Устройство центрального процессора доклад

Обновлено: 06.05.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение города Калининграда средняя образовательная школа №25 с углубленным изучением отдельных предметов им. И.В. Грачева

Ученик 10Б класса

Содержание Стр.

1 История развития процессоров…………………….………………. 4

2 Алгоритм работы процессора……………………….……………. 10

2.1 Устройство процессора…………………….……………………. 10

2.2 Алгоритм работы процессора. 11

2.3 Прерывание процессора. 12

3 Моделирование работы процессора. 15

Список источников……………. 18

За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, процессоры сильно изменились. Современный процессор - это не просто набор транзисторов, а целая система множества важных устройств.

1 История развития процессоров

В настоящее время существуют много фирм по производству процессоров для персональных компьютеров. Это Intel , AMD , Cyrix , VIA , Centaur / IDT , NexGen , и многие другие . Однако наиболее популярными являются Intel и AMD . Развитие процессоров этих ведущих фирм мы и постараемся рассмотреть.

Однако прежде чем углубляться в историю производства процессоров необходимо дать характеристику некоторым техническим терминам характеризующих процессор.

Тактовая частота – это скорость работы процессора, а именно количество операций выполненных на протяжении 1 секунды.

Поколения – поколения процессоров отличаются друг от друга скоростью работы, архитектурой, исполнением и внешним видом. Если просмотреть поколения процессоров фирмы Intel то их было 8 (8088, 286, 386, 486, Pentium , PentiumII , PentiumIII , PentiumIV ).

Модификация –у ведущих и постоянно конкурирующих фирм Intel и AMD есть две модификации процессоров. У Intel это Pentium и Celeron , у AMD это Athlon и Duron . Pentium и Athlon это дорогие процессоры для графических станций или серверов, а Celeron и Duron это процессоры для домашних компьютеров.

Технология производства – под технологией производства в данном случае понимают размер минимальных элементов процессора. Так в 1999 году фирмы перешли на новую, 0,13 – микронную технологию.

КЭШ-память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.

КЭШ-память второго уровня – эта память более медленная, но она больше от 128 до 512 кбайт.

Центральный процессор (ЦП; также центра́льное процессорное устройство — ЦПУ; англ. centralprocessingunit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство, часто просто процессор) — электронный блок либо интегральная схема, исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров), и архитектура.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных и даже единственных в своём роде компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и мини-компьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где, помимо вычислительного устройства, на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода-вывода, таймеры и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.

История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.

Первым этапом, затронувшим период с 1940-х по конец 1950-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляло процессор. Отличительными особенностями были низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом, с середины 1950-х до середины 1960-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платы, устанавливавшиеся в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом, наступившим в середине 1960-х годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержавшие простые транзисторные и резисторные сборки, затем, по мере развития технологии, стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Четвёртым этапом, в начале 1970-х годов, стало создание, благодаря прорыву в технологии, БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач) либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.

Переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые проникли почти в каждый дом.

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц и стоил 300 долларов.

Затем последовала его модификация, 80186.

В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти.

Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например, Intel x86, развившаяся вначале в 32-битную IA-32, а позже в 64-битную x86-64 (которая у Intel называется EM64T). Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений. Также можно перечислить такие архитектуры, как Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC-архитектуры) и IA-64 (EPIC-архитектура).

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см), вставляющегося в ZIF-сокет (AMD) или на подпружинивающую конструкцию — LGA (Intel). Особенностью разъёма LGA является то, что выводы перенесены с корпуса процессора на сам разъём — socket, находящийся на материнской плате. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.

2 Алгоритм работы процессора

2.1 Устройство процессора

Основные функциональные компоненты процессора

Ядро: Сердце современного процессора - исполняющий модуль. Pentium имеет два параллельных целочисленных потока, позволяющих читать, интерпретировать, выполнять и отправлять две инструкции одновременно.

Предсказатель ветвлений: Модуль предсказания ветвлений пытается угадать, какая последовательность будет выполняться каждый раз когда программа содержит условный переход, так чтобы устройства предварительной выборки и декодирования получали бы инструкции готовыми предварительно.

Блок плавающей точки. Третий выполняющий модуль внутри Pentium, выполняющий нецелочисленные вычисления

Первичный кэш: Pentium имеет два внутричиповых кэша по 8kb, по одному для данных и инструкций, которые намного быстрее большего внешнего вторичного кэша.

Шинный интерфейс: принимает смесь кода и данных в CPU, разделяет их до готовности к использованию, и вновь соединяет, отправляя наружу.

Рис. 1 Внутреннее строение процессора

Все элементы процессора синхронизируются с использованием частоты часов, которые определяют скорость выполнения операций. Самые первые процессоры работали на частоте 100kHz, сегодня рядовая частота процессора - 2000MHz, иначе говоря, часики тикают 2000 миллионов раз в секунду, а каждый тик влечет за собой выполнение многих действий. Счетчик Команд (PC) - внутренний указатель, содержащий адрес следующей выполняемой команды. Когда приходит время для ее исполнения, Управляющий Модуль помещает инструкцию из памяти в регистр инструкций (IR). В то же самое время Счетчик команд увеличивается, так чтобы указывать на последующую инструкцию, а процессор выполняет инструкцию в IR. Некоторые инструкции управляют самим Управляющим Модулем, так если инструкция гласит 'перейти на адрес 2749', величина 2749 записывается в Счетчик Команд, чтобы процессор выполнял эту инструкцию следующей.

