Устройство процессора

Александр 'S'
]]>
]]> Устройство процессора

Доброго времени суток, друзья! Сегодняшняя статья Ne-zhalko.ru посвящена фундаментальным основам работы одной из важнейших деталей компьютера - процессора. Мы рассмотрим устройство процессора, затронем процесс создания процессора, а также остановимся на важнейших характеристиках современных компьютерных процессоров.

Центральный процессор компьютера - это не просто важная часть компьютера, скорее это главная его часть. Исходя из определения Центрального Процессора, которое гласит, что ЦПУ (Центральное Процессорное Устройство) не что иное, как специальный набор микросхем, исполняющий все машинные инструкции, то есть читающий и выполняющий код программ, будет справедливо назвать процессор "мозговым центром" любого компьютера. Думаю, Вам будет интересно узнать, что изначально процессорные устройства создавались для расшифровки и выполнения одной единственной специальной программы, реже, несколько похожих программ. Вы можете себе представить, насколько затратными были те процессоры, ведь они создавались в единственном исполнении, каждый на "свою личную" компьютерную систему?

Естественно, такое положение дел мало кого устраивало, поэтому разработчики процессорных устройств стремились к созданию такой модели, которая смогла бы выполнять все множество существующих программ и добиваться не одной, а нескольких целей. Развитие данного направления постепенно привело к стандартизации компьютерного оборудования, а также к тому, что сейчас мы пользуемся процессорами, в разы превосходящими своих предков во всех показателях (кроме, разве что, размера). К слову сказать, сейчас процессор перестал ассоциироваться исключительно с компьютером, так как используют их везде, где только можно - мобильные телефоны, электронные книги, калькуляторы, автомобили и т.д.

Устройство современных процессоров

С исторической частью на этом закончим, чтобы перейти непосредственно к устройству современных процессоров, а также к процессу их изготовления. В отличие от своих первых прототипов нынешним процессорам более подходит название "микропроцессор".

Основанием микропроцессора служит кремниевая пластина (гораздо реже сапфир), отсюда пошло жаргонное название процессора - "камень", так как кремний в природе встречается в виде... обычного речного песка. Далее на кремниевое основание напылением наносятся слои специального вещества, содержащего полупроводники, изоляторы, проводники. В результате послойного напыления образуются процессорные кристаллы содержащие огромное количество транзисторов (от нескольких сотен тысяч до миллиардов), подключенных нужным образом. После завершения напыления кремниевое основание делится на определенные участки (элементарные кристаллы) на которых создаются контактные соединения из золота. К данным соединениям припаивают золотые проводники, проводящие сигнал к контактам микросхемы. После этого существующую конструкцию оснащают теплоотводом и накрывают крышкой.

Если данное устройство работает должным образом - это выявляется через тестирование - начинается массовое производство модели.

Так как одной из важных характеристик процессора является его архитектура, будет логично выяснить, что это такое. Архитектура процессора рассматривается с нескольких точек зрения, я постараюсь свести определение к одному логическому выводу.

Итак, архитектура процессора - это внутренняя конструкция процессора с определенным набором характеристик, основанная на конкретном количественном сочетании компонентов процессора и работающая с обозначенными производителем наборами команд конкретной структуры, присущая определенному семейству процессоров. Общий смысл термина "архитектура", пожалуй сохранился, приняв некоторые специфичные поправки отрасли.

Наряду с архитектурой важное значение для свойств будущего процессора имеют характеристики ядра.

Ядро процессора - это часть процессора, содержащая важнейшие блоки физических устройств, определяющих общие характеристики микропроцессора. Обычно ядро отождествляют с кристаллом процессора. Все ядра различаются между собой по количеству функциональных блоков, тактовым частотам, объемам КЭШ-памяти, напряжению питания, тепловыделению, а также по технологии производства.

Кроме всего вышеперечисленного даже одинаковые процессоры могут различаться между собой. Происходит это из-за ревизий ядра. Под ревизией понимается техническое изменение ядра процессора с целью его доработки, исправления ошибок, увеличения тактовой частоты и тому подобное. Одинаковые ядра разных ревизий имеют различный степпинг (цифровой код ревизии), например, процессор Phenom с ядром Agena (B2) и процессор Phenom с тем же ядром Agena, но ревизии B3. Ревизия B3, в данном случае, проводилась для повышения тактовой частоты, а также для исправления ошибки буфера трансляции адресов.

Следующая отличительная особенность ядер: тактовая частота - частота импульсов схемы, то есть количество операций выполняемых в секунду времени. Данный термин используется для характеристики производительности ядра процессора. Важно знать, что одинаковая  тактовая частота не означает одинаковую производительность, так как на каждую операцию может потребоваться различное количество тактов. Обозначается тактовая частота с помощью аббревиатуры Ггц (гигагерц).

Очень профессиональное описание процессоров и их тактовой частоты

Важной характеристикой процессора является кэш-память.

Кэш-память - сверхбыстрая память, используемая микропроцессором для ускорения доступа к основной компьютерной памяти. Так как при работе компьютера процессор часто выполняет одни и те же действия, он может записывать копии часто используемых данных из основной памяти компьютера в собственную кэш-память для быстрого последующего доступа к ней.. Чем больше запросов будет обрабатываться с помощью кэш-памяти процессора, тем быстрее будет происходить работа компьютера в целом, так как процессор сначала проверяет именно доступность данных в кэш-памяти, и, находя их там, не станет использовать основную память. Соответственно б0льший объем кэш-памяти является положительным фактором при выборе процессора для Вашего компьютера.

Стоит упомянуть о многоуровневом кэше. Обычно включение памяти в работу происходит по принципу от меньшего кэша к большему (от L1 к L3). То есть при начале работы проверяется самый маленький, но быстрый кэш L1, если совпадений не найдено проверка перейдет к кэшу L2 - он чуть больше по размеру и чуть медленнее, чем L1. Если совпадений снова не будет, то следующим будет кэш L3, таким образом при отсутствии совпадений во всех 3-х уровнях кэш-памяти микропроцессора, запрос будет адресован к основной памяти (ОЗУ).

Также следует знать, что процессоры разных семейств, производителей, поколений будут иметь различные разъемы для посадки на материнскую плату.

На данный момент в мире существует всего лишь 2 признанных, заслуживающих доверия производителей микропроцессоров для компьютеров - это компании Intel и AMD. Я не буду делать никому из них рекламу (тем более сомневаюсь, что она целесообразна), но скажу, что модели обеих компаний заслуживают доверия, потому прекрасно подойдут для любых Ваших нужд.

Познавательное видео о сборке процессоров + немного истории

До скорых встреч на Ne-zhalko.ru! Надеюсь, устройство процессора для Вас стало немного понятней!

]]>
]]>
Статьи из этой же рубрики: