Die Prozessorleistung hängt davon ab. Typ und Frequenz des Prozessorbusses. Arithmetische Logikeinheit und Steuereinheit

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Mikroprozessor-CPU(Central Processing Unit) führt alle grundlegenden Berechnungen und Datenverarbeitung durch. Alle PC-kompatiblen Computer verwenden Prozessoren, die mit kompatibel sind Intel-Architektur x86, aber sie werden sowohl von Intel selbst als auch von den Drittfirmen AMD, Cyrix, IDT, Rise Technologies produziert und entworfen.

Standardprozessorspezifikationen:

    die Architektur

    Beispielsweise können Sie eine spezielle Kupferfarbe, die in kleinen Flaschen in jedem Autoteileladen erhältlich ist, zum Reparieren von Fenster-Diebstahlschutzgittern verwenden. Das eigentliche Problem besteht darin, dass die Pins sehr klein sind und wenn Sie sie mit benachbarten und nicht mit gegenüberliegenden Pins verbinden, kann dies dazu führen, dass der Chip nicht mehr funktioniert. Wenn Sie nicht aufpassen, können Sie leicht einen Prozessor im Wert von mehreren hundert Dollar beschädigen. Bei dieser Erkennung erkennt und stellt das System die richtige Spannung ein, indem es bestimmte Pins am Prozessor liest.

    Bittiefe

    Art und Anzahl der Kerne

    Cache-Speicher

    Typ und Frequenz des Prozessorbusses

    Prozessorgeschwindigkeit

die Architektur

Modernste Prozessoren persönliche Computer basieren im Allgemeinen auf einer Version der von John von Neumann erfundenen zyklischen sequentiellen Verarbeitung von Informationen.

Einige Experimentatoren haben herausgefunden, dass durch leichtes Erhöhen oder Verringern der Spannung gegenüber dem Standard höhere Übertaktungsgeschwindigkeiten bei einem stabilen System erreicht werden können. Meine Empfehlung ist, beim Spielen mit Spannung vorsichtig zu sein, da der Chip dadurch beschädigt werden kann. Auch ohne Spannungsänderung einstellbare Beschleunigung Hauptplatine Reifen sind sehr einfach und sehr nützlich. Weitere Informationen finden Sie in Kapitel 19 „Stromquellen“. Weitere Informationenüber die Aufrüstung von Netzteilen und Gehäusen.

Da die CPU-Kerngeschwindigkeit zunahm, konnte die Speichergeschwindigkeit nicht mithalten. Wie könnten Sie den Prozessor schneller laufen lassen als den Speicher, aus dem Sie ihn laden, ohne dass es zu großen Leistungseinbußen kommt? Einfach ausgedrückt ist der Cache-Speicher ein Hochgeschwindigkeits-Speicherpuffer, der vom Prozessor benötigte Daten vorübergehend speichert, sodass der Prozessor diese Daten schneller abrufen kann, als wenn sie aus dem Hauptspeicher kämen. Aber es gibt noch eine weitere Eigenschaft eines Caches gegenüber einem einfachen Puffer, und das ist die Intelligenz.

Aus der Sicht von Programmierern bedeutet die Architektur des Prozessors seine Fähigkeit, einen bestimmten Satz von Maschinencodes auszuführen. Die meisten modernen Desktop-CPUs gehören zur x86-Familie bzw. zu Intel-kompatiblen Prozessoren der IA32-Architektur (32-Bit-Intel-Prozessorarchitektur). Den Grundstein legte Intel mit dem i80386-Prozessor, wurde jedoch in nachfolgenden Prozessorgenerationen sowohl von Intel selbst (neue MMX-, SSE-, SSE2- und SSE3-Befehlssätze wurden eingeführt) als auch von Drittherstellern (EMMX) ergänzt und erweitert , 3DNow! und erweiterte Befehlssätze). 3DNow!, entwickelt von AMD). Aus Sicht von Computerhardwareentwicklern hat der Begriff „Prozessorarchitektur“ eine etwas andere Bedeutung. Aus ihrer Sicht spiegelt die Prozessorarchitektur die Grundprinzipien wider Interne Organisation bestimmte Prozessorfamilien, die bestimmte Befehlssätze ausführen können: SSE, SSE2, SSE3, 3DNow, Enhanced 3DNow usw.). Haupttypen gängiger Architekturen: CISC, RISC, NetBurst, K7, K8, MultiRISC und ihre nachfolgenden Modifikationen.

Der Cache ist ein Puffer mit einem Gehirn. Der Puffer enthält zufällige Daten, normalerweise basierend auf „first“, „first“ oder „first, last“. Der Cache hingegen enthält Daten, die der Prozessor wahrscheinlich benötigt, bevor sie tatsächlich benötigt werden. Dadurch kann der Prozessor mit oder nahezu voller Geschwindigkeit weiterlaufen, ohne auf den Empfang von Daten vom langsameren Hauptspeicher warten zu müssen.

Diese Caches und ihre Funktionen werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. Um die Bedeutung des Caches zu verstehen, müssen Sie die relativen Geschwindigkeiten von Prozessoren und Speicher kennen. Dies mag wie ein ziemlich veraltetes Beispiel erscheinen, aber Sie werden gleich sehen, dass die Zahlen hier es mir leicht machen, zu erklären, wie der Cache-Speicher funktioniert.

