Компьютердің орталық процессоры (CPU)

1438db13
Центральный процессор компьютера (ЦПУ)

Бүгін біз орталық процессор компьютерлік процессорды қарастырамыз (орталық процессор - орталық процессор немесе CPU). Бұл жүйелік блоктың жүрегі немесе, егер сіз, оның миы! Компьютерлік бағдарламашылардың жартысында кейде «тас» деп аталады (кристалды кремний шынымен тасқа ұқсайды).

Бұл компьютерге келген ақпараттың басты өңдеушісі. Орталық процессор барлық қажетті математикалық операцияларды кіріс деректерімен орындайды, дерекқордан әртүрлі үлгілерді шығарады, файлдарымызды мұрағаттайды және жояды, бейнені кодтауды өңдейді, сүйікті компьютерлік ойындардағы бөлшектердің физикалық өзара әрекеттесу моделін өңдейді!

Заманауи компьютердің орталық процессоры көп нәрсе істейді, не істемейтінін тізімдеу жеңіл болады :)

Міне, кейбір процессорлар фотосуреттер:

Алғашқы фото - бұл Intel корпорациясының екі ядролы орталық процессоры, екіншісі - арт жағы. Бұл жағы аналық платаға процессордың розеткасына (розетка) салынған. Бұл суреттерде «LGA-775» форма факторының процессоры бар. «LGA» деген аббревиатура ағылшын тіліндегі қысқартулар болып табылады. «Жердің торлы торы» - байланыс алаңдары матрицасы бар тұрғын үйдің түрі. Ескірген модельдер «PGA» (Pin Grid Array) корпусына берілді, тек ескірген процессор жоғарыдағы соңғы фотосуретте көрсетілген.

Жаңа форма факторын енгізу бұрынғы ұрпақтардың процессорларының «аяқтары» (түйреуіштер) саны соншалықты дәрежеде артты, олардың арасында соңғы құрылғылардың жұмысына әсер ететін паразиттік электрлік кедергілер пайда болды. «LGA» компаниясының ерекшелігі - байланыстар өздері процессордан бастап, аналық пластинадағы розеткаға (розеткаға) көшіріледі. Чиптің субстратында тек байланыс беттерін («патч» деп аталатын) қалады.

Ескірген компьютерлік модельдерде процессорды орнату белгілі бір иілу қаупімен немесе бірнеше жүз PGA аяқтарының біреуін бұзуға (Құдайға тыйым салу) байланысты болды. Компьютерлер ассемблерінің қорқынышты арманы! Енді барлығы оңайырақ.

Жоғарыдағы фотосуреттерде біз компьютердің процессорының сыртқы қабығы болып табылады. Оның функциясы (кремний кристалының өзін) механикалық әсерден қорғау, салқындату жүйесімен (радиатормен) байланысу үшін, сондай-ақ құрылғыны қуаттандыру үшін электр байланысын қамтамасыз ету болып табылады («1» және «2» деген сандардың үстіндегі суреттер).

Компьютердің орталық процессоры оның негізгі (кремний кристаллдары) тығыз бекітілген, сондай-ақ электр контактілері мен жоғарыдағы қорғаныш қақпағын қамтитын текстолиттің квадрат тақтасынан тұрады. Бұл қақпақтың астында біз мұнда қарастырдық.

Дайын шиптерді дайындау процесі келесідей сипатталуы мүмкін: өткізгіштер, жартылай өткізгіштер мен изоляторлар қабаттары литография арқылы бөлінген арнайы «маска» арқылы жіңішке кремнийдің субстратына (субстрат) кезекпен қолданылады. Кейде чиптегі элементтерді («маскадағы» бірдей тесіктер арқылы) төсеу процесі қолданылады. Процедураны аяқтағаннан кейін субстрат қорғаныс және жылу өткізгіш қабықшаларға салынған квадраттарға боялады, байланыс алаңдары бар және өнім дайын!

Қазір жұмыс үстелі процессорлары нарығы екі ірі компания: «Intel» және «AMD» деп бөлінеді. 2011 жылғы деректерге сәйкес, бірінші «осы нарықтың 80% -дан астамын ұстады», екіншісі - 10% -дан асады. Тағы бір мәселе - жылдам дамып келе жатқан мобильді процессорлар нарығы. Мұнда өз шешімдерін шығаратын көптеген компаниялар бар (жақсы, тіпті «өз» емес, бірақ біз бұл туралы басқа мақалада сөз сөйлей аламыз).

