<<
>>

Процессор

Процессор - специальная микросхема, которая выполняет операции по обработке информации в компьютере.

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

<< | >>
Источник: А. С. Грошев. Информатика. 2010

Еще по теме Процессор:

  1. Кудинов Ю. И., Пащенко Ф. Ф., Келина А. Ю.. Практикум по основам современной информатики: Учебное пособие., 2011
  2. Ю. И. КУДИНОВ, Ф.Ф. ПАЩЕНКО, А. Ю. КЕЛИНА. ПРАКТИКУМ ПО ОСНОВАМ СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКИ, 2011
  3. Рекомендации Анти-шизоиду:
  4. Степанов А. Н.. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей, 2007
  5. В. И. Юров. Assembler. Учебник для вузов. 2-е изд, 2003
  6. Лариса Александровна Малинина Вадим Васильевич Лысенко Максим Анатольевич Беляев. Основы информатики: Учебник для вузов, 2006
  7. Основные этапы управления.
  8. Протосознание “Правополушарное” и “левополушарное” сознание
  9. 9.3.1. Жизнь не стоит на месте
  10. Сущность процесса управления в организациях.
  11. Основные характеристики системы управления
  12. Поддержание баланса между входом и выходом организации.
  13. SOAR