Процесори – короткий огляд, Процесори, Залізо, статті

Валентин Холмогоров

Процесор сучасного персонального комп’ютера (Central Processor Unit, CPU) являє собою невелику інтегральну мікросхему, що грає роль базового керуючого елемента в архітектурі ПК. На частку процесора припадають найбільш складні та відповідальні завдання: він виконує всі необхідні математичні та логічні операції, здійснює управління пристроями комп’ютера, контролює правильність їх роботи, обробляє надходить від різного устаткування інформацію і формує результати цієї обробки.

Серед найбільш важливих характеристик процесора можна перерахувати такі:

Давайте розберемо кожен із запропонованих вище пунктів по черзі і почнемо, мабуть, з такого важливого поняття, як швидкодія процесора, який є, по суті, основною характеристикою цього пристрою. Перш за все, слід визначитися з поняттям такту. Отже, одна математична або логічна операція виконується процесором за 1 такт, таким чином, кількість тактів в одиницю часу визначає кількість виконуваних процесором операцій. Зі шкільного курсу фізики відомо, що частота в 1 Hz відповідає 1 коливання в секунду. У комп’ютерних технологіях 1 електричне коливання відповідає одному такту процесора. Таким чином, при частоті електричних коливань в 1 Hz процесор виконував би 1 математичну або логічну операцію в секунду. Частота електричних коливань, що задає швидкість роботи CPU, називається тактовою частотою процесора. При тактовій частоті в 1 MHz процесор вже здатний виконувати мільйон операцій в секунду, при частоті в 100 MHz – 100 млн операцій. Проводячи нескладну аналогію, можна сказати, що тактова частота подібна оборотам двигуна автомобіля (чим вони вищі, тим більшу потужність розвиває мотор), або метроному, який підказує музикантові швидкість програвання мелодії. Тактова частота сучасних процесорів може досягати 1, 2 або навіть 3 GHz, тобто подібні процесори здатні виконувати декілька мільярдів операцій в секунду. Чим вище тактова частота, тим вище продуктивність і швидкодія процесора.

В даний час нові моделі процесорів з’являються на ринку чи не раз на кілька місяців, у зв’язку з чим серед досвідчених користувачів набула поширення невесела жарт, відбиває в певній ступеня існуючу дійсність: будь-який персональний комп’ютер встигає безнадійно застаріти, поки ви несете його в коробці з магазину додому.

Кілька окремих слів випливає, безумовно, сказати про серію процесорів Celeron, а також про їх відмінності від процесорів з маркуванням Pentium. І той і інший тип процесорів випускається корпорацією Intel, проте Celeron має кілька суттєвих відмінностей у порівнянні зі своїми “побратимами”.

Продуктивність і надзвичайний швидкодію сучасних процесорів забезпечується не тільки тим, що вони працюють на високих тактових частотах, але також і тим, що в їхній внутрішній архітектурі передбачена спеціальна, власна область пам’яті, в якій повинні зберігатися багато разів виконувані процесором директиви, найбільш часто використовувані ним дані або результати обробки команд, які можуть знадобитися процесору для здійснення подальших операцій. Така “внутрішня” пам’ять носить назву кеш процесора. Дійсно, якою б високою не була тактова частота CPU, мікросхема буде щомиті простоювати протягом невеликих проміжків часу, чекаючи, поки потрібні дані надійдуть для подальшої обробки з оперативної пам’яті комп’ютера, оскільки шина, по якій передається ця інформація, володіє обмеженою пропускною здатністю і може транслювати лише строго визначений обсяг біт в секунду. Набагато швидше і зручніше “взяти” найбільш затребувану інформацію безпосередньо з кешу. Кеш більшості сучасних процесорів складається з двох рівнів: в першому (Cache Level 1) зберігаються дані, найбільш часто необхідні процесору для роботи, у другому (Cache Level 2) – інформація, не уміщається в кеші першого рівня, а також набір регулярно оброблюваних процесором інструкцій. Перші мікросхеми сімейства Celeron були випущені як більш дешева альтернатива процесорам класу Pentium II, причому економія досягалася за рахунок відсутності в їх архітектурі кеша другого рівня, внаслідок чого ці пристрої працювали на порядок повільніше своїх “старших братів”. Пізніші модифікації Celeron мають кеш другого рівня, однак його обсяг вполовину менше обсягу Cache Level 2 у процесорів серії Intel Pentium III і IV з аналогічними тактовими частотами. Зокрема, процесори сімейства Intel Pentium IV з тактовою частотою 1,7 GHz мають кеш другого рівня об’ємом 256 Кb, в той час як процесори Celeron з аналогічною тактовою частотою – всього лише 128 Кb. Інша відмінність полягає в тому, що “внутрішня” частота, на якій працює ядро ​​процесора Celeron, істотно менше “внутрішньої” частоти процесорів Pentium. Все це в сукупності призводить до того, що Celeron дещо програє у швидкодії “Повноцінним” процесорам виробництва корпорації Intel, однак програє незначно: наприклад, відповідно до проведених незалежними експертами тестовим випробуванням, Intel Celeron з тактовою частотою 2,4 GHz по своїй продуктивності практично не поступається процесору Intel Pentium IV з тактовою частотою 1,8 GHz, а Celeron з частотою 2,0 GHz відстає від останнього всього лише на 8-10%. Заради справедливості слід зауважити, що дуже багато залежить від того, якими саме завданнями користувач припускає навантажити процесор: якщо при роботі в текстових або табличних редакторах, при відтворенні музики і відеофільмів різниця між цими двома родинами мікросхем буде практично непомітна, то в деяких іграх, що вимагають від системи значних апаратних ресурсів, при переході від Pentium до Celeron цілком може відчути уповільнення в 1,5 або навіть в 2 рази.

