Центральный процессор – назначение и характеристики

Что такое процессор в компьютере: принцип работы, устройство процессора. Что такое тактовая частота и разрядность процессора. Виды процессоров со встроенной видеокартой. Разгон, мощность и рабочая температура процессора. Как выбрать достойную модель. Наши эксперты помогут вам найти где в компьютере процессор.

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.

Устройство центрального процессора

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.

Процессор в разобранном виде

Два основных компонента процессора

Устройство управления

Устройство управления (УУ) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. УУ сообщает компонентам, что именно нужно делать. В соответствии с инструкциями он координирует работу с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции вначале поступают именно на устройство управления.

Существует два типа реализации УУ:

  • УУ на жёсткой логике (англ. hardwired control units). Характер работы определяется внутренним электрическим строением — устройством печатной платы или кристалла. Соответственно, модификация такого УУ без физического вмешательства невозможна.
  • УУ с микропрограммным управлением (англ. microprogrammable control units). Может быть запрограммирован для тех или иных целей. Программная часть сохраняется в памяти УУ.

УУ на жёсткой логике быстрее, но УУ с микропрограммным управлением обладает более гибкой функциональностью.

Арифметико-логическое устройство

Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, например сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т. п. АЛУ состоит из логических элементов, которые и выполняют эти операции.

Большинство логических элементов имеют два входа и один выход.

Ниже приведена схема полусумматора, у которой два входа и два выхода. A и B здесь являются входами, S — выходом, C — переносом (в старший разряд).

Схема арифметического полусумматора в статье «Как работает процессор?»

Схема арифметического полусумматора

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.

Описание центрального процессора

Итак, с видами ЦП и их отличительными особенностями мы разобрались, пора переходить к описанию самого изделия и разобраться в том, что это такое. Для простоты понимания разобьём его на несколько пунктов, выделяя в них ключевые особенности изделия:

  1. Назначение ЦП;
  2. Его строение;
  3. Базовые характеристики;

С их помощью мы разберемся как работает процессор и как он устроен.

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.

Блоки в центральном процессоре

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.

Какие функции выполняет процессор

Если кратко и по сути, то назначение CPU в компьютере — обработка фактически всех данных, кроме графики (за это отвечает видеокарта). Сюда же относится работа самой операционной системы, ее служб и компонентов. Поэтому загруженность процессора никогда не бывает нулевой: даже самая простая ОС «отжирает» часть вычислительной мощности.

Как это происходит: при запуске приложения все вычисления, то есть изменения, которые вносит программа (например, набор текста на чистом Вордовском листе или прокрутка видеоролика на Ютубе) производятся процессором. Сам исполняемый код хранится в оперативной памяти (кроме наиболее часто используемых «кусков», которые достаются из кэша ЦП).

Результат вычислений можно сохранить на жестком диске или твердотельном накопителе. При обработке графики (в том числе даже простенькой казуальной игры или воспроизведении видео) к процессу подключается видеокарта, задача которой — отрисовка картинки.

Все компоненты связаны между собой посредством материнской платы. Включение компа возможно без любого из вышеперечисленных компонентов, кроме процессора. При его отсутствии материнка не сможет обработать даже команду подать питание. Вот так.

Конечно, это упрощенное определение, но я намеренно не хочу нагружать вас обилием технических терминов — для понимания, как все устроено, этого вполне достаточно.

Детальнее о том, как устроен процессор внутри, можете почитать здесь.

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.

Видеокарта Nvidia Titan Z

Почему процессоры настолько важны?

Но почему они важны потребителям? Одна из причин заключается в том, что немногие потребители будут удовлетворены устройством, которое медленно загружает приложения, зависает, когда они пытаются выполнить несколько задач одновременно, или не обеспечивает бесперебойную потоковую трансляцию видео. Потребители хотели бы получить быстродействующее устройство. И чем лучше процессор выполняет несколько операций одновременно с высокой тактовой частотой, тем быстрее и лучше работает устройство.

Работа микропроцессора на примере вычисления факториала

Математические вычисления

Рассмотрим работу микропроцессора на конкретном примере выполнения им простой программы, которая вычисляет факториал от числа «5». Сначала решим эту задачку «в тетради»:

факториал от 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

На языке программирования C этот фрагмент кода, выполняющего данное вычисление, будет выглядеть следующим образом:

a=1;f=1;while (a

Когда эта программа завершит свою работу, переменная f будет содержать значение факториала от пяти.

Компилятор C транслирует (то есть переводит) этот код в набор инструкций языка ассемблера. В рассматриваемом нами процессоре оперативная память начинается с адреса 128, а постоянная память (которая содержит язык ассемблера) начинается с адреса 0. Следовательно, на языке данного процессора эта программа будет выглядеть так:

// Предположим, что a по адресу 128// Предположим, что F по адресу 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // if a > 5 the jump to 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // loop back to if17 STOP

Теперь возникает следующий вопрос: а как же все эти команды выглядят в постоянной памяти? Каждая из этих инструкций должна быть представлена в виде двоичного числа. Чтобы упростить понимание материала, предположим, что каждая из команд языка ассемблера рассматриваемого нами процессора имеет уникальный номер:

  • LOADA — 1
  • LOADB — 2
  • CONB — 3
  • SAVEB — 4
  • SAVEC mem — 5
  • ADD — 6
  • SUB — 7
  • MUL — 8
  • DIV — 9
  • COM — 10
  • JUMP addr — 11
  • JEQ addr — 12
  • JNEQ addr — 13
  • JG addr — 14
  • JGE addr — 15
  • JL addr — 16
  • JLE addr — 17
  • STOP — 18

Будем считать эти порядковые номера кодами машинных команд (opcodes). Их еще называют кодами операций. При таком допущении, наша небольшая программа в постоянной памяти будет представлена в таком виде:

// Предположим, что a по адресу 128// Предположим, что F по адресу 129Addr машинная команда/значение0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 12823 12824 3 // CONB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430 831 18 // STOP

Как вы заметили, семь строчек кода на языке C были преобразованы в 18 строчек на языке ассемблера. Они заняли в ПЗУ 32 байта.

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.

Оперативная память

Виды процессоров

Всего принято выделять 5 основных видов процессоров в компьютере:

  • Буферный. Это сопроцессор, который требуется для предварительной обработки информации между периферией и ЦП.
  • Препроцессор. По своей сути, это аналогичный предыдущему процессор, назначением которого является промежуточная обработка данных.
  • CISC. ЦП, выпускаемый компанией Intel, который отличается от обычного увеличенным набором команд.
  • RISC. Альтернативная версия CISC, имеющая сокращённое количество команд. Большинство крупных производителей процессоров работает на сочетании двух разновидностей (CISC и RISC), что позволит увеличить мощность и скорость работы ядра.
  • Клоны. Это процессоры, которые выпускаются некрупными производителями по лицензии или полностью пиратским способом.

Для тех, кто хочет знать больше:

Понравилась статья? Дальше интересней… Подписывайтесь!

Спасибо! Вы успешно подписаны на нашу рассылку.

Перейдите на свою почту для подтверждения подписки

Нажимая на кнопку “Получать статьи”, я даю

согласие на рассылку

,

обработку персональных данных и принимаю

политику конфиденциальности

.

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.

Пример разгона
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...