Продуктивність процесора залежить від. тип та частота процесорної шини. Арифметико-логічний пристрій та блок управління

Мікропроцесор CPU(Central Processing Unit) виконує всі основні обчислення та обробку даних. У всіх PC-сумісних комп'ютерах використовуються процесори сумісні з архітектурою Intelх86, але випускаються і проектуються вони як Intel, так і сторонніми компаніями AMD, Cyrix, IDT, Rise Technologies.

стандартні характеристики процесорів:

архітектура

Наприклад, ви можете використовувати спеціальну мідну фарбу, що продається в невеликих флаконах в будь-якому магазині автозапчастин для ремонту сітки протиугінних пристроїв. Реальна проблема полягає в тому, що контакти дуже маленькі, і якщо ви підключаєтеся до сусідніх, а не протилежних контактів, ви можете зробити чіп нефункціональним. Якщо ви не обережні, ви можете легко пошкодити процесор вартістю кілька сотень доларів. При такому виявленні система виявляє та встановлює правильну напругу, зчитуючи певні висновки на процесорі.

розрядність

тип і кількість ядер

кеш пам'ять

тип та частота процесорної шини

швидкодія процесора

архітектура

Більшість сучасних процесорів для персональних комп'ютерівзагалом засновані на тій чи іншій версії циклічного процесу послідовного оброблення інформації, винайденого Джоном фон Нейманом.

З погляду програмістів, під архітектурою процесора мається на увазі його здатність виконувати певний набір машинних кодів. Більшість сучасних десктопних CPU відносяться до сімейства x86, або Intel-сумісних процесорів архітектури IA32 (архітектура 32-бітових процесорів Intel). Її основа була закладена компанією Intel у процесорі i80386, однак у наступних поколіннях процесорів вона була доповнена та розширена як самій Intel (введені нові набори команд MMX, SSE, SSE2 та SSE3), так і сторонніми виробниками (набори команд EMMX, 3DNow! та Extended 3DNow!, Розроблені компанією AMD). З погляду розробників комп'ютерного заліза поняття «архітектура процесора» має дещо інший сенс. З їхньої точки зору, архітектура процесора відображає основні принципи внутрішньої організаціїконкретних сімейств процесорів, здатних виконувати певні набори команд: SSE, SSE2, SSE3, 3DNow, Enhanced 3DNow тощо. Основні типи загальних архітектур: CISC, RISC, NetBurst, K7, K8, MultiRISC та їх подальші модифікації.

розрядність

Кількість бітів інформації, які може обробити процесор за один такт, характеризується розрядністю внутрішніх регістрів (осередків пам'яті всередині процесора). Під розрядністю регістрів розуміється кількість паралельно з'єднаних між собою тригерів, з яких складаються регістри. Чим більша ця кількість, тим вища розрядність кожного окремого регістру. Сучасні процесори мають розрядність 32 і 64 біти, рідше 128 (переважно серверні варіанти).

тип і кількість ядер

У межах однієї й тієї ж архітектури різні процесори можуть дуже відрізнятися друг від друга. І ці відмінності втілюються в різноманітних процесорних ядрах, що володіють певним набором строго обумовлених характеристик. Найчастіше ці відмінності втілюються у різних частотах системної шини (FSB), розмірах кешу другого рівня, підтримці тих чи інших нових систем команд або технологічних процесах, якими виготовляються процесори. Нерідко зміна ядра в тому самому сімействі процесорів тягне за собою заміну процесорного роз'єму, з чого випливають питання подальшої сумісності материнських плат. Однак у процесі вдосконалення ядра, виробникам доводиться вносити до нього незначні зміни, які можуть претендувати на «власне ім'я». Такі зміни називаються ревізіями ядра і, найчастіше, позначаються цифробуквенними комбінаціями. Однак у нових ревізіях того самого ядра можуть зустрічатися досить помітні нововведення. Так, компанія Intel запровадила підтримку 64-бітної архітектури EM64T в окремі процесори сімейства Pentium 4 саме у процесі зміни ревізії.

кеш пам'ять

У всіх сучасних процесорах є кеш (англійською - cache) - масив надшвидкісний оперативної пам'яті, що є буфером між контролером порівняно повільною системної пам'ятіта процесором. У цьому буфері зберігаються блоки даних, з якими CPU працює в даний момент, завдяки чому суттєво зменшується кількість звернень процесора до надзвичайно повільної (порівняно зі швидкістю роботи процесора) системної пам'яті. Тим самим помітно зростає загальна продуктивність процесора.

При цьому в сучасних процесорах кеш давно не єдиний масив пам'яті, як раніше, а розділений на кілька рівнів. Найбільш швидкий, але відносно невеликий за обсягом кеш першого рівня (який позначається як L1), з яким працює ядро ​​процесора, найчастіше ділиться на дві половини - кеш інструкцій та кеш даних. З кешем L1 взаємодіє кеш другого рівня - L2, який, як правило, набагато більше за обсягом і є змішаним, без поділу на кеш команд та кеш даних. Деякі десктопні процесори, наприклад серверних процесорів, також іноді обзаводяться кешем третього рівня L3. Кеш L3 зазвичай ще більше за розміром, хоча і трохи повільніше, ніж L2 (за рахунок того, що шина між L2 і L3 більш вузька, ніж шина між L1 і L2), проте його швидкість, у будь-якому випадку, незрівнянно вища, ніж швидкість системної пам'яті

Кеш буває двох типів: ексклюзивний та не ексклюзивний кеш. У першому випадку інформація в кешах всіх рівнів чітко розмежована - у кожному з них міститься виключно оригінальна, тоді як у разі неексклюзивного кешу інформація може дублюватися на всіх рівнях кешування. Сьогодні важко сказати, яка з цих двох схем правильніша – і в тій, і в іншій є як мінуси, так і плюси. Ексклюзивна схема кешування використовується у процесорах AMD, тоді як не ексклюзивна – у процесорах Intel.

тип та частота процесорної шини

Процесорна (інакше - системна) шина, яку найчастіше називають FSB (Front Side Bus), є сукупністю сигнальних ліній, об'єднаних за своїм призначенням (дані, адреси, управління), які мають певні електричні характеристики та протоколи передачі інформації. Таким чином, FSB виступає як магістральний канал між процесором (або процесорами) і всіма іншими пристроями в комп'ютері: пам'яттю, відеокартою, жорстким диском тощо. Безпосередньо до системної шини підключений лише CPU, решта пристроїв приєднуються до неї через спеціальні контролери, зосереджені в основному в північному мосту набору системної логіки(чіпсету) материнської плати. Хоча можуть бути і винятки - так, в процесорах AMD сімейства К8 контролер пам'яті інтегрований безпосередньо в процесор, забезпечуючи тим самим набагато ефективніший інтерфейс пам'ять-CPU, ніж рішення від Intel, що зберігають вірність класичним канонам організації. зовнішнього інтерфейсупроцесора. Основні параметри FSB деяких процесорів наведено у табл.1:

Таблиця 1

Процесори компанії Intel використовують системну шину QPB (Quad Pumped Bus), яка передає дані чотири рази за такт, тоді як системна шина EV6 процесорів AMD Athlon та Athlon XP передає дані двічі за такт (Double Data Rate). В архітектурі AMD64, що використовується компанією AMD у процесорах лінійок Athlon 64/FX/Opteron, застосовано новий підхід до організації інтерфейсу CPU - тут замість процесорної шини FSB та для сполучення з іншими процесорами використовуються: швидкісна послідовна (пакетна) шина HyperTransport, побудована за схемою Peer -to-Peer (крапка-крапка), що забезпечує високу швидкість обміну даними.