Bittiefe

Die Anzahl der Informationsbits, die der Prozessor in einem Zyklus verarbeiten kann, wird durch die Kapazität interner Register (Speicherzellen im Prozessor) charakterisiert. Unter der Bittiefe von Registern versteht man die Anzahl der parallel geschalteten Flip-Flops, aus denen die Register bestehen. Je größer diese Zahl ist, desto höher ist die Bittiefe jedes einzelnen Registers. Moderne Prozessoren haben eine Bittiefe von 32 und 64 Bit, seltener 128 (meist Serveroptionen).

Dieser Cache ist im Grunde ein Bereich mit sehr schnellem Speicher, der in den Prozessor integriert ist und zum Speichern einiger aktueller Arbeitscodes und Daten verwendet wird. Auf den Cache-Speicher kann ohne Wartezustände zugegriffen werden, da er mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Prozessorkern läuft. Durch die Verwendung von Cache-Speicher wird verhindert, dass der Prozessor auf Code und Daten aus dem langsameren Hauptspeicher wartet, was die Leistung verbessert.

Der Cache ist bei modernen Prozessoren noch wichtiger, da er oft der einzige Speicher im Gesamtsystem ist, der tatsächlich mit dem Chip mithalten kann. Die meisten modernen Prozessoren verfügen über einen Taktmultiplikator, was bedeutet, dass sie mit einer Geschwindigkeit laufen, die tatsächlich einem Vielfachen der Geschwindigkeit des Motherboards entspricht, an das sie angeschlossen sind.

Art und Anzahl der Kerne

Innerhalb derselben Architektur können sich verschiedene Prozessoren stark voneinander unterscheiden. Und diese Unterschiede sind in einer Vielzahl von Prozessorkernen verkörpert, die bestimmte streng festgelegte Eigenschaften aufweisen. Am häufigsten sind diese Unterschiede in unterschiedlichen Frequenzen des Systembusses (FSB), Cache-Größen auf der zweiten Ebene, Unterstützung für bestimmte neue Befehlssysteme usw. verkörpert technologische Prozesse, nach dem Prozessoren hergestellt werden. Der Austausch des Kerns in derselben Prozessorfamilie erfordert häufig den Austausch des Prozessorsockels, was Fragen zur weiteren Kompatibilität von Motherboards aufwirft. Im Zuge der Verbesserung des Kernels müssen die Hersteller jedoch geringfügige Änderungen daran vornehmen, die nicht den Anspruch erheben können, ein „Eigenname“ zu sein. Diese Änderungen werden als Kernrevisionen bezeichnet und meist durch alphanumerische Kombinationen gekennzeichnet. Allerdings kann es bei neuen Revisionen desselben Kernels zu durchaus auffälligen Neuerungen kommen. So hat Intel genau im Zuge der Revisionsänderung die Unterstützung der 64-Bit-EM64T-Architektur in einzelne Prozessoren der Pentium-4-Familie eingeführt.

In dieser Geschichte handelt es sich um eine Person, die Nahrung zu sich nimmt, um als Prozessor zu fungieren und Daten aus dem Gedächtnis abzufragen und zu bearbeiten. Die Küche, in der das Essen zubereitet wird, ist der Hauptspeicher des Systems. Angenommen, Sie beginnen jeden Tag zur gleichen Zeit in einem bestimmten Restaurant zu essen. Sie kommen, setzen sich und bestellen einen Hotdog. Um diesen Verlauf proportional genau zu halten, nehmen wir an, dass Sie normalerweise alle vier Sekunden einen Bissen essen. Die Küche benötigt außerdem 60 Sekunden, um alle von Ihnen bestellten Artikel herzustellen.

Cache-Speicher

Alle modernen Prozessoren verfügen über einen Cache (auf Englisch - Cache) – eine Reihe ultraschneller Prozessoren Arbeitsspeicher Dies ist ein relativ langsamer Puffer zwischen dem Controller Systemspeicher und Prozessor. Dieser Puffer speichert die Datenblöcke, mit denen die CPU gerade arbeitet, wodurch die Anzahl der Prozessorzugriffe auf den (im Vergleich zur Geschwindigkeit des Prozessors) extrem langsamen Systemspeicher erheblich reduziert wird. Dadurch wird die Gesamtleistung des Prozessors deutlich gesteigert.

Wenn Sie also ankommen, setzen Sie sich hin, bestellen einen Hot Dog und müssen 60 Sekunden warten, bis das Essen zubereitet ist, bevor Sie mit dem Essen beginnen können. Nachdem der Kellner das Essen gebracht hat, beginnen Sie mit dem Essen zum gewohnten Preis. Sie haben Ihren Hot Dog ziemlich schnell aufgegessen, also rufen Sie den Kellner an und bestellen einen Hamburger. Wiederum wartet man 60 Sekunden, während der Hamburger produziert wird. Wenn es soweit ist, beginnt man wieder mit Vollgas zu essen. Nachdem Sie Ihren Hamburger aufgegessen haben, bestellen Sie einen Teller Pommes Frites.

Nochmals warten Sie und nachdem es in 60 Sekunden geliefert wurde, essen Sie es mit voller Geschwindigkeit. Schließlich beschließen Sie, Ihre Mahlzeit zu beenden und zum Nachtisch einen Käsekuchen zu bestellen. Nach weiteren 60 Sekunden Wartezeit können Sie den Käsekuchen in voller Geschwindigkeit essen. Ihr gesamtes Esserlebnis besteht hauptsächlich aus vielen Erwartungen und dann kurzen Ausbrüchen tatsächlichen Essens bei voller Geschwindigkeit.

