Часто задаваемые Hardware вопросы 2 - Процессоры



Каждый день огромное количество людей на форумах задают множество вопросов, просят помочь или посоветовать продукт в той или иной секции. И наш родной гудгейм (goodgame.ru) не исключение. В сегодняшнем креативе я попытаюсь рассмотреть широкий спектр наиболее популярных и часто задаваемых hardware вопросов и их последовательные решения. И сегодня пойдёт речь о процессорах....

Что такое процессор (CPU)?

Процессор — это «мозг» компьютера. Центра́льный проце́ссор (ЦП, или центральное процессорное устройство — ЦПУ; англ. central processing unit, сокращенно — CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок либо микросхема — исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором. Без процессора компьютер просто напросто не будет работать/запускаться


Из чего состоит процессор? Что там такое творится и как оно работает?


Процессор состоит из ячеек, в которых обрабатываются данные. Ячейки процессора называют регистрами. Регистры могут быть восьмиразрядные (в такой регистр помещаются 8 бит, т.е. 1 байт), шестнадцатиразрядные (в такой регистр помещается два байта или говорят машинное слово), 32-разрядные (помещается двойное слово). Разные регистры процессора имеют разное назначение. Для сохранения данных и результатов используются регистры данных . Для хранения адреса команды - счётчик команд. Для хранения команды - регистр команд. Для хранения адреса данных адресный регистр. Существуют специальные регистры для самопроверок процессора. Например флажковый. Каждый процессор имеют свою систему команд. У каждой команды есть свой код, который называют код операции.


Код операции показывает, какую именно операцию из системы команд процессора надо выполнить, а в адресной части содержится адрес данных над которыми будет выполняться эта операция.

К процессору подходят магистрали передачи сигналов:
* адресная шина - соединяет процессор с оперативной памятью;
* шина данных - по ней в регистры процессора передаётся содержимое ячеек памяти и отправляются результаты обработки назад в оперативную память;
* шина управляющих сигналов.
Процессор содержит тактовый генератор - устройство, которое синхронизирует работу всех устройств и определяет скорость работы процессора.

Какие главные характеристики процессора (ЦПУ/CPU)?


Главные/основные характеристики это:


1) Его тактовая частота (MHz, GHz)

2) Его производительность (измеряется флопами -> гига, тера флопы)
3) Его энергопотребление (TDP - Thermal Design Power)
4) Его нормы литографического процесса используемого при производстве (для микропроцессоров – nanometry - nm)
5) Его архитектура
6) Его ёмкость памяти
7) Его подключённые устройства
8) Его разрядность

Какая основная архитектура процессора/процессоров?


Их всего три (основных):


1) Архитектура фон Неймана (Architektura Von Neumanna) - применяют эту архитектуру все современные процессоры




2) Архитектура Гарварда (Architektur Harwardska) - применяется во встраиваемых системах (всякие автоматы, промышленность)




3) Архитектура параллельная (Paralelní architektura) - применяется в суперкомпьютерах




Какое охлаждение применяется при охлаждении процессора?


1) Активное (вентилятор)

2) Пассивное (пассивы, радиаторы)
3) Водяное (вода)
4) Фреонное (фреон)
5) Азотное (азот)
6) Жидкий гелий (особо опасное вещество применяется только при ОС - разгоне)

Как изготавливается процессор?


Первоначально перед разработчиками ставится техническое задание, исходя из которого принимается решение о том, какова будет архитектура будущего процессора, его внутреннее устройство, технология изготовления. Перед различными группами ставится задача разработки соответствующих функциональных блоков процессора, обеспечения их взаимодействия, электромагнитной совместимости. В связи с тем, что процессор фактически является цифровым автоматом, полностью отвечающим принципам булевой алгебры, с помощью специализированного программного обеспечения, работающего на другом компьютере, строится виртуальная модель будущего процессора. На ней проводится тестирование процессора, исполнение элементарных команд, значительных объёмов кода, отрабатывается взаимодействие различных блоков устройства, ведётся оптимизация, ищутся неизбежные при проекте такого уровня ошибки.


После этого из цифровых базовых матричных кристаллов и микросхем, содержащих элементарные функциональные блоки цифровой электроники, строится физическая модель процессора, на которой проверяются электрические и временные характеристики процессора, тестируется архитектура процессора, продолжается исправление найденных ошибок, уточняются вопросы электромагнитной совместимости (например, при практически рядовой тактовой частоте в 10 ГГц отрезки проводника длиной в 7 мм уже работают как излучающие или принимающие антенны).