Ще однією компанією, що випускає процесори для сучасних персональних комп’ютерів, є каліфорнійська корпорація Advanced Micro Devices або скорочено AMD. Процесори сімейств AMD Athlon і AMD Duron є аналогами Intel Pentium II – IV і Intel Celeron, проте їх ціна при цьому істотно нижче процесорів з аналогічною тактовою частотою виробництва Intel Corporation. Дана обставина почасти підтверджує справедливість принципу “дешевше – не означає гірше”, оскільки подібний розкид цін диктується в першу чергу маркетинговою політикою самої компанії. Ще на зорі своєї діяльності AMD декларувала основна теза і до цього дня не припиняється ринкової боротьби зі своїм безпосереднім конкурентом: “Наша продукція коштуватиме на 20-25% дешевше аналогічної продукції Intel, а це означає, що за ті самі гроші покупець зможе отримати істотно більшу продуктивність “. Давайте спробуємо розібратися, чи так це насправді.

Відмінності між процесорами Athlon і Duron в цілому такі ж, як між Intel Pentium і Celeron – в обсязі кешу другого рівня та “внутрішньої” частоті ядра. Наприклад, розмір кеша другого рівня для більшості процесорів AMD Athlon складає 256 Кb, в той час як кеш другого рівня схожих по частоті процесорів AMD Duron вміщує всього лише 64 Кb.

Слід звернути увагу ще й на той факт, що в маркуванні процесорів AMD відбивається не реальна тактова частота, на якій працює мікросхема, а якийсь умовний коефіцієнт, який отримав назву “рейтинг” або “Model Number” і позначає відносне швидкодію процесора. Наприклад, процесор AMD Athlon 2700 + насправді працює з тактовою частотою 2167 MHz, AMD Athlon 2600 + має частоту 2133 MHz, а частота AMD Athlon 2200 + складає всього 1,800 MHz. Реальні тактові частоти процесорів AMD не мають прямої математичної залежності по відношенню до найменування їх моделі: це найменування присвоюється виробником виходячи з швидкості роботи мікросхеми та кількості виконуваних нею операцій в секунду по відношенню до аналогічних процесорів Intel, оскільки використовувана AMD технологія дозволяє домогтися більшого швидкодії при менших тактових частотах.

