Что такое центральный процессор?

Основные характеристики центральных процессоров

Предлагаю вам ознакомиться с основными характеристиками центральных процессоров. Знание всех характеристик поможет вам выбрать процессор, так что вникайте.

Сокет

Мы уже говорили о сокетах в статье про материнскую плату. Ты есть, вы уже знаете, что чтобы процессор можно было вставить в материнскую плату нужно, чтобы их сокеты совпадали. Это обязательно условие. Сокеты современных процессоров Intel — LGA1151, LGA1155, LGA2011, LGA2011-3. Сокеты современных процессоров AMD — AM3+, FM2+, AM4.

Количество ядер центрального процессора

Intel Xeon E5 v4

Как я уже отметил немного выше, процессор может состоять из нескольких ядер. Их количество может варьироваться от 2 до 10 штук, а в серверных процессорах, таких как Intel Xeon – до 22 ядер. Мощность процессора не всегда напрямую зависит от количества ядер. Так, например, 2-ядерный Core i3 будет значительно мощнее 4-ядерного Pentium. Стоит учитывать и другие характеристики процессора.

Тактовая частота процессора

Тут ситуация аналогичная с количеством ядер – не всегда больше означает мощнее. Хотя, конечно, ориентироваться нужно и на эти цифры. Частота современного центрального процессора может находиться в диапазоне от 1700 мегагерц до 4000 мегагерц, а порой и того выше. Плюс ко всему частоту можно увеличивать путем разгона процессора, но если будете таким образом поднимать производительность своего компьютера, не забудьте позаботиться о более эффективном охлаждении разогнанного процессора.

Кэш память центрального процессора (Cache)

Этот параметр менее важен, чем предыдущие, но в совокупности он тоже имеет значение. На разных процессорах кэш память может быть 2х, 3х и 4х-уровневая.

Cache L1 – имеет самый маленький объем памяти, в то же время он является самым быстрым

Однако на него можно вообще не обращать внимание при выборе процессора

Cache L2 – имеет больший объем, но он чуть медленнее. Кэш второго уровня является более важным показателем. Но если в процессоре предусмотрен кэш 3 и 4 уровня, то кэш второго уровня становится уже не таким важным. Размер кэша 2 уровня от 256 Кб до 1 Мб.

Cache L3 – имеется в наличии не у всех процессоров. В зависимости от мощности и древности процессора его объем может составлять от 2 до 16Мб.

Cache L4 – редкость. Его наличие говорит о современности процессора. И хорошо если он есть, но ели его нет, не огорчайтесь и не расстраивайтесь, это не самый важный параметр. Больше присматривайтесь к кэшу 2 и 3 уровней.

Графическое ядро центрального процессора

Во многие современные процессоры встроено графическое ядро. Допустим, если вам компьютер нужен не для игр, а для офисной работы или интернет серфинга, то этого графического ядра вам будет вполне достаточно. На видеокарте в таком случае можно сэкономить.

Техпроцесс изготовления центрального процессора

От этого параметра будет зависеть не мощность процессора, а его энергопотребление и тепловыделение. То есть, чем меньше значение этого параметра, тем экономней будет процессор, и тем меньше он будет нагреваться. Техпроцесс изготовления современных процессоров находится в диапазоне от 14 до 130 нм (нанометров), если верить характеристикам на яндекс маркете.

И еще:

Чтобы оценить мощность процессора в баллах, можете использовать различные бенчмарки. Вот несколько популярных — PassMark, AnandTech, Geekbench.

Вы теперь знаете!

Также обратите внимание на комплектацию процессоров. OEM – это только центральный процессор, BOX – это процессор с кулером

Боксовые кулеры специально подобраны производителем таким образом, чтобы оптимально удовлетворить потребность процессора в охлаждении. То есть ни больше, ни меньше чем ему нужно. OEM версии стоят дешевле и в основном рассчитаны на то, что вы будете разгонять процессор и самостоятельно подбирать для него более эффективное охлаждение.

Выбор непростой, особенно если учитывать, что бюджет всегда ограничен

Но теперь вы хоть знаете на что стоит обратить внимание, чтобы правильно выбрать процессор

Виды процессоров

Существует два основных широко распространенных производителя процессоров: AMD и Intel. Они выпускают самые востребованные, доступные и производительные модели. Их мы можем увидеть практически на каждом компьютере или игровой приставке, например, на том же PlayStation или Xbox.

Все плюсы и минусы могут меняться, т.к. каждый год выходят новые модели, которые кардинально отличаются друг от друга. Но эти моменты, свойственны практически всем моделям этих производителей.

