Основные параметры процессоров (Часть 1)

Основные параметры процессоров (Часть 1)

ПроцессорЗдравствуйте, мои дорогие многочисленные читатели!

Долго думал над тематикой первого поста и решил, что лучше всего начать с ”сердца” компьютера – процессора. Именно с него начинается сборка ПК и подбор остальных компонентов системы. В данной статье я хочу рассмотреть основные параметры процессоров и как они между собой взаимосвязаны.

Процессоры классифицируются по разрядности и частоте. Сложился устойчивый стереотип ”чем выше частота, тем выше производительность”. Это отчасти верно. Но существует масса других параметров, основополагающий из которых разрядность.

1. Разрядность. Этот параметр состоит из следующих характеристик:

  • разрядности регистров процессора
  • разрядности шины процессора
  • разрядности шины адреса памяти

Извиняюсь за тавтологию Улыбка. Регистр процессора – это по сути один из тех 2 миллиардов транзисторов, находящихся в положении 1 или 0. Т.е. это тип сверхбыстрого ОЗУ. При простейшей и самой распространенной операции процессора сложении 2 регистра служат операндами (данными), а логический результат помещается в третью ячейку (регистр). Другими словами разрядность – это количество бит (разрядов), которое может быть обработано процессором за один такт. Поэтому программы существуют в различном исполнении (в настоящее время 32-х и 64-х битные) – длина команды 32 бит и 64 бит соответственно. Т.к. регистры современных процессоров все 64-разрядные, то существует 2 режима работы процессора:

  • 64-разрядный
  • режим совместимости

В первом 64-битная ОС может выполнять 64-разрядные приложения, а во втором 32-х. Из-за инертности производителей программного обеспечения и драйверов переход на 64-битные ОС затягивается. Не все 32-битные программы имеют 64-битные аналоги или просто некорректно работают в 64-битной ОС. Существует великое множество старой периферии (принтеров, сканнеров, геймпадов), которое не работает в 64-битном окружении по причине отсутствия драйверов. Эта тема будет раскрыта подробнее в другой статье.

Основная процессорная шина соединяет между собой процессорное ядро и северный мост. К северному мосту через шину графического контроллера и шину памяти подключаются видеокарта и модули оперативной памяти. В процессорах Intel до поколения Core 2 была шина FSB (Front Side Bus), в серии Core i 1-го и 2-го поколения северный мост был интегрирован в кристалл процессора и появилась шина QPI (Quick Path Interconnect), которая отвечает за обмен информации между ядрами напрямую. В FSB развитие шины данных шло от 8 до 64 разрядов (чем шире шина, тем больше данных можно передать за один такт), пока не был достигнут предел. Дальнейшее наращивание ширины шины привело бы к сложностям синхронизации одновременной передачи всех бит. В шине QPI был реализован иной принцип передачи данных «точка-точка», была увеличена пропускная способность, однако ширина канала была снижена до 16 бит (в двух направлениях). Однако таких соединений может быть несколько, за счет чего пропускная способность одного соединения может достигать 12.8 гигабайт/с. Максимальная пропускная способность также 12.8 гигабайт/с. В процессорах компании AMD существует стандарт Hyper Transport. Последняя версия 3.0 и ее пропускная способность – 16 гигабайт/с.

По шине адреса памяти передается адрес ячейки оперативной памяти, куда будет производиться запись или чтение. Рассмотрим это на простом примере. Допусти, что шина адреса 2-разрядная. Это значит, что можно адресовать (записать или считать) 4 ячейки памяти: 2^2=4. В современных процессорах шина адреса 40-разрядная, что позволяет адресовать около 1 терабайта памяти (или 1 тибибайт, если быть дотошным). Можете проверить сами Улыбка.

2. Тактовая частота. Этот параметр определяет то, насколько быстро будут выполняться команды в вашем процессоре. Тактовая частота измеряется в герцах и ее производных мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц). Работа процессора на частоте 1 ГГц означает, что он может выполнить 1 миллиард инструкций за секунду. Частота процессора задается тактовым генератором, располагающимся в наборе системной логики (на материнской плате) или интегрированным в сам кристалл. В основе тактового генератора лежит кварцевый резонатор. Он представляет из себя грубо говоря кусок кварца (кстати, самого распространенного элемента на Земле после кислорода), расположенный в оловянном корпусе. К нему подводится переменное напряжение, благодаря которому возникает ток с какой-то частотой. Эта частота и будет искомой. Она зависит от величины и формы кварцевой пластины, а также от подаваемого напряжения. Чем выше напряжение, тем меньше будет частота. Для меньшего напряжения нужен более тонкий техпроцесс (больше элементов, в частности, транзисторов помещается на одной и той же площади кристалла). Один цикл синусоиды (в тактовом генераторе) представляет собой один такт. Каждая операция может выполняться за один или несколько тактов. Существуют циклы ожидания, характеризующие простой процессора. В это время процессор простаивает и обычно ждет информации от оперативной памяти. Для каждой архитектуры процессора количество тактов, затраченных на выполнение одной и той же операции может различаться. Если эта величина слишком большая (цикл/такт малоэффективен), то такая частота называется «кукурузной». Наиболее характерный представитель – Intel Pentium 4.

Параметр, влияющий на эффективность цикла – длина конвейера. Конвейер – это разделение выполнения инструкции (команды) на этапы. Чем длиннее конвейер (больше этапов), тем более высокая тактовая частота может применяться, но меньше эффективность каждого такта. Опять же яркий представитель выше описанного – наш старый знакомый Pentium 4. Длина конвейера была увеличена с 10 (Pentium 3) до 20, а потом и до 31. Частоты увеличились с 1.6 Ghz до 3.4 Ghz. На эту уловку и купились люди, считая частоту главным параметром при определении производительности. В современных процессорах длина конвейера – 12-14 этапов.

Часть 1. Разрядность. Тактовая частота.

Часть 2. Кэш-память.

Часть 3. Функции процессоров и расширения

Часть 4. Техпроцесс, сокет.

Комментарии. Добро пожаловать в обсуждение!

  1. я пока единственный, а не многочисленный
    УДАЛИ ПОТОМ

  2. 1. Мне не понравился шрифт.
    2. смайлик вначале статьи кривой (корявый).
    3. комменты оставлять неудобно. зачем еще и эмейл вводить?

  3. хорошо,интересно пишешь,молодец

  4. Е-мейл нужен, чтоб знать куда оповещать пользователей о добавлении новых комментариев, если пошла дискуссия в комментах и т.д. Хороший сайт, спасибо ! :wink:

    • Простите, не понял. Вы имеете ввиду обязательный ввод e-mail при оставлении комментария? Так кто хочет, тот оставит.
      Но чувствую, что скоро прийдется ставить. Потому что, если даже при нулевой посещаемости спам пролазит…

Ваш комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

*


*


Твитнуть