Многие инструкции задействуют Арифметико-логическое Устройство (АЛУ), работающее совместно с Регистрами Общего Назначения - место для временного хранения, которое может загружать и выгружать данные из памяти. Типичной инструкцией АЛУ может служить добавление содержимого ячейки памяти к регистру общего назначения. АЛУ также устанавливает биты Регистра Состояний (Statusregister - SR) при выполнении инструкций для хранения информации о ее результате. Например, SR имеет биты, указывающие на нулевой результат, переполнение, перенос и так далее. Модуль Управления использует информацию в SR для выполнения условных операций, таких как 'перейти по адресу 7410 если выполнение предыдущей инструкции вызвало переполнение'.

Это почти все что касается самого общего рассказа о процессорах - почти любая операция может быть выполнена последовательностью простых инструкций, подобных описанным.

2.2 Алгоритм работы процессора

Весь алгоритм работы процессора можно описать в трех строчках

| чтение команды из памяти по адресу, записанному в СК

| увеличение СК на длину прочитанной команды

| выполнение прочитанной команды

Однако для полного представления необходимо определить логические схемы выполнения тех или иных команд, вычисления величин, а это уже функции Арифметико-логического Устройства.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)— блок процессора , который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных ) над данными, называемыми в этом случае операндами . Разрядность операндов обычно называют размером или длиной машинного слова .

2.3 Прерывания процессора

При работе процессорной системы могут возникать особые случаи, когда процессор вынужден прерывать работу текущей программы и переходить к обработке этого особого случая, более срочного и важного. Причинами прерывания текущей программы может быть:

внешний сигнал по шине управления - маскируемых прерываний и немаскируемого прерывания;

аномальная ситуация, сложившаяся при выполнении команды программы и препятствующую ее дальнейшему выполнению;

находящаяся в программе команда прерывания.

Первая из указанных выше причин относится к аппаратным прерываниям, а две другие - к программным прерываниям. Отметим, что аппаратные прерывания непредсказуемы и могут возникать в любые моменты времени.

С помощью аппаратных прерываний осуществляется взаимодействие процессора с устройствами ввода-вывода ( клавиатурой, диском, модемом и т.п.), таймером и внутренними часами, сообщается о возникновении ошибки на шине или в памяти, об аварийном выключении сети и т.п. При возникновении аппаратного прерывания процессор выявляет его источник, сохраняет минимальный контекст текущей программы (включая адрес возврата), и переключается на специальную программу -- обработчик прерывания ( interrupthandler) . Эта программа правильно реагирует на возникшую ситуацию (например, помещает символ с клавиатуры в буфер, считывает сектор с диска и т.п.), что называется 1обслуживанием прерывания . После обслуживания прерывания процессор возвращается к прерванной программе, как будто прерываний не было.

Программные прерывания обычно называются особыми случаями , или исключениями (exception) . Особые случаи возникают, например, при делении на ноль, нарушения при защите по привилегиям, превышении длины сегмента, выходе за границу массива. Как правило, предсказать эти исключения невозможно. Однако встречающаяся в программе 1команда прерывания вполне предсказуема и находится под управлением программиста. Реакция процессора на программное прерывание такое же, как и на аппаратное прерывание, однако его обработка производится 1обработчиком особого случая (exceptionhandler).

Все особые случаи квалифицируются на:

Нарушение (fault) . Особый случай, который процессор может обнаружить до возникновения фактической ошибки (например -- нарушение правил привилегий). После обработки нарушения можно продолжить программу, осуществив повторное выполнение ( рестарт ) виноватой команды. Иногда это исключение называют отказом.

Ловушка (trap) . Особый случай, который возникает после окончания виноватой программы. После обслуживания ловушки процессор продолжает выполнение программы с команды, находящейся после виноватой. Типичный пример -- команда прерывания INT n в процессорах семейства x86 или прерывание при переполнении.

Авария (abort) -- возникает при столь серьезной ошибке, что контекст программы теряется и продолжать ее невозможно. Причину аварии установить нельзя, поэтому рестарт невозможен и ее необходимо прекратить. Иногда авария называется выходом из процесса.

Обработка всех прерывания и особых случаев происходит, в общем, одинаково и состоит из двух основных этапов. На первом этапе процессор выполняет некоторые "рефлексивные" операции, которые одинаковы для всех прерываний и исключений, и которыми программист управлять не может. На втором этапе запускается созданный программистом обработчик прерывания или исключения. Все служебные действия процессор производит автоматически.

3 Моделирование работы процессора

Разгон компьютеров - процесс увеличения тактовой частоты (и напряжения) компонента компьютера сверх штатных режимов с целью увеличения скорости его работы. Повышение частоты может достигать максимального значения, при котором сохраняется стабильность работы системы в необходимом для пользователя режиме. При разгоне повышается тепловыделение, энергопотребление, шум, уменьшается рабочий ресурс.

Конечная цель разгона — повышение производительности оборудования. Побочными эффектами могут быть повышение шума и тепловыделения, нестабильности, особенно при условии несоблюдения правил, подразумевающих усиление охлаждающего оборудования, улучшения питания компонентов, тонкой настройки разгона.

Противоположную цель ставит андерклокинг — снизить частоту работы оборудования (и, иногда, необходимого для неё напряжения) и этим достичь снижения тепловыделения, шума, а иногда и нестабильности. Может быть особенно актуальным для тихих помещений, экономии энергии или заряда батареи.

Могут быть разогнана центральные процессоры, память, видеокарты, матплаты, роутеры и прочее.

Классическим методом разгона может быть задание параметров через интерфейс BIOS оборудования и установку там более высоких значений частот работы компонентов системы, нежели штатные. Другой метод — перепрошивка BIOS'а альтернативной от штатной микропрограммой, имеющей уже другие параметры частот и напряжения по умолчанию. Третий метод — повышение частот через операционную систему с помощью специального разгонного программного обеспечения.

Для тестов стабильности компонентов компьютеров используются программное обеспечение такое как: Prime95, AIDA64, Super PI, LINPACK, SiSoft Sandra, BOINC, Memtest86+, OCCT.

Переход на новые технологии изготовления процессоров, разработка новых алгоритмов их работы является перспективным продвижением данной отрасли. По прогнозам ученых скорость процессоров через 10 лет может достичь 20-ти кратного увеличения по сравнению с современными процессорами.

Автоматизм работы процессора, возможность выполнения длинных последовательных команд без участия человека – одна из основных отличительных особенностей ЭВМ как универсальной машины по обработке информации.

Список источников

Информация о процессоре компьютера, его значении, технологии изготовления, а также о характеристиках, которые необходимо учитывать при его выборе и приобретении.

Содержание:

Что такое процессор и как он устроен

Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU, разг. – "проц", "камень") – сложная микросхема, являющаяся главной составной частью любого компьютера. Именно это устройство осуществляет обработку информации, выполняет команды пользователя и руководит другими частями компьютера.

Уже много лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Есть, конечно, и другие производители, но до уровня указанных лидеров им далеко.

Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в разработки огромные средства и много сил. Их конкуренция - важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли.

Внешне центральный процессор не представляет собой ничего выдающегося – небольшая прямоугольная плата с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Но внутри этой коробочки хранится сложнейшая микроструктура из миллионов транзисторов.

Как изготавливают процессоры. Что такое техпроцесс.

Основным материалом при производстве процессоров является самый обычный песок, а точнее сказать кремний, коего в составе земной коры около 30%. Из очищенного кремния сначала изготавливают большой монокристалл цилиндрической формы, который разрезают на "блины" толщиной около 1 мм.

Затем с использованием технологии фотолитографии в них создаются полупроводниковые структуры будущих процессоров.

Фотолитография чем-то напоминает еще не полностью забытый процесс печати фотографий с пленки, когда свет, проходя через негатив, действует на поверхность фотобумаги и проецирует на ней изображение.

При изготовлении процессоров своеобразной фотобумагой выступают упомянутые выше кремниевые "блины". Роль света играют ионы бора, разогнанные до огромной скорости высоковольтным ускорителем. Они пропускаются через специальные "трафареты" - системы высокоточных линз и зеркал, вкрапливаются в кремний и создают в нем микроскопическую структуру из множества транзисторов.

Сегодняшние технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 5-6 нанометров (толщина человеческого волоса около 50000 нм). Со временем техпроцесс изготовления процессоров станет еще совершеннее. По прогнозам, транзисторы уменьшатся как минимум до 3 нм.

Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов можно поместить в один процессор, тем он будет производительнее и энергоэффективнее.

Созданная таким образом полупроводниковая структура вырезается из кварцевого "блина" и помещается на текстолит. На обратную его сторону выводятся контакты для обеспечения подсоединения к материнской плате. Сверху кристал защищается от повреждения металлической крышкой (см. рис. выше).

Понятие архитектуры, ядра, ревизии процессора

Процессоры прошли сложную эволюцию и сейчас продолжают развиваться. Производители совершенствуют не только техпроцесс изготовления, но и внутреннюю их структуру. Каждое новое поколение процессоров отличается от предыдущего строением, количеством и характеристиками входящих в их состав элементов.

Процессоры, в которых используются те же базовые принципы строения, называют процессорами одной архитектуры, а эти принципы - архитектурой (микроархитектурой) процессора.

В пределах одной архитектуры процессоры могут существенно отличаться - частотами системной шины, техпроцессом изготовления, размером и структурой внутренней памяти и некоторыми другими особенностями. О таких процессорах говорят, что они имеют разные ядра.

В рамках доработки одного ядра производители могут делать небольшие изменения с целью устранения мелких недочетов. Такие усовершенствования, которые "не тянут" на звание самостоятельных ядер, называют ревизиями.

Архитектурам, ядрам и ревизиям разработчики дают определенные названия. Например, компания Intel архитектурам и ядрам присваивает определенные имена, а их ревизиям – цифробуквенные обозначения. Так, все модели Intel Core 2 Duo являются процессорами микроархитектуры Intel Core и производились с ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. У каждого из этих ядер были еще и разные ревизии.

Основные характеристики процессора

• Количество вычислительных ядер.

Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра. Все современные процессоры являются многоядерными.

Эффективность вычислительных ядер разных архитектур заметно отличается. Но если сравнивать процессоры одной архитектуры, чем их (ядер) больше, тем процессор производительнее.

• Количество потоков.

Чем больше потоков – тем лучше. Количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер процессора. Например, благодаря технологиям Hyper-Threading (у Intel) и Simultaneous MultiThreading (у AMD), 4-ядерный процессор может работать в 8 потоков и во многом опережать 6-тиядерных конкурентов.

• Размер кеша 2 и 3 уровней.

Кеш - это очень быстрая внутренняя память процессора, которая используется им как буфер для временного хранения информации, обрабатываемой в конкретный момент времени. Подробнее об этом можно узнать здесь. Чем кеш больше – тем лучше.

Структура не всех современных процессоров предусматривает наличие кеша 3 уровня, хотя критичным моментом это не является. Так, по результатам многих тестов производительность процессоров Intel Core 2 Quadro, выпускавшихся с 2007 г. по 2011 г. и не имеющих кеша 3 уровня, даже сейчас выглядит достойно. Правда, кеш 2 уровня у них достаточно большой.

• Частота процессора.

Здесь все просто – чем выше частота процессора, тем он производительнее. Но это справедливо, если речь идет о процессорах одной архитектуры. Этот показатель отображает количество операций (тактов), осуществляемых процессором за единицу времени. Однако, процессор с более совершенной архитектурой за один такт обрабатывает больше информации. Как результат, новый низкочастотный процессор может оказаться значительно быстрее старого высокочастотного.

• Техпроцесс.

Понятие техпроцесса рассматривалось в предыдущем пункте этой статьи. Чем тоньше используемый техпроцесс, тем больше процессор может содержать транзисторов, меньше потребляет электроэнергии и меньше греется. От техпроцесса во многом зависит еще одна важная характеристика процессора - TDP.

Termal Design Point - показатель, отображающий энергопотребление процессора, а также количество тепла, выделяемого им в процессе работы. Единицы измерения - Ватты (Вт). TDP зависит от многих факторов, среди которых главными являются количество ядер, техпроцесс изготовления и частота работы процессора.

Кроме прочих преимуществ, "холодные" процессоры (с TDP до 100 Вт) лучше поддаются "разгону", когда пользователь изменяет некоторые настройки системы, вследствие чего увеличивается частота процессора. Разгон позволяет без дополнительных финансовых вложений увеличить производительность процессора (идогда на целых 20-25 %), но это уже отдельная тема.

В то же время, проблему с высоким TDP всегда можно решить приобретением эффективной системы охлаждения (см. последний пункт этой статьи).

• Наличие и производительность видеоядра.

Помимо вычислительных ядер, производители часто включают в состав процессоров еще и ядра графические. Такие процессоры, кроме решения своих основных задач, могут выполнять роль видеокарты. Возможностей некоторых из них вполне достаточно для игры в компьютерные игры, не говоря уже о просмотре фильмов, работе с текстом и решении остальных задач.

Если видеоигры - не главное предназначение компьютера, процессор со встроенным графическим ядром позволит сэкономить на приобретении отдельного графического адаптера.

• Тип и максимальная скорость поддерживаемой оперативной памяти.

Эти характеристики процессора необходимо учитывать при выборе оперативной памяти, с которой он будет использоваться. Нет смысла переплачивать за быстрые модули ОЗУ, если процессор не сможет реализовать все их преимущества.

Что такое сокет

Важным моментом, который нужно учитывать при выборе процессора, является то, для установки в сокет какого типа он предназначен.

Сокет (socket, разъем центрального процессора) – это щелевой или гнездовой разъём на материнской плате, в который устанавливается процессор. Каждый процессор можно установить только на материнскую плату с подходящим разъемом, имеющим соответствующие размеры, необходимое количество и структуру контактных элементов.

Каждый новый сокет разрабатывается производителями процессоров, когда возможности старых разъемов уже не могут обеспечить нормальную работу новых изделий. Для процессоров Intel длительное время использовался сокет LGA775 (процессоры Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серии 3000, Core 2 Quad). Затем были введены сокеты LGA1366, LGA1156, LGA1155 (процессоры i7, i5, i3) и др. Разъемы для процессоров от AMD за последние десятилетия также изменились - AM2, AM2+, AM3, AM4 и т.д. О более ранних сокетах, думаю, смысла вспоминать нет, поскольку компьютеры на их основе – уже раритет.

Важно. Если вы задумали модернизировать старый компьютер путем приобретения более производительного процессора, убедитесь, что по сокету он подойдет к вашей старой материнской плате. Иначе однозначно придется менять и ее. Но даже если по сокету процессор подходит, не факт что материнская плата будет с ним работать. Большое значение имеет также системная логика материнской платы ("чипсет"). Нужно убедиться, что он поддерживает процессоры с такой архитектурой. Подробнее о разъеме центрального процессора и соответствующих чипсетах материнских плат можно узнать здесь.