Сызбалық түрде, процессордың ішкі құрылғысы мынадай түрде ұсынылуы мүмкін:

Мұнда бөлімдегі CPU чипінің визуалды бейнесі:

Бұл қуатты екі ядролы Athlon:

Ия, суреттің толықтығы үшін келесі суретті қараңыз:

Бұл сондай-ақ компьютерлік процессор, тек басқа дизайн. Уақыт өте келе, ұқсас үлгілер, тақтада арнайы қосқышқа тігінен кірістірілген текстолит тақтасы болды. Ол (Slot A) деп аталды, демек, «ұяшық процессорлары» термині. Ең бастысы, дизайн жағында желдеткіш бар ойын консолі картриджіне ұқсайды :)

Егер сіз CPU өнімділігі сияқты маңызды аспекті түрлендірсеңіз, ол тікелей бірнеше құрамдасқа байланысты және төмендегілерден тұрады:

  • оның жиілігі
  • ядро саны
  • жад кэштерінің саны мен жылдамдығы

Әрбір нүктені егжей-тегжейлі қарастырамыз. Процессордың сағат жылдамдығы Герц (Гц) арқылы өлшенеді.

Ескерту: Герц (Гц) - мерзімді процестердің жиілігін өлшеуге арналған құрылғы (бұл жағдайда осцилляция). Мысалы, 1 Герц - секундына осындай тербеліс (тактика).

Герцте орталық процессордың сағат жылдамдығын (өнімділігін) өлшеу ыңғайсыз (тым үлкен сандар алынады). Сондықтан мұнда гемогерттің және гигахерттің саны пайдаланылады. Мегхерц (МГц) - бір миллион Герц (1 000 000 Гц). ГГц (Гц) 1000 мегзаг (МГц) немесе 1 миллиард Герц (1,000,000,000 Гц).

Жоғарыда айтылғандарға сәйкес, 3 Гигахерц сағат жылдамдығы бар процессор 3000 Мегахерц немесе үш миллиард герц болады! Шартты түрде айтуға болады, жиілік неғұрлым жоғары болса, соғұрлым көп нұсқаулар бірлікке дейін өңделеді. Сипатталған мысалға сәйкес, 3 Гц (ГГц) процессор секундына үш миллиардқа дейін операция жасай алады.

Жақсы ассимиляция үшін - шағын тақырыптық бейнені көріңіз:

Жұмыс үстеліндегі «Менің компьютерім» белгішесін тінтуірдің оң жағымен басу және ашылмалы мәзірден «Сипаттар» параметрін таңдау арқылы сағат жиілігінің мәнін көруге болады. Төмендегі скриншот «Windows 7» және «Windows XP» операциялық жүйелеріне арналған осы ақпаратты бейнелейді.

Сондай-ақ, бұл көрсеткіш операциялық жүйенің бастапқы жүктелуінде, BIOS-ге кіргенде немесе «CpuZ» сияқты мамандандырылған утилиталардың біреуін қолданғанда көрінеді. Бұл керемет бағдарлама сағаттық жиіліктің мәнін ғана емес, басқа да көптеген пайдалы ақпаратты көрсетеді.

Ескерту: біз осы бағдарламаның жұмысын жеткілікті түрде қарастырдық, сондықтан оны қайталамаймыз.

1974 жылы Gordon Moore-дің танымал «заңы» туралы есте сақтаңыз: «Қазіргі заманғы процессорлардың өнімі әр 24 айда екі есе көбейтілуі керек!». Біз бұл болжамды құрметтеуіміз керек: бұл біраз уақытқа дейін. Процессорларды өндірушілер өздерінің құрылғыларының сағаттарының жылдамдығын үнемі арттырып отырды (басқа жақсартулар, параллельді өңдеу пәрмендері түрінде, қолдау көрсетілетін нұсқаулардың тізімін кеңейтіп, технологиялық технологияны азайту және т.б.), бұл мәлімдеменің сақталмауын сақтауға мүмкіндік берді.

Әрине, бұл шексіз жалғастыра алмайды: үлкен жиіліктер тез қыздыру чипінің салқындату жүйесін түбегейлі өңдеуді қажет етеді. 2007 жылы айтылған автордың айтуынша, «заң» ұзаққа созылмайды. Өйткені, белгілі бір жиілік шегіне жеткенде (4000 - 5000 Мегахерц аралығында) кез келген процессорлар жұмыссыз жұмыс істей бастайды және күрделі салқындату жүйесін талап етеді.

