Процессоры из чего делают – Как делают микропроцессоры

Содержание

Устройство процессора, из чего состоит процессор компьютера

Сейчас полно информации в интернете по теме процессоров, можно найти кучу статей о том как он работает, где в основном упоминаются регистры, такты, прерывания и прочее…Но, человеку не знакомому со всеми этими терминами и понятиями достаточно трудно вот так «с лету» вникнуть в понимание процесса, а начинать надо с малого — а именно с элементарного понимания как устроен процессор и из каких основных частей он состоит.

Итак, что же окажется внутри микропроцессора, если его разобрать:

цифрой 1 обозначается металлическая поверхность (крышка) микропроцессора, служащая для отвода тепла и защиты от механических повреждений того, что находится за этой крышкой (тоесть внутри самого процессора).

Под номером 2 — находится сам кристалл, по факту являющийся самой важной и дорогой в изготовлении частью микропроцессора. Именно благодаря этому кристаллу происходят все вычисления (а это и есть самая главная функция процессора) и чем он сложнее, чем совершенней — тем мощнее получается процессор и тем дороже соответственно. Кристалл изготавливается из кремния. На самом деле процесс изготовления очень сложный и содержит в себе десятки шагов, подробнее в этом видео:

Цифра 3 — специальная текстолитовая подложка, к которой крепятся все остальные части процессора, кроме того она играет роль контактной площадки — на ее обратной стороне есть большое количество золотистых «точек» — это контакты (на рисунке их немного видно). Благодаря контактной площадке (подложке) обеспечивается тесное взаимодействие с кристаллом, ибо напрямую хоть как нибудь воздействовать на кристалл не представляется возможным.

Крышка (1) крепится к подложке (3) с помощью клея-герметика, устойчивого к высоким температурам. Между кристаллом (2) и крышкой нет воздушного зазора, его место занимает термопаста, при застывании из нее получается «мостик» между кристаллом процессора и крышкой, благодаря чему обеспечивается очень хороший отток тепла.

Кристалл соединяется с подложкой с помощью пайки и герметика, контакты подложки соединяются с контактами кристалла. На этом рисунке наглядно показано как соединяются контакты кристалла с контактами подложки при помощи очень тонких проводков (на фото 170-кратное увеличение):

Вообще устройство процессоров разных производителей и даже моделей одного производителя может сильно разниться. Однако принципиальная схема работы остается прежней — у всех есть контактная подложка, кристалл (или несколько, расположенных в одном корпусе) и металлическая крышка для отвода тепла.

Так например выглядит контактная подложка процессора Intel Pentium 4 (процессор перевернут):

Форма контактов и структура их расположения зависит от сокета процессора и материнской платы компьютера (сокеты должны совпадать). Например на рисунке чуть выше контакты у процессора без «штырьков», поскольку штырьки находятся прямо в сокете материнской платы.

А бывает другая ситуация, где «штырьки» контактов торчат прямо из контактной подложки. Эта особенность характерна в основном для процессоров AMD:

Как уже упоминалось выше, устройство разных моделей процессоров одного производителя может различаться, перед нами яркий тому пример — четырехъядерный процессор Intel Core 2 Quad, который по сути представляет собой 2 двухъядерных процессора линейки core 2 duo, совмещенных в одном корпусе:

Важно! Количество кристаллов внутри процессора и количество ядер процессора — не одно и то же.

В современных моделях процессоров Intel умещается сразу 2 кристалла (чипа). Второй чип — графическое ядро процессора, по-сути играет роль встроенной в процессор видеокарты, тоесть даже если в системе отсутствует видеокарта, графическое ядро возьмет на себя роль видеокарты, причем довольно мощной (в некоторых моделях процессоров вычислительная мощь графических ядер позволяет играть в современные игры на средних настройках графики).

Вот и все устройство центрального микропроцессора, вкратце конечно же.

pc-information-guide.ru

Из чего состоит процессор? Основные части и их функции

Многие уверенные пользователи ПК прекрасно знают основные составляющие компьютера, но мало кто понимает, из чего состоит процессор. А между тем это главное устройство системы, которое выполняет арифметические и логические операции. Основная функция процессора состоит в получении информации, ее обработке и отдаче конечного результата. Звучит все просто, но на самом деле процесс этот сложный.

Из чего состоит процессор

ЦП ‒ это миниатюрная кремниевая пластина прямоугольной формы, которая содержит миллионы транзисторов (полупроводников). Именно они реализуют все функции, которые выполняет процессор.

