Процесор (cpu) - серце комп’ютера

«Дарованому процесору в кулер не дують.»

Важливість процесора для будь-якого персонального комп'ютера важко переоцінити. Це електронний пристрій порівняно мало за розмірами, але споживає значний відсоток енергії, одержуваної від блоку живлення, а його вартість становить левову частку вартості комп'ютера. Не випадково багато людей, як правило, не дуже обізнані в комп'ютерній термінології, асоціюють процесор з самим комп'ютером. Хоча це, звичайно ж, помилкова точка зору, але причини подібної асоціації неважко зрозуміти. Адже процесор цілком можна уподібнити мозку комп'ютера, і в такому випадку він буде уособлювати суть комп'ютера, і ідентифікувати його точно так само, як мозок людини уособлює суть людини і ідентифікує його особистість.

Трохи історії

Перші процесори з'явилися на самій зорі зародження комп'ютерних технологій. А бурхливий розвиток мікрокомп'ютерної техніки багато в чому було наслідком появи перших мікропроцесорів. Якщо раніше всі необхідні елементи CPU були розташовані на різних електронних схемах, то в мікропроцесорах вони вперше були об'єднані на одному-єдиному кристалі. Надалі під терміном «процесор» ми будемо мати на увазі саме мікропроцесори, оскільки ці слова давно перетворилися в синоніми.

Мікропроцесор i4004 - прадід сьогоднішніх CPU

Одним з перших мікропроцесорів був чотирьохрозрядний процесор фірми Intel i4004. Він мав сміховинні як на теперішній час характеристики, але для свого часу - початку 1970-x рр. його поява представляло собою справжній технологічний прорив. Як можна здогадатися з його позначення, він був чотирирозрядний і мав тактову частоту близько 0,1 МГц. І саме його прямий нащадок, процесор i8088, був обраний фірмою IBM в якості «мозку» першого персонального комп'ютера фірми IBM PC.

Процесор i8088 використовувався в першому персональному комп'ютері фірми IBM

i80386 - перший повністю 32-розрядний CPU

Наступний мікропроцесор компанії Intel, 486DX, чудовий тим, що в ньому вперше з'явився внутрішній кеш - внутрішня оперативна пам'ять мікропроцесора. Крім того, в ньому було застосовано багато інших удосконалень, які багато в чому визначили подальшу еволюцію мікропроцесорів. Те ж саме можна сказати і про наступний процесор компанії Intel, Pentium.

Intel 486DX - перший процесор з внутрішнім кешем

Процесор компанії Intel - Pentium

Разом з CPU Pentium 4 в ряду технологій, що використовуються в мікропроцесорах, з'явилася технологія Hyper Threading. А процесори Opteron від фірми AMD і Pentium D від Intel відкрили сучасну епоху еволюції CPU, епоху процесорів, що мають кілька ядер. Зараз на ринку представлено багато CPU від різних виробників, але головними виробниками досі залишаються дві компанії - Intel і AMD, причому на частку першої припадає понад 80% ринку.

CPU Opteron від фірми AMD і Pentium D від Intel

пристрій CPU

Будь CPU має обчислювальний ядро ​​(іноді їх буває кілька), а також кеш, тобто власну оперативну пам'ять. Кеш зазвичай має два рівні - перший і другий (внутрішній і зовнішній). Внутрішній має менший обсяг, але має більшу швидкодію в порівнянні з зовнішнім. Ємність кеша другого рівня сучасних CPU становить кілька мегабайт - більше, ніж оперативна пам'ять перших персональних комп'ютерів!

В ядрі CPU знаходиться кілька функціональних блоків - блок управління, блок вибірки інструкцій, блок обчислень з плаваючою точкою, блок цілочисельних обчислень, і.т.д. Також в ядрі розташовуються головні регістри processor-а, в яких знаходяться оброблювані в певний момент дані. У класичній схемі мікропроцесора архітектури х86 цих регістрів всього 16.

На сьогоднішній день найбільшого поширення набули дві основні різновиди процесорів - CISC (Complex Instruction Set Computing) і RISC (Reduced Instruction Set Computing). У CISC-процесорах мало внутрішніх регістрів, але вони підтримують великий набір команд. В RISC-процесорах регістрів багато, зате набір команд обмежений. Традиційно мікропроцесори для персональних комп'ютерів архітектури Intel х86 належали до класу CISC-процесорів, однак в даний час більшість мікропроцесорів представляють собою гібрид цих двох архітектур.

Якщо розглянути CPU на апаратному рівні, то він є, по суті, величезною мікросхемою, розташованої на цілісному кристалі кремнію, в якій містяться мільйони, а то і мільярди транзисторів. Чим менше розміри транзисторів, тим більше їх міститься на одиницю площі CPU, і тим більше його обчислювальна потужність. Крім того, від розмірів транзисторів залежить енерговиділення і енергоспоживання процесора - чим менше їх розмір, тим ці характеристики процесора менше. Цей фактор має велике значення, так як CPU є найбільш енергоємним пристроєм сучасного ПК. Тому проблема зменшення нагрівання процесора входить в число найважливіших, що стоять перед розробниками ПК і самих процесорів.

Окремо варто сказати про корпус, в якому знаходиться CPU. Зазвичай матеріалом корпусу процесора служить кераміка або пластик. Спочатку процесори намертво впаюються в системну плату, зараз же більшість вставляються в спеціальні гнізда - сокети. Такий підхід помітно спростив модернізацію системи користувачем - досить вставити в роз'єм інший CPU, підтримуваний даної системної платою, і ви отримаєте більш потужний комп'ютер.

Сокет сучасного процесора

Принцип роботи

Для обробки даних керуючий пристрій CPU отримує з оперативної пам'яті або кешу процесора самі дані, а також команди, які описують процес обробки даних. Дані поміщаються у внутрішні регістри мікропроцесора, і над ними проводяться операції за допомогою арифметико-логічного пристрою відповідно до надійшли командами.

Принцип роботи процесора

Роботу CPU синхронізують так звані тактові сигнали. Напевно кожному користувачеві відомо поняття тактової частоти, яка відображає кількість тактів роботи процесора за секунду. Це значення багато в чому визначать характеристики процесора. Проте, продуктивність комп'ютера далеко не завжди пропорційна його тактовій частоті. І справа тут не тільки в наявності у сучасних CPU декількох ядер, а й в тому, що різні процесори мають різну архітектуру і, як наслідок, можуть виконувати різну кількість операцій за секунду. Сучасні CPU можуть виконувати кілька операцій за один такт, тоді як у перших мікропроцесорів на одну операцію, навпаки, могло йти кілька тактів.

CPU архітектури х86 історично підтримують такі режими роботи процесора:

1. реальний
2. захищений
3. Віртуальний
4. режим супервізора

Режими роботи процесора також включають режим супервізора, який використовується при роботі в сучасних операційних системах. В цьому режимі програмний код має необмежений доступ до всіх системних ресурсів.

висновок

У цій статті ви в загальних рисах познайомилися з призначенням центрального CPU, його історією, пристроєм, дізналися про режими роботи процесора і ознайомилися з принципами його функціонування. Central Processing Unit - це найскладніше і найважливіше пристрій комп'ютера. Можна сміливо стверджувати, що розвиток комп'ютерної техніки багато в чому взаємопов'язане з прогресом у розвитку CPU. Від потужності мікропроцесора і його особливостей його роботи залежить продуктивність всього комп'ютера, а також можливості його окремих компонентів.

Запропонуйте Друзям статтю: