Процессор — что это такое и как работает ЦП

Устройство и основные характеристики
центрального процессора

Информация о процессоре компьютера, его значении, технологии изготовления, а также о характеристиках, которые необходимо учитывать при его выборе и приобретении.

Содержание:

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.

Самые важные характеристики процессора это:

1. Тактовая частота, исчисляемая в гигагерцах (GHz).
   Она представляет собой количество операций, который компьютер способен выполнять за секунду. Чем больше их число, тем быстрее он будет работать.
2. Разрядность.
   Указывающая на то, какие приложения может поддерживать комп: 32-х или 64-битные. Как правило, все современные процессоры относятся ко второму варианту. От этого параметра зависит и количество оперативной памяти, так как у 32-битных систем ее до 4 Гб, а у 64-битных — выше 4 Гб.
3. Кэш или иными словами память процессора.
   Тоже очень важный параметр влияющий на скорость работы. служит для уменьшения времени доступа к основной памяти (ОЗУ). В основном бывает несколько уровней кэша — L1, L2, L3. соответственно чем больше размер кэша и чем больше уровней, тем быстрее проц выполняет сложные операции типа архивирования, рендеринга и т.п.
4. Количество ядер.
   Ядро — это отдельная вычислительная единица. Грубо говоря если проц двух ядерный то это означает что под одной крышкой в нём трудятся два процессора (два кристала). В общем чем больше ядер тем лучше (тем он быстрее).

Думаете, такой важный «орган» должен иметь внушительный вид? Это не так. Процессор представляет собой небольшую пластину в несколько квадратных миллиметров прямоугольной формы, на которую нанесены схемы. Чтобы избежать повреждений, ее помещают в корпус из металла. К системной плате пластина присоединяется маленькими ножками золотого цвета с металлическими штырьками.

Процессор компьютера в разрезе выглядит так: подложка на которой установлен сам кристалл изготовленный из кремния (он то и отвечает за все вычисления), далее на кристалл наносят термоинтерфейс и закрывают это всё крышкой, которая в дальнейшем будет контактировать с пяткой кулера.

Сам кристалл в не припаянном состоянии имеет примерно следующее обличие :

Функции процессора

ЦПУ выполняет две важные функции:

1. управление всеми операциями ПК, начиная сложением двух чисел и заканчивая обработкой видео или запуском игр;
2. обработка данных с помощью арифметических и логических операций.

Описание центрального процессора

Итак, с видами ЦП и их отличительными особенностями мы разобрались, пора переходить к описанию самого изделия и разобраться в том, что это такое. Для простоты понимания разобьём его на несколько пунктов, выделяя в них ключевые особенности изделия:

1. Назначение ЦП;
2. Его строение;
3. Базовые характеристики;

С их помощью мы разберемся как работает процессор и как он устроен.

В настоящее время крупнейшими производителями CPU являются компании Intel и AMD.

Лидером в этой паре, несомненно, является Intel. Процессоры от Intel характеризуются более высокой производительностью на ядро и меньшим тепловыделением, но при этом их стоимость значительно выше. А это не всегда бывает оправдано – например, при сборке недорогих компьютеров.

Процессоры AMD отличаются выгодным соотношением цена-качество, но для некоторых моделей характерно излишние тепловыделение. Но, несмотря на то, что процессоры от данного производителя отстают в технологическом плане и не всегда обладают высоким качеством, они все равно пользуются значительной популярностью.

• Сколько термопасты наносить на процессор
• Как поменять процессор на компьютере на более мощный
• Температура процессора
• Нормальная температура процессора
• Как подобрать процессор к материнской плате

Создатель сайта comp-security.net, автор более 2000 статей о ремонте компьютеров, работе с программами, настройке операционных систем.

Задайте вопрос в комментариях под статьей или на странице «Задать вопрос» и вы обязательно получите ответ.

Основные характеристики процессоров для ПК

• Количество вычислительных ядер. Количество вычислительных ядер определяет количество задач, которые процессор может выполнять параллельно. В настоящее время для настольных компьютеров используются процессоры с 1, 2, 4, 6 и 8 ядрами. При выборе процессора количество ядер нужно подбирать под конкретные задачи, которые будут выполняться на компьютере. Например, для работы с простенькими приложениями или пользования интернетом вполне достаточно 2-ядерного процессора, а для использования профессиональных графических программ или запуска требовательных игр понадобится 4- или 6-ядерный. Кроме этого, некоторые процессоры от Intel могут создавать по 2 виртуальных ядра на каждое реально существующее вычислительное ядро (технология Hyper-threading). Благодаря этому трюку удается более эффективно загружать ядро работой, а значит повысить производительность вычислительных ядер.
• Тактовая частота. Это количество операций, выполняемых за одну секунду. Данная величина измеряется в мегагерцах (МГц). Чем выше тактовая частота тем выше производительность каждого отдельно взятого вычислительного ядра.
• Разрядность. Этот параметр влияет на возможность исполнения процессором 32- либо 64-битных программ. Также разрядность влияет на доступный объем оперативной памяти, которая ограничена 4 Гб в 32-битных системах и 16 Гб – в 64-битных.
• Объём кэш–памяти. Кэш-память используется процессором для хранения данных, которые он регулярно использует. Благодаря кэш-памяти процессору нужно реже обращаться к оперативной памяти, которая работает значительно медленней.
• Технологический процесс. Техпроцесс это размер транзисторов в процессоре. Чем меньше техпроцесс, тем ниже энергопотребление процессора, а также его тепловыделение. Кроме этого уменьшение техпроцесса позволяет уместить больше транзисторов на той же площади кристалла, а значит повысить производительность процессора.
• Тепловыделение процессора (TDP). Данный параметр показывает, какое количество тепла система охлаждения должна отводить от процессора.
• Встроенный графический процессор. Обычно интегрируется в материнскую плату компьютера или в CPU. Благодаря встроенной графике можно собрать компьютер без отдельных плат видеоадаптеров, значительно сократив стоимость и энергопотребление системы.
• Сокет (Socket). Это специальный разъём на материнской плате, в который устанавливается процессор. Если сокет процессора и материнской платы не совпадает, то установить процессор не получится.

Процессор AMD FX с передней и тыльной стороны:

Из чего состоит современный микропроцессор?

Структура процессора сегодня представлена следующими основными элементами:

• Собственно, ядро процессора. Наиболее важная деталь, сердце устройства, которая называется также кристаллом или камнем современного микропроцессора. От характеристик и новизны ядра напрямую зависит разгон и оперативность работы микропроцессора.
• Кэш-память является небольшим, но очень быстрым накопителем информации, расположенным прямо внутри процессора. Используется микропроцессором в целях значительного уменьшения времени доступа к основной памяти компьютера.
• Специальный сопроцессор, благодаря которому и производятся сложные операции. Такой сопроцессор в значительной мере расширяет функциональные возможности любого современного микропроцессора и является его неотъемлемой составляющей. Встречаются ситуации, когда сопроцессор является отдельной микросхемой, однако, в большинстве случаев, он встроен непосредственно в компьютерный микропроцессор.

Путем буквального разбора компьютерного процессора мы сможем увидеть следующие элементы строения, представленные на схеме:

1. Верхняя металлическая крышка используется не только для защиты «камня» от механических повреждений, но также для отвода тепла.
2. Непосредственно, кристалл или камень является самой важной и дорогостоящей деталью любого компьютерного микропроцессора.Чем сложнее и совершеннее такой камень, тем быстродействующей является работа «мозга» любого компьютера.
3. Специальная подложка с контактами на обратной стороне завершает конструкцию микропроцессора, как представлено на картинке. Именно благодаря такой конструкции тыльной стороны и происходит внешнее взаимодействие с центральным «камнем», непосредственно оказывать влияние на сам кристалл невозможно. Скрепление всего строения осуществляется с помощью специального клея-герметика.

Thunderbolt

Но есть в этом процессоре и вишенка на торте — это интерфейс Thunderbolt. Контроллер интерфейса расположен прямо на основном кристалле, вот тут.

Такое решение позволяет не только экономить место на материнской плате, но и существенно сократить задержки. Проверим это на практике.

Подключим через Thunderbolt внешнюю видеокарту и монитор. И запустим те же игры. Теперь у нас уровень производительности ноутбука сопоставим с мощным игровым ПК.

Но на этом приколюхи с Thunderbolt не заканчиваются. К примеру, мы можем подключить SSD-диск к монитору. И всего лишь при помощи одного разъёма на ноуте мы получаем мощный комп для игр, монтажа и вообще любых ресурсоемких задач.

Мы запустили тест Crystalmark. Результаты вы видите сами.

Но преимущества Thunderbolt на этом не заканчиваются. Через этот интерфейс мы можем подключить eGPU, монитор, и тот же SSD и всё это через один кабель, подключенный к компу.

Надеюсь, мы помогли вам лучше разобраться в том, как работает процессор и за что отвечают его компоненты.