Тема №9. Современные процессоры

Тема №9. Современные процессоры
Центральный процессор — ЦПУ (CPU, central processing unit, центральное
вычислительное устройство) производит арифметические операции, которые необходимы
для выполнения программ. ЦПУ координирует работу всех устройств компьютера.
Процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет
их. Последовательность команд — программа представляет собой алгоритм, по которому
работает процессор. Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем
управления компьютером. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия,
команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой
программы.
Тактовый генератор вырабатывает импульсы, задающие ритм работы ЦП. Частота
тактовых
импульсов
называется
тактовой
частотой.
Специальные подпрограммы BIOS отвечают за передачу процессору необходимых для
вычислений, данных от оперативной памяти, за вывод информации на дисплей, принтер.
Ниже
подробнее
рассмотрим
наиболее
важные
характеристики
процессора.
Производитель — марка процессора, модель. Главные производители процессоров для
ПК — две конкурирующие компании: AMD и Intel. Их продукция не совместима, то есть
один тип процессора нельзя установить в материнскую плату, предназначенную для
процессора другого производителя. Для процессоров каждого производителя
приобретаются
соответствующие
материнки.
Тип разъема — сокет. Среди процессоров каждого производителя существуют классы
процессоров, которые можно объединить по типу сокета, — они имеют одинаковые
разъемы и могут устанавливаться в одну и ту же плату, если она поддерживает
конкретную
модель.
Поэтому, если вы планируете менять процессор, вам нужно подобрать для своей МП ЦПУ
с подходящим типом разъема — сокетом. Например, если у вас на МП Socket-775,
процессор
нужно
приобретать
только
с
So-cket-775.
В таблице представлено соответствие между сокетом и процессорами.
Тактовая частота процессора. Производительность ЦПУ определяется тактовой
частотой, задаваемой в мегагерцах (МГц), либо в гигагерцах (ГГц). Ориентироваться по
тактовой частоте нужно внутри серии однотипных процессоров. Процессор с большей
тактовой частотой может быть менее производительным по сравнению с процессором с
меньшей частотой, но с большим кэшем и тактовой частотой системной шины.
Процессоры Intel и AMD, работая на разных частотах, могут показывать одинаковую
производительность. Чипы AMD работают на меньших частотах, но за один такт они
выполняют больший объем работы.
У процессоров AMD в обозначении цифра указывает не тактовую частоту, а номер
модели. Например, у процессора AMD Athlon 64 3200+ реальная тактовая частота не 3200
Гц, а 2000 Гц. Подразумевается, что в целом производительность AMD Athlon 64 3200+
примерно такая же, как и у процессора Intel с частотой 3200 Гц.
Частота системной шины. FSB (Front side bus) — системная шина обеспечивает
передачу данных между процессором и чипсетом. Максимальный объем данных, который
передается за единицу времени, определяется частотой системной шины. Исходя из
частоты FSB и коэффициента умножения определяется частота, на которой работает
центральный процессор. Современные процессоры имеют заблокированный коэффициент
умножения.
Объем кэш-памяти процессора. Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня
имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши
первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD К8 умели
производить 64 бит запись плюс 64 бит чтение либо два 64 бит чтения за такт, процессоры
Intel Core могут производить 128 бит запись и 128 бит чтение за такт. Кэш 2-го уровня
обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать
существенно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно
медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.
В ЦПУ используется два уровня кэш-памяти — дополнительной быстродействующей
памяти: кэш первого уровня и кэш второго уровня. Это позволяет повысить
производительность ПК благодаря буферу данных между процессором и более медленной
основной памятью. В кэш-памяти хранятся копии блоков информации из оперативной
памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.
Кэш первого уровня (L1) зависит от архитектуры ЦПУ и имеет меньшее время доступа и
меньший размер, и он одинаковый у процессоров с одним и тем же ядром. Кэш второго
уровня (L2) у ЦПУ с одним и тем же ядром может отличаться — разные модели могут
иметь
разный
объем
кэш-памяти
второго
уровня.
У процессоров Intel увеличение кэша второго уровня повышает производительность. У
AMD внутренний контроллер памяти в определенной мере снижает преимущества
увеличения
кэша
второго
уровня.
Производительность при обработке приложений с меньшим объемом данных растет
заметнее при повышения кэша второго уровня в сравнении с приростом
производительности при обработке приложений с большим объемом данных.
Технология производства ЦПУ. Техпроцесс выражается в нанометрах — нм. Это
показатель размера наименьшего отдельного элемента, размещаемого на кристалле ЦПУ.
Технологический размер постоянно стремятся уменьшить, так как процессор при этом
работает быстрее; используя меньшее напряжение питания, он потребляет меньше
мощности
и
обладает
меньшим
теплоизлучением.
Поддержка 64-разрядных вычислений. Поддержка 64 разрядных вычислений появилась
в 2004 году — с созданием процессоров AMD Athlon 64, совместимых с 32-разрядными
приложениями и выполняющих их столь же эффективно, как и 64-разрядные.
Intel представила собственную технологию ЕМ64Т (Extended Memory 64-bit Technology).
На данный момент 64-разрядные приложения для многих пользователей ПК не столь
актуальны,
так
как
соответствующих
программ
пока
еще
немного.
Защищенный режим. Технология NX (No eXecute), разработанная AMD, и XDB (eXecute
Disable Bit), разработанная Intel позволяют уменьшить вред от вторжений — троянов,
вирусов и червей. Для этого требуется операционная система, которая поддерживает
защищенный режим — для Windows XP нужно установить Service Pack 2. Если ОС
поддерживает защищенный режим, то он позволяет отразить атаки, связанные с
«переполнением буфера».