Gleichzeitig ist der Cache bei modernen Prozessoren nicht mehr wie bisher ein einzelnes Speicherarray, sondern in mehrere Ebenen unterteilt. Der schnellste, aber relativ kleine First-Level-Cache (bezeichnet als L1), mit dem der Prozessorkern arbeitet, ist meist in zwei Hälften unterteilt – den Befehlscache und den Datencache. Der L1-Cache interagiert mit dem Second-Level-Cache – L2, der in der Regel ein viel größeres Volumen hat und gemischt ist, ohne Aufteilung in einen Befehlscache und einen Datencache. Zum Beispiel einige Desktop-Prozessoren Serverprozessoren, erwerben manchmal auch einen L3-Cache. Der L3-Cache ist normalerweise noch größer, wenn auch etwas langsamer als L2 (da der Bus zwischen L2 und L3 schmaler ist als der Bus zwischen L1 und L2), aber seine Geschwindigkeit ist auf jeden Fall unverhältnismäßig höher als die Geschwindigkeit Systemspeicher.

Sie gingen also in ein Restaurant und bestellten einen Hot Dog, und der Kellner legte ihn Ihnen sofort auf den Teller, ohne zu warten! Anschließend essen Sie den Hot Dog fertig, und rechts, während Sie gerade einen Hamburger bestellen, legt der Kellner einen auf den Teller. Der Rest der Mahlzeit verläuft auf die gleiche Weise und Sie essen jedes Mal das gesamte Essen in Sekundenschnelle und müssen nie darauf warten, dass die Küche das Essen zubereitet. Ihr Gesamterlebnis beim Essen besteht dieses Mal darin, dass Sie essen, ohne auf die Zubereitung des Essens warten zu müssen, was in erster Linie der Intelligenz und Sorgfalt des Kellners zu verdanken ist.

Ohne Kellner ist der Platz auf dem Tisch nur ein Essenspuffer. Wenn man Vorräte anlegt, kann man so lange essen, bis der Puffer leer ist, aber niemand scheint das intelligent zu maskieren. Der Kellner ist ein Cache-Controller, der Maßnahmen ergreift und Intelligenz hinzufügt, um zu entscheiden, welche Gerichte auf den Tisch gelegt werden sollen, bevor Sie sie benötigen. Wie ein echter Cache-Controller nutzt er seine Fähigkeiten, um im wahrsten Sinne des Wortes zu erraten, welches Essen Sie als nächstes benötigen, und wenn er es errät, müssen Sie nicht warten.

Es gibt zwei Arten von Cache: exklusiven und nicht-exklusiven Cache. Im ersten Fall sind die Informationen in den Caches aller Ebenen klar abgegrenzt – jeder von ihnen enthält ausschließlich Originalinformationen, während im Fall eines nicht-exklusiven Caches Informationen auf allen Cache-Ebenen dupliziert werden können. Heute ist es schwer zu sagen, welches dieser beiden Schemata richtiger ist – sowohl das eine als auch das andere hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Das exklusive Caching-Schema wird bei AMD-Prozessoren verwendet, während das nicht-exklusive Caching-Schema bei Intel-Prozessoren verwendet wird.

Nehmen wir nun an, Sie kommen am vierten Abend pünktlich an und beginnen mit einem normalen Hot Dog. Der Kellner ist inzwischen zuversichtlich und hat bei Ihrer Ankunft bereits einen Hot Dog zubereitet, sodass keine Wartezeiten entstehen. Der Kellner hat es geraten, und die Konsequenz daraus ist, dass Sie dieses Mal die vollen 60 Sekunden warten müssen, während die Küche Ihr Göre kocht.

Dies wird als Cache-Leak bezeichnet, bei dem der Cache-Controller den Cache fälschlicherweise mit den Daten füllte, die der Prozessor tatsächlich benötigte. Allerdings schätzt der Cache-Controller in 10 % der Fälle falsch und die Daten müssen aus dem deutlich langsameren Hauptspeicher geholt werden, was bedeutet, dass der Prozessor warten muss. Analog dazu war der Prozessor 14-mal schneller als der Hauptspeicher. Der Cache macht den Unterschied.

Typ und Frequenz des Prozessorbusses

Der Prozessorbus (ansonsten der Systembus), der am häufigsten als FSB (Front Side Bus) bezeichnet wird, ist eine Ansammlung von Signalleitungen, die je nach Zweck (Daten, Adressen, Steuerung) kombiniert sind und bestimmte elektrische Eigenschaften und Informationsübertragung aufweisen Protokolle. Somit fungiert der FSB als Rückgrat zwischen dem Prozessor (oder den Prozessoren) und allen anderen Geräten im Computer: Speicher, Grafikkarte, Festplatte usw. Nur die CPU ist direkt mit dem Systembus verbunden, andere Geräte sind über spezielle Controller daran angeschlossen, die hauptsächlich in der Nordbrücke des Sets konzentriert sind Systemlogik(Chipsatz) Motherboard. Auch wenn es Ausnahmen geben kann – beispielsweise ist bei AMD K8-Prozessoren der Speichercontroller direkt in den Prozessor integriert und bietet so eine deutlich effizientere Speicher-CPU-Schnittstelle als Intel-Lösungen, die den klassischen Kanons der Organisation treu bleiben externe Schnittstelle Prozessor. Die wichtigsten FSB-Parameter einiger Prozessoren sind in Tabelle 1 aufgeführt:

Wenn der angeforderte Artikel vorhanden ist, wird er in nur 15 Sekunden mit ihm zurückgebracht. Als Vergleich zur Beschreibung dieser neuen Chips würde ein Kellner einfach einen Korb direkt neben den Tisch stellen, an dem man in einem Restaurant sitzt. Wenn das gewünschte Lebensmittel nicht auf dem Tisch oder auf dem ersten Essenswagen lag, konnte der Kellner zum zweiten Lebensmittelkorb greifen, um das gewünschte Essen zu holen. Es verursacht andere interessante Momente. Wenn man davon ausgeht, dass der Hauptspeicher nur etwa 1 % der Zeit direkt genutzt wird, würden Sie, wenn Sie dort die Leistung verdoppeln, die Geschwindigkeit Ihres Systems nur in 1 % der Zeit verdoppeln!

Tabelle 1

ZentralprozessorFSB-Frequenz, MHzFSB-Typtheoretisch Durchsatz FSB, Mbit/s
Intel Pentium III100/133 AGTL+800/1066
Intel Pentium 4100/133/200 QPB3200/4266/6400
Intel Pentium D133/200 QPB4266/6400
Intel Pentium 4EE200/266 QPB6400/8533
Intel Core Prozessor 133/166 QPB4266/5333
Intel Core 2200/266 QPB6400/8533
AMD Athlon 100/133 EV61600/2133
AMD Athlon XP133/166/200 EV62133/2666/3200
AMD Sempron800 HyperTransport6400
AMD Athlon 64800/1000 HyperTransport6400/8000

Intel-Prozessoren nutzen den QPB-Systembus (Quad Pumped Bus), der Daten viermal pro Takt überträgt, während der EV6-Systembus von AMD Athlon- und Athlon XP-Prozessoren Daten zweimal pro Takt überträgt (Double Data Rate). In der von AMD in den Athlon 64/FX/Opteron-Prozessoren verwendeten AMD64-Architektur kommt ein neuer Ansatz zur Organisation der CPU-Schnittstelle zum Einsatz – hier wird anstelle des FSB-Prozessorbusses und zur Kommunikation mit anderen Prozessoren Folgendes verwendet: Der serielle Hochgeschwindigkeits-(Paket-)Bus HyperTransport, der nach dem Peer-to-Peer-Schema (Punkt-zu-Peer) aufgebaut ist und einen Hochgeschwindigkeits-Datenaustausch ermöglicht.

Ein Problem war die Geschwindigkeit der verfügbaren Cache-Chips von Drittanbietern. Jetzt beißen Sie jede halbe Sekunde. Der eigentliche Geschwindigkeitssprung kommt, wenn Sie etwas benötigen, das noch nicht auf dem Tisch steht. In diesem Fall kommt der Kellner zum Einkaufswagen und findet das gewünschte Essen in neun von zehn Fällen in etwas mehr als einer Viertelsekunde . Wenn die Produktivität des Restaurants mit der gleichen Geschwindigkeit steigt wie die CPU-Leistung! Sie wissen, dass der Cache Kopien von Daten von verschiedenen Adressen im Hauptspeicher speichert.

Da der Cache nicht gleichzeitig Kopien von Daten von allen Adressen im Hauptspeicher speichern kann, muss es eine Möglichkeit geben, herauszufinden, welche Adressen gerade in den Cache kopiert werden, damit Daten von diesen Adressen gelesen werden können, wenn wir sie benötigen aus dem Cache und nicht aus dem Hauptspeicher. Jede Cache-Zeile verfügt über ein entsprechendes Adress-Tag, das die Hauptspeicheradresse der Daten speichert, die gerade in diese bestimmte Cache-Zeile kopiert werden. Wenn Daten von einer bestimmten Hauptspeicheradresse benötigt werden, kann der Cache-Controller schnell nach Adress-Tags suchen, um festzustellen, ob die Adresse vorhanden ist dieser Moment ob sich die angeforderte Adresse im Cache befindet oder nicht.

Prozessorgeschwindigkeit

Die Prozessorleistung zeichnet sich durch seine aus Taktfrequenz, normalerweise gemessen in Megahertz (MHz). Sie wird durch die Parameter eines Quarzresonators bestimmt, bei dem es sich um einen Quarzkristall handelt, der in einem kleinen Zinnbehälter eingeschlossen ist. Unter dem Einfluss einer elektrischen Spannung kommt es in einem Quarzkristall zu Schwingungen elektrischer Strom, mit einer Frequenz, die durch die Form und Größe des Kristalls bestimmt wird. Die Häufigkeit davon Wechselstrom und wird Taktfrequenz genannt. Mikroschaltungen herkömmlicher Computer arbeiten mit einer Frequenz von mehreren Millionen Hertz. (Hertz ist ein Zyklus pro Sekunde). Die Geschwindigkeit wird in Megahertz gemessen, d.h. in Millionen Zyklen pro Sekunde. Die kleinste Zeiteinheit (Quantum) für einen Prozessor ist die Taktperiode oder einfach ein Tick. Jeder Vorgang dauert mindestens einen Zyklus. Zum Beispiel Datenaustausch mit dem Speicher Pentium-Prozessor II wird in drei Zyklen plus einigen Wartezyklen abgeschlossen.