Затем начинается этап совместной работы инженеров-схемотехников и инженеров-технологов, которые с помощью специализированного программного обеспечения преобразуют электрическую схему, содержащую архитектуру процессора, в топологию кристалла. Современные системы автоматического проектирования позволяют, в общем случае, из электрической схемы напрямую получить пакет трафаретов для создания масок. На этом этапе технологи пытаются реализовать технические решения, заложенные схемотехниками, с учётом имеющейся технологии. Этот этап является одним из самых долгих и сложных в разработке и иногда требует компромиссов со стороны схемотехников по отказу от некоторых архитектурных решений. Следует отметить, что ряд производителей заказных микросхем (foundry) предлагает разработчикам (дизайн-центру или fabless) компромиссное решение, при котором на этапе конструирования процессора используются представленные ими стандартизованные в соответствии с имеющейся технологией библиотеки элементов и блоков (Standard cell). Это вводит ряд ограничений на архитектурные решения, зато этап технологической подгонки фактически сводится к игре в конструктор «Лего». В общем случае, изготовленные по индивидуальным проектам микропроцессоры являются более быстрыми по сравнению с процессорами, созданными на основании имеющихся библиотек.


Следующим, после этапа проектирования, является создание прототипа кристалла микропроцессора. При изготовлении современных сверхбольших интегральных схем используется метод литографии. При этом, на подложку будущего микропроцессора (тонкий круг из монокристаллического кремния, либо сапфира) через специальные маски, содержащие прорези, поочерёдно наносятся слои проводников, изоляторов и полупроводников. Соответствующие вещества испаряются в вакууме и осаждаются сквозь отверстия маски на кристалле процессора. Иногда используется травление, когда агрессивная жидкость разъедает не защищённые маской участки кристалла. Одновременно на подложке формируется порядка сотни процессорных кристаллов. В результате появляется сложная многослойная структура, содержащая от сотен тысяч до миллиардов транзисторов. В зависимости от подключения транзистор работает в микросхеме как транзистор, резистор, диод или конденсатор. Создание этих элементов на микросхеме отдельно, в общем случае, не выгодно. После окончания процедуры литографии подложка распиливается на элементарные кристаллы. К сформированным на них контактным площадкам (из золота) припаиваются тонкие золотые проводники, являющиеся переходниками к контактным площадкам корпуса микросхемы. Далее, в общем случае, крепится теплоотвод кристалла и крышка микросхемы.


Затем начинается этап тестирования прототипа процессора, когда проверяется его соответствие заданным характеристикам, ищутся оставшиеся незамеченными ошибки. Только после этого микропроцессор запускается в производство. Но даже во время производства идёт постоянная оптимизация процессора, связанная с совершенствованием технологии, новыми конструкторскими решениями, обнаружением ошибок.


Следует отметить, что параллельно с разработкой универсальных микропроцессоров, разрабатываются наборы периферийных схем ЭВМ, которые будут использоваться с микропроцессором и на основе которых создаются материнские платы. Разработка микропроцессорного набора (чипсета, англ. chipset) представляет задачу, не менее сложную, чем создание собственно микросхемы микропроцессора.


В последние несколько лет наметилась тенденция переноса части компонентов чипсета (контроллер памяти, контроллер шины PCI Express) в состав процессора


Какие же основные производители процессоров?


На сегодняшний день это:


1) Intel (мировой лидер)

2) AMD (роль догоняющего, выпускает отличные процессоры)
3) VIA
4) Sun
5) IBM

Какие наиболее популярные процессорные платформы на данный момент?


Intel: LGA 775, LGA 1366, LGA 1156, LGA 1155 + в будущем LGA 2011

AMD: AM2, AM2+, AM3 + в будущем AM3+

Какие наиболее популярные настольные процессоры на данный момент?


у INTEL это: в старые времена: серия Core2Duo и Core2Duo Quad, ныне это: серия i7-9xx, серия i5-7xx, серия i3-2xxx, серия i5-2xxx, серия i7-2xxx

у AMD это: серия Athlon II x2, серия Athlon II x3 , серия Athlon II x4, серия Phenom II x2, серия Phenom II x3, серия Phenom II x4, серия Phenom II x6

Что такое тактовая частота?


Тактовая частота процессора это количество синхронизирующих импульсов в секунду, эта характеристика определяет, сколько операций за единицу времени может совершить данный процессор. Чем частота выше, тем больше операций!


Как выбрать процессор?


И так, на что же мы уделяем внимание при выборе покупке драгоценного кремня?


1) Тактовая частота (GHz/MHz)

2) Количество ядер процессора (1,2,3,4,6,8...)
3) Скорость передачи данных по системной шине
4) Размер системного КЭШа
5) Сокет
6) Комплект (с бокс охлаждением или OEM т.е без охлаждения)
7) Цена
8) Производитель

Чем/кем измеряется тактовая частота?


Тактовая частота измеряется в hertz (hz): а то в гигагерзах (GHz) или мегагерзах (MHz)


Что такое FSB?


Front Side Bus (FSB) из английского — шина, обеспечивающая соединение между центральным процессором и внутренними устройствами.


Что такое Hyper Threading (HT)?


И так: Hyper-Threading (HT) - это технология многопоточной обработки команд, превращающая одноядерный процессор Intel Pentium 4 в псевдодвухъядерный (не физически а виртуально), позволяя выполнять некоторые команды параллельно и увеличивая, тем самым, производительность в отдельных приложениях (оптимизированных под HT). Прирост производительности в таких приложениях может достигать 30-40%. Данная технология предназначена для увеличения эффективности работы процессора.