Почти все современные процессоры состоят из следующих компонентов:

  1. Несколько ядер (редко 2, чаще 4 или 8), которые выполняют все функции. По сути, ядро представляет собой отдельный миниатюрный процессор. Несколько интегрированных в основной чип ядер параллельно работают над задачами, что ускоряет процесс обработки данных. Однако не всегда большее количество ядер означает более быструю работу чипа.
  2. Несколько уровней памяти КЭШ (2 или 3), благодаря чему время взаимодействия ОЗУ и процессора сокращается. Если информация находится в КЭШе, то время доступа к ней минимизировано. Следовательно, чем большим будет объем КЭШа, тем больше информации в него поместится и тем быстрее будет сам процессор.
  3. Контроллер ОЗУ и системной шины.
  4. Регистры ‒ ячейки памяти, где хранятся обрабатываемые данные. Они всегда имеют ограниченный размер (8, 16 или 32 бит).
  5. Сопроцессор. Отдельное ядро, которое предназначается для выполнения операций определенного типа. Чаще всего в виде сопроцессора выступает графическое ядро (видеокарта).
  6. Адресная шина, которая связывает чип со всеми подключенными к материнской плате устройствами.
  7. Шина данных – для связи процессора с оперативной памятью. По сути, шина представляет собой набор проводников, посредством которых передается или принимается электрический сигнал. И чем больше будет проводников, тем лучше.
  8. Шина синхронизации – позволяет контролировать такты и частоту работы процессора.
  9. Шина перезапуска – обнуляет состояние чипа.

Все эти элементы принимают участие в работе. Однако самым главным среди них, безусловно, является именно ядро. Все остальные указанные составляющие лишь помогают ему выполнять основную задачу. Теперь, когда вы понимаете, из чего состоит процессор, можно более детально рассмотреть его основной компонент.

Ядра

Говоря о том, из чего состоит центральный процессор, в первую очередь нужно упомянуть ядра, так как именно они представляют собой основные его части. Ядра включают в себя функциональные блоки, выполняющие арифметические или логические операции. В частности, можно выделить:

  1. Блок выборки, декодирования и выполнения инструкций.
  2. Блок сохранения результатов.
  3. Блок счетчика команд и т.д.

Как вы поняли, каждый из них выполняет определенную задачу. Например, блок выборки инструкций считывает их по указанному в счетчике команд адресу. В свою очередь, блоки декодирования определяют, что именно надо сделать процессору. В совокупности работа всех этих блоков и позволяет добиться выполнения указанной пользователем задачи.

Задача ядер

Отметим, что ядра могут выполнять только математические расчеты и операции сравнения, а также перемещать данные между ячейками ОЗУ. Впрочем, этого хватает, чтобы пользователи могли играть в игры на компьютере, смотреть фильмы, просматривать веб-страницы.

По сути, любая компьютерная программа состоит из простых команд: сложить, умножить, переместить, поделить, перейти к инструкции при выполнении условия. Конечно, это лишь примитивные команды, однако их объединение между собой позволяет создать сложную функцию.

Регистры

Из чего состоит процессор еще, кроме ядер? Регистры – второй важный его компонент. Как вы уже знаете, это быстрые ячейки памяти, где находятся обрабатываемые данные. Они бывают разными:

  1. A, B, C – используются для хранения информации во время обработки. Их всего три, но этого достаточно.
  2. EIP – в этом регистре хранится адрес следующей в очереди инструкции.
  3. ESP – адрес данных в ОЗУ.
  4. Z – здесь находится результат последней операции сравнения.

Этими регистрами процессор не ограничивается. Есть и другие, однако указанные выше являются самыми главными – именно ими чаще всего пользуется чип для обработки данных во время выполнения той или иной программы.

Заключение

Теперь вы знаете, из чего состоит процессор и какие его модули являются основными. Подобный состав чипов не является постоянным, так как они постепенно совершенствуются, добавляются новые модули, усовершенствуются старые. Однако сегодня то, из чего состоит процессор, его назначение и функционал являются именно такими, как описано выше.

Описанный выше состав и приблизительный принцип работы систем процессора упрощены до минимума. На самом деле весь процесс является более сложным, но для его понимания необходимо получать соответствующее образование.

fb.ru

Процессор из чего состоит


Из чего состоит процессор. Иллюстрация в картинках

Здравствуйте, дорогие читатели. Сегодня мы Вам покажем, из чего состоит процессор изнутри. Многие пользователи, конечно, имели опыт с установкой процессора на материнскую плату, но не многие знают о том, как он выглядит изнутри. Мы постараемся объяснить Вам на достаточно простом языке, что бы было понятно, но в то же время не опуская подробностей. Прежде, чем начать рассказывать о составных частях процессора, Вы можете ознакомится с очень любопытным российским прототипом Эльбрус здесь.

Многие пользователи считают, что процессор выглядит именно так, как показано на рисунке.

 

Однако это вся конструкция в сборе, которая состоит из более мелких и жизненно важных частей. Давайте посмотрим, из чего состоит процессор изнутри. В состав процессора входит:

На рисунке выше под номером 1 изображена защитная крышка, которая обеспечивает механическую защиту от попадания пыли и других мелких частиц. Крышка изготовлена из материала, который имеет высокий коэффициент теплопроводности, что позволяет забирать лишнее тепло с кристалла, тем самым обеспечивая нормальный температурный диапазон работы процессора.

Под номером 2 изображен «мозг» процессор и компьютера в целом — это кристалл. Именно он считается самым «умным» элементом процессора, который выполняет все возложенные на него задачи. Вы можете увидеть ,что на кристалл нанесена тонким слоем микросхема, которая обеспечивает заданное функционирование процессора. Наиболее часто кристаллы процессора делают из кремния: это обуславливается тем, что этот элемент имеет достаточно сложные молекулярные связи, которые используются при формировании внутренних токов, что обеспечивает созданию многопоточной обработки информации.

Под номером 3 показана текстолитовая платформа, к которой крепятся все остальные делали: кристалл и крышка. Эта платформа так же играет роль хорошего проводника, который обеспечивает хороший электрический контакт с кристаллом. На обратной стороне платформы с целью повышения электропроводности находится много точек, изготовленных из драгоценного метала (иногда используют даже золото).

 Вот как выглядят электопроводящие точки на примере процессора Intel.

Форма контактов зависит от того, какой сокет стоит  на материнской плате. Бывет и так, что вмето точек на обратной стороне платформы Вы можете увидеть штырьки, которые выполняют ту же роль. Как правило, для процессоров семейства Intel штырьки находятся в самой материнской плате. В этом случае на подложке (она же платформа) будут располагаться точки. Для семейства процессоров AMD штырьки находяться непосредственно на самой подложке. Выглядят такие процессоры следующим образом.

Теперь рассмотрим сам способ крепления всех деталей. Для того, что бы крышка прочно удерживалась на подложке, ее «садят» при помощи специального клея-герметика, который устойчивый у большим температурам. Это позволяет конструкции находится в постоянной связке, не нарушая ее целостности.

Для того, что бы кристалл не перегревался, на него наносят специальную прокладку 1, поверх которой, в свою очередь, наносится термопаста 2, обеспечивающая эффективный теплоотвод на крышку. Крышка так же «смазывается» с внутренней стороны термопастой.

Давайте теперь посмотрим, как выглядит двухъядерный процессор. Ядро представляет собой отдельный функционально независимый кристалл, который параллельно устанавливается на подложку. Выглядит это так.

Таким образом 2 установленных рядом ядра увеличивают сумарную мощность процессора. Однако, если Вы увидите 2 кристалла, стоящих рядом, это не всегда будет означать, что у Вас двухъядерный процессор. На некоторых сокетах устанавливаются 2 кристалла, один из которых отвечает за арифметико-логическую часть, а другой — за обработку графики (некий встроенный графический процессор). Это выручает в тех случаях, когда у Вас встроенная видеокарта, мощности которой не хватает справится, например, с какой-нибудь игрой. В тих случаях львиную долю вычислений берет на себя графическая часть центрального процессора. Вот так выглядит процессор с графическим ядром.

Вот так вот, друзья, мы с Вами и разобрались, из чего состоит процессор. Теперь стало ясно, что все устройства, входящие в состав процессора, играют важную и незаменимую роль для качественной работы.  Не забывайте комментировать статьи нашего сайта, подписывайтесь на нашу рассылку и узнавайте много интересного.  Ваше мнение Важно для нас!

Вам будет интересно:

computers-info.ru

Как устроен процессор компьютера

March 20, 2016

Сегодня у каждого из нас имеется собственный персональный компьютер, однако не всегда мы думаем о том, насколько сложная и многогранная эта вещь. Любой из системных блоков содержит в своем составе своего рода центр всех выполняемых операций и текущих процессов – это микропроцессор. Из чего состоит этот незаменимый элемент каждого компьютера и зачем он нужен – тема сегодняшней статьи. Вероятно, многих читателей удивит тот факт, что сердце любого компьютера состоит из самых обычных камней, а точнее из горных пород.

Это на самом деле так. В составе каждого микропроцессора содержится кремний, а это материал, из которого в большей степени состоит песок и даже гранитные скалы. Примечательно, что первый микропроцессор для персонального компьютера был разработан практически пол века назад. Автором этого проекта стал Маршиан Эдвард Хофф в 1970-ом году, а также команда его подопечных исследователей из компании Intel. Этот процессор был достаточно слабым, поскольку работал на частоте в 750 кГц. Если сравнивать этот микропроцессор с современными аналогами, то он существенно проиграет по своим техническим характеристикам. Дело в том, что современные микропроцессоры в тысячи раз мощнее и перед тем как присмотреть новый процессор для своего компьютера, неплохо было бы предварительно ознакомиться с тем, какие задачи вообще решает этот центральный элемент любого ПК.

Бытует ошибочное мнение, будто современные процессоры могут самостоятельно думать и на самом деле это мнение ошибочно и в нем нет ни доли правды. Каждый современный процессор состоит из огромного количества транзисторов – это своего рода переключатели. Они позволяют осуществлять выполнение только одной функции – пропускать принимаемый сигнал дальше или же остановить его. Каким будет выбор зависит исключительно от напряжение приходного импульса.

Из чего состоит микропроцессор?

Если более подробно посмотреть на любой микропроцессор, то не составит труда заметить, что в его составе имеются многочисленные регистры, являющиеся информационными обрабатывающими ячейками. Чтобы связать «камень» процессора с остальными составляющими компьютера используется высокоскоростная шина. Именно по ней каждую секунду пролетают небольшие электромагнитные сигналы. Именно к этому и сводится принцип действия любого микропроцессора компьютера или же ноутбука.

Как устроен микропроцессор?