Система охлаждения процессора

Процессор нуждается в надлежащем охлаждении, иначе он может выйти из строя.

Как уже упоминалось выше, верхняя поверхность процессора представляет собой металлическую коробку, выполняющую, кроме защитных, еще и теплоотводные функции. Поверх процессора на материнской плате устанавливается система охлаждения. Ее теплоотводные элементы должны плотно прижиматься к поверхности процессора.

Для улучшения передачи тепла с процессора на радиатор системы охлаждения, между ними прокладывается слой термопасты – специального пастообразного вещества с высокой теплопроводностью.

При подборе системы охлаждения процессора нужно учитывать его TDP (рассматривалось выше в пункте о характеристиках процессора).

Процессоры обычно продаются в комплекте со штатной системой охлаждения. Но иногда ее эффективности не достаточно (например, если был произведен разгон и частота процессора, а следственно и его TDP, возросла). В таком случае можно отдельно приобрести более мощную систему охлаждения.

Нормальная температура работы процессора - до 50 градусов Цельсия (при пиковых нагрузках возможно чуть больше). Но от модели к модели она может отличаться. Средства измерения температуры встроены в центральный процессор. При помощи специальных программ температуру можно отслеживать в режиме реального времени (например, программой SpeedFan).

Современный процессор устроен так, что при достижении им критичной температуры он отключается и не включается, пока не остынет. Это позволяет предупредить его повреждение под воздействием высокой температуры.

Перегрев возможен вследствие низкой эффективности системы охлаждения, выхода ее из строя, засорения пылью, пересыхания термопасты и др.

НАПИСАТЬ АВТОРУ

Компьютер является неотъемлемой частью жизни современного человека. Интернет-серфинг, удаленная работа, быстрая связь с близкими и друзьями за считанные секунды - все это дает нам компьютер. Еще несколько десятилетий назад люди не могли представить, что посмотреть любимый фильм, заказать еду или купить книгу можно будет не вставая со стула. Теперь же это для нас не просто привычно, это вошло и укоренилось в нашей жизни. Давайте разберемся, из чего же состоит компьютер. А состоит он из множества компонентов и деталей, главные из которых - это оперативная память, центральный процессор и видеокарта. Конечно, в компьютере есть еще ряд вещей, без которых он не может функционировать: блок питания, жесткий диск, материнская плата и элементы гарнитуры. Перейдем к более детальному рассмотрению.

Устройство центрального процессора

Процессор - это своего рода мозги компьютера. На самом деле больше, чем процессор, не выполняет задач ни один элемент в компьютере. Через центральный процессор проходят сотни потоков в секунду. Он перерабатывает информацию и распределяет ее уже между другими компонентами. Не зря его называют сердцем компьютера. Через него проходит вся информация и все процессы. Что такое ЦПУ в компьютере, разобрались, перейдем к его устройству.

Верхняя часть процессора представляет собой механическую крышку. Она необходима для рассеивания тепла и в случае удара или падения защитит процессор. Сразу под этой крышкой находится своего рода кристалл, отвечающий за все процессоры в компьютере. За основу кристалла взят кремний. В случае его малейшего повреждения работа центрального процессора будет нарушена. Под кристаллом находится специальная прокладка, к которой с обратной стороны процессора прикреплены своеобразные "ножки" процессора. Именно они контактируют с материнской платой и передают всю информацию. Так же как и в случае с кристаллом, если не будет хотя бы одной ножки, то работа компьютера будет нарушена.

Функции центрального процессора

Как уже было сказано, процессор выполняет очень важную функцию в компьютере. От мощности процессора зависит то, насколько хорошо себя проявят остальные компоненты. Если мощности процессора не хватает для того, чтобы стабильно грузить приложение или игру, то видеокарта также не сможет проявить себя. Разберем, что делает центральный процессор:

выборка (чтение) выполняемых команд;
ввод (чтение) данных из памяти или устройства ввода/вывода;
вывод (запись) данных в память или в устройства ввода/вывода;
обработка данных (операндов), в том числе арифметические операции над ними;
адресация памяти, то есть задание адреса памяти, с которым будет производиться обмен;
обработка прерываний и режима прямого доступа.

Это основные функции ЦП. Все эти функции он выполняет каждую секунду своей работы, обеспечивая стабильную работу компьютера.

Центральный процессор и его характеристика

Каждый процессор имеет свои особенности строения. Характеристика центрального процессора позволяет понять, для каких задач он создан. Разная архитектура, тактовая частота. Все это в каждом процессоре разное:

тип архитектуры или серия (CISC, Intel х86, RISC);

система поддерживаемых команд (х86, IA-32, IA 64);

расширения системы команд (ММХ, SSE, SSE2, 3Dnow!);

конструктивное исполнение (Slot I, Slot 2, Socket 340, Socket 478, Slot A, Socket A);

тактовая частота (МГц, ГГц);

частота системной шины.

Стоит также уделить внимание понятию блоков центрального процессора. Они нужны для временного хранения управляющей информации. Эти блоки необходимы для того, чтобы в случае необходимости процессор мог моментально достать и использовать необходимую ему информацию. Обычно это чуть более 10 MB, но скорость у такой памяти намного выше, чем у оперативной памяти.