Найду ли я поддержку Hyper Threading (HT) в процессорах от АМD?


Нет, поддержку Hyper Threading (HT) найдёте исключительно у процессоров фирмы Intel


Что такое кэширование?


Кэширование — это использование дополнительной быстродействующей памяти (кэша, англ. cache) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика


Какая кэш существует на данный момент?


Их три: L1, L2, L3 Cashe


Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши первого уровня часто делаются многопортовыми.

Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большую латентность доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру.
Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Энергопотребление процессора? (TDP)


С технологией изготовления процессора тесно связано и его энергопотребление. Первые процессоры архитектуры x86 потребляли мизерное (по современным меркам) количество энергии, составляющее доли ватта. Увеличение количества транзисторов и повышение тактовой частоты процессоров привело к существенному росту данного параметра. Наиболее производительные модели требуют до 130 и более ватт. Несущественный на первых порах фактор энергопотребления, сейчас оказывает серьезное влияние на эволюцию процессоров:

- совершенствование технологии производства для уменьшения потребления, поиск новых материалов для снижения токов утечки, понижение напряжения питания ядра процессора;
- появление сокетов (разъемов для процессоров) с большим числом контактов (более 1000), большинство которых предназначено для питания процессора.
- изменение компоновки процессоров. Кристалл процессора переместился с внутренней на внешнюю сторону, для лучшего отвода тепла к радиатору системы охлаждения;
- интеграция в кристалл температурных датчиков и системы защиты от перегрева, снижающей частоту процессора или вообще останавливающей его при недопустимом увеличении температуры;
- появление в новейших процессорах интеллектуальных систем, динамически меняющих напряжение питания, частоту отдельных блоков и ядер процессора, и отключающих не используемые блоки и ядра;
- появление энергосберегающих режимов для «засыпания» процессора, при низкой нагрузке

Что такое БИОС?


BIOS (англ. basic input/output system - базовая система ввода-вывода) - это набор программ, которые переводят понятные пользователю команды Windows на язык, понятный компьютеру.


У меня перегревается процессор, что мне делать?


1) Проверить, хороший-ли контакт процессора с охлаждением, всё-ли прилегает

2) Заменить термопасту на новую
3) Если процессор разгонялся, убрать разгон, всё свести к дефаулту (номиналу)
4) Заменить охлаждение

+


Не забываем на форумах указывать скрины с температурой вашего процессора


Что такое микроконтроллёр?


Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ или ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.


Что такое чипсет?


Чипсет - набор управляющих микросхем, устанавливаемый на системной плате компьютера, который определяет ее архитектуру и существенно влияет на производительность ПК. Предназначен для выполнения совокупности операций, связанных с поддержкой работы центрального процессора и обеспечения более эффективного его взаимодействия с устройствами разнородных видов памяти, операционными системами, различными приложениями и интерфейсами.


Что такое сокет?


Это гнездовой или щелевой разъём, предназначенный для установки центрального процессора. Использование разъёма вместо прямого распаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера. Каждый разъём допускает установку только определённого типа процессора


Что такое пин/Процессорный пин?


Пин это разъём, в краткости дырка (куда суют процессоры). Например сокет 775 имеет 775 пинов (дырок) для того, чтобы впихнуть туда процессор.


Что такое разгон? От чего зависит разгонный потенциал?


Разгон или оверклокинг (от англ. overclocking) — повышение быстродействия компонентов компьютера за счёт эксплуатации их в форсированных (нештатных) режимах работы.

Ну а если говорить проще, то разгон – это принудительная работа оборудования на повышенных частотах.

Что такое разгон процессора и с чем его едят?


Представьте, что вы пошли в магазин и купили кило колбасы. Стоит этот сорт колбасы немного дороже своих братьев по холодильнику, но вы знаете, что, немного потрудившись, вы сможете этот килограмм без дополнительных затрат превратить в полтора, в результате и наедитесь лучше, а главное – будете чувствовать свое колоссальное превосходство над теми, кто купил полтора килограмма ОБЫЧНОЙ колбасы. Каждый производитель процессоров стремится к тому, чтобы его изделия работали очень надежно. Для этого каждый процессор рассчитан на несколько большую частоту, нежели та, которая указана на маркировке.


Говоря кратко, разгон процессора – это увеличение скорости его работы без внесения каких либо изменений в его конструкцию за счет потенциального снижения надежности работы. Потенциального – потому, что с умелыми руками и холодным рассудком «убить» нормальный камень просто невозможно. Разумеется, если вы поднимете напряжение раза в полтора и при этом забудете подключить питание у кулера, то «бобик сдохнет». Однако, если вы читаете этот текст, то вероятность ошибок резко снижается......


ПС: как разогнать процессор и что для этого сделать вы сможете прочитать в теме
Всё о компьютерном разгоне (PC Overclocking - OC).

 

Таак! Ну на этом на сегодня всё уважаемыe пользователи и читатели, я надеюсь что данный материал был хоть как-то полезным. В следующий раз рассмотрим оперативную память (RAM). Удачи :)