Intel — плюсы и минусы

• Низкое энергопотребление и температура работы
• Хорошая производительность в ПО для обработки графики и видео
• Не такие зависимые от оперативной памяти
• Лучше показывают себя в многозадачности
• Цена довольно высокая по сравнению с АМД
• Графический чип, если он есть, не такой производительный, как у конкурента
• Работа с архивами не такая быстрая, как хотелось бы
• Разгон не такой вариативный

AMD — плюсы и минусы

• Высокая производительность в играх
• Многие модели довольно «горячие», но не все
• Адекватная цена
• Отличная скорость работы с разными программами и архивами
• Графический чип, если он есть — показывает хорошие результаты
• Хорошие возможности разгона
• Зависимые от ОЗУ

Маркировка, архитектура и код name

Все производимые процессоры обладают специальной маркировкой, которая указывает на их принадлежность к определенному семейству (архитектуре) и основные характеристики.

Ниже мы подробней и наглядней рассмотрим некоторые маркировки, чтобы Вы могли легко их читать и понимать всю заложенную в них информацию. Если по-простому, то архитектура – это набор инструкций и свойств, присущих не одной конкретной модели, а целому семейству микрочипов.

Она определяет конструктивные особенности и организацию процессоров.

Архитектурам практически всегда присваивается код-name, т.е. кодовые имена, которые позволяют уже только по названию определить, в каком году была выпущена та или иная архитектура и какие характеристики заложены в моделях этой линейки.

Примечание:
Например, Intel имеет такие архитектуры для Core 2 Duo (архитектура Конрой): Lynnfield, Nehalem и т.п. AMD: Piledriver, Bulldozzer, Trinity.

Вывод

Какой процессор выбрать исходя из этого? Если есть возможность пощупать процессор ручками, то уделите внимание его маркировке на лицевой стороне. Там можно найти массу дополнительной информации, неуказанной на коробке

Видеокарта в процессоре

Кроме обычных нескольких ядер в некоторых моделях процессоров иногда можно встретить еще одно «ядро», отвечающее только за вывод изображения на монитор, то есть — миниатюрная «видеокарта», расположенная прямо внутри ЦП. Как правило, ими оснащаются все «топовые» процессоры и большинство процессоров среднего ценового сегмента.

Конечно, производительность таких видео-ядер не идет ни в какое сравнение с полноценными видеокартами, однако для серфинга в интернете и просмотра фильмов вполне сгодится. Ими обычно комплектуются офисные компьютеры различных организаций, ноутбуки и нетбуки, что позволяет сэкономить на приобретении отдельной дискретной (полноценной) видеокарты.

Прослеживается и такая связь: обычно, чем дороже процессор, тем более производительное видео-ядро в нем установлено. В самых мощных моделях (core i7, например) мощность графического ядра настолько высока, что позволяет играть в современные игры на средних, средне-низких настройках графики, что по уровню вполне соответствует некоторым бюджетным видеокартам.

При всем этом, в процессе построения картинки у процессора отбирается часть вычислительной мощности и резервируется некоторый объем ОЗУ в качестве видеопамяти.

Встроенное графическое ядро

С развитием техпроцесса производства процессоров появилась возможность размещать внутри ЦПУ различные микросхемы, в частности графическое ядро.

Удобно такое решение тем, что не требуется покупать отдельную видеокарту. Ориентировано оно в основном на бюджетный сектор (офисную среду), где графические возможности системы вторичны. AMD встраивает в свои вычислительные процессоры видеочипы Radeon HD, такой единый элемент получил название APU (ускоренный процессорный элемент).

Вывод

Какой процессор выбрать исходя из этого? Если Ваша цель — бюджетный компьютер, в котором графика не играет важной роли (ну, не играете Вы в мощные игры, не занимаетесь 3D-дизайном и тд и тп, а просто смотрите фильмы, лазаете по инету и тд и тп), то тогда гибридный процессор со встроенным видеоядром – это то что доктор прописал, так сказать дешево и сердито. Если же Вам нужны видеомощности, то, само собой, нет смысла тратится на процессор с видеоядром — лучше купить отдельную мощную видеокарту

Тех.процесс и как участвует в выборе

Очень часто про этот параметр просто забывают, однако от него, бывает, зависит производительность. Для того, чтобы изготовить микросхемы и кристаллы CPU используется метод фотолитографии – нанесение на кремниевую подложку специальным оборудованием проводников, изоляторов и т.п., которые и формируют само ядро процессора.

