Великі таємниці маленького процесора

Процесор не даремно називають «серцем комп`ютера», адже на нього лягають всі тяготи з аналізу та обробці даних. Більш того від цієї маленької, але дуже важливою "залізячки» багато в чому залежить продуктивність і швидкість роботи вашого ПК. Сьогодні ми зануримося в життя центрального процесора і розберемося з його технічними характеристиками.

{Mosloadposition debug}
По-науковому центральний процесор (скорочено ЦП) називають центральним обчислювальним пристроєм або CPU (від англійського «Central Processing Unit»). Фізично CPU виконаний у вигляді напівпровідникового кристала кремнію і містить мільярди транзисторів. Процесор має вигляд невеликої мікросхеми, яка щільно кріпиться до материнської плати комп`ютера.

Роз`єм на материнській платі, в який вставляється процесор, називається сокетом. На малюнку ви можете бачити сокет, в який вставлений і намертво закріплений процесор.

У певний сокет можна вставляти лише конкретні моделі процесорів. Тому, якщо ви задумалися про оновлення комп`ютерного заліза і хочете замінити процесор, майте це на увазі. Моделі процесорів, підтримуваних материнською платою вашого ПК, завжди можна знайти в інструкції до неї.

Як приклади перерахуємо сокети для процесорів найвідоміших марок: Intel і AMD. Сокети для процесорів Intel: LGA 775 (моделі процесорів: Celeron, Pentium D, Pentium Dual Core, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme), LGA 1336 (процесор Core i7). Сокети для процесорів AMD: Socket AM2, Socket AM2 +, Socket AM3 (моделі процесорів Athlon 64x2, Athlon x2, Phenom 64x3, Phenom 64x4, Phenom II x3, Phenom II x4).

При виборі процесора слід звертати увагу на його технічні характеристики, головними з яких є тактова частота, частота шини, розмір кешу, кількість ядер. Далі ми розглянемо кожен з цих параметрів.

Вище ми говорили, що процесор вставляється в призначений для нього роз`єм на материнській платі комп`ютера. Для того щоб ЦП взаємодіяв з материнською платою та іншими пристроями ПК використовується спеціальний інтерфейс, званий системної шиною (скорочено FSB від англійського «Front Side Bus»). Системна шина є каналом зв`язку процесора з усіма іншими компонентами комп`ютера: відкритий, материнською платою, оперативною пам`яттю і т.д.

Швидкість передачі даних по системній шині визначає частоту системної шини, яка вимірюється в мегагерцах (МГц). Чим вище частота системної шини, тим швидше інформація надходить до процесора і від нього. Отже, краще купувати ЦП з більшою частотою системної шини. Наприклад, 1066 або 1333 МГц.

Якщо ви вирішили зайнятися апгрейдом комп`ютера і підшукуєте новий процесор, то вибирайте моделі ЦП, частота системної шини яких підтримується материнською платою вашого комп`ютера.

Інформація, що обробляється процесором в поточний момент, тимчасово зберігається в його кеші. Кеш-пам`ять - це швидкодіюча, високошвидкісна оперативна пам`ять процесора. В результаті використання кешу процесор рідше звертається до повільної комп`ютерної пам`яті, і обробка даних відбувається набагато швидше. Відповідно, чим більше обсяг кеша, тим продуктивніше ЦП.

Процесорний кеш складається з декількох рівнів:

кеш 1 рівня (позначається L1): найшвидший, але невеликий за об`ему- з ним працює ядро процесора. Кеш 1 рівня підрозділяється на кеш команд і кеш даних.

кеш 2 рівня (позначається L2): взаємодіє з кешем 1 рівня, але набагато більше його за обсягом.

кеш 3 рівня (позначається L3): зустрічається в небагатьох процесорах (наприклад, Intel Core i7 і Intel Core i5), характерний для серверів. Ще більше за обсягом, ніж кеш 2 рівня, однак повільніше його.

Таким чином, кеш є своєрідною «оперативною пам`яттю» процесора і дозволяє йому набагато швидше обробляти дані, мінімізуючи звернення ЦП до повільної системної пам`яті комп`ютера.

Об`єм кеша вимірюється в кілобайтах і мегабайтах. Чим більше ця величина, тим більше даних зможе в ньому вміститися. Відповідно, тим швидше процесор їх обробить. Тому при виборі комп`ютера звертайте увагу на обсяг кеша.

Наприклад, у чотирьох ядерного процесора Intel Core i7 920 є кеші 1, 2 і 3 рівнів з обсягами 32 Кб x 4, 256 Кб x 4 і 8 Мб відповідно. Більш скромний і за ціною і за характеристиками процесор тієї ж компанії Intel Celeron D 360 оснащений всього лише кешем 1 і 2 рівнів об`ємом 16 КБ і 512 КБ відповідно. Процесор AMD Phenom II X2 550, як і перша модель, має три рівні кеша: 128 Кб x 2, 512 Кб x 2, 6 Мб. Однак ціна даних процесорів також істотно різниться: близько 9300, 1600 і 3200 рублів. Думаю, ви здогадалися, що дешевше друга модель. Тому в гонитві за обсягом процесорного кешу не забудьте порівняти ваші можливості і хоча б в загальних рисах уявити собі ті завдання, які виконуватиме комп`ютер. Для роботи в офісних програмах і інтернеті можливостей Intel Celeron D буде цілком достатньо. Якщо все таки ви захочете процесор з трирівневим кешем, можете подивитися в бік продукції AMD, тому що ціни на ці марки нижче, ніж на моделі Intel.

Ще одна вкрай важлива характеристика продуктивності і швидкості процесора - тактова частота. Працюючи на комп`ютері, ви весь час посилаєте йому певні команди: скопіювати, вирізати, відкрити, зберегти, відтворити і т.д. Крім того, самі програми і операційна система також постійно виконують якісь дії, пов`язані із записом і читанням даних. В результаті складних перетворень всі ці інструкції доходять до процесора у вигляді простих команд, комбінацій нулів і одиниць. Такі команди називаються машинними. Швидкість обробки команд за 1 секунду і являє собою тактову частоту процесора. Дана величина вимірюється в мегагерцах і гігагерцах (1 ГГц = 1000 МГц).

Наявні на ринку процесори досить таки сильно розрізняються за даним показником: AMD Phenom II X2 545 має тактову частоту 3 ГГц, AMD Phenom X3 8750 - 2.4 ГГц, AMD Athlon 64 X2 4050e - 2.1 ГГц, Intel Core 2 Duo E6300 - 1.86 ГГц, Intel Core 2 Duo E7600 - 3.06 ГГц, Intel Xeon E5310 - 1.6 ГГц, Intel Core i7 975 - 3.33 ГГц, Intel Core 2 Extreme QX9775 - 3.2 ГГц.Последніе в цьому списку процесори примітні не тільки високою тактовою частотою, але і ціною: близько 38 і 50 тисяч рублів відповідно. Таким чином, ми ще раз переконалися, що за потужність і продуктивність доведеться платити, і немало. В основному ж величина тактової частоти процесорів настільних ПК і ноутбуків коливається в діапазоні 2 - 3 ГГц. У ноутбуках і нетбуках також використовуються мініатюрні мобільні процесори з тактовою частотою 1.6 ГГц, наприклад моделі Intel Atom (на малюнку).

Думаю, ви здогадалися, що чим більше тактова частота, тим потужніше і швидше процесор. Але не все так просто! Пішовши шляхом нарощування тактової частоти, комп`ютерна індустрія зіткнулася з проблемою перегріву центральних процесорів і їх нестабільністю. Оскільки збільшувати тактову частоту до нескінченності було неможливо, стали з`являтися різні технології, покликані підвищити продуктивність процесора іншими шляхами. Перш за все, це створення багатоядерних процесорів.

Ядро процесора - певна частина процесора, що відповідає за обробку одного потоку команд. Як правило, ядро виконано у вигляді окремого кристала кремнію, але не обов`язково.

Багатоядерні процесори мають кілька ядер в одному корпусі, на одному або декількох кристалах. Кожне ядро многоядерного процесора виконує свій потік команд, чим досягається велика продуктивність на тій же тактовій частоті. Іншими словами, одноядерний процесор з тактовою частотою 2 ГГц і двоядерний процесор з частотою 1,6 ГГц розрізняються по продуктивності - другий обробляє більше інформації, оскільки вона йде в два потоки. Зараз у продажу є не тільки двоядерні процесори, але і трьохядерні, і чотириядерні. У міру зростання кількості ядер зростає не тільки продуктивність процесора, але і його ціна. Для домашніх потреб цілком вистачить процесора з двома або трьома ядрами. Приклади таких процесорів: Intel Core 2 Duo, AMD Turion64 X2 (на малюнку), AMD Phenom X3 8000.

У процесорах також можуть використовуватися різні технології, що прискорюють роботу комп`ютера, що забезпечують економію енергії і запуск віртуальних машин. Розглянемо деякі з них.

Технологія Hyper-Threading. Заснована на розширенні одного фізичного ядра процесора, оснащується двома логічними псевдопроцессорамі. Вперше дана технологія була застосована в процесорі Intel Pentium 4, дозволивши йому обробляти команди в два потоки. Таким чином, фізичний одноядерний процесор з легкістю перетворювався в логічний двоядерний. Це дозволило підвищити продуктивність програм, що підтримують дану технологію. За допомогою Hyper-Threading двоядерний процесор тієї ж компанії Intel Pentium Extreme Edition знайшов властивості чотирьох ядерного. Технологія двопоточні також застосовується в мобільних процесорах Intel Atom.

Технологія Cool`n`Quiet. Відноситься до розряду енергозберігаючих технологій, дозволяючи знизити тепловиділення і енергоспоживання при неповній завантаженості процесора. До числа ЦП, що підтримують Cool`n`Quiet, відносяться процесори AMD: Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, Sempron. Принцип Cool`n`Quiet досить простий: спостерігаючи за завантаженням процесора, операційна система зменшує його робочу частоту і напруга живлення, якщо завантаження ЦП менше певної величини.

В результаті процесор споживає менше енергії і менше нагрівається, відповідно знижується кількість обертів кулера і гучність комп`ютера, в ноутбуках економиться заряд батареї. Коли завантаженість процесора зростає, все відбувається з точністю навпаки: процесор повертається до нормального частоті і куллер починає його посилено охолоджувати. Технологія Cool`n`Quiet знайшла широке застосування в процесорах для ноутбуків. Налаштувати реакцію операційної системи на зміну завантаження процесора можна її ж штатними засобами, вибравши потрібний режим в управлінні електроживленням портативного комп`ютера, наприклад режим зниженого енергоспоживання при роботі від акумулятора.

Технологія SpeedStep. У процесорів компанії Intel є своя енергозберігаюча технологія - SpeedStep. Вона також забезпечує зміна частоти і енергоспоживання ЦП, але в залежності від джерела живлення. Дана технологія знайшла широке застосування в мобільних процесорах, зокрема Mobile Pentium 3.

Технологія апаратної віртуалізації. Дозволяє запускати на одному комп`ютері віртуальні машини незалежно від апаратної платформи. Таким чином, з віртуального комп`ютера ви отримуєте доступ до ресурсів вашого реального ПК: дисковода, CD / DVD-приводу, USB-портів, адаптер або т.д. Компанія Intel розробила наступні технології віртуалізації: VT (Intel Virtualization Technology), VMX (Virtual Machine eXtension, апаратна віртуалізація введення-виведення, кодову назву Vanderpool). У процесорів AMD також є технології апаратної віртуалізації: SVM (Secure Virtual Machines, віртуалізація режиму реальної адресації, кодову назву - Pacifica) і IOMMU (віртуалізація введення-виведення).

Про те, які технології є в сюжеті вас процесорі, ви завжди зможете дізнатися з документації до нього або в комп`ютерному магазині. Процесори для мобільних комп`ютерів зазвичай підтримують SpeedStep або Cool`n`Quiet, дозволяючи більш раціонально використовувати ресурси комп`ютера і економити заряд акумулятора ноутбука.

При виборі процесора дуже важливо враховувати завдання, якими ви будете займатися на комп`ютері. Для офісних потреб і серфінгу по інтернету досить звичайного або двоядерного процесора. Якщо ж ви збираєтеся працювати з графікою і відео, грати в комп`ютерні ігри, то має сенс розоритися на потужний трьохядерний або чотирьохядерний ЦП. При оновленні комп`ютерного заліза або заміні вийшов з ладу процесора підбирайте моделі під наявний в материнській платі сокет з урахуванням загальної конфігурації комп`ютера. Так, при слабкій відеокарті і невеликому обсязі оперативної пам`яті приросту продуктивності ви не отримаєте навіть, якщо купите найсучасніший процесор. Адже високу швидкість обробки даних забезпечують всі без винятку компоненти комп`ютера. Тому задумайтесь, чи має сенс купувати дорогий процесор або доцільніше буде просто поміняти комп`ютер на новий.

Спеціально для Ячайнік, Олена Карлтон

{Mosloadposition cpanel}