако процессор — не единственный способ обрабатывать инструкции. Другие компоненты, такие как видеокарта, имеют собственные встроенные возможности обработки. Графический процессор также использует свои собственные возможности обработки для работы с центральным процессором и запуска игр или выполнения других задач с интенсивным использованием графики.

Большая разница в том, что компонентные процессоры созданы с учетом конкретных задач. Однако ЦП — это универсальное устройство, способное выполнять любую вычислительную задачу, которую его просят. Вот почему центральный процессор безраздельно властвует в Вашем ПК, а вся остальная система полагается на его работу.