В зависимости от разрешающей способности этого оборудования формируется определенный тип технологического процесса производства. Чаще всего он указывается в нанометрах: 130 нм, 90 нм, 45 нм и т.п. На что влияет техпроцесс и почему он важен при выборе CPU?

Все очень просто, чем меньше цифра, тем меньше размеры структур, которые помещаются на подложку. Все это приводит к пониженному энергопотреблению процессорных ядер, их большей вычислительной мощности, а также к снижению общей стоимости ЦП.

Вывод. Какой процессор выбрать исходя из этого? Чем меньше число в индексе технологического процесса, тем более высокопроизводительный и менее затратный (в сравнении со старшими собратьями) получается процессорный чип. Однако не стоит сильно обольщаться, пока эту «дешевизну» нового техпроцесса сможет ощутить конечный потребитель, пройдет немало времени.

Что делает процессор процессором

Процессор состоит из четырёх компонентов: ALU, FPU, регистров и кэш-памяти.

Арифметико-логический блок (ALU) выполняет все арифметические и логические операции. Он работает с целыми числами. Модуль с плавающей запятой (FPU) управляет числами с плавающей запятой, которые являются числами, включающими десятичную дробь.

Тогда есть реестр. В регистре хранятся инструкции, полученные от других частей компьютера. Затем он сообщает ALU, какие процессы выполнять, и сохраняет результаты этих операций.

Наконец, процессоры включают в себя память L1, L2 и L3. Этот кэш-память позволяет процессору хранить данные локально, не извлекая их из ОЗУ. Включение этого компонента помогает сделать ЦП более быстрым и эффективным.

Ядра

Количество вычислительных ядер — еще одна характеристика, чем оно больше, тем, соответственно, лучше. Все существующие компании-производители процессоров уже давно пошли по пути увеличения количества ядер, размещенных на одном кристалле. На сегодняшний день уже трудно найти модели с количеством ядер менее двух. Многоядерность — как способ повышения производительности признана самым перспективным направлением развития процессоров.

Однако, важно понимать, что эффективность (производительность) работы ядер различных моделей ЦП может существенно отличаться. К тому же, далеко не все существующие на сегодняшний день приложения (особенно старые) оптимизированы для работы с множеством ядер, и по умолчанию могут использовать лишь какое-то одно из них

А поскольку у многих многоядерных cpu тактовая частота каждого ядра меньше, чем у одноядерных моделей, то в таких приложениях даже может наблюдаться снижение производительности.

Впрочем, в большинстве случаев эта проблема легко решается, путем установки специальной программы (CPU control, например), которая позволяет принудительно задействовать все или несколько конкретных ядер, которые вы вольны выбирать сами. К слову, у меня был такой случай, когда некая «Nfs Undercover», казалось бы — 2008 года (когда у многих уже были двухъядерные модели CPU), отказывалась работать со всеми 4 ядрами моего intel core 2 quad q8400 и использовала лишь одно из них, но эта программа все исправила.

Прежде чем продолжить, хотелось бы немного рассказать об основных производителях центральных микропроцессоров. Их, как ни странно, всего 2 — Intel и Amd (прямо как левая и правая палочка «Twix»). И хотя этим двум гигантам по разным оценкам принадлежит порядка 92% всех произведенных на сегодняшний день процессоров, доли этих компаний на рынке совсем не равные, как это может показаться — Intel принадлежит около 75-80%. Остальные 8% продукции — узкоспециализированные ЦП, как, например, для мобильных устройств.

Раз уж мы заговорили про ядра, то будет не лишним упомянуть про такое понятие, как — «многопоточность». Количество ядер процессора и количество потоков не обязательно должно совпадать. Так, например, знаменитый микропроцессор Intel Core i7 с технологией «Hyper-Threading» имеет на «борту» 4 ядра, однако работает в 8 потоков — что дает ему очень хорошую производительность, даже большую, нежели у некоторых 6-ядерных конкурентов.

Многопоточность, в случае с современными 4-ядерными cpu это 8 потоков, позволяет условно разделить обработку приложения на 2 части, то есть обе части приложения выполняются всеми ядрами одновременно (параллельно, если хотите). Такая технология позволяет ощутимо увеличить производительность в некоторых специфичных приложениях, которые «заточены», или другими словами, оптимизированы для этой технологии.

В случае со старыми приложениями, либо просто не оптимизированными для многопоточности, может наблюдаться обратный эффект — снижение производительности. Поэтому в BIOS материнской платы предусмотрена функция отключения гиперпоточности у процессора тогда, когда вам это будет необходимо. Многопоточность будет очень полезна при рендеринге видео или архивации большого объема данных.

Кэш

Кэш — объем памяти с очень большой скоростью доступа, необходимый для ускорения обращения к данным, постоянно находящимся в памяти с меньшей скоростью доступа (оперативной памяти). При выборе процессора, помните, что увеличение размера кэш-памяти положительно влияет на производительность большинства приложений. Кэш центрального процессора различается тремя уровнями (L1, L2 и L3), располагаясь непосредственно на ядре процессора. В него попадают данные из оперативной памяти для более высокой скорости обработки. Стоит также учесть, что для многоядерных CPU указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра. Кэш второго уровня выполняет аналогичные функции, отличаясь более низкой скоростью и большим объемом. Если вы предполагаете использовать процессор для ресурсоемких задач, то модель с большим объемом кэша второго уровня будет предпочтительнее, учитывая что для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэша L2. Кэшем L3 комплектуются самые производительные процессоры, такие как AMD Phenom, AMD Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon. Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может достигать 30 Мб.

Техпроцесс процесора

Техпроцесс производства напрямую не влияет на производительность процессора при выполнении задач, но и тут есть одно «но». Увеличение тактовой частоты или любые другие архитектурные изменения, невозможны без вноса изменений в текущий техпроцесс, так как в пределах одного семейства процессоров на одном техпроцессе, запас на наращивание тактовой частоты ограничен. В 2011-2012 годах были выпущены процессоры с техпроцессом 22нм, и всё идёт к уменьшению данных показателей. По сути 22 нм — это ширина базы транзисторов, на которых преимущественно построены процессоры. Логичен тот факт, что чем меньше будет ширина базы транзистора, то тем больше их можно будет «впихнуть» на кристалл, а значит — производительность процессора увеличится. На данный момент процессоры AMD имеют в своем распоряжении техпроцесс 32нм, интел — 22 нм.

Читать статью: Техпроцесс процессоров

Микропроцессоры

По мере развития компьютерной техники в структуру ПК стали внедряться девайсы, получившие название «микропроцессор». Одним из первых устройств такого типа стало изделие Intel 4004, выпущенное американской корпорацией в 1971 году. Микропроцессоры в масштабе одной микросхемы объединили в своей структуре те функции, что мы определили выше. Современные девайсы, в принципе, работают на основе той же самой концепции. Таким образом, центральный процессор ноутбука, ПК, планшета содержит в своей структуре: логическое устройство, регистры, а также модуль управления, отвечающие за конкретные функции. Однако на практике компоненты современных микросхем чаще всего представлены в более сложной совокупности. Изучим данную особенность подробнее.

Троттлинг

Дросселирование — это процесс защиты процессора от механических повреждений при перегреве. Из-за этого значительно снижаются частота процессора и мощность компьютера в целом. Явление неприятное и возникает редко, разве что при значительном перегреве центрального процессора. ЦП — очень хрупкий и важный компонент компьютера, который защищает себя в случае сбоя. Например, процессор с 4 ядрами и 8 потоками в случае перегрева из-за высокой нагрузки увеличивает нагрузку на первые два ядра, поскольку они по умолчанию являются основными практически для всех процессоров. Пока остальные ядра охлаждаются, первые два работают на полную мощность, и если нагрузка только увеличивается, они вскоре перегреваются, и дроссель включается, эффективно отключая эти ядра, передавая нагрузку на два других ядра, которые скоро перегреется и частота процессора существенно снизится. Чтобы не попасть в такую ​​ситуацию, необходимо следить за охлаждением процессора. Обязательно очистите компьютер от пыли, в том числе и кулер, охлаждающий процессор. Также необходимо заменить термопасту для лучшей теплопроводности. Компьютер должен находиться на расстоянии не менее 50 см от стены, для беспрепятственной циркуляции воздуха, иначе от перегрева пострадает не только процессор, но и весь компьютер в целом. Чтобы снизить температуру процессора, его растачивают. Это замена печатной платы, которая находится под крышкой процессора, передавая тепло от кристалла к его крышке и кулеру.

Кэш-память процессора

Кэш-память процессора является одной из ключевых характеристик, на которую стоит обратить внимание при выборе. Кэш-память – массив сверхскоростной энергозависимой ОЗУ

Является буфером, в котором хранятся данные, с которыми процессор взаимодействует чаще или взаимодействовал в процессе последних операций. Благодаря этому уменьшается количество обращений процессора к основной памяти. Этот вид памяти делится на три уровня: L1, L2, L3. Каждый из уровней отличается по размеру памяти и скорости, и задачи ускорения у них отличаются. L1 — самый маленький и быстрый, L3 — самый большой и медленный. Чем больше объем кэш-памяти, тем лучше. К каждому уровню процессор обращается поочередно (от меньшего к большему), пока не обнаружит в одном из них нужную информацию. Если ничего не найдено, обращается к оперативной памяти.