Видеокарта

Обсуждая центральный процессор CPU и другие компоненты компьютера, нельзя не уделить время такой важной части каждого устройства, как видеоадаптер. Видеокарта - это устройство, которое преобразует образ, хранящийся в виде информации, в полноценную и привычную нам картинку. То есть процессор информацию получает, обрабатывает и передает видеокарте, а она в свою очередь ее преобразует в графический образ. От мощности видеоадаптера зависит, какое качество картинки вы получите, разрешение и количество кадров. ЦПУ - это тоже компонент, от которого зависят кадры на экране. Количество кадров в секунду означает количество обновлений, которое происходит на экране за данную единицу времени. Приемлемым считается 25 кадров и выше, но за эталон принято не менее 30 кадров. Что интересно, частота обновления образа более 60 раз в секунду не имеет смысла, так как наш глаз уже не видит столь маленькой разницы. Видеокарты условно делятся на 3 типа:

Для 3D-работ.
Для игр.
Для домашних компьютеров.

Разберем каждый тип видеокарт. К 1 типу относятся видеоадаптеры, заточенные конкретно под моделирование. Такие видеокарты стоят довольно дорого, так как намного сложнее и требовательнее остальных видов. Второй тип самый массовый и распространенный, к нему относят все видеокарты от компании Nvidia c названием GTX и от компании AMD с указателем "x" в конце (например R7 275x). Эти видеокарты заточены именно под игры, но так же отлично проявляют себя для обычной, спокойной работы. Ну а к 3 типу относят видеокарты для интернет-серфинга или для работ в офисе, не требующих высоких показателей производительности.

Эффект "узкого горлышка"

Необходимо сказать о том, что связка процессора и видеокарты должна быть грамотно подобрана. Иначе можно столкнуться с таким явлением, как bottleneck. В переводе с английского это означает "узкое горлышко". Разберемся, что это такое и почему возникает. ЦПУ - это важный модуль компьютера, и если он загружен на полную, а видеокарта еще нет, то это называется эффектом узкого горлышка, когда производительность компьютера упирается в мощность процессора, а не в видеокарту. Для того чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо выбирать процессор мощнее, чем тот, что подходит к видеокарте.

Троттлинг

Троттлинг - это процесс защиты процессора от механических повреждений в ходе перегрева. Из-за этого существенно падает частота процессора и мощность компьютера в целом. Явление неприятное и возникает нечасто, только при существенном перегреве центрального процессора. ЦПУ - это очень хрупкий и важный компонент компьютера, который в случае угрозы поломки защищает себя. Например, процессор с 4 ядрами и 8 потоками в случае перегрева из-за высокой нагрузки увеличивает нагрузку на первые два ядра, так как они являются основными по умолчанию почти у всех процессоров. Пока остальные ядра охлаждаются, первые два работают на полную, и если нагрузка только увеличивается, то вскоре они перегреваются и включается троттлинг, тем самым фактически выключая эти ядра, перекидывая нагрузку на остальные два ядра, которые вскоре так же перегреваются и частота процессора существенно падает. Для того чтобы не попасть в такую ситуацию, надо следить за охлаждением процессора. Обязательно надо чистить компьютер от пыли, в том числе кулер, который охлаждает ЦП. Также необходимо проводить замену термопасты для более лучшей проводимости тепла. Компьютер должен находиться на расстоянии не менее 50 см от стены, для свободной циркуляции воздуха, иначе перегреву подвергнется не только процессор, но и весь компьютер в целом. Для понижения температуры процессора проводится его скальпирование. Это замена текстолита, который находится под крышкой процессора, передавая тепло от кристалла к его крышке и к кулеру.

Оперативная память

Также одним из важнейших компонентов компьютера является оперативная память, или как ее еще называют ОЗУ (оперативно запоминающее устройство). В отличие от жесткого диска в оперативной памяти содержится временная информация. То есть при запуске игры сама игра находится на жестком диске, а действия, которые происходят в игре на данный момент на экране, хранятся на оперативно запоминающем устройстве. Почему именно так, а не на жестком диске? Так как у ОЗУ скорость пропускная память в десятки раз выше, чем у основного диска компьютера, то именно в ней хранятся промежуточные данные. Во время загрузки локации в игре нужно быстро подгрузить файлы, а для этого нужно их пропустить через оперативную память или жесткий диск. Так как пропуск через жесткий диск будет в разы дольше, используется оперативная память.

Разгон компонентов ПК

Часто пользователи недовольны мощностью и производительностью своего компьютера. Для этого разработчики видеокарт, процессоров и так далее предусмотрели самостоятельное увеличение мощности компьютера в домашних условиях. Разгон каждого модуля компьютера отличается и требует осторожности.

Разгон процессора

ЦПУ - это самая важная часть в компьютере. Его разгон больше всего увеличивает мощность ПК. Как уже было сказано, если компьютер упирается мощностью в процессор, то страдает вся производительность. Что же надо сделать для разгона?