швидкодія процесора

Швидкодія процесора характеризується його тактовою частотоюзазвичай вимірюється в мегагерцах (МГц). Вона визначається параметрами кварцового резонатора, що є кристалом кварцу, укладений у невеликий олов'яний контейнер. Під впливом електричної напруги в кристалі кварцу виникають коливання електричного струму, З частотою, що визначається формою і розміром кристала. Частота цього змінного струмуі називається тактовою частотою. Мікросхеми звичайного комп'ютерапрацюють на частоті кількох мільйонів герц. (Герц - одне коливання в сек.). Швидкодія вимірюється мегагерцах, тобто. у мільйонах циклів секунду. Найменшою одиницею виміру часу (квантом) для процесора є період тактової частоти, чи навіть такт. На кожну операцію витрачається щонайменше один такт. Наприклад, обмін даними з пам'яттю процесор Pentium II виконує за три такти плюс кілька циклів очікування.

Варто також відзначити, що все сучасні процесорипідтримують дуже важливу технологію суперскалярності, що дозволяє паралельно виконувати незалежні один від одного потоки команд, а також по можливості змінювати черговість їх виконання для поліпшення продуктивності.

Історично склалося, що на ринку десктоптих процесорів домінуючі позиції займають дві компанії

Обидві компанії, починаючи в 2005 році, перейшли до масового випуску на ринок двоядерних процесорів. На цей час класичні одноядерні CPU практично повністю вичерпали резерви зростання продуктивності з допомогою підвищення робочої частоти. Каменем спотикання стало не лише надто високе тепловиділення процесорів, що працюють на високих частотах, а й проблеми зі стабільністю. Так що екстенсивний шлях розвитку процесорів на найближчі роки був замовлений, і їх виробникам хоч-не-хоч довелося освоювати новий, інтенсивний шлях підвищення продуктивності продукції. В даний час виділяються дві провідні архітектури десктопних процесорів: Intel Core, AMD 64(K8).

Перед тим як сперечатися, який процесор краще, спочатку потрібно детально розглянути архітектуру процесора. Тобто. як він влаштований і як це впливає на його продуктивність.

Це стане вам у нагоді при покупці нового процесора, оскільки допоможе визначитися з відповідями на такі запитання: “Навіщо потрібен ПК? Чи грати в ігри, які, чим вимогливіші до ресурсів, тим крутіше для господаря ПК? Набирати текст, іноді створювати презентації та діаграми в електронних таблицях чи працювати з графікою? Працювати з відео та звуком (це не слухати музику та переглядати фільми)? Якщо вже згадав про перегляд фільмів, то спитаю і про те, чи не бажаєте ви переглядати фільми на дисках Blu-ray? А можливо, ви бажаєте використовувати ПК для інших цілей? Ну, хоча б "кидати понти" якийсь крутий ПК, типу: "у мене ПК LG, тому що на моніторі написано!".
До речі, якщо хочете, то можете збільшити швидкодію комп'ютера без апгрейду, відключивши контролери, які входять до складу материнської плати, але якими ви не користуєтеся.
Це може зменшити час завантаження. Наприклад, додаткові контролери SATA використовують власний BIOS, але користувачам з малою кількістю приводів навряд чи взагалі буде потрібно додатковий контролер.
Його відключення дозволить заощадити час, який витрачається на ініціалізацію BIOS контролера та на перевірку підключених приводів. Та й ви позбавитеся повідомлень "привід не знайдений".
Отже, у цій статті я розповім, з яких основних елементів складається процесор.

Архітектура процесора

Простий приклад: чому колись Athlon були лідерами з продажу? Просто AMD ввела технологію Hyper-Transport (перевага у швидкості – 12,8 Гбайт/с – забезпечував AMD більш короткий конвеєр (відмова від FSB), а також вбудований контролер пам'яті). У відповідь від Intel була технологія Hyper-Threading і збільшення частот.
Hyper-Threading (НТ) - це технологія, ідея якої проста. Один фізичний процесор представляється операційній системі як два логічні процесори, і операційна системане бачить різниці між одним НТ процесором чи двома звичайними процесорами.
В обох випадках операційна система спрямовує потоки як на двопроцесорну систему. Далі всі питання вирішуються на апаратному рівні.
Поясню докладніше. Моделі одноядерних процесорів включають такі спільно працюючі пристрої:

1. Пристрій керуванняздійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції управління пристроями, керує обчисленнями на комп'ютері.
2. Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілих операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення та поділ, а також логічні операції(OR, AND, ASL, ROL та ін) обробляються за допомогою АЛУ. У процесорі може бути кілька АЛП. Кожен здатний виконувати арифметичні чи логічні операції незалежно з інших, що дозволяє виконувати кілька операцій одночасно.
3. AGU (Address Generation Unit)- Влаштування генерації адрес. Цей пристрій не менш важливий, ніж АЛУ, тому що відповідає за коректну адресацію під час завантаження або збереження даних.
4. Математичний співпроцесор (FPU). Процесор може містити декілька математичних співпроцесорів. Кожен з них здатний виконувати щонайменше одну операцію з плаваючою точкою незалежно від того, що роблять інші АЛУ.

Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному співпроцесору виконувати кілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочисленні, і з плаваючою точкою і, крім того, містить набір корисних констант, які прискорюють обчислення.
Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи таким чином, високу продуктивність. До речі, на зорі розвитку персональних комп'ютерів FPU був окремим чіпом на платі.
Дешифратор інструкцій (команд) аналізує інструкції з метою виділення операндів та адрес, за якими розміщуються результати. Потім надсилає повідомлення іншому незалежному пристрою про те, що потрібно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання кількох інструкцій одночасно завантаження всіх виконуючих пристроїв.
КЕШ.На відміну від ОЗУ, ця пам'ять знаходиться всередині центрального процесора і має високою швидкістюдоступу, призначена для прискорення звернення до даних, що містяться менш швидкої пам'яті ОЗУ.
Якщо на звернення до звичайної пам'яті комп'ютера витрачається часу не більше 1,25 (для топової пам'яті DDR3 час доступу 0,41 не), то кеш працює на частоті процесора. Наступного разу розповім, як кількість кеш впливає роботу процесора. Також у процесорі є надшвидка оперативна пам'ять (СОЗУ), яку називають регістрами процесора . СОЗУ призначена, передусім, зберігання проміжних результатів обчислень чи даних, необхідні роботи процесора. Час звернення до регістрів процесора близько 0,3 не.
Шини (групи провідників). З іншими пристроями, в першу чергу з оперативною пам'яттю, процесор пов'язаний шинами.
Так ось різниця між одноядерним процесором та процесором з НТ-технологією в тому, що в такій архітектурі процесора АЛУ та FPU визначаються не по одній, а двома групами, тобто. у будові процесора не 7 груп, а вже 9.
Додаткові групи АЛУ і FPU працюють паралельно з “близнюками” АЛУ і FPU, а чи не послідовно, і один такт обробляють дві операції одночасно, а чи не роблять їх черга, тобто. виходить віртуалізація другого ядра.
У разі, коли операції схожі, то швидкодія процесора знижується, і коли різноманітні чи програми адаптовані до цієї технології, то швидкодія збільшується.
Але все одно ви отримаєте не повноцінне ядро, і швидкодія збільшиться приблизно на 25% або зменшиться на 10%. І це через те, що дана технологіяімітує багатоядерний процесор. При обробці ЗD-графіки та від даної технології користь є.
У новій архітектурі Nehalem (Intel Core i3 – i7) інженери Intel спробували ліквідувати все слабкі місця Hyper-Threading, і кінцевий результат отримав назву Simultaneous MultiThreading (або SMT). Однією з особливостей даної технології є поділ ядер динамічно на реальні та віртуальні, що дозволяє ефективніше їх використовувати.
Потрібно враховувати і те, що Intel проводить агресивний маркетинг нових процесорів не лише проти AMD, а й проти своїх попередніх моделей. Так, я колись гортав буклет із новою продукцією Intel. У ньому було багато схем можливостей чіпсетів та південних мостів, інформація про нові можливості та архітектуру процесорів.
На перших сторінках і обкладинках буклету яскраві гістограми на кшталт такий, із заголовками типу “Різниця у швидкодії процесорів старої та нової архітектури*”. Знизу на останній сторінцібуклету дрібним шрифтом написано “* нова архітектурадає приріст у швидкодії аж 10%”.
Починаю придивлятися до графіків - точно, виявляється стовпці, які відображають переваги нових процесорів витягнуті! Я вже мовчу про те, чому використовувалися такі кольори для відображення графіків "нових" та "старих" моделей процесорів.
Ну гаразд, повернемося до брошури. Припустимо, ви вирішили купити новий комп'ютерабо зробити апгрейд, навіщо зайшли до комп'ютерного магазину. До того ж ви не досвідчений покупець і просто запитали продавця.
Після чого він почне розповідати про нові процесори, показуючи брошурку та з'ясовуючи, яку суму можна витягнути з вас. Ну, скажіть, будь ласка, хто вам пояснюватиме особливості графіків, а побачивши їх ви відразу захочете купити процесор з рекламованих, точніше, що на картинках і читати не станете.
Навіщо читати, якщо вам усе пояснять, наштовхуючи вас на комплектуючі дорожче, і покажуть щось подібне до описаного в буклеті? Ось і виходить, як в анекдоті: прийшов за гачками до вудки, а поїхав на всюдиході з причепом, на якому човен із купою рибальських снастей.
Intel так і виходить, тому що вона перевела нові моделі процесорів на новий сокет, так що, купивши процесор і мамку для нього, вам доведеться купити ще і пам'ять DDR3. А ще хочеться мати підтримку нових інтерфейсів на майбутнє, до того ж, Intel вже відмовилася від лінії PCI.
Але повернемося до війни технологій AMD та Intel. Вже пізніше Intel у відповідь позбавляється шини FSB в процесорі, еволюціонувавши її в Quad-Pumped Bus (QPB), яка здатна передавати чотири блоки даних і дві адреси за такт! Тобто. за кожний такт синхронізації шини нею може бути передана команда чи чотири порції даних.
AMD першою вбудувала в процесори контролер пам'яті ще в 2003 році, але в Intel він працює явно краще. Адже в номіналі Core i5 працює тільки з пам'яттю не вище 1333 МГц, проти 1600 МГц у
платформи AMD Компанія Intelпішла цією ідеєю в 2008 році. У платформі Socket 1156 Intel пішла ще далі, перенісши основний графічний контролер (PCI Express 2.0) у процесор, а потім, випустивши двоядерні процесори Socket 1156 із вбудованим графічним движком, які раніше зустрічалися у “бюджетних” північних мостахі цього вже першою була Intel.

Температура процесора

Виходячи зі свого досвіду, можу сказати, що холоднішого, ніж процесор VIA не зустрічав. Аргументи прості: на офісному ПК крім Windows ХР, Office 2003 та антивірусу нічого не варте, а в спеку жодного разу не виникало проблем з ним, не те, що з двома ПК Intel процесорами, з
такою самою частотою. За умови навантаження "паперової" роботою це сильний аргумент. Забув згадати, що ПК із центральним процесором VIA стоїть із не знятими боковинами, а інші – без боковин і все одно їм “спекотно”.
Але повернуся до температур на процесорах AMD та Intel. Те, що процесори AMDгріються більше Intel, це давно відомо, але охолодити їх не така вже й велика проблема.
Достатньо купити хоча б два додаткові вентилятори в корпус і підключити їх до материнської плати або докупити перехідники живлення з IDE або Multi Fan Power Port на шість вентиляторів. Деякі виробники вентиляторів додатково надають перехідники живлення.
Головний біль у вас буде, якщо температура центрального процесора перевищує 55-56 С у момент, коли "провантажите" ПК "важкими" програмами, та ще й за умови недостатнього провітрювання корпусу.
Вже кілька разів бачив таке диво техніки – компактний системний блок, В якому над вентилятором процесора знаходився блок живлення, затуляючи собою його половину, а з іншого боку над "мамкою" DVD-RW та вінчестер.
При цьому на боковині була труба прямого доступу холодного повітря на процесор. Мені тоді довелося кріпити вентилятор до боковини, а вже до нього кріпити "фірмову" трубу-тунель, що, за ідеєю, мала забезпечувати надходження прохолодного повітря прямо на процесор. До цього толку від цієї труби майже не було.
А один знайомий зробив інакше, він просто попрацював напилком.
Тому перед тим як купувати собі ПК задумайтеся про розміри, компонування та якість системного блоку, інакше потім вже не скоро будете його міняти.
При цьому також врахуйте і те, що чіпсети з додатковими контролерами разом із відеокартою та вінчестерами непогано піднімають у системному блоці температуру.
Зізнаюся, що свого часу, купуючи собі ПК, на системний блок витратив майже вдвічі більше, ніж за материнську платуразом із процесором Celeron частотою 2,8 ГГц.

Перегляд відео

Наявність абревіатури Vivo (Video Input Video Output) від nVidia або Avivo від ATI у специфікації відеокарти означає, що при програванні фільму у форматах MPEG-2, MPEG-4, Н.264, VC-1 та WMV9 або DVD графічний процесорбере на себе частину робіт з декодування потоку.
Це дозволяє загалом знизити навантаження на центральний процесор і відповідно збільшити загальну швидкодію системи. Слід зазначити, що декодування здійснюється як силами видеочипа. Частина роботи лягає на плечі центрального процесора.
Проблема була актуальна для власників комп'ютерів на базі процесорів з тактовою частотою до 500 МГц, їхньої потужності не вистачало для повноцінного відтворення відео та фільми часто "підгальмовували". Сучасним процесорам з тактовою частотою від 1,7 ГГц це не загрожує, навіть за відсутності Vivo.
На якість відеокарта, що відтворюється, впливає дуже опосередковано. Об'єм пам'яті відеокарти не впливає на її швидкодію (на нього впливає частоти процесора відеокарти і модулів пам'яті, а також шейдери), тому граючи з дисплеєм 19 дюймів немає ніякої різниці від 512 або 1024 Мбайт відеопам'яті.
Більшість сучасних відеокарт оснащені відеовиходом, а деякі відеовходом і, відповідно, аналого-цифровим та цифроаналоговим перетворювачем.
Якщо бажаєте переглядати відео Blu-ray та HD DVD, то мінімальні вимогидо системи такі:

• програма ArcSoft TotalMedia Theatre або Media Player Classic – Home Cinema;
• операційна система Microsoft Windows XP SP2;
• процесор мінімум на 3,2 ГГц (2,8 ГГц з кеш 1 Мбайт вже "підгальмовує") і то не все тягне, так що краще якийсь простенький двоядерник;
• 120 МБ вільного місця на твердому диску;
• 512 МБ оперативної пам'яті, краще 1 Гбайт;
• привід Blu-ray або HD DVD (ну якщо з Інтернету не скачали такий фільм);
• відеопам'ять 256 Мб (мінімум 128 Мб) або вище.

Для захоплення якісного відео за допомогою тюнера знадобиться продуктивна система. Процесор не менше 1 ГГц, ОЗУ 256 Мбайт та місткий вінчестер.

Олександр Романов. За матеріалами журналу "Комп'ютер"