Характеристики процессора

Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду.

Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.

Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адресазависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще.

На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти

История развития: первый микропроцессор

Транзисторы, электромеханические реле, сердечники, вакуумные лампы – первые процессоры, старательно выполнявшие несложные арифметические и логические операции, появились еще в далеком 1940 году, но оставались ненадежными, громоздкими, да и неприменимыми в бытовых условиях (основное назначение – государственные разработки, крупные и набирающие обороты перерабатывающие фирмы) – слишком большое выделение энергии, неконтролируемая теплоотдача, низкая скорость обработки данных. Мечтать о домашнем применении подобных чипов и не приходилось, хотя бы из-за нехватки свободного места. Поставить в какой-нибудь из комнат ЭВМ с микропроцессором получилось бы лишь во дворце.

Со временем все изменилось. В 1970 году Эдвард Хофф, представлявший крупнейший отдел разработки компонентов для электронно-вычислительных машин, представил руководителям компании Intel интегральную схему, выполнявшую те же функции, что и чипы ЭВМ, но с маленьким нюансом – плата Эдварда помещалась в руке, обрабатывала 4 бита информации в секунду (конкуренты выдавали мощности в разы серьезнее – до 32 бит одновременно), и стоила в тысячу раз дешевле.

Первые калькуляторы снабжали именно процессором 4004 Эдварда Хоффа, которые появились в продаже в начале 1971 года. С этого момента, как принято считать, и началась эра новых процессоров, изменивших мир.

Дальше история развития микропроцессоров двинулась следующим путем:

1. 1 апреля 1974 года. Intel вновь шокирует заинтересованную публику – на закрытых прилавках появилась модель 8080 с 6 тысячами транзисторов на крошечной схеме, объем памяти увеличен до 64 килобайт, проблемы с потреблением энергии решены, теплоотдача – практически нулевая. Чуть позже появился чип 8086, заложивший основы разрядности современных компьютеров.
2. Октябрь 1985 года. В центре внимания снова Intel, с еще более неожиданной новинкой – моделью i 32-битная архитектура, новые возможности по управлению памятью, увеличенные мощности, тактовая частота в 16 МГц и общее быстродействие на уровне 6 Mips – мир и представить не мог, насколько быстро меняются возможности тех допотопных компьютеров, неожиданно получивших возможность работать с 4 Гб оперативной памяти и проводить тысячи арифметических действий всего за несколько секунд. А ведь впереди еще больше открытий!
3. Осень 1989 года. Микропроцессор i80486DX, уместивший на крошечной плате 1.2 миллиона транзисторов, а еще сопроцессор и кэш-память, позволившая увеличивать текущую работоспособность компьютера путем промежуточного хранения некоторых данных, чисел, команд и действий. Общая производительность увеличилась до 16.5 Mips. Тактовая частота возросла до 16 МГц.
4. Начало 1991 года. Появление i80486SX – штатное увеличение мощностей, долгие раздумья разработчиков из Intel на счет внедрения появляющихся чипов в ноутбуки и иные портативные устройства. Как результат – разные версии процессоров, рассчитанные под меняющиеся (иногда вычислительные, порой – контролирующие) нужды. Все эксперименты закончились появлением 2-го поколения МП (вроде i486DX2), поддерживающих новую технологию распределения мощностей между двумя разными ядрами центральной системы.
5. Март 1995 года. Мир впервые знакомится с Intel Pentium, поставки чипов в магазинах для обычных пользователей – не за горами. Мощности увеличены до возможного (по тем годам) предела – 1 млрд. Mips.

Далее появились поставки многоядерных процессоров, затем появился Xeon и Intel Core, а после на мировом рынке загорелась новая звезда – модульные процессоры AMD

С тех пор (а именно с 2007 года) между двумя компаниями и ведется беспрерывная война за внимание пользователей

На текущий момент хотя бы примерно описать состояние рынка МП невозможно – Intel Core представляет новые архитектуры микропроцессора (Coffee Lake, Skylake, Haswell, Kaby Lake) чуть ли не каждый год, а заодно меняет наименования семейства процессоров (Intel Core i3, i5, i7, i9). AMD старается удивлять низкими ценами и внушительными возможностями разгона. И кто в таком хаосе лидер – до сих пор не разобрать.