Сначала определите, если не знаете, какой у вас процессор.
Попробуйте найти на форумах в интернете информацию о разгоне именно вашей модели процессора от пользователей. Там будет указано максимально возможная частота, до которой смогли довести процессор другие пользователи.
Запустите компьютер вместе с БИОСом.
У каждой материнской платы разное устройство БИОСа, поэтому поищите в интернете, как зайти в меню разгона процессора.
После того как попали в меню, вы сможете выбрать виды разгона: автоматический или ручной. Также часто бывают уже заготовленные параметры разгона, но выше чем на 10 % они не разгоняют процессор. Поэтому рекомендуется выбирать ручной режим.
Попробуйте увеличить показатель множителя вашего процессора на 10-15 % (допустим, он будет 220, а вы поставите 330).
Запустите компьютер и понаблюдайте за его работой.
Если компьютер не запускается, или во время работы выскакивает синий экран смерти, видимо, вы переусердствовали с разгоном.

Почему же у разных пользователей разные показатели разгона процессора одной и той же модели?

У каждого пользователи разное охлаждение и модель материнской платы. Каждая плата рассчитана под определенные нужды. Одна под офисные работы, другая под активное домашнее пользование компьютером, а третья как раз таки для разгона и игр. У кого-то материнская плата мощнее, поэтому и возможность разгона выше. Также, конечно, влияет и уровень охлаждения процессора. Повышая частоту процессора, мы увеличиваем его теплоотдачу. У каждого кулера есть предел температуры охлаждения, у одного это 90 TDF, у другого 120 TDF и так далее. Соответственно, если теплоотдача процессора выше, чем может охладить кулер, то стабильно система работать уже не будет. То есть два главных компонента в разгоне процессора - это материнская плата и система охлаждения.

Разгон видеокарты

Видеокарта, так же как и процессор, подлежит разгону. С помощью увеличения мощности можно повысить качество картинки и увеличить количество кадров в играх. Для этого надо проделать пару нехитрых действий:

Разгон оперативной памяти

Увеличение мощности оперативной памяти осуществляется тем же путем, что и разгон процессора. Вы так же заходите в БИОС, находите пункт разгона и понемногу увеличиваете показатели. Зачем нужен разгон оперативной памяти? Разгоняя ее, вы повышаете скорость передачи данных, тем самым ускоряя работу приложений и игр на вашем компьютере. Также стоит сказать, что разгон оперативной памяти является самым опасным, так как может привести к непоправимым последствиям, вплоть до поломки материнской платы.

Заключение

В статье было полностью рассмотрено устройство центрального процессора и других компонентов. Каждый может самостоятельно дома разогнать и улучшить свой компьютер. Но необходимо обязательно помнить, что в случае поломки никто не починит ваш компьютер бесплатно, так как разгоняя его, вы берете ответственность на себя.

Центральный процессор компьютера отслеживает работу всех остальных устройств. Он работает совместно с оперативной памятью, в которой хранятся промежуточные данные. Большинство настольных компьютеров содержат процессоры, разработанные либо фирмой Intel, либо AMD. Мобильные устройства, такие как ноутбуки и планшеты, могут использовать те же процессоры, но также и специальные мобильные процессоры, разработанные компаниями ARM или Apple.

Современные процессоры часто включают в себя несколько процессорных ядер, которые работают вместе для параллельной обработки инструкций. Хотя эти ядра содержатся в одном физическом блоке, они фактически являются отдельными устройствами. Процессоры с двумя ядрами называются двухъядерными, с четырьмя ядрами - четырехъядерными и т. д.

Помимо центрального процессора, большинство настольных и портативных компьютеров оснащены также графическим процессором. Он предназначен для рендеринга графики, выводимой на монитор. Настольные компьютеры часто имеют видеокарту с графическим процессором, в то время как мобильные устройства обычно содержат, встроенный в материнскую плату, графический чип. Используя отдельные процессоры для системной и графической обработки, компьютеры могут более эффективно обрабатывать информацию с интенсивным использованием графики.

Любой компьютер работает в специальной среде, называемой операционной системой (ОС). Процессор проверяет работу ОС, выявляет ошибки и сбои, управляет через нее периферийными устройствами.

Доклад №2

Процессор – это мозг всего компьютера. Что мы о нем знаем? Что мы должны знать? Мы постараемся разобраться, что это за квадратик, который может стоить иногда и несколько тысяч долларов.

Процессор, по-английски называемый CPU – Central Processing Unit – отвечает за большинство команд, которые выполняет наш компьютер.

Команды могут быть разными:

написание букв на клавиатуре;
передача изображения с рабочего стола на экран;
воспроизведение музыки с плеера;
расчеты в калькуляторе;
открытие лотка для CD/DVD/BR;
отправка документа на печать.

Практически каждое электронное устройство имеет свой процессор. На рынке электроники доминируют два производителя – Intel и AMD. Если речь идет о мобильных устройствах, то следует добавить еще Apple, NVIDIA и Qualcomm.

Процессор представляет собой металлический квадрат, который, с одной стороны, относительно плоский, а с другой стороны, изрезан маленькими ножками. Эти ножки просто монтируются на материнскую плату. Охлаждение соединяется с плоской частью, перед этим нужно нанести теплопроводящей пасты, которой нельзя пренебрегать.

