Процессор
На небольшой кремниевой пластине размещены сотни миллионов транзисторов-переключателей и каналов передачи данных.
Кроме цен- трального процессора (CPU) в современных компьютерах значительную роль играет процессор видеокарты, который занимается обработкой ви- деоинформации. В 2010 году при переходе на 32 нм технологию корпора-ция Intel разместила в одном корпусе центрального процессора также вто- рую микросхему - видеоядро HD Graphics (GPU).
От процессора в значительной степени зависит скорость работы ПК (лимитирующим фактором также может быть объем оперативной памяти). Процессор имеет сложную архитектуру, свою высокоскоростную буфер- ную память (кэш), использует специальные технологии обработки инфор- мации.
Простейшая принципиальная схема микропроцессора Intel пред- ставлена на рисунке 2.2 (по данным фирмы Intel).
Рисунок 2.2. Принципиальная схема процессора по данным фирмы Intel |
Принцип работы центрального процессора можно представить сле- дующим образом. Информация для обработки под управлением блока предварительной выборки поступает из системной памяти через блок ши- ны в кэш данных процессора, команды обработки информации - в ко- мандную кэш-память. Блок декодировки раскодирует команды, преобра- зуя их в двоичный код, который пересылается в управляющий блок и в кэш данных, давая им указание о том, как с полученной командой посту- пать дальше. Арифметическое логическое устройство выполняет готовые к исполнению команды и заносит результаты в блок регистров. Далее со- держимое регистров передается в системную память или на внешние уст- ройства.
Более подробное описание выполнения процессором простой операции сложения 2+3 можно найти по адресу http://www.intel.com/plt/cd/corporate/emea/rus/museum/mpuworks.swf, здесь же в глоссарии приведено краткое описание функций всех устройств, по- казанных на рисунке 2.2.Скорость работы процессора зависит в настоящее время, прежде всего от типа и архитектуры процессора, а также от его тактовой частоты и объема кэш-памяти. Процессоры Intel Pentium и Core используют техно- логию конвейерной обработки данных, в результате чего за один такт вы- полняется несколько машинных операций. Многоядерные процессоры по- зволяют увеличить производительность ПК за счет одновременного вы- полнения нескольких программ пользователя на разных ядрах или выпол- нения одной программы на нескольких ядрах, если она предусматривает параллельную многопроцессорную обработку данных. Скорость обработ- ки информации процессором может также лимитироваться скоростью по- ступления этой информации из оперативной памяти.
Процессоры выпускаются различными фирмами, для различных ти- пов компьютеров и для другой электроники. Так, фирма Intel (www.intel.com) выпускает процессоры не только для настольных ПК, но и для ноутбуков, серверов, коммуникаторов и другого оборудования (см. таблицу 2.1). Другой наиболее известный производитель - фирма AMD (www.amd.com).
Таблица 2.1 Процессоры фирмы Intel различного назначения |
В 1990 году прогнозировалось - тактовая частота процессора Intel возрастёт к 2000 году до 900 Мгц, количество транзисторов в нём - до 40 млн. штук, к 2005 году - 10 Ггц, 1 млрд. транзисторов. Однако в 2005 г. стало ясно, что прогресс пошел другим путем - развитием многоядерных процессоров без увеличения их рабочей частоты и количества транзисто-
ров на чипе (но с увеличением частоты системной шины FSB до 1333 МГц и с поддержкой 64-разрядных вычислений и памяти).
Графики реального увеличения тактовой частоты процессора и ко- личества транзисторов в нем с момента их появления по сегодняшний день приведены на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3. Графики изменения тактовой частоты (1) |
количества транзисторов (2) в процессорах фирмы Intel Некоторое снижение тактовой частоты и уменьшение числа транзи-
сторов в 2005 - 2006 годах было вызвано появлением двухъядерных про- цессоров Core Duo и Core 2 Duo, а позднее четырехъядерного Core Quad, суммарная производительность двух или четырех ядер которых выше, чем одноядерных процессоров с более высокой тактовой частотой.
Историю развития ПК можно проследить по основным этапам раз- вития процессоров фирмы Intel.
Полную таблицу выпущенных этой фирмой процессоров для на- стольных ПК, ноутбуков и серверов можно посмотреть на сайте фирмы In- tel (http://www. intel. com/corporate/europe/emea/rus/country/museum/history/), краткая справка по истории развития процессоров для настольных ПК приведена в таблице 2.2.
Таблица 2.2. История развития процессоров Intel (для настольных ПК) |
Продолжение таблицы 2.2 |
Процессор Core является переработанной версией процессора Pentium M, который был основой платформы Intel Centrino для ноутбуков.
Процессор Pentium M представлял собой продолжение Pentium III, адаптированный под актуальные потребности, с широкой шиной, под- держкой новых наборов инструкций и направленностью на минимальное энергопотребление.
Двухъядерные процессоры Intel® Core® Duo, основанные на принци- пиально иной по сравнению с Pentium 4 архитектуре, появились в начале 2006 года, во второй половине года появились процессоры Intel® Core™2
тм тм
Duo, в конце 2008 г. - Core i7, в 2009 г. - Core i5 (см. рисунок 2.4).
® ™ ™ ™ Рисунок 2.4. Процессоры Intel : Core 2 Duo, Core i7 и Core i5
Процессор Pentium 4, преобладая на рынке почти 6 лет (с 2000 по 2005 год), получил отставку. На смену пришли многоядерные процессоры: двухъядерный Core 2 Duo, двухъядерные четырехпоточные Core i3 и Core
i5 (32-нм), четырехъядерный восьмипоточный Core i7. В дальнейшем пла- нируется выпуск процессоров для обычных ПК с еще большим количест- вом ядер. Эволюционный ряд процессоров Pentium и Core показан на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5. Эволюционный ряд процессоров Pentium и Core фирмы Intel |
В 2008 году в производстве процессоров произошел переход с тех- нологического процесса 65 нм на 45. Особенность новых процессоров - более 410 млн. транзисторов для двухъядерного и более 820 млн. для че- тырёхъядерного процессоров Intel при уменьшившейся до 110 мм2 площа- ди кристалла (у 65-нм - 143 мм2), поддержка порядка 50 новых инструк- ций Intel SSE4, нацеленных на повышение возможностей и производи- тельности при работе с мультимедийным контентом.
В конце 2008 г. Intel представила четырехъядерные восьмипоточные процессоры Core i7 на микроархитектуре Nehalem cо встроенным кон- троллером памяти (выпускается в корпусе LGA1366). Пропускная способ- ность шины памяти компьютеров с процессорами Intel Core i7 выросла более чем в два раза по сравнению с процессорами Intel серии Extreme благодаря новому интерфейсу Intel QuickPath Interconnect (Intel® QPI), заменившему привычную системную шину FSB (Front-Side Bus, см. далее в разделе 2.2).
В 2010 году произошел переход на 32-нм технологию для процессо- ров Core i7 (для ноутбуков), Core i5, Core i3 и Pentium G6950 архитекту- ры Clarkdale.
В двухъядерных и четырехъядерных процессорах Intel используются все новейшие технологии Intel, обеспечивающие экстремальную произво- дительность, например, для Core i5:
• Технология Intel® Turbo Boost - максимально повышает производи- тельность ресурсоемких приложений, динамически увеличивая произ- водительность в соответствии с нагрузкой.
• Технология Intel® Virtualization (Intel® VT) - управление эффектив- ной и масштабируемой виртуальной инфраструктурой, с сохранением оптимальной производительности при низких затратах.
• Технология Intel® Enhanced Speedstep - управления энергопотребле- нием процессора в зависимости от нагрузки.
• Функция Execute Disable Bit позволяет процессору выделять области памяти, где допускается выполнение кода приложений, и где оно не допускается. Когда вредоносная программа-червь пытается установить свой код в буфер памяти, процессор отключает выполнение кода.
• Архитектура Intel 64 - обеспечивает поддержку 64-разрядных вычис- лений, предоставляет процессору доступ к большему объёму памяти
• Технология Intel® Hyper-Threading - обеспечивает обработку 2 пото- ков команд каждым физическим ядром, повышая общую пропускную способность процессора до 4 потоков. Она позволяет каждому ядру процессора одновременно выполнять две задачи.
