Процессор — что это такое и как работает ЦП

Что такое центральный процессор ЦП

Процессор (центральные процессорное устройство, ЦП, ЦПУ) — это электронная схема, которая обрабатывает и выполняет машинный код программного обеспечения на определенном устройстве. Осуществляет выполнение всех операций ввода и вывода, которые посылает ему программа.

Чаще всего центральный процессор вы можете увидеть в компьютерах, ноутбуках и мобильных устройствах. Но, они есть и в другой технике, например, в телевизорах.

Современные ЦП чаще всего представляют собой одну микросхему, размещенную на плате/чипе. Существует их множество разных видов, сейчас популярны и востребованы многоядерные модели, это когда на одном чипе находится сразу несколько процессоров.

Основные компоненты:

• АЛУ — Арифметико-логическое устройство. Осуществляет выполнение всех арифметических и логических данных, регистров, которые попадают сюда от операндов.
• Регистры. В них хранится текущая операция, промежуточные и финальные результаты вычислений АЛУ.
• Блок управления. Занимается координацией работы всех узлов ЦП, управляет его работой.
• Кэши данных и команд. В них хранятся часто используемые команды.

Термин «Процессор» использовался еще в 1 995 году, применяли его для обозначения вычислительных машин, которые выполняли сложные компьютерные программы. Первые ЦП делали для решения специфических задач, они были узкоспециализированными, но затем начали делать многоцелевые процессоры, которыми мы сейчас и пользуемся.

Как работает процессор

Центральный процессор выполняет команды, которые указывает ему программа, находящаяся в оперативной памяти. Обработка данных происходит так:

1. Оперативная память отправляет команды ЦП — в его КЭШ, откуда они уходят в блок управления.

2. Эти данные делятся на два вида и отправляются в регистры — значения в регистры данных и инструкции в регистры команд.

3. АЛУ обрабатывает данные из этих регистров и, затем также разделяет их на два вида — законченные и незаконченные, они идут обратно в регистры.

4. В кэше происходит их обработка, незаконченные и неиспользованные попадают в нижний регистр, а после обработки в верхний. Оттуда все отправляется в ОЗУ компьютера.

Все это кратко, как это выглядит графически, смотрите на скриншоте выше.

Апу это в компьютере

APU (сокр. от Accelerated Processing Unit, ускоренное обрабатывающее устройство) – гибридный центральный процессор, который объединяет центральный процессор с графическим процессором в одном кристалле.

В результате объединения CPU и GPU наблюдается общее снижение энергопотребления и стоимости системы. Гибридные ЦП дают возможность делать компактные системы, пригодные для большинства пользователей, не требующих мощных графических задач.

Сравнение

Конечно, графический и центральный процессоры – не те устройства, между которыми можно выбирать, собирая или приобретая компьютерную систему. Сравниваем и оцениваем мы в этой ситуации возможности связки CPU + GPU и APU. Видеоускоритель в любом автономном исполнении требует центрального управления, и отличие одного варианта от другого будет в большой степени конструктивным.

Ядра CPU используются для обработки данных и выполнения цепочки последовательных инструкций (1-2 потока), ядра GPU – для максимально быстрого исполнения множества параллельных потоков команд (несколько тысяч потоков на ядро). В APU же эти ядра объединены на одном кристалле и подключены к общей шине памяти. Вычислительные исполнительные блоки соседствуют и взаимодействуют с буферами данных, блоками декодирования, аппаратного предсказания ветвления, кеш-памятью. Графические исполнительные блоки занимают свой кристалл практически полностью (соответственно, их умещается в ограниченном пространстве гораздо больше). В современных гибридных процессорах AMD под GPU отводится около половины поверхности, Intel немного экономнее.

В чем разница между GPU и APU для конечного потребителя? Производительность актуальных гибридных процессоров позволяет строить на их основе достаточно мощные системы (в том числе и мобильные), справляющиеся с широким кругом задач. Маломощные дискретные видеокарты-недоразумения, в народе именуемые «затычками», скоро станут достоянием истории. APU на материнской плате с видеовыходом с успехом их заменяет, бонусом предоставляя возможность экономии пространства внутри корпуса, снижения энергопотребления и тепловыделения. Более того, сегодня можно говорить о постепенном вытеснении гибридами из пользовательских ПК игровых дискретных видеоускорителей младшего сегмента: как показывают тесты, APU способны обеспечить геймерам приемлемое изображение того же уровня. Это решение оценит любой кошелек, ибо ценник на модели средней производительности существенно скромнее, чем для связки игровой видеокарты и центрального процессора.

Однако не все так гладко на пути гибридных процессоров. Их графические ядра функционально весьма ограничены (приходится делить кристалл процессора между ними и вычислительными), поэтому соперничать с дискретными видеоускорителями среднего уровня они пока не могут. С другой стороны, APU предполагает программный перенос общих вычислений на графические ядра, что учитывается разработчиками приложений (в первую очередь работающих с OpenCL). Соответственно, оптимизация софта под гибридные процессоры может позволить им выйти со временем на новый уровень.

Процессор — что это

Во всех устройствах разные процессоры, но если рассматривать компьютерный, т о в изуальн о п роцессор — это небольшой квадрат плоской формы со стороной около 5 см. С внутренней части процессора располага е тся множество коннекторов, при помощи которых он прикрепляется к материнской плате. От мощности CPU будет зависеть скорость обрабатывания инструкций и производительность других компонентов компьютера. К примеру, купив мощную видеокарту на свой компьютер, вы так и не увидите всю ее мощь из-за того , что у вашего компьютера слабый процессор.

Назначение процессора в компьютере

• получение данных и з оперативной памяти и выполнение с ними нужных операций;

• формирование сигналов и команд для управления внутренними компонентами или внешними устройствами, подключенными к компьютеру;

• временное хранение в собственной памяти информации по проделанным операциям или отданным командам;

• обработка запросов от внешних устройств или внутренних компонентов компьютера;

• и др.

Из чего состоит процессор

1. Ядро процессора. Именно на него ложится основная масса всей функциональности процессора. Я дро занимается расшифровкой, чтением, выполнением и отправкой инструкции другим компонентам или, наоборот, от других компонентов. Ядро единовременно может исполнять только одну инструкцию, хоть и за сотые доли секунды. Поэтому если процессор компьютера состоит из одного ядра, то все команды компьютер будет выполнять последовательно и в порядке очереди. Сейчас редко когда встретишь одноядерные компьютеры, потому что они тяжело справляются с командами современного пользователя. Но вот процессор с 2, 3, 4 и более яд рами — это не редкость.

2. Устройство для запоминания. У каждого процессора есть собственная небольшая память, которая ему нужна для работы. Память в процессоре состоит из двух частей: одна часть нужна для «запоминания» текущих операций, а другая часть памяти — это к э ш, в котором хранятся часто выполняемые инструкции. Обращаться в собственный к э ш будет быстрее, чем обращаться к оперативной памяти компьютера, поэтому объем к э ш-памяти имеет влияние на скорость и работоспособность процессора.

3. Шины — это пути , по которым передаются команды внутри процессора.

Чем характеризуется процессор

1. Тактовая частота — это количество выполненных операций в единицу времени. Чем выше эта частотность, тем быстрее процессор «думает». Частота исчисляется в мегагерца х ( МГц) или гигагерца х ( ГГц).

2. Разрядность — это объем информации, который процессор может передать за один цикл ; измеряется в битах. Все мы слышали про 32-х и 64-х битные компьютеры — это оно самое.

Виды и производители процессоров

На самом деле , процессоров большое разнообразие, при то м ч то производителей процессоров можно посчитать на пальцах одной руки. Процессоры делают разными для разных устройств. Но даже если брать во внимание только одно устройство — компьютер, то и тут на с ждет большое многообразие от одноядерных процессоров «послабее» для офисной работы и до многоядерных процессоров, предназначенных для сложных научных расчетов.

Среди производителей процессоров для компьютеров и ноутбуков наиболее известны 2 производителя — это Intel и AMD. Основное отличие между процессорами этих компаний — это не количество ядер или производительность, а уникальная архитектура. То ест ь э ти компании разрабатывают процессоры по разным принципам, поэтому у процессоров обоих производителей есть свои плюсы и минусы, которые мы не будем сейчас обсуждать, потому что это тема отдельной статьи.

Для смартфонов и планшетов наиболее известными производителями процессоров являются NVIDIA, Qualcomm и Apple.

Производители процессоров

Ассортимент процессоров включает как слабые одноядерные процессоры, так и мощные многоядерные. Их созданием занимаются многие производители, но флагманами считаются две марки — Intel и AMD.

Различие между товарами двух брендов заключается в архитектуре и каждый из них предлагает свой вид процессора, который кардинально отличается друг от друга.

Продукция каждого из производителей имеет свои достоинства и недостатки. Предлагаю ознакомиться с ними ниже.

Intel

Достоинства процессоров Intel:

1. низкое потребление энергии;
2. высокая производительность в играх;
3. высокий уровень доверия у разработчиков ПО;
4. хорошая связь с ОЗУ;
5. в рамках одной программы операции выполняются лучше, чем в случае с процессорами AMD.

Недостатки:

1. высокая стоимость;
2. снижение производительности при использовании нескольких ресурсоемких программ;
3. интегрированная графика реализована хуже, чем в AMD.

Достоинства процессоров AMD:

1. сравнительно невысокая стоимость;
2. разгон процессора и последующее повышение его мощности до 20%;
3. хорошие графические ядра.

Недостатки:

1. не очень хорошее взаимодействие с ОЗУ;
2. довольно высокое потребление энергии;
3. иногда недостаточная производительность в играх при наличии мощной видеокарты.

Вот и все, дорогие друзья. Я постарался простыми словами рассказать, что такое процессор и для чего он необходим. Надеюсь, что после прочтения статьи у вас не останется вопросов.

Приглашаю пообщаться на эту тему с другими читателями блога KtoNaNovenkogo.ru в комментариях и высказать свое мнение насчет того, процессор какого производителя лучше — Intel или AMD.

Напоследок предлагаю посмотреть видео по теме:

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (3)

Я бы не сказал, что AMD дешевле, главное, по их маркировке невозможно понять их производительность в сравнении с процессорами Intel. Сколько у меня было интеловских процессоров, все их менял только по причине морального устаревания, из строя они ни разу не выходили, потому предпочитаю Intel.

Те, кто не разбираются в компьютерах, часто называют процессором весь системный блок!:) А вообще, сейчас производительности современных процессоров хватает для любых задач. Его можно не менять по 5-10 лет, прогресс в этом сегменте идет не так быстро.

Сергей: скажу Вам больше. Уже лет пять-семь, как никакого прогресса в ЦП нет. Есть маркетинговые ходы, заставляющие покупать новое, но реальная производительность уперлась в фундаментальные ограничения, которые с текущим подходом обойти не удается.