Питання про те, ефективніше Чи процесори Intel в порівнянні з аналогічними виробами AMD – неоднозначний, так як конкуренція в даній сфері ринку була і залишається досить гострою, і ситуація змінюється ледь Чи не щомісяця. В якості ілюстрації можна привести короткі результати порівняльного тестування процесорів Intel Pentium IV з частотою 3 GHz і AMD Athlon XP 2600 +, проведеного в кінці 2003 р. журналом “КомпьютерПресс”. Зокрема, при виконанні надзвичайно ресурсоємних завдань, таких як моделювання тривимірних графічних зображень або компресія звукових файлів у формат MP3, беззастережне перевагу мав Pentium IV, у той час як при виконанні складних математичних розрахунків (наприклад, побудова термодинамічної моделі атома аргону) Athlon виявився далеко попереду. На деяких інших задачах, таких як стиснення файлів програмами-архіваторами, обидва процесора показали приблизно рівні результати. Таким чином, порівнюючи технічні характеристики мікросхем різних виробників зі схожими тактовими частотами, можна прийти до висновку, що процесори AMD Duron істотно поступаються по своїй швидкодії процесорів Intel Celeron, ті, в свою чергу, програють процесорам AMD Athlon, а останні працюють дещо повільніше по відношенню до Intel Pentium IV. Разом з тим практика показує, що системи, зібрані на базі процесорів AMD, нерідко показують досить непогану продуктивність при більш низькій вартості.

Проте існує і ще одна важлива відмінність між продукцією цих двох компаній, на яке слід звернути пильну увагу. Справа в тому, що всі сучасні процесори, як виготовлені на заводах Intel, так і випущені корпорацією AMD, досить сильно нагріваються в процесі своєї роботи. Саме тому наявний на материнських платах роз’єм для установки процесорів забезпечений спеціальним замком, що дозволяє закріпити на лицьовій панелі мікросхеми металевий радіатор, оснащений електричним вентилятором. Такий вентилятор в поєднанні з радіатором прийнято називати “кольором” (від англ. cooler – охолоджувач), і призначений він для відведення теплого повітря від поверхні мікросхеми з метою безперервного охолодження процесора.

Нагрівання процесора під час його роботи – це явище абсолютно нормальне і, на жаль, неминуче: напівпровідниковий кристал, що становить “начинку” процесора, має обмежену теплопровідність, а протікання електричного струму через будь-який матеріал завжди супроводжується виділенням тепла. Разом з тим процесор, як складний електронний пристрій, може працювати тільки в строго певних температурних режимах. Саме тому прогоряння обмотки електродвигуна, знос тертьових деталей вентилятора або забивання радіатора пилом можуть призвести до уповільнення обертання або раптової зупинки кулера, а це загрожує перегрівом процесора, що, в свою чергу, веде до порушення працездатності комп’ютера або навіть до виходу процесора з ладу. І ось тут на перший план виходить одна технологічна особливість процесорів AMD: ці мікросхеми розігріваються набагато сильніше своїх “конкурентів” виробництва компанії Intel. Для порівняння можна сказати, що штатна температура нагріву процесорів Intel Pentium IV / Celeron становить 30-50 ° С, в той час як процесори AMD нерідко розігріваються до 55-80 ° С. Відповідно, самі мікросхеми повинні бути обладнані надійною системою захисту від катастрофічного перегріву, не так чи що?

В архітектурі процесорів Intel Pentium, починаючи ще з самих ранніх моделей, така система дійсно передбачена. Мікросхеми цього сімейства оснащені спеціальним доданими датчиком, величина зворотного струму якого безпосередньо залежить від температури нагріву кристалу, і при цьому вона безперервно порівнюється з еталонним струмом від контрольного джерела живлення. Як тільки нагрів процесора досягає критичної величини в 120-135 ° С, датчик протягом всього лише декількох наносекунд відправляє аварійний сигнал чіпсету материнської плати, і той миттєво вимикає процесор, не дозволяючи йому згоріти. В процесорах серії Pentium IV фахівці передбачили ще більш досконалу технологію, що одержала назву Thermal Monitor: при перевищенні безпечної температури система термоконтроля примусово уповільнює процесор з метою знизити нагрів його елементів, а якщо це не приводить до необхідного результату, відбувається аварійне відключення мікросхеми.

Що ж стосується процесорів виробництва AMD, то аж до самих останніх моделей вони взагалі не були оснащені небудь механізмом контролю над дотриманням температурного режиму. Якщо система охолодження несподівано виходила з ладу, а користувач на деякий час залишав своє робоче місце, відправившись, наприклад покурити, і не встигав вчасно вимкнути живлення комп’ютера, процесор просто згорав. У мікросхемах серії Athlon XP таки з’явився вбудований температурний датчик, проте значна частина материнських плат, розрахованих на роботу з процесором цього типу, на жаль, не підтримує режим аварійного відключення живлення мікросхеми за сигналом термодіода, а системи контролю над температурою процесора, встановлені на самій платі, мають високий ступінь інертності. На практиці це означає, що у разі несподіваної зупинки кулера температура “гарячих” процесорів AMD багаторазово зростає в лічені секунди, і датчик на материнській платі фактично не встигає відреагувати на ця обставина і вчасно “забити тривогу”. Проблему частково можна вирішити установкою на процесори AMD потужних кулерів з високими експлуатаційними характеристиками, монтажем в корпусі комп’ютера додаткових охолоджуючих вентиляторів або використанням дорогих водяних систем охолодження процесора. В принципі практика показує, що надійності процесорів AMD цілком вистачає, щоб витримати один чи два “теплових удару”, коли на мікросхему подається харчування при вийшла з ладу системи охолодження протягом 10-15 секунд. Однак такі аварії не йдуть Цей пристрій на користь: після декількох подібних випадків процесор цілком може “відправитися на той світ” в найнесподіваніший момент і без будь-яких видимих ​​на те причин. Разом з тим принципові прихильники недорогий і економічною платформи AMD нерідко відносяться до згаданої особливості цих мікросхем з певною часткою здорового гумору. Наприклад, в березні 2002 р. світова комп’ютерна громадськість була неабияк шокована, дізнавшись про незвичайний експеримент одного британського користувача. Демонтувавши систему охолодження процесора AMD Athlon XP 1500 +, він встановив на ньому власноруч вигнутий з товстої алюмінієвої фольги лоток, в який вилив свіже куряче яйце, після чого включив комп’ютер. Апетитна поджарістая яєчня була готова до вживання через 11 хвилин.

Резюмуючи, слід зазначити, що на базі платформи AMD цілком можна зібрати недорогий і досить надійний комп’ютер, важливо лише звернути більш пильну увагу на вибір материнської плати (вона обов’язково повинна бути оснащена надійною системою температурного контролю), а також обладнати процесор ефективним і відмовостійких кулером.

Наостанок нам залишилося лише порушити питання сумісності сучасних моделей процесорів з різними типами материнських плат. Отже, найбільш старі і практично не використовуються зараз процесори стандартів Pentium, Pentium MMX і їх аналоги AMD K5/K6 встановлювалися в материнські плати з роз’ємом Socket 7. Це невеликий роз’єм прямокутної форми, що має по периметру набір контактів, до яких підключалися висновки процесора. З появою CPU сімейства Intel Pentium II і Intel Celeron Socket 7 поступився своїм місцем стандарту Slot 1. На таких материнських платах процесор вставлявся вертикально в спеціальний щілинний роз’єм, оснащений фіксують затискачами: вертикальне розташування процесора дозволяло економити простір усередині корпусу комп’ютера, дещо зменшити розміри материнської плати і знизити нагрів мікросхеми. Процесори стандарту Slot 1 випускалися досить нетривалий час: цей спосіб підключення виявився не надто зручним і надійним, і як тільки технологія дозволила створювати високочастотні процесори з хорошими показниками тепловіддачі, розробники повернулися до сокет архітектурі, внаслідок чого останніми процесорами з вертикальним дизайном стали найбільш ранні моделі Intel Pentium III і Intel Celeron з тактовими частотами порядку 500 MHz. Слід зазначити, що компанія AMD також випускала процесори Athlon і Duron з вертикальним підключенням: роз’єм для цих мікросхем, що одержав назву Slot A, зовні практично не відрізнявся від Slot 1, проте мав інше розташування контактів. Ця технологія також досить швидко “померла”, і знайти материнські плати, що підтримують процесори стандарту Slot A, в даний час вже практично неможливо. Пізніші процесори сімейства Pentium III / Celeron вже підключалися до стандартного роз’єму Socket 370 з горизонтальною компонуванням, зовні вельми нагадує старий добрий Socket 7. Сучасні CPU виробництва корпорації AMD розраховані на підключення до гнізда стандарту Socket A (Socket-462), дуже схожому на Socket 370, але на відміну від останнього має не 370, а 462 контакту. І нарешті, процесори Intel Pentium IV і однотипні високочастотні Intel Celeron вимагають наявності на материнській платі комп’ютера роз’єму Socket 478, що має прямокутну горизонтальну компоновку, але значно менші в порівнянні з роз’ємами інших стандартів геометричні розміри. Таким чином, вибір процесора персонального комп’ютера багато в чому диктує і вибір моделі материнської плати: необхідно, щоб на ній був встановлений роз’єм відповідного стандарту, що підтримує потрібний тип процесора.

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*