Тәжірибесі бар оверклокерлер (орталық процессорлардың «оверклокерлері») ауаны салқындатуы бар үдеткіш процессордың шамамен шектеуі 4000-4500 МГц-ті бекітеді. Бұл флиптің ең жақсы үлгілері, партиялардың ең сәтті үлгілері екендігін түсіну керек және оған бірнеше ондаған, сонымен қатар жоғары кернеуді қолдануға және FSB жиілігін, қымбат (оверклокинг) жадты қосымша салқындатуға мүмкіндік беретін жоғары аналық төлем болуы мүмкін және т.б. Егер сол процессорда суды салқындату жүйесін орнатсаңыз, жиілікті 5000-ға дейін көтере аласыз, бірақ ол барлық қосымшаларда құрылғының тұрақты жұмысына қол жеткізуге болатынына сенімді емес.

Ескертпе: FSB (Front Side Bus) - компьютер процессоры мен басқа перифериялық құрылғылар мен модульдер арасындағы аналық платамен өзара байланысу үшін жоғары жылдамдықты интерфейс. Жүйелік автобустың жиілігі - процессорлық ядро ​​RAM-пен деректерді алмастыратын жылдамдық, дискреттік графикалық карта, қатты диск контроллері және т.б.

Жұмыстағы шынайы «маньяк» тоқтатылмайды және бұл курс фреон, сұйық метал, гелий және тіпті сұйық азот арқылы салқындату сияқты «ауыр артиллерия» болып табылады. Соңғы нұсқасы сәтсіз құрылғыдан рекордтық 6000 Megahertz және одан да көп «сығуға» мүмкіндік береді! Екінші жағынан, сіз мұз қабатымен жабылған компьютерде жұмыс істегіңіз келмей ме? :)

Қазіргі заманғы компьютерлердің жиілігі мен жалпы жылдамдығы әдеттегі ДК пайдаланушысының көптеген тапсырмаларын шешуге жеткілікті болған кезде (қазір ойындарды елемейміз және модельдеу үшін елеулі қосымшалармен) кездейсоқ келді. Сондықтан осы көрсеткіштің қарапайым өсуі бұрынғыдай күнделікті (кеңселік) тапсырмалардағы жылдамдықтың айтарлықтай өсуіне әкелмейді. Қазір қазіргі заманғы компьютерлердің өнімділігі басқа параметрлермен және олардың комбинациясымен анықталады.

Бұл параметрлердің бірі - көптеген ядролардың біртектес жылу шашыратқыш қабаты бойынша біріктіру (қазіргі уақытта олардың саны он екі бөлікке жетуі мүмкін). Мұнда арифметика қарапайым: неғұрлым көп ядролар, өнімділік (басқалары тең). Өйткені, бұл жағдайда барлық процестер параллельде орындалады (әрбір ядрода), ол (теориялық) жалпы жылдамдығын едәуір арттыруға тиіс. Іс жүзінде бұл басқаша :)

Кейбір қосымшалар бірнеше ядролармен жұмыс істей алатыныңызды «білмейді», кейбіреулері бұлай істемейді және көп мақсатты қосымшалар үшін арнайы «өткірлендірілген» ғана айтарлықтай өсуде. Іс жүзінде мүмкін болмайтын қосымшалар бар. Мысалы, кеңсе қосымшалары («Microsoft Word» немесе «Open Office»). Бейне / аудио кодтау, бағдарлама кодын құрастыру, үш өлшемді сахнаны көрсету сияқты басқа тапсырмалар, керісінше, мультимедиялық өңдеуге өте сезімтал және осы тәсілмен ең көп пайда алынады.

Көп ядролы локомотиві орталық процессорлардың серверлік нұсқаларын дұрыс деп санайды. Бұл тиісінше «Intel Xeon» және «AMD Opteron». Сервер шешімдері жылдамдықпен (үлкен кэшке байланысты) және масштабталумен (әрқайсысының ішінде үлкен саны бар бірнеше физикалық процессорлар болуы мүмкін) сипатталады. Мұндай жүйелік энтузиастар кейде қарапайым аналық платаларды орнатады және үйде, бірақ бұл спорттық қызығушылық үшін көп. Негізінде, ұқсас процессорлар арнайы сөрелерге орнатылатын өзен серверлерінде қолданылады.

Ескерту: (Rack rack / shelf) RackMount - коммутациялық жабдықты ұйымдастыру принципі.

Сондықтан сервердің осы түрі басқаша көрінуі мүмкін:

Ал мұнда - 19 дюймдік сөреде (телекоммуникациялық сөре деп те аталады):

Тұтас телекоммуникациялық шкафтар (қорғаныс кабинеті) бар. Олар, мысалы, келесідей болуы мүмкін:

Мұндай серверлер қалай ұйымдастырылғаны туралы, олардың қандай процессорлар бар екендігі және біздің жұмысымызда серверлік бөлме қалай ұйымдастырылғандығы туралы егжей-тегжейлі талқыланып, сабақтардың бірінде қарастырдық.

Мұндай шешімдердің негізінде суперкомпьютер деп аталады. Мысалы, Intel 16 ядролы Xeons шығарды және 22-24 және 28 ядросы бар шешімдерді қарастырады. Сіз бұл барлық бизнес қайда жүріп жатқанын түсінесіз бе? Сондықтан 2012 жылы шыққан 48-ші ядролық процессор туралы KVN командасының «Орал пелмені» әзіл-қалжыңы әзіл сияқты емес! :)

Уақыт өте келе қосымшалардың көбісі бірнеше ядролық жүйелерде тиімді жұмыс істейтініне сенімдімін, енді бәрі де қызғылт емес. Алайда, CPU өндірушілері бұл көрсеткішті тұрақты түрде арттырып жатыр және қазір 12 ядроны бар үстелдік жүйелер бар. Неліктен? Ал, сатып алушыға неге бұл жаңа процессорды сатып алу керек екендігін түсіндіру керек? :)

Компьютердің процессорының үшінші маңызды бөлігі оның кэші болып табылады. Кэш - ядродағы өзінде орналасқан және аралық есептеу нәтижелерін сақтауға қызмет ететін өте жылдам жадтың аз бөлігі, сондай-ақ, ең жиі пайдаланылатын деректердің көшірмелерін компьютердің ЖЖҚ-нан сақтауға болады . Кэш оперативті жады мен компьютердің процессоры арасында жылдам қозғалысы бар «көпір» түрінде жұмыс істей алады.

Кэш нұсқаулық кэшіне (машина кодын жүктеуді жылдамдату үшін) және пайдаланушының сұрауларына қызмет кэшін бөледі. Соңғы жиі бірнеше деңгейлер бар (1-деңгей, 2-деңгей және 3-деңгей). Әрбір келесі деңгей бұрынғыдан үлкен (еске түсіру көлемі бойынша), бірақ жылдамдықпен баяу. Неліктен сонша? Менің ойымша, түпкілікті өнімнің құнын төмендету үшін :) Бірақ мұндай дизайн - бұл процессордың ЖЖҚ-ға кіруінің кешігуінің айтарлықтай төмендеуі. Бұл - процессордың арасындағы буфердің түрі.

Процессордың кэші соңғы рөлді емес, нақты тапсырмалар бар. Бұл ақпараттық массивтер мен құрылғыларды мұрағаттау үдерісі, оны жақсарту үшін үлкен және жылдам кэшпен қамтылған деп саналады.

Көріп отырғанымыздай, жиілік, не көп ядросы, не үлкен кэш өздігінен барлық тапсырмалардың орындалуын жақсартуға кепілдік береді! Бір жерде үлкен жылдамдықпен (жиілікте) жеткілікті болады, бір жерде бұл көп міндетті талап етеді - операция бірнеше ядро ​​бойынша параллель орындалады. Бұл барлық компоненттер арасындағы кешенді тәсіл мен нәзік тепе-теңдікті қажет етеді.

Біз бұдан әрі қарай жүреміз! Процессор жұмыс істеп тұрғандықтан оған электр тогы қолданылады. Бұл оның қызып кетуіне әкеледі. Мұндай жағымсыз құбылысқа жол бермеу үшін компьютердің процессорының қызып кетуіне байланысты түрлі салқындатқыш жүйе (желдеткішпен жабдықталған немесе әуе салқындату жүйесі негізінде) салынады.

Технологиялық процестің үнемі төмендеуіне және электр қуатын тұтынуды оңтайландыруға қарамастан, жоғары процессорлық модельдер 200 Вт TDP барабанына қатты шыдады, ал кейбіреулері (AMD) оны сәтті жеңіп алды! Бұл «жетістік» сөзсіз жеңіс деп аталуы мүмкін бе? Олай ойламаймын :)

Өндірушілердің әрқайсысы өзінің жаңа өніміне микроархитектураға негізделген өнімдердің тұтас сызығын немесе тұқымдарын сипаттайтын код атауын береді. Жақында «Coppermine», «Wolfdale», «Barton», «Nahalem», «Prescott», «Conroe», «Sandy Bridge» сияқты атақты аттар қолданылған.

Бұл жаңа технологиялардың қайсысы болашақ процессорға енгізілетінін анықтайтын ядро ​​микроархитектурасы. Мысалы: виртуалдандыру технологиясы (визуализация технологиясы), буферлік толып кетуден қорғау (Intel Execute Disable Bit), AMD Turbo Core аппараттық құралы (аппараттық деңгейде), процессордың автоматтандырылған басқарылатын үдеткіші (Intel TurboBoost), SSE нұсқаулары үшін 3D Now және т.б.