Охлаждение может быть либо пассивным, либо активным. Чаще всего, однако, это охлаждение, состоящее из обоих этих решений. Итак, у нас есть радиатор или башня с пластинами и вентилятор для него, который помогает отводить тепло между пластинами. Мы также можем использовать водяное охлаждение.

Большое внимание уделяется двум вещам в случае процессоров. Первое, это количество ядер. Теоретически, чем их больше, тем процессоров работает быстрее. В принципе, каждое ядро может обрабатывать любую команду одновременно. То есть одноядерный процессор может одновременно работать над одним процессом, а четырехъядерный на четырьмя. Хотя существуют процессоры с восемью и десятью ядрами, их могут использовать не все производители.

Второе – это тактовая частота процессора. Чем больше значение, подается в Ггц (гигагерцах). Данное число – это скорость процессора. Если это 2,7 Ггц, это значит, что одно ядро процессора может обрабатывать в секунду 2,7 миллиарда команд.

Важной вещью в процессоре является кеш-память. Ее размер определяет, является ли процессор 32-разрядным или 64-разрядным. Последний работает быстрее. Конечно, все, что запрограммировано на 32 бит будет работать в 64, но в другую сторону уже не.

Процессор

Иван Иванович Шишкин был рожден в семье купца 25 января 1832 года, в Российской империи. Семья Шишкин славилась древним родом. Иван Иванович – русский известный художник-пейзажист, живописец, мастер гравюры.

Основным местом для проживания феодалов в Европе считался замок, который представлял прочное каменное строение. Известно, что строительство таких сооружений началось в X веке. Так как такое строение воздвигалось очень долгое время,

15 и 16 века являются временем заметных перемен в политическом строе и в культуре Европы, а также в росте экономики. Общество перестраивалось и проходило новые этапы развития, а именно в науке, литературе,

В этой статье мы рассмотрим, что такое процессор CPU, какие у него функции и из чего он состоит.

В каждом вычислительном устройстве (ПК, смартфон, фотоаппарат) есть центр, который отвечает за правильную работу машины ― процессор.

В широком смысле процессор ― это устройство, которое выполняет вычислительные и логические операции с данными. Чаще всего этот термин используется для обозначения центрального процессора устройства. Расшифровка CPU ― Central Processing Unit (центральное обрабатывающее устройство). Это самая важная часть компьютера. Его мозг. Он выглядит как квадрат размером приблизительно 5x5 см:

Что значит CPU на процессоре

С обратной стороны CPU находятся ножки, с помощью которых он крепится к материнской плате:

Назначение и характеристика процессора

От мощности центрального процессора зависит скорость обработки команд и продуктивность работы других составляющих компьютера. Например, можно купить современную видеокарту, но она не сможет показать свои возможности, если управляется слабым CPU.

Функции CPU

Какие функции выполняет центральный процессор CPU? Главная функция ― управление всеми операциями компьютера: от простейших сложений чисел на калькуляторе до запуска компьютерных игр. Если рассматривать основные функции центрального процессора подробнее, CPU:

получает данные из оперативной памяти, выполняет с ними арифметические и логические операции, передаёт их на внешние устройства,
формирует сигналы, необходимые для работы внутренних узлов и внешних устройств,
временно хранит результаты выполненных операций, переданных сигналов и других данных,
принимает запросы от внешних устройств и обрабатывает их.

Из чего состоит CPU

Центральный процессор состоит из 3-х частей:

Ядро процессора, которое выполняет основную работу. Оно позволяет читать, расшифровывать, выполнять и отправлять инструкции. Ядро состоит из следующих частей:

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполняет основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе.
Устройство управления (УУ). Управляет работой CPU с помощью электрических сигналов. От него зависит согласованность работы всех частей процессора и его связь с внешними устройствами.

Каждое ядро может выполнять только одну задачу, хоть и за долю секунды. Одноядерный процессор выполняет каждую задачу последовательно. Для современного объёма операций этого мало, поэтому ценятся CPU с более чем одним ядром, чтобы выполнять несколько задач одновременно. Например, двухъядерный выполняет две задачи одновременно, трехъядерный ― три и т. д.

Запоминающее устройство. Это небольшая внутренняя память центрального процессора. Она состоит из регистров и кеш-памяти. В регистрах хранятся текущие команды, данные, промежуточные результаты операции. В кеш-память загружаются часто используемые команды и данные из оперативной памяти. Обратиться в кеш быстрее, чем в оперативную память, поэтому объём кеш-памяти влияет на скорость выполнения запросов.
Шины ― это каналы, по которым передаётся информация. Они как рельсы для перевозки данных.

Главной характеристикой процессора является производительность. Она зависит от двух параметров: тактовая частота и разрядность.

Тактовая частота ― число выполненных операций в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц — миллион тактов в секунду ) и гигагерцах (ГГц — миллиард тактов в секунду). Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает машина.

Разрядность ― количество информации (байт), которое можно передать за такт. Разрядность процессора бывает 8, 16, 32, 64 бита. Современные процессоры 32-х и 64-битные.

Производители CPU

На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.

Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.

Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.

Читайте также: