search
top

Процессоры – краткий обзор.

Процессоры

Tecnología pasada de moda // Old-fashioned technology

Процессор современного персонального компьютера (Central Processor Unit, CPU) представляет собой небольшую интегральную микросхему, играющую роль базового управляющего элемента в архитектуре ПК. На долю процессора приходятся наиболее сложные и ответственные задачи: он выполняет все необходимые математические и логические операции, осуществляет управление устройствами компьютера, контролирует правильность их работы, обрабатывает поступающую от различного оборудования информацию и формирует результаты этой обработки.

Среди наиболее важных характеристик процессора можно перечислить следующие:

компания-производитель;
тип разъема, к которому можно подключить такой процессор;
быстродействие процессора;
его модель.
Давайте разберем каждый из предложенных выше пунктов по очереди и начнем, пожалуй, с такого немаловажного понятия, как быстродействие процессора, являющегося, по сути, основной характеристикой этого устройства. Прежде всего, следует определиться с понятием такта. Итак, одна математическая или логическая операция выполняется процессором за 1 такт, таким образом, количество тактов в единицу времени определяет количество выполняемых процессором операций. Из школьного курса физики известно, что частота в 1 Hz соответствует 1 колебанию в секунду. В компьютерных технологиях 1 электрическое колебание соответствует одному такту процессора. Таким образом, при частоте электрических колебаний в 1 Hz процессор выполнял бы 1 математическую или логическую операцию в секунду. Частота электрических колебаний, задающая скорость работы CPU, называется тактовой частотой процессора. При тактовой частоте в 1 MHz процессор уже способен выполнять миллион операций в секунду, при частоте в 100 MHz – 100 млн операций. Проводя несложную аналогию, можно сказать, что тактовая частота подобна оборотам двигателя автомобиля (чем они выше, тем большую мощность развивает мотор), или метроному, который подсказывает музыканту быстроту проигрывания мелодии. Тактовая частота современных процессоров может достигать 1, 2 или даже 3 GHz, то есть подобные процессоры способны выполнять несколько миллиардов операций в секунду. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность и быстродействие процессора.

В настоящее время новые модели процессоров появляются на рынке едва ли не раз в несколько месяцев, в связи с чем среди опытных пользователей получила распространение невеселая шутка, отражающая в определенной степени существующую действительность: любой персональный компьютер успевает безнадежно устареть, пока вы несете его в коробке из магазина домой.

Несколько отдельных слов следует, безусловно, сказать о серии процессоров Celeron, а также об их отличиях от процессоров с маркировкой Pentium. И тот и другой тип процессоров выпускается корпорацией Intel, однако Celeron имеет несколько существенных различий по сравнению со своими “собратьями”.

Производительность и чрезвычайное быстродействие современных процессоров обеспечивается не только тем, что они работают на высоких тактовых частотах, но также и тем, что в их внутренней архитектуре предусмотрена специальная, собственная область памяти, в которой должны храниться многократно выполняемые процессором директивы, наиболее часто используемые им данные или результаты обработки команд, которые могут потребоваться процессору для осуществления последующих операций. Такая “внутренняя” память носит название кэш процессора. Действительно, какой бы высокой ни была тактовая частота CPU, микросхема будет ежесекундно простаивать в течение небольших промежутков времени, ожидая, пока нужные данные поступят для последующей обработки из оперативной памяти компьютера, поскольку шина, по которой передается эта информация, обладает ограниченной пропускной способностью и может транслировать лишь строго определенный объем бит в секунду. Гораздо быстрее и удобнее “взять” наиболее востребованную информацию непосредственно из кэша. Кэш большинства современных процессоров состоит из двух уровней: в первом (Cache Level 1) сохраняются данные, наиболее часто необходимые процессору для работы, во втором (Cache Level 2) – информация, не уместившаяся в кэше первого уровня, а также набор регулярно обрабатываемых процессором инструкций. Первые микросхемы семейства Celeron были выпущены как более дешевая альтернатива процессорам класса Pentium II, причем экономия достигалась за счет отсутствия в их архитектуре кэша второго уровня, вследствие чего эти устройства работали на порядок медленнее своих “старших братьев”. Более поздние модификации Celeron имеют кэш второго уровня, однако его объем вполовину меньше объема Cache Level 2 у процессоров серии Intel Pentium III и IV с аналогичными тактовыми частотами. В частности, процессоры семейства Intel Pentium IV с тактовой частотой 1,7 GHz имеют кэш второго уровня объемом 256 Кb, в то время как процессоры Celeron с аналогичной тактовой частотой – всего лишь 128 Кb. Другое отличие заключается в том, что “внутренняя” частота, на которой работает ядро процессора Celeron, существенно меньше “внутренней” частоты процессоров Pentium. Все это в совокупности приводит к тому, что Celeron несколько проигрывает в быстродействии “полноценным” процессорам производства корпорации Intel, однако проигрывает незначительно: например, согласно проведенным независимыми экспертами тестовым испытаниям, Intel Celeron с тактовой частотой 2,4 GHz по своей производительности практически не уступает процессору Intel Pentium IV с тактовой частотой 1,8 GHz, а Celeron с частотой 2,0 GHz отстает от последнего всего лишь на 8-10%. Ради справедливости следует заметить, что очень многое зависит от того, какими именно задачами пользователь предполагает нагрузить процессор: если при работе в текстовых или табличных редакторах, при воспроизведении музыки и видеофильмов разница между этими двумя семействами микросхем будет практически незаметна, то в некоторых играх, требующих от системы значительных аппаратных ресурсов, при переходе от Pentium к Celeron вполне может почувствоваться замедление в 1,5 или даже в 2 раза.

Еще одной компанией, выпускающей процессоры для современных персональных компьютеров, является калифорнийская корпорация Advanced Micro Devices или сокращенно AMD. Процессоры семейств AMD Athlon и AMD Duron являются аналогами Intel Pentium II – IV и Intel Celeron, однако их цена при этом существенно ниже процессоров с аналогичной тактовой частотой производства Intel Corporation. Данное обстоятельство отчасти подтверждает справедливость принципа “дешевле – не значит хуже”, поскольку подобный разброс цен диктуется в первую очередь маркетинговой политикой самой компании. Еще на заре своей деятельности AMD декларировала основной тезис и по сей день не прекращающейся рыночной борьбы со своим непосредственным конкурентом: “Наша продукция будет стоить на 20-25% дешевле аналогичной продукции Intel, а это означает, что за те же деньги покупатель сможет получить существенно большую производительность”. Давайте попытаемся разобраться, так ли это на самом деле.

Различия между процессорами Athlon и Duron в целом такие же, как между Intel Pentium и Celeron – в объеме кэша второго уровня и “внутренней” частоте ядра. Например, размер кэша второго уровня для большинства процессоров AMD Athlon составляет 256 Кb, в то время как кэш второго уровня схожих по частоте процессоров AMD Duron вмещает всего лишь 64 Кb.

Следует обратить внимание еще и на тот факт, что в маркировке процессоров AMD отражается не реальная тактовая частота, на которой работает микросхема, а некий условный коэффициент, получивший название “рейтинг” или “Model Number” и обозначающий относительное быстродействие процессора. Например, процессор AMD Athlon 2700+ на самом деле работает с тактовой частотой 2167 MHz, AMD Athlon 2600+ имеет частоту 2133 MHz, а частота AMD Athlon 2200+ составляет всего-навсего 1,800 MHz. Реальные тактовые частоты процессоров AMD не имеют прямой математической зависимости по отношению к наименованию их модели: это наименование присваивается производителем исходя из скорости работы микросхемы и количества выполняемых ею операций в секунду по отношению к аналогичным процессорам Intel, поскольку используемая AMD технология позволяет добиться большего быстродействия при меньших тактовых частотах.

Вопрос о том, эффективнее ли процессоры Intel по сравнению с аналогичными изделиями AMD – неоднозначен, так как конкуренция в данной сфере рынка была и остается достаточно острой, и ситуация меняется едва ли не ежемесячно. В качестве иллюстрации можно привести краткие результаты сравнительного тестирования процессоров Intel Pentium IV с частотой 3 GHz и AMD Athlon XP 2600+, проведенного в конце 2003 г. журналом “КомпьютерПресс”. В частности, при выполнении чрезвычайно ресурсоемких задач, таких как моделирование трехмерных графических изображений или компрессия звуковых файлов в формат MP3, безоговорочное преимущество имел Pentium IV, в то время как при выполнении сложных математических расчетов (например, построение термодинамической модели атома аргона) Athlon оказался далеко впереди. На некоторых других задачах, таких как сжатие файлов программами-архиваторами, оба процессора показали приблизительно равные результаты. Таким образом, сравнивая технические характеристики микросхем различных производителей со схожими тактовыми частотами, можно прийти к выводу, что процессоры AMD Duron существенно уступают по своему быстродействию процессорам Intel Celeron, те, в свою очередь, проигрывают процессорам AMD Athlon, а последние работают несколько медленнее по отношению к Intel Pentium IV. Вместе с тем практика показывает, что системы, собранные на базе процессоров AMD, нередко показывают весьма неплохую производительность при более низкой стоимости.

Однако существует и еще одно немаловажное различие между продукцией этих двух компаний, на которое следует обратить пристальное внимание. Дело в том, что все современные процессоры, как изготовленные на заводах Intel, так и выпущенные корпорацией AMD, достаточно сильно нагреваются в процессе своей работы. Именно поэтому имеющийся на материнских платах разъем для установки процессоров снабжен специальным замком, позволяющим закрепить на лицевой панели микросхемы металлический радиатор, оснащенный электрическим вентилятором. Такой вентилятор в сочетании с радиатором принято называть “кулером” (от англ. cooler – охладитель), и предназначен он для отвода теплого воздуха от поверхности микросхемы с целью непрерывного охлаждения процессора.

Нагрев процессора во время его работы – это явление абсолютно нормальное и, к сожалению, неизбежное: полупроводниковый кристалл, составляющий “начинку” процессора, имеет ограниченную теплопроводность, а протекание электрического тока через любой материал всегда сопровождается выделением тепла. Вместе с тем процессор, как сложное электронное устройство, может работать только в строго определенных температурных режимах. Именно поэтому прогорание обмотки электродвигателя, износ трущихся деталей вентилятора или забивание радиатора пылью могут привести к замедлению вращения или внезапной остановке кулера, а это грозит перегревом процессора, что, в свою очередь, ведет к нарушению работоспособности компьютера или даже к выходу процессора из строя. И вот здесь на первый план выходит одна технологическая особенность процессоров AMD: эти микросхемы разогреваются гораздо сильнее своих “конкурентов” производства компании Intel. Для сравнения можно сказать, что штатная температура нагрева процессоров Intel Pentium IV/Celeron составляет 30-50°С, в то время как процессоры AMD нередко разогреваются до 55-80°С. Соответственно, сами микросхемы должны быть оборудованы надежной системой защиты от катастрофического перегрева, не так ли?

В архитектуре процессоров Intel Pentium, начиная еще с самых ранних моделей, такая система действительно предусмотрена. Микросхемы этого семейства оснащены специальным диодным датчиком, величина обратного тока которого напрямую зависит от температуры нагрева кристалла, и при этом она непрерывно сравнивается с эталонным током от контрольного источника питания. Как только нагрев процессора достигает критической величины в 120-135°С, датчик в течение всего лишь нескольких наносекунд отправляет аварийный сигнал чипсету материнской платы, и тот мгновенно выключает процессор, не позволяя ему сгореть. В процессорах серии Pentium IV специалисты предусмотрели еще более совершенную технологию, получившую название Thermal Monitor: при превышении безопасной температуры система термоконтроля принудительно замедляет процессор с целью снизить нагрев его элементов, а если это не приводит к требуемому результату, происходит аварийное отключение микросхемы.

Что же касается процессоров производства AMD, то вплоть до самых последних моделей они вообще не были оснащены каким-либо механизмом контроля над соблюдением температурного режима. Если система охлаждения неожиданно выходила из строя, а пользователь на некоторое время покидал свое рабочее место, отправившись, например покурить, и не успевал вовремя выключить питание компьютера, процессор попросту сгорал. В микросхемах серии Athlon XP все-таки появился встроенный температурный датчик, однако значительная часть материнских плат, рассчитанных на работу с процессором этого типа, к сожалению, не поддерживает режим аварийного отключения питания микросхемы по сигналу термодиода, а системы контроля над температурой процессора, установленные на самой плате, обладают высокой степенью инертности. На практике это означает, что в случае неожиданной остановки кулера температура “горячих” процессоров AMD многократно возрастает в считаные секунды, и датчик на материнской плате фактически не успевает отреагировать на это обстоятельство и вовремя “забить тревогу”. Проблему отчасти можно решить установкой на процессоры AMD мощных кулеров с высокими эксплуатационными характеристиками, монтажом в корпусе компьютера дополнительных охлаждающих вентиляторов либо использованием дорогостоящих водяных систем охлаждения процессора. В принципе практика показывает, что надежности процессоров AMD вполне хватает, чтобы выдержать один или два “тепловых удара”, когда на микросхему подается питание при вышедшей из строя системе охлаждения в течение 10-15 секунд. Однако такие аварии не идут данному устройству на пользу: после нескольких подобных случаев процессор вполне может “отправиться в мир иной” в самый неожиданный момент и без каких-либо видимых на то причин. Вместе с тем принципиальные поклонники недорогой и экономичной платформы AMD нередко относятся к упомянутой особенности этих микросхем с определенной долей здорового юмора. Например, в марте 2002 г. мировая компьютерная общественность была изрядно шокирована, узнав о необычном эксперименте одного британского пользователя. Демонтировав систему охлаждения процессора AMD Athlon XP 1500+, он установил на нем собственноручно выгнутый из толстой алюминиевой фольги лоток, в который вылил свежее куриное яйцо, после чего включил питание компьютера. Аппетитная поджаристая яичница была готова к употреблению спустя 11 минут.

Резюмируя, следует отметить, что на базе платформы AMD вполне можно собрать недорогой и достаточно надежный компьютер, важно лишь обратить более пристальное внимание на выбор материнской платы (она обязательно должна быть оснащена надежной системой температурного контроля), а также оборудовать процессор эффективным и отказоустойчивым кулером.

Напоследок нам осталось лишь затронуть вопрос совместимости современных моделей процессоров с различными типами материнских плат. Итак, наиболее старые и практически не используемые сейчас процессоры стандартов Pentium, Pentium MMX и их аналоги AMD K5/K6 устанавливались в материнские платы с разъемом Socket 7. Это небольшой разъем прямоугольной формы, имеющий по периметру набор контактов, к которым подключались выводы процессора. С появлением CPU семейства Intel Pentium II и Intel Celeron Socket 7 уступил свое место стандарту Slot 1. На таких материнских платах процессор вставлялся вертикально в специальный щелевой разъем, оснащенный фиксирующими зажимами: вертикальное расположение процессора позволяло экономить пространство внутри корпуса компьютера, несколько уменьшить размеры материнской платы и снизить нагрев микросхемы. Процессоры стандарта Slot 1 выпускались весьма непродолжительное время: этот способ подключения оказался не слишком удобным и надежным, и как только технология позволила создавать высокочастотные процессоры с хорошими показателями теплоотдачи, разработчики вернулись к сокетной архитектуре, вследствие чего последними процессорами с вертикальной компоновкой стали наиболее ранние модели Intel Pentium III и Intel Celeron с тактовыми частотами порядка 500 MHz. Следует отметить, что компания AMD также выпускала процессоры Athlon и Duron с вертикальным подключением: разъем для этих микросхем, получивший название Slot A, внешне практически не отличался от Slot 1, однако имел другое расположение контактов. Эта технология также достаточно быстро “умерла”, и найти материнские платы, поддерживающие процессоры стандарта Slot A, в настоящее время уже практически невозможно. Более поздние процессоры семейства Pentium III/Celeron уже подключались к стандартному разъему Socket 370 с горизонтальной компоновкой, внешне весьма напоминающему старый добрый Socket 7. Современные CPU производства корпорации AMD рассчитаны на подключение к разъему стандарта Socket A (Socket-462), очень похожему на Socket 370, но в отличие от последнего имеющему не 370, а 462 контакта. И наконец, процессоры Intel Pentium IV и однотипные высокочастотные Intel Celeron требуют наличия на материнской плате компьютера разъема Socket 478, имеющего прямоугольную горизонтальную компоновку, но значительно меньшие по сравнению с разъемами других стандартов геометрические размеры. Таким образом, выбор процессора персонального компьютера во многом диктует и выбор модели материнской платы: необходимо, чтобы на ней был установлен разъем соответствующего стандарта, поддерживающего требуемый тип процессора.

Обязательно загляните сюда:

  • Распиновка всех разьемов компьютера.Распиновка всех разьемов компьютера.Распиновка всех разьемов компьютера Обычно блок питания компьютера имеет 6 или 5 коннекторов: 4 (4х пиновых) для питания приводов и 2 (6ти пиновых) (AT) или 1 (20ти пиновый) (ATX) - для […]
  • Процессор.Процессор.Процессор Процессор – выращенный по специальной технологии кристалл кремния, который содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов. На любом процессорном кристалле […]
  •  Система условных обозначений диодов. Диоды малой мощности. Система условных обозначений диодов. Диоды малой мощности.Диоды малой мощности Несмотря на интенсивное развитие микроэлектроники, дискретные полупроводниковые приборы, и в частности различные группы диодов, находят широкое применение в […]
  • Ремонт газовой колонки Нева Транзит (Neva-Tranzit) своими руками.Ремонт газовой колонки Нева Транзит (Neva-Tranzit) своими руками.Ремонт газовой колонки Нева Транзит Всем привет. Давно не писал полезного и спешу вам предоставить небольшой мануал по исправлению одной неисправности в газовых колонках. Вернее двух […]
  • Где купить или продать сайт? Биржа купли-продажи сайтов и доменовГде купить или продать сайт? Биржа купли-продажи сайтов и доменовГде купить домен? Всем привет. Сегодня я расскажу про одну биржу сайтов и доменов, которая занимает одно из ведущих мест по популярности. Все наверняка сталкивались с покупкой доменов. […]
  • Долгоиграющая свеча. Инновации в старину.Долгоиграющая свеча. Инновации в старину.Восковая свеча на 48 часов горения Интересный прибор был выставлен на продажу на амазоне. Инновационная свеча, которая может гореть до 48 часов и дольше в зависимости от длинны […]
banner ad
top