Wenn Daten vorhanden sind, können diese aus einem schnelleren Cache gelesen werden; Wenn nicht angegeben, muss es aus dem viel langsameren Hauptspeicher gelesen werden. Verschiedene Wege Tag-Organisationen oder Zuordnungen wirken sich auf die Funktionsweise des Caches aus. Der Cache kann vollständig assoziativ, direkt oder benutzerdefinierten assoziativ zugeordnet werden.

Wenn sich die angeforderte Hauptspeicheradresse in einem Tag befindet, wird der entsprechende Cache-Speicherort zurückgegeben. Wenn die angeforderte Adresse nicht in den Adress-Tag-Einträgen gefunden wird, tritt ein Fehler auf und die Daten müssen von der Hauptspeicheradresse und nicht vom Cache abgerufen werden.

Es sollte auch beachtet werden, dass alle moderne Prozessoren Sie unterstützen die sehr wichtige superskalare Technologie, die die parallele Ausführung voneinander unabhängiger Befehlsabläufe ermöglicht und, wenn möglich, auch die Reihenfolge ihrer Ausführung ändert, um die Leistung zu verbessern.

Historisch gesehen wurde der Markt für Desktop-Prozessoren von zwei Unternehmen dominiert

Im direkt zugeordneten Cache bestimmte Adressen Der Hauptspeicher ist vorab bestimmten Orten im Cache zugewiesen, an denen sie gespeichert werden. Auch das führt zu mehr schnelle Arbeit, da für eine bestimmte Speicheradresse nur eine Tag-Adresse überprüft werden muss.

Der assoziative Cache-Satz ist ein modifizierter direkt zugeordneter Cache. Ein direkt zugeordneter Cache hat nur einen Satz von Speicherzuordnungen, was bedeutet, dass eine bestimmte Speicheradresse nur einem bestimmten, bestimmten Cache-Zeilenort zugeordnet werden kann. Ein bidirektionaler Cache-Assoziativsatz besteht aus zwei Sätzen, sodass sich ein bestimmter Speicherort an einem von zwei Orten befinden kann. Ein assoziativer Cache mit vier Positionen kann eine gegebene Speicheradresse an vier verschiedenen Punkten in einer Cache-Zeile speichern.

Beide Unternehmen begannen 2005 mit der Massenproduktion von Dual-Core-Prozessoren. Zu diesem Zeitpunkt hatten klassische Single-Core-CPUs die Reserven des Leistungswachstums durch eine Erhöhung der Betriebsfrequenz fast vollständig ausgeschöpft. Der Stolperstein war nicht nur eine zu hohe Wärmeableitung von Prozessoren, die mit hohen Frequenzen arbeiten, sondern auch Probleme mit deren Stabilität. Daher wurde eine umfangreiche Methode zur Entwicklung von Prozessoren für die kommenden Jahre angeordnet, und ihre Hersteller mussten wohl oder übel eine neue, intensive Methode zur Steigerung der Produktleistung beherrschen. Derzeit gibt es zwei führende Desktop-Prozessorarchitekturen: Intel Core Prozessor, AMD64(K8).

Durch Erhöhen der Assoziativitätsmenge steigt die Wahrscheinlichkeit, einen Wert zu finden; Dies dauert jedoch etwas länger, da bei der Suche nach einem bestimmten Speicherort im Cache mehr Tag-Adressen überprüft werden müssen. Wenn die Anzahl der Unterrahmen oder Sätze zunimmt, wird der Cache vollständig assoziativ, eine Situation, in der jede Speicheradresse an einer beliebigen Stelle in einer Cache-Zeile gespeichert werden kann. Im Allgemeinen ist ein direkt zugeordneter Cache am schnellsten beim Suchen und Abrufen von Daten aus dem Cache, da er nur eine bestimmte Tag-Adresse für eine bestimmte Speicheradresse durchsuchen muss.

Bevor Sie darüber streiten, welcher Prozessor besser ist, müssen Sie zunächst die Architektur des Prozessors im Detail betrachten. Diese. wie es funktioniert und wie es seine Leistung beeinflusst.

Dies ist praktisch beim Kauf eines neuen Prozessors, da es Ihnen bei der Entscheidungsfindung bei der Beantwortung solcher Fragen hilft: „Warum brauchen Sie einen PC?“ Sollte ich Spiele spielen, die für den PC-Besitzer umso cooler sind, je anspruchsvoller die Ressourcen sind? Tippen, manchmal Präsentationen und Diagramme in Tabellenkalkulationen erstellen oder mit Grafiken arbeiten? Mit Video und Ton arbeiten (hier geht es nicht darum, Musik zu hören und Filme anzusehen)? Wenn ich mich bereits an das Ansehen von Filmen erinnere, frage ich Sie, ob Sie Filme auf Blu-ray-Discs ansehen möchten. Oder möchten Sie Ihren PC vielleicht für andere Zwecke nutzen? Na ja, zumindest „zeigen“, was für ein cooler PC, wie: „Ich habe einen LG-PC, da steht da auf dem Monitor!“.
Wenn Sie möchten, können Sie die Geschwindigkeit Ihres Computers übrigens ohne Upgrade leicht erhöhen, indem Sie die Controller deaktivieren, die dem Motherboard beiliegen, Sie aber nicht verwenden.
Dies kann die Downloadzeit verkürzen. Beispielsweise verwenden zusätzliche SATA-Controller ihr eigenes BIOS, aber Benutzer mit einer kleinen Anzahl von Laufwerken werden wahrscheinlich überhaupt keinen zusätzlichen Controller benötigen.
Durch die Deaktivierung wird Zeit gespart, die für die Initialisierung des Controller-BIOS und die Überprüfung der angeschlossenen Laufwerke aufgewendet wird. Ja, und Sie werden die Meldung „Laufwerk nicht gefunden“ los.
In diesem Artikel erzähle ich Ihnen, aus welchen Hauptelementen der Prozessor besteht.