У любого современного микропроцессора имеется всего три базовых составляющих:

  • Ядро – именно в этом сегмента осуществляется деление информации на нули и единицы;
  • Кэш-память – это накопитель информации небольшого объема внутри микропроцессора;
  • Сопроцессор – уникальный в своем роде мозговой центр любого современного компьютера, где осуществляются самые сложные операции. В этой же составляющей микропроцессора происходит работа с мультимедийными файлами.

Одной из самых главных показателей любого микропроцессора является его тактовая частота. Именно этот параметр указывает на то, сколько тактов может осуществить процессор на протяжении одной секунды. Что касательно мощности микропроцессора, то она во многом зависит от всех параметров, о которых говорилось выше.

Примечательно, что сравнительно недавно запуском ракет и работой спутников занимались микропроцессоры, мощность которых была в сотни раз меньшей чем у нынешних аналогов. Сегодня размер одного транзистора равен всего 22нм, а прослойка транзисторов – 1нм. Напомним, что 1 нм – это толщина 5-ти атомов. Надеемся, этот материал был Вам полезен и дал возможность понять, как на самом деле устроены микропроцессоры современных компьютеров. Как видите, ученым удалось добиться немалого успеха, о чем наглядно свидетельствуют современные компьютеры.

lab-37.com

Основные характеристики центрального процессора

Процессор является очень высокотехнологичным устройством, он по праву считается «мозгом» любого компьютера. В одной из предыдущих статей мы с вами подробно рассмотрели устройство центрального про

htfi.ru

Как выбрать процессор | Как сделать своими руками.

В статье о том, как выбрать компьютер , мы упоминали, что процессор является мозговым центром вашей машины и стоит сказать, что когда дело доходит до покупки компьютера, то первым делом речь заходит о процессоре, т.к. он является самой совершенной, важной и по совместительству самой дорогой деталью компьютера. Не будет преувеличением сказать, что от его выбора зависит практически все, а выбрать в наше время есть из чего.

Семейства процессоров

Мало кто вспомнит, что конкурентов у компании Intel (создатели первого микропроцессора) раньше было больше чем один, и выбрать правильный процессор было сложнее. Но мир торговых отношений жесток и динамичен, и такие компании производители как Motorola, VIA, Cyrix потихоньку пошли на дно. А вот компания AMD живет и здравствует, по сей день идет нога в ногу с Intel.

Будучи разными, процессоры Intel и AMD построены на одной архитектуре и все программное обеспечение, с которым вы столкнетесь, легко взаимодействует с процессором любого производителя. Но вот оборудования каждый из них требует разного, как минимум материнская плата всегда заточена на какой-то определенный тип процессора и поэтому, выбрав процессор от Intel или AMD, вы поневоле будете привязаны к системным платам, поддерживающим процессоры только этой компании.

Несколько сравнительных фактов об этих процессорах:

  • Процессоры Intel надежнее процессоров AMD;
  • Процессоры AMD значительно дешевле процессоров Intel;
  • Процессоры AMD сильнее греются.

Основные характеристики процессоров

Основой из основ здесь является тактовая частота. Если говорить строго, то тактовая частота это количество операций (тактов) которое компьютер может выполнить за единицу времени. Тактовая частота измеряется в гигагерцах (ГГц) и по сей день количество гигагерц для рядового пользователя является не просто важным параметром, а единственным значимым. Частота работы современных процессоров в данный момент превышает 2-3 ГГц. Но к большому сожалению для разработчиков увеличивать тактовую частоту можно не до бесконечности, во первых как бы не уменьшали размер транзисторов место на заветном кристалле не резиновое, а во вторых большое количество элементов и высокая производительность видит за собой к приросту выделяемого тепла. Поэтому со временем инженеры решили пойти другим путем, если мы не можем разогнать одно ядро, мы будем разгонять два, четыре, восемь одинаковых ядер помещённых на разные участки процессора.

Поэтому вторым важным параметром будет количество ядер. Для офисного или домашнего компьютера вполне хватит одно — или двухъядерного процессора, большее количество ядер необходимо для игровых и профессиональных станций работающих с 3D моделями.

Другими характеристиками процессора являются:

Частота системной шины — влияет на скорость передачи данных из процессора и обратно. Влияет на его быстродействие, чем выше этот параметр, тем лучше. Измеряется в миллиардах пересылок в секунду (GT/s) или в мегагерцах (MHz).

Объем кэш-памяти — кэш процессора это его быстродействующая память для временного хранения системного кода. Также влияет на общее быстродействие.

Сокет — обозначает разъем на материнской плате, куда ставиться процессор, названия на системной плате и процессоре должны совпадать.

Комплектация — различают два вида комплектации: BOX и TRAY. В первом случае процессор идет в комплектации с охлаждающим устройством (кулером), во втором случае без него.

Маркировка процессоров

Чаще всего на ценнике к процессору вы увидите только цену, поэтому о его характеристиках нужно уметь судит по его названию. Например:

Процессор Intel Celeron Dual-Core G540 2.5 GHz/2MB/5GT/s s1155 BOX — модель для офисов и средних домашних компьютеров (цена ~40$)

Семейство: Intel Celeron Dual-Core

Модель: G540

Количество ядер: 2

Тактовая частота: 2.5 GHz

Объем кэш-памяти: 2 MB

Частота системной шины: 5 GT/s

Тип разъема: Socket 1155

Комплектация: BOX

Процессор Intel Core i7-3770K 3.5GHz/8MB/5 GT/s s1155 BOX – передовой процессор на момент написания статьи (цена ~340$)

Семейство: Intel Core i7

Модель: 3770K

Количество ядер: 4

Тактовая частота: 3.5 GHz

Объем кэш-памяти: 8 MB

Частота системной шины: 5 GT/s

Тип разъема: Socket 1155

Комплектация: BOX

Вы узнали как выбрать процессор, и я предлагаю вам узнать как делают процессоры

igor97.ru

Что такое процессор и что он делает?

Подробности
сентября 08, 2017
Просмотров: 3184

Сокращения — это любимый способ технологического мира, чтобы сделать интересную технологию невероятно запутанной. При поиске нового ПК или ноутбука в спецификациях указывается тип процессора, который установлен на новом устройстве. Но они почти всегда не могут сказать вам, почему это так важно.

Когда вы столкнулись с решениями между AMD и Intel, двух или четырехъядерным процессором, или i3 против i7, может быть трудно сказать, в чем разница и почему это имеет значение. Знать, что лучше для вас, может быть сложно, но я здесь, чтобы помочь вам.

 

Что такое процессор?

Центральное процессорное устройство (Central Processing Unit – сокращенно CPU) часто упоминается как мозг компьютера. Хотя процессор является только одним из многих блоков обработки, он является одним из самых важных. Это часть компьютера, которая выполняет вычисления, действия и запускает программы.

ЦП принимает вводные данные из ОЗУ компьютера, декодирует и обрабатывает действия, прежде чем доставлять результат. Процессоры находятся во всех устройствах: от компьютеров и ноутбуков, до смартфонов, планшетов и смарт-телевизоров. Маленький и обычно квадратный чип помещается на материнскую плату устройства и взаимодействует с другим оборудованием для управления вашим компьютером.

 

Как работает процессор?

За годы, прошедшие с момента появления первых процессоров, было много улучшений. Несмотря на это, основная функция ЦП осталась прежней, состоящей из трех этапов; получение, декодирование и выполнение.

 

Получение

Как и следовало ожидать, получение предполагает получение инструкций. Инструкции представляются в виде серии чисел и передаются в ЦП из ОЗУ . Каждая инструкция является лишь одной небольшой частью любой операции, поэтому ЦП должен знать, какая инструкция будет следующей. Текущий адрес инструкции удерживается программным счетчиком (ПК). Затем инструкции помещаются в регистр регистрации (IR). Затем выводится адрес следующей инструкции.

 

Декодирование

После того, как команда извлекается и сохраняется в IR, CPU передает инструкцию в схему, называемую декодером команд. Это преобразует инструкцию в сигналы, которые передаются в другие части ЦП для действия.

 

Выполнение

На последнем этапе декодированные команды отправляются в соответствующие части CPU, которые должны быть завершены. Результаты обычно записываются в регистр ЦП, где на них можно ссылаться более поздними инструкциями. Подумайте об этом, как о функции памяти на вашем калькуляторе.

 

Сколько ядер?

В первые дни появления компьютеров процессор имел только одно ядро. Это означало, что процессор был ограничен только одним набором задач. Это одна из причин того, что вычисления часто были относительно медленными и трудоемкими, но мир менялся, производители начали искать новые способы повышения производительности. Этот поиск повышения производительности привел к созданию многоядерных процессоров. Вполне вероятно, что вы слышите такие термины как, двухъядерные, четырехъядерные или даже восьми-ядерные процессоры.

Например, двухъядерный процессор — это всего лишь два отдельных процессора на одном чипе. Увеличив количество ядер, процессоры смогли обрабатывать сразу несколько процессов. Это имело желаемый эффект увеличения производительности и сокращения времени обработки. Двухъядерный процессор вскоре уступил место четырехъядерным процессорам с четырьмя процессорами и даже восьмиядерными процессорами с восемью. Добавив гиперпоточность ваш компьютер может выполнять задачи, как если бы они имели до 16 ядер.

 

Понимание спецификаций

Полезно знать о работе процессора наряду с различными брендами и номерами ядер. Тем не менее, есть много вариантов, даже с теми же самыми высокоуровневыми спецификациями. Существуют и другие спецификации, которые могут помочь вам решить между процессорами, когда дело доходит до времени на покупку.

 

Мобильный и настольный

Традиционно компьютеры были крупными статическими электронными устройствами, питающимися постоянным электричеством. Однако переход на ноутбуки и рост популярности смартфонов означает, что мы по существу носим компьютер вместе с нами повсюду. Мобильные процессоры оптимизированы для эффективности и энергопотребления, поэтому аккумулятор устройства работает как можно дольше.

В своей мудрости производители взяли на именование своих мобильных и настольных процессоров то же самое, но с рядом префиксов. Это несмотря на то, что они разные. Префиксы для мобильных процессоров имеют обозначение «U» для сверхнизкой мощности, «HQ» для высокопроизводительной графики и «HK» для высокопроизводительной графики с возможностью разгона. Настольные префиксы включают «K» для возможности разгона, и «T» — для оптимизации мощности.

 

32 или 64-битный

Процессор не получает постоянный поток данных. Вместо этого он получает данные в меньших фрагментах, известных как «биты». Процессор ограничен количеством бит в команде. Когда 32-битные процессоры были впервые разработаны, это казалось невероятно большим размером команды. Однако закон Мура продолжал держаться, и внезапно компьютеры могли обрабатывать более 4 ГБ ОЗУ — оставляя дверь открытой для нового 64-битного процессора.

 

Проектирование тепловой мощности

Thermal Power Design — это показатель максимальной мощности в Вт, потребляемый вашим процессором. Хотя более низкая потребляемая мощность явно хороша для ваших счетов за электроэнергию, она может иметь еще одно неожиданное преимущество — меньше тепла.

 

Тип гнезда процессора

Чтобы создать полностью работоспособный компьютер, ЦП необходимо подключить к другим компонентам через материнскую плату. При выборе процессора вам необходимо убедиться, что типы гнезд CPU и материнской платы соответствуют друг другу.

 

Кэш L2 / L3

Кэш L2 и L3 — это оперативная встроенная память для процессора, который будет использоваться во время обработки. Чем больше у вас будет кэш память, тем быстрее ваш процессор будет выполнять задачи.

 

Частота

Частота относится к рабочей скорости процессора. Перед многоядерными процессорами частота была самой важной метрикой производительности между разными CPU. Несмотря на добавление других функций, это все еще важная спецификация, которая должна учитываться. Например, очень быстрый двухъядерный процессор может превосходить более низкий четырехъядерный.

 

Мозг компьютера

Процессор действительно является мозгом компьютера. Он выполняет все задачи, которые мы обычно ассоциируем с вычислениями. Большинство других компьютерных компонентов действительно поддерживают процессоры. Улучшения в технологиях процессора, включая гиперпоточность и несколько ядер, сыграли ключевую роль в технической революции.

Возможность дифференцировать двухъядерный процессор Intel i7 и четырехъядерный процессор AMD X4 860K значительно упростит время принятия решений. Это не говоря уже о том, чтобы потенциально экономить ваши деньги на сверхмощном оборудовании. Однако, несмотря на их важность, есть много других способов для обновления вашего ПК.

Сколько нового о процессорах вы узнали из этой статьи? Какой процессор имеет ваш компьютер? Это вдохновило вас на обновление? Дайте нам знать в комментариях ниже!


Читайте также

 

 

 

 

juice-health.ru

Центральный процессор – дома с нуля : Сваричевский Михаил

Если в последние лет 40 для выполнения задачи нужен микропроцессор – единственный рассматриваемый вариант это купить готовый. Ну или в крайне редких случаях «накатить» стандартное конфигурируемое FPGA ядро (например Nios II) с парой дополнительных инструкций. Многие сейчас даже не могут представить, что процессоры могут получаться каким-то другим путем 🙂 Это всё равно что считать что продукты беруться в магазине, а вырастить их самому – абсолютно невозможно.

С одной стороны, зачем помнить основы технологии если все производится промышленно? На мой взгляд – чтобы быть уверенным, что технология не будет утеряна, что даже если случиться ядерная война компьютеры можно будет собирать из подручных материалов (так же как и с продуктами в начале 90 — многим пришлось возвращаться к технологии 100-летней давности из-за краха инфраструктуры производства и доставки).

Оказывается есть такие люди, которые до сих пор в качестве хобби делают центральные процессоры из дискретных компонент(транзисторов, реле) и микросхем низкой степени интеграции (счетчики, регистры). Единственные применяемые микросхемы – память (оперативная и перепрограммируемая).

В этой статье я хочу рассказать кратко об архитектуре и о нескольких реально работающих процессорах, сделаных в домашних условиях.

Общие архитектурные заметки:

Большинство самодельных процессоров работают (почти как и большинство современных процессоров )– на микрокоде, считываемого из flash/SRAM-памяти – тут обычно и находится самое медленное место: за последние лет 20 прогресс в латентности работы flash памяти остался почти на месте, и для широко доступных микросхем составляет 70нс, следовательно быстрее 14 МГц на процессоре на микрокоде во флеше не разогнаться. Процессоры обычно имеют шину данных 8 или 16 бит, адресную шину 16-20-24 бита (ограничивать себя 65Кб никому не хочется, особенно с нынешними ценами на память). ALU(вычислительное ядро) делается либо однобитным (т.е. для 16-и битной операции надо 16 тактов), либо используется готовое ALU на 2-4 бита (из которых собирается 8-16-и битное ALU). Процессоры на микрокоде обычно и код и данные хранят в одной и той же памяти (архитектура Фон-Неймана). RISC-подобные процессоры без микрокода обычно работают по Гарвардской архитектуре (данные и код отдельно, зачастую программа не может ничего писать в память кода). В абсолютно всех самодельных процессорах длина всех инструкций одинакова – переменная длина инструкций создает трудности даже при разработке «промышленных» процессоров. В качестве памяти используют обычно SRAM – раньше её использовали только для кэша из-за большой цены. От обычной SDR/DDR памяти отличается крайней простотой и неприхотливостью интерфейса, не нужно следить за «обновлением» памяти (в обычной SDR/DDR памяти данные выживают всего 32-64 миллисекунды).