Қазір процессор туралы емес, APU туралы жедел сөйлесу сәнді (жылдамдатылған процессорлық блок - жылдамдатылған процессор). Бұл не? Бұл бір чипте немесе тек қана CPU және видеокартаның бір жылу бөлу қақпағындағы тіркесім. Мұндай шешімдер кейде гибридті процессорлар деп аталады. Нәтиже - энергияның жалпы шығынын азайту және компоненттер санын азайту арқылы жүйелік шығындар (сыртқы графикалық карта қажет емес).

Мұндай жүйе толыққанды ойын компьютерімен бәсекеге түсе алмайтындығы анық, бірақ көптеген тапсырмалар үшін бұл тіпті ыңғайлы. 2006 жылы AMD-ның танымал компаниясы ATI-нің графикалық үдеткіштерін шығару үшін кемінде танымал компания сатып алғанын ескерсек, оның APU-лері графикалық құрамдас бөліктерге байланысты артық көреді. «Intel» компаниясы ешқашан графикамен шұғылданбаған, оның хоббиі - орталық процессорлар және осы салада теңдесі жоқ!

Өтініштегі процессорлар туралы тағы не айта аласыз? Сіз, әлеуетті сатып алушы ретінде, сіз оларды жеткізудің екі түрлі нұсқасында сатып алуға болады: «Box» (Box) және «Tray» (науа). Бокс - қорапты жеткізу:

Қораптың ішінде не бар екенін білейік.

Мұнда қорғаныш пластиктен (төменнен) және компьютердің процессоры (қызылмен айналдырылған) салынады. Салқындатқыш радиатордың төменгі беткейіне (үш сұр сызық түріндегі жылу өткізетін зат) жылу интерфейсі қойылған жеткізілімде қолданылғанын ескеріңіз. Жылулық интерфейс кристаллдың ядросынан радиаторға жылуды жақсы беру үшін қызмет етеді. Біз тек қана пакетті аша аламыз және дизайнды тақтада орнатамыз.

Егер Сіз TRAY-нің жеткізілімінде процессорды сатып алуды шешсеңіз, сіз оны пластикалық қапшықта тасымалдауға болатындығына дайындалыңыз :) Сіз салқындату жүйесімен бөлек тек қана сатып ала аласыз. Бұл үшін не қажет болуы мүмкін? Мәселен, мен өз үйіме компьютерді салған кезде мұны істедім. Стандартты (қорапты) салқындату маған ұнамады және орнына мұнара жүйесін орнатуды шештім. Неліктен желдеткішпен қажетсіз алюминий бөлігін артық төлепсіз, ол содан кейін бос болмайды?

Ақырында, өз тәжірибесінен кішкене ескерту: қазіргі заманғы ойындарда процессор ең бастысы емес. Негізгі жүктеме сыртқы бейне картаға түседі, сондықтан егер сіз осы мақсат үшін компьютеріңізді жаңартсаңыз (жаңартып отырсаңыз), алдымен графикалық шағын жүйеге назар аударыңыз. Мен бұл туралы неге сенімдімін? Себебі, ескі процессорды қалдырып, жаңа GPU сатып алсам, 2015 жылдың барлық ойындарында қалыпты жұмыс атқардық!

Ия, мен ұмытып кеттім! Мен сізге тестілеу процессорларына арналған керемет бағдарламаны бөліскім келеді! Бұл процессорды барынша жүктеп, оның жұмысындағы ықтимал проблемаларды анықтауға мүмкіндік береді. Процессордың өзі ғана емес, сонымен қатар аналық платаға арналған қуат фазалары ғана емес, сонымен қатар қызметтік бағдарлама екі есе пайдалы. Сондай-ақ, компьютерлерді жөндеуге қатысқандар үшін пайдалы, ал өз кезегінде өздерінің «науқастарына» өз жұмысының орнықтылығы үшін стресс-тест тапсыруға мәжбүр болады.

Бағдарламада әртүрлі сынақ режимдері бар және оның жұмысының нәтижелерін нақты уақыт режимінде қолайлы, графикалық графиктер түрінде көруге болады.

Немесе - кесте түрінде:

Енді, бұл бәрібір, біз процессормен ойластырдық, енді сіз процессордың компьютерде не екенін және қандай схема мен принцип жұмыс істейтінін білесіз. Егер сізді қызықтыратын болсаңыз, процессорлар қалай жасалатыны туралы бейнені көруге болады. Сізге ұнайды, мен сізге кеңес беремін!

3090
adminpc
-