Prozessorarchitektur

Ein einfaches Beispiel: Warum waren Athlons einst die Verkaufsschlager? Es ist nur so, dass AMD die Hyper-Transport-Technologie eingeführt hat (der Geschwindigkeitsvorteil – 12,8 GB/s – wurde von AMD mit einer kürzeren Pipeline (Ablehnung des FSB) sowie einem integrierten Speichercontroller bereitgestellt). Als Reaktion darauf folgte Intel mit der Hyper-Threading-Technologie und einer Erhöhung der Frequenzen.
Hyper-Threading (HT) ist eine Technologie, deren Idee einfach ist. Ein physischer Prozessor erscheint dem Betriebssystem als zwei logische Prozessoren und operationssystem sieht keinen Unterschied zwischen einem NT-Prozessor oder zwei herkömmlichen Prozessoren.
In beiden Fällen leitet das Betriebssystem Threads so, als wäre es ein Zwei-Prozessor-System. Darüber hinaus werden alle Probleme auf Hardwareebene gelöst.
Ich werde es genauer erklären. Zu den Single-Core-Prozessormodellen gehören die folgenden kooperierenden Geräte:

  1. Kontrollgerät koordiniert die Arbeit aller anderen Geräte, führt Geräteverwaltungsfunktionen aus und verwaltet Computerberechnungen.
  2. Arithmetische Logikeinheit (ALU). Dies ist der Name des Geräts für Ganzzahloperationen. Arithmetische Operationen wie Addition, Multiplikation und Division sowie logische Operationen(OR, AND, ASL, ROL usw.) werden mit der ALU verarbeitet. Ein Prozessor kann mehrere ALUs haben. Jeder ist in der Lage, unabhängig von den anderen arithmetische oder logische Operationen auszuführen, sodass mehrere Operationen gleichzeitig ausgeführt werden können.
  3. AGU (Adressgenerierungseinheit)– Gerät zur Adressgenerierung. Dieses Gerät ist nicht weniger wichtig als die ALU, denn es ist für die korrekte Adressierung beim Laden oder Speichern von Daten verantwortlich.
  4. Mathe-Coprozessor (FPU). Ein Prozessor kann mehrere mathematische Coprozessoren enthalten. Jeder von ihnen ist in der Lage, mindestens eine Gleitkommaoperation auszuführen, unabhängig davon, was die anderen ALUs tun.

Durch die Datenpipeline-Verarbeitung kann ein einzelner mathematischer Coprozessor mehrere Vorgänge gleichzeitig ausführen. Der Coprozessor unterstützt hochpräzise Berechnungen, sowohl Ganzzahl- als auch Gleitkommaberechnungen, und enthält darüber hinaus eine Reihe nützlicher Konstanten, die die Berechnung beschleunigen.
Der Coprozessor arbeitet parallel zum Zentralprozessor und stellt so bereit Hochleistung. Übrigens war die FPU zu Beginn der Entwicklung von Personalcomputern ein separater Chip auf der Platine.
Befehlsdecoder Analysiert Anweisungen, um Operanden und Adressen zu extrahieren, an denen Ergebnisse platziert werden. Anschließend sendet es eine Nachricht an ein anderes unabhängiges Gerät darüber, was zur Ausführung der Anweisung getan werden muss. Der Decoder ermöglicht die gleichzeitige Ausführung mehrerer Anweisungen, um alle ausführenden Geräte zu laden.
ZWISCHENSPEICHER. Im Gegensatz zum RAM befindet sich dieser Speicher innerhalb der CPU und hat schnelle Geschwindigkeit Der Zugriff soll den Zugriff auf Daten beschleunigen, die im weniger schnellen RAM-Speicher enthalten sind.
Wenn der Zugriff auf den normalen Computerspeicher nicht länger als 1,25 ns dauert (bei DDR3-Speicher der Spitzenklasse beträgt die Zugriffszeit 0,41 ns), dann arbeitet der Cache mit der Prozessorfrequenz. Das nächste Mal werde ich darüber sprechen, wie sich die Cache-Größe auf die Leistung des Prozessors auswirkt. Der Prozessor verfügt außerdem über einen sogenannten ultraschnellen Direktzugriffsspeicher (SRAM). Prozessorregister . SRAM dient in erster Linie zum Speichern von Zwischenergebnissen von Berechnungen oder Daten, die für den Betrieb des Prozessors erforderlich sind. Die Zugriffszeit auf das Prozessorregister beträgt etwa 0,3 ns.
Reifen (Gruppen von Leitern). Bei anderen Geräten, vor allem mit Betriebsspeicher, ist der Prozessor über Busse verbunden.
Der Unterschied zwischen einem Single-Core-Prozessor und einem Prozessor mit HT-Technologie besteht also darin, dass in einer solchen Prozessorarchitektur ALU und FPU nicht von einer, sondern von zwei Gruppen bestimmt werden, d. h. In der Struktur des Prozessors gibt es nicht 7 Gruppen, sondern bereits 9.
Zusätzliche Gruppen von ALUs und FPUs arbeiten parallel zu den „Zwillingen“ ALUs und FPUs und nicht nacheinander. In einem Zyklus verarbeiten sie zwei Vorgänge gleichzeitig und stellen sie nicht in die Warteschlange, d. h. Virtualisierung des zweiten Kernels stellt sich heraus.
In diesem Fall nimmt die Prozessorgeschwindigkeit ab, wenn die Vorgänge ähnlich sind, und wenn die Programme unterschiedlich oder an diese Technologie angepasst sind, erhöht sich die Geschwindigkeit.
Dennoch erhalten Sie keinen vollwertigen Kern und die Leistung wird um etwa 25 % steigen oder um 10 % sinken. Und das liegt daran diese Technologie imitiert Mehrkernprozessor. Bei der Verarbeitung von 3D-Grafiken ist diese Technologie nützlich.
In der neuen Nehalem-Architektur (Intel Core i3 – i7) versuchten Intel-Ingenieure, alle Schwächen von Hyper-Threading zu beseitigen, und das Endergebnis wurde Simultaneous MultiThreading (oder SMT) genannt. Eines der Merkmale dieser Technologie ist die dynamische Aufteilung der Kerne in reale und virtuelle, wodurch sie effizienter genutzt werden können.
Zu berücksichtigen ist auch, dass Intel neue Prozessoren nicht nur gegenüber AMD, sondern auch gegenüber seinen Vorgängermodellen aggressiv vermarktet. Also habe ich einmal in einer Broschüre mit neuen Intel-Produkten geblättert. Es gab viele Chipsatz-Fähigkeitsdiagramme und Südbrücken, Informationen zu neuen Funktionen und Prozessorarchitektur…
Auf den allerersten Seiten und Umschlägen des Heftes finden sich bunte Histogramme wie dieses mit Überschriften wie „Leistungsunterschiede zwischen Prozessoren der alten und neuen Architektur*“. Unten drauf letzte Seite In der kleingedruckten Broschüre steht: „* neue Architektur sorgt für eine Leistungssteigerung von bis zu 10 %.
Ich fange an, mir die Grafiken genau anzuschauen – es stellt sich heraus, dass die Spalten, die die Vorteile der neuen Prozessoren anzeigen, verlängert sind! Ich schweige bereits darüber, warum solche Farben zur Darstellung von Diagrammen „neuer“ und „alter“ Prozessormodelle verwendet wurden.
Okay, zurück zur Broschüre. Angenommen, Sie entscheiden sich für den Kauf Neuer Computer oder ein Upgrade durchführen, für das wir in einen Computerladen gegangen sind. Darüber hinaus sind Sie kein anspruchsvoller Käufer und haben dem Verkäufer lediglich eine Frage gestellt.
Danach wird er über neue Prozessoren sprechen, eine Broschüre zeigen und herausfinden, wie viel Geld er bei Ihnen herausholen kann. Sagen Sie mir bitte, wer Ihnen die Eigenschaften der Diagramme erklärt, und wenn Sie sie sehen, möchten Sie sofort einen Prozessor von den beworbenen kaufen, oder besser gesagt, was Sie auf den Bildern nicht einmal lesen werden .
Warum lesen, wenn Ihnen alles erklärt wird, Sie zu teureren Komponenten drängt und etwas Ähnliches zeigt, wie in der Broschüre beschrieben? Es stellt sich also wie ein Witz heraus: Er kam, um Haken für eine Angelrute zu holen, und fuhr mit einem Geländewagen mit Anhänger los, auf dem sich ein Boot mit einer Menge Angelgeräten befand.
Intel tut dies, weil neue Prozessormodelle auf einen neuen Sockel verlegt wurden. Wenn Sie also einen Prozessor und eine Mutter dafür kaufen, müssen Sie auch DDR3-Speicher kaufen. Und ich möchte auch in Zukunft Unterstützung für neue Schnittstellen haben, außerdem hat Intel die PCI-Linie bereits aufgegeben.
Aber zurück zum Technologiekrieg zwischen AMD und Intel. Als Reaktion darauf hat Intel später den FSB-Bus im Prozessor abgeschafft und ihn zu einem Quad-Pumped Bus (QPB) weiterentwickelt, der vier Datenblöcke und zwei Adressen pro Takt übertragen kann! Diese. Für jeden Taktzyklus des Busses können ein Befehl oder vier Daten über ihn übertragen werden.
AMD hat bereits 2003 als Erster einen Speichercontroller in Prozessoren integriert, doch bei Intel funktioniert dieser deutlich besser. Aber im Core i5-Nennwert funktioniert es nur mit Speicher, der nicht höher als 1333 MHz ist, gegenüber 1600 MHz für
AMD-Plattformen. Intel folgte dieser Idee im Jahr 2008. IN Steckdosenplattform 1156 Intel ging noch einen Schritt weiter, indem es den Hauptgrafikcontroller (PCI Express 2.0) auf den Prozessor portierte und dann Dual-Core herausbrachte Socket-Prozessoren 1156 mit integrierter Grafik-Engine, die früher in „Budget“-Northbridges zu finden war, und Intel war hier bereits der Erste.