Маленькие хитрости

Несмотря на то, что обычно используются простые микросхемы, есть некоторые хитрости, которые раньше(30 лет назад) были не доступны: готовые ALU (не совсем простая микросхема), SRAM память(например 1Мб SRAM памяти — это около 48млн транзисторов) и использование EEPROM-памяти как ALU (например, на микросхеме памяти 65кб 8бит можно сделать сумматор или мультипликатор, а на 1Мб микросхеме можно «проводить» 16 разных 8-битных операций — FPGA использует тот же принцип для построения произвольных логических схем). Также, сейчас можно использовать намного больше памяти для хранения микрокода и самого программного кода в памяти.

А теперь несколько самых выдающихся реализаций:

BMOW – Big Mess of Wires


http://www.stevechamberlin.com/cpu/bmow1
Собран из простых микросхем. Тактовая частота – 2 МГц.

MyCPU


http://www.mycpu.eu/
Собран из простых микросхем. Тактовая частота – 8 МГц. Развитая переферия – вплоть до доступа к сети. Кстати, сам Web-сайт http://www.mycpu.eu/ обслуживается именно этим самодельным сервером. Конструкция посторяемая, собрано много экземпляров.

Harry Porter’s Relay Computer


http://web.cecs.pdx.edu/~harry/Relay/index.html
Собран на 415 реле, на взгляд около 7Гц 🙂

Magic-1


http://www.homebrewcpu.com/
Собран на ~200 простых микросхемах, рабочая частота до 4МГц. Порт Minux, сам сайт работает на этом самодельном сервере.

Mark-1 Forth computer


http://www.holmea.demon.co.uk/Mk1/Architecture.htm
Собран на простых микросхемах, рабочая частота 1МГц. Как нетрудно понять из названия, оптимизирован для программ на языке Форт. Микрокод хранится в диодной матрице, вместо «неспортивных» микросхем флеш-памяти.

MT15


http://www.6502.org/users/dieter/
Самое вкусное на последок: 16-и битный процессор, собранный на самых простых низкочастотных биполярных транзисторах (около 3000 штук). Тактовая частота – 500КГц, из микросхем только память и генерация синхросигнала. Производство таких транзисторов на кухне вполне реально наладить уже через год после ядерной войны

Заключение

Надеюсь эта статья подтолкнет кого-то к более глубокому изучению внутренней архитектуры процессоров. Лично я в процессе изучения многочисленных архитектур поменял своё мнение о x86 – раньше мне она казалась громоздкой и страшно неэффективной (ну и конечно «инженеры – идиоты, я один в белом»), сейчас же практически все решения принятые инжеренарми Intel кажуться вполне логичными, если учитывать ограниченность количества транзисторов в начале 80-х (даже 6000 транзисторов i8080-го процессора обходились покупателям в 360-180$).

3.14.by

Как работает процессор компьютера? | Losst

Процессор — это, без сомнения, главный компонент любого компьютера. Именно этот небольшой кусочек кремния, размером в несколько десятков миллиметров выполняет все те сложные задачи, которые вы ставите перед своим компьютером. Здесь выполняется операционная система, а также все программы. Но как все это работает? Этот вопрос мы попытаемся разобрать в нашей сегодняшней статье.

Процессор управляет данными на вашем компьютере и выполняют миллионы инструкций в секунду. И под словом процессор, я подразумеваю именно то, что оно на самом деле означает — небольшой чип из кремния, который фактически выполняет все операции на компьютере. Перед тем как перейти к рассмотрению как работает процессор, нужно сначала подробно рассмотреть что это такое и из чего он состоит.

Содержание статьи:

Что такое процессор или CPU?

Сначала давайте рассмотрим что такое процессор. CPU или central processing unit (центральное обрабатывающее устройство) — который представляет из себя микросхему с огромным количеством транзисторов, сделанную на кристалле кремния. Первый в мире процессор был разработан корпорацией Intel в 1971 году. Все началось с модели Intel 4004. Он умел выполнять только вычислительные операции и мог обрабатывать только 4 байта данных. Следующая модель вышла в 1974 году  — Intel 8080 и мог обрабатывать уже 8 бит информации. Дальше были 80286, 80386, 80486. Именно от этих процессоров произошло название архитектуры.

Тактовая частота процессора 8088 была 5 МГц, а количество операций в секунду только 330 000 что намного меньше чем в современных процессоров. Современные устройства имеют частоту до 10 ГГц и несколько миллионов операций в секунду.

Мы не будем рассматривать транзисторы, переместимся на уровень выше. Каждый процессор состоит из таких компонентов:

  • Ядро — здесь выполняется вся обработка информации и математические операции, ядер может быть несколько;
  • Дешифратор команд — этот компонент относится к ядру, он преобразует программные команды в набор сигналов, которые будут выполнять транзисторы ядра;
  • Кэш — область сверхбыстрой памяти, небольшого объема, в которой хранятся данные, прочитанные из ОЗУ;
  • Регистры — это очень быстрые ячейки памяти, в которых хранятся сейчас обрабатываемые данные. Их есть всего несколько и они имеют ограниченный размер — 8, 16 или 32 бит именно от этот зависит разрядность процессора;
  • Сопроцессор — отдельное ядро, которое оптимизировано только для выполнения определенных операций, например, обработки видео или шифрования данных;
  • Адресная шина — для связи со всеми, подключенными к материнской плате устройствами, может иметь ширину 8, 16 или 32 бит;
  • Шина данных — для связи с оперативной памятью. С помощью нее процессор может записывать данные в память или читать их оттуда. Шина памяти может быть 8, 16 и 32 бит, это количество данных, которое можно передать за один раз;
  • Шина синхронизации — позволяет контролировать частоту процессора и такты работы;
  • Шина перезапуска — для обнуления состояния процессора;

Главным компонентом можно считать ядро или вычислительное-арифметическое устройство, а также регистры процессора. Все остальное помогает работать этим двум компонентам. Давайте рассмотрим какими бывают регистры и какое у них предназначение.

  • Регистры A, B, C — предназначены для хранения данных во время обработки, да, их только три, но этого вполне достаточно;
  • EIP — содержит адрес следующей инструкции программы в оперативной памяти;
  • ESP — адрес данных в оперативной памяти;
  • Z — содержит результат последней операции сравнения;

Конечно, это далеко не все регистры памяти, но эти самые главные и ими больше всего пользуется процессор во время выполнения программ. Ну а теперь, когда вы знаете из чего состоит процессор, можно рассмотреть как он работает.

Как работает процессор компьютера?

Вычислительное ядро процессора может выполнять только математические операции, операции сравнения и перемещение данных между ячейками и оперативной памятью, но этого вполне достаточно, чтобы вы могли играть игры, смотреть фильмы и просматривать веб-страницы и многое другое.

Фактически любая программа состоит из таких команд: переместить, сложить, умножить, делить, разница и перейти к инструкции если выполняется условие сравнения. Конечно, это далеко не все команды, есть другие, которые объединяют между собой уже перечисленные или упрощают их использование.

Все перемещения данных выполняются с помощью инструкции перемещения (mov), эта инструкция перемещает данные между ячейками регистров, между регистрами и оперативной памятью, между памятью и жестким диском. Для арифметических операций есть специальные инструкции. А инструкции перехода нужны для выполнения условий, например, проверить значение регистра A и если оно не равно нулю, то перейти к инструкции по нужному адресу. Также с помощью инструкций перехода можно создавать циклы.

Все это очень хорошо, но как же все эти компоненты взаимодействуют между собой? И как транзисторы понимают инструкции? Работой всего процессора управляет дешифратор инструкций. Он заставляет каждый компонент делать то, что ему положено. Давайте рассмотрим что происходит когда нужно выполнить программу.

На первом этапе дешифратор загружает адрес первой инструкции программы в памяти в регистр следующей инструкции EIP, для этого он активирует канал чтения и открывает транзистор-защелку чтобы пустить данные в регистр EIP.

Во втором тактовом цикле дешифратор инструкций преобразует команду в набор сигналов для транзисторов вычислительного ядра, которые выполняют ее и записывают результат в один из регистров, например, С.

На третьем цикле дешифратор увеличивает адрес следующей команды на единицу, так, чтобы он указывал на следующую инструкцию в памяти. Далее, дешифратор переходит к загрузке следующей команды и так до окончания программы.

Каждая инструкция уже закодирована последовательностью транзисторов, и преобразованная в сигналы, она вызывает физические изменения в процессоре, например, изменению положения защелки, которая позволяет записать данные в ячейку памяти и так далее. На выполнение разных команд нужно разное количество тактов, например, для одной команды может понадобиться 5 тактов, а для другой, более сложной до 20. Но все это еще зависит от количества транзисторов в самом процессоре.

Ну с этим все понятно, но это все будет работать только если выполняется одна программа, а если их несколько и все одновременно. Можно предположить, что у процессора есть несколько ядер, и тогда на каждом ядре выполняется отдельная программ. Но нет, на самом деле там таких ограничений нет.

В один определенный момент может выполняться только одна программа. Все процессорное время разделено между всеми запущенными программами, каждая программа выполняется несколько тактов, затем процессор передается другой программе, а все содержимое регистров сохраняется в оперативную память. Когда управление возвращается этой программе, то в регистры грузятся ранее сохраненные значения.

Выводы

Вот и все, в этой статье мы рассмотрели как работает процессор компьютера, что такое процессор и из чего он состоит. Возможно, это немного сложно, но мы рассмотрели все более просто. Надеюсь, теперь вам стало более ясно то, как работает это очень сложное устройство.

На завершение видео об истории создания процессоров:

losst.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.