• Технология Intel® Smart Cache - использование общей кэш-памяти процессора 2 уровня, которая динамически распределяется между яд- рами в зависимости от нагрузки..
• Интегрированный контроллер памяти поддерживает 2 канала памя- ти DDR3 1333 МГц.
• Г рафическая система Intel® Graphics Media Accelerator HD, располо- женная в одном корпусе с процессором, обеспечивает высокое качест- во воспроизведения видео HD и графики в трехмерных играх без необ- ходимости использования дополнительных видеокарт или декодеров. Графическое ядро HD Graphics оснащено 14 исполнительными блока- ми (14 EU, Execution Units) с потоковыми процессорами Intel 3-го по- коления.
Блок-схема процессоров семейства Clarkdale (Core i5, i3, Pentium G6950) показана на рисунке 2.6.
Начиная с Core, в модельном ряду Intel произошло изменение спо- соба нумерации процессоров. Если раньше использовались трехцифровые обозначения, то теперь модельный номер представляет собой комбинацию из пяти символов - одной буквы и четырёх цифр. Например: Core 2 Duo
E6700, Core 2 Quad Q6600 (у экстремальных процессоров добавляется еще одна буква Х: Coгe2 Extreme quad-core QX6800).
Рисунок 2.6. Блок-схема процессоров семейства Clarkdale |
Первая буква символизирует энергопотребление/тепловыделение и, таким образом, тип процессора. (например, E - более 50 Вт, процессор для настольных ПК). Четыре цифры после буквы показывают производитель- ность в пределах одной линейки.
У процессоров Core i7, Core i5 и Core i3 используется трехцифро- вое обозначение. В рамках каждого класса или семейства процессоров больший номер соответствует большему количеству различных функций, в том числе: объем кэш-памяти, тактовая частота, частота системной ши- ны, поддержка новых технологий, новых команд и пр.
Рейтинг процессоров Intel можно посмотреть на сайте http://www. intel.com/ru_R U/consumer/rating. htm.
В таблице 2.3 показаны некоторые процессоры Intel и их цены (ян- варь 2010 г.), в Приложении 2 приведены более подробные сведения.
Фирма AMD также выпускает многоядерные процессоры для на- стольных ПК - AMD Athlon и Phenom (см. таблицу 2.4).
Особенность процессоров AMD Athlon и Phenom - контроллер па- мяти интегрирован в процессор (у процессоров Intel до Core i7 он нахо- дится в чипсете - в контроллере-концентраторе памяти MCH - см. далее в разделе 2.2). Каждое ядро имеет свой кэш второго уровня и работает со своей оперативной памятью, но при необходимости может обращаться и к памяти другого ядра (технология HyperTransport ).
Сравнению процессоров AMD и Core посвящено большое количест- во статей на сайтах www.thg.ru,www.ixbt.com и пр. На конец 2009 г. по производительности процессоры Core i5 и Core i7 превосходили Phenom II X4 (см., например, http://www.thg.ru/cpu/cpu_gamer_november_2009).
2.2
Еще по теме Процессор:
- Кудинов Ю. И., Пащенко Ф. Ф., Келина А. Ю.. Практикум по основам современной информатики: Учебное пособие., 2011
- Ю. И. КУДИНОВ, Ф.Ф. ПАЩЕНКО, А. Ю. КЕЛИНА. ПРАКТИКУМ ПО ОСНОВАМ СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКИ, 2011
- Рекомендации Анти-шизоиду:
- Степанов А. Н.. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей, 2007
- В. И. Юров. Assembler. Учебник для вузов. 2-е изд, 2003
- Лариса Александровна Малинина Вадим Васильевич Лысенко Максим Анатольевич Беляев. Основы информатики: Учебник для вузов, 2006
- Основные этапы управления.
- Протосознание “Правополушарное” и “левополушарное” сознание
- 9.3.1. Жизнь не стоит на месте
- Сущность процесса управления в организациях.
- Основные характеристики системы управления
- Поддержание баланса между входом и выходом организации.
- SOAR