CPU-Temperatur

Aufgrund meiner Erfahrung kann ich sagen, dass ich noch nie einen „kälteren“ Prozessor als einen VIA gesehen habe. Die Argumente sind einfach: Auf einem Büro-PC kostet es außer Windows XP, Office 2003 und Antivirus nichts, und in der Hitze hat es damit noch nie Probleme gegeben, nicht so wie mit zwei PCs Intel-Prozessoren, Mit
die gleiche Frequenz. Angesichts der Menge an „Papierarbeit“ ist dies ein starkes Argument. Ich habe vergessen, mich daran zu erinnern, dass ein PC mit einem VIA-Zentralprozessor mit nicht entfernten Seitenwänden steht, während andere keine Seitenwände haben und diese immer noch „heiß“ sind.
Aber zurück zu den Temperaturen bei AMD- und Intel-Prozessoren. Was AMD-Prozessoren Sie erwärmen sich stärker als Intel, das ist schon lange bekannt, aber die Kühlung ist kein so großes Problem.
Es reicht aus, mindestens zwei zusätzliche Lüfter im Gehäuse zu kaufen und deren Strom an das Motherboard anzuschließen oder Netzteile über IDE oder Multi Fan Power Port für sechs Lüfter zu kaufen. Einige Lüfterhersteller bieten zusätzliche Netzteile an.
Sie werden Kopfschmerzen bekommen, wenn die Temperatur des Zentralprozessors 55-56 °C überschreitet, wenn Sie den PC mit „schweren“ Programmen „laden“, und selbst wenn das Gehäuse nicht ausreichend belüftet ist.
So ein Wunderwerk der Technik habe ich schon mehrfach gesehen – einen Kompakten Systemeinheit, bei dem sich über dem Prozessorlüfter ein Netzteil befand, das die Hälfte davon verdeckte, und auf der anderen Seite über der „Mutter“-DVD-RW und der Festplatte.
Gleichzeitig befand sich an der Seitenwand ein Rohr für den direkten Zugang kalter Luft zum Prozessor. Dann musste ich den Lüfter an der Seitenwand befestigen und dann den „proprietären“ Rohrtunnel daran befestigen, der theoretisch kühle Luft direkt an den Prozessor liefern sollte. Davor hatte diese Pfeife fast keinen Sinn.
Und ein Freund hat es anders gemacht, er hat nur mit einer Datei gearbeitet.
Denken Sie daher vor dem Kauf eines PCs über die Größe, Aufteilung und Qualität der Systemeinheit nach, sonst werden Sie diese nicht so schnell ändern.
Berücksichtigen Sie dabei auch, dass Chipsätze mit zusätzlichen Controllern zusammen mit einer Grafikkarte und Festplatten die Temperatur in der Systemeinheit recht deutlich erhöhen.
Ich gestehe, dass ich einmal, als ich mir einen PC kaufte, fast doppelt so viel für die Systemeinheit ausgegeben habe wie für Hauptplatine zusammen mit einem 2,8 GHz Celeron-Prozessor.

Videoansicht

Das Vorhandensein der Abkürzung Vivo (Video Input Video Output) von nVidia oder Avivo von ATI in der Grafikkartenspezifikation bedeutet, dass bei der Wiedergabe eines Films in den Formaten MPEG-2, MPEG-4, H.264, VC-1 und WMV9 oder DVD GPUübernimmt einen Teil der Arbeit zur Dekodierung des Streams.
Dadurch können Sie die Belastung des Zentralprozessors generell reduzieren und dementsprechend die Gesamtleistung des Systems steigern. Es ist zu beachten, dass die Dekodierung nicht nur vom Videochip durchgeführt wird. Ein Teil der Arbeit fällt auf die Schultern des Zentralprozessors.
Das Problem war für Besitzer von Computern relevant, die auf Prozessoren mit einer Taktfrequenz von bis zu 500 MHz basierten, deren Leistung nicht für die vollständige Videowiedergabe ausreichte und Filme oft „verlangsamt“ wurden. Moderne Prozessoren mit einer Taktfrequenz von 1,7 GHz oder mehr sind auch ohne Vivo nicht gefährdet.
Die Grafikkarte beeinflusst die Qualität des abgespielten Videos sehr indirekt. Die Größe des Grafikkartenspeichers hat keinen Einfluss auf die Leistung (sie wird durch die Frequenzen des Grafikkartenprozessors und der Speichermodule sowie Shader beeinflusst), sodass beim Spielen mit einem 19-Zoll-Display kein Unterschied zu 512 besteht oder 1024 MB Videospeicher.
Die meisten modernen Grafikkarten sind mit einem Videoausgang ausgestattet, einige auch mit einem Videoeingang und dementsprechend einem Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler.
Wenn Sie Blu-ray- und HD-DVD-Videos ansehen möchten, dann Mindestanforderungen Zum System gehören:

  • ArcSoft TotalMedia Theater oder Media Player Classic – Heimkino;
  • Operationssaal Microsoft-System Windows XP SP2;
  • ein Prozessor mit mindestens 3,2 GHz (2,8 GHz mit 1 MB Cache schon „langsamer“) und dann zieht nicht alles, daher ist ein einfacher Dual-Core besser;
  • 120 MB freier Festplattenspeicher;
  • 512 MB RAM, vorzugsweise 1 GB;
  • Blu-ray- oder HD-DVD-Laufwerk (naja, wenn ein solcher Film nicht aus dem Internet heruntergeladen wurde);
  • 256 MB Videospeicher (mindestens 128 MB) oder mehr.

Um mit einem Tuner hochwertige Videos aufzunehmen, benötigen Sie ein produktives System. Prozessor mindestens 1 GHz, RAM 256 MB und eine große Festplatte.

Alexander Romanow. Laut der Zeitschrift „Computer“



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