Что такое процессор, центральный процессор, cpu?

Микропроцессоры

По мере развития компьютерной техники в структуру ПК стали внедряться девайсы, получившие название «микропроцессор». Одним из первых устройств такого типа стало изделие Intel 4004, выпущенное американской корпорацией в 1971 году. Микропроцессоры в масштабе одной микросхемы объединили в своей структуре те функции, что мы определили выше. Современные девайсы, в принципе, работают на основе той же самой концепции. Таким образом, центральный процессор ноутбука, ПК, планшета содержит в своей структуре: логическое устройство, регистры, а также модуль управления, отвечающие за конкретные функции. Однако на практике компоненты современных микросхем чаще всего представлены в более сложной совокупности. Изучим данную особенность подробнее.

Роль количества ядер, их влияние на производительность

Первоначально ЦП имели только одно ядро. Однако на рубеже XX и XXI веков инженеры пришли к выводу, что стоит увеличить их количество. Это должно было позволить получить более высокую вычислительную мощность, а также позволить обрабатывать несколько задач одновременно.

Но для начала стоит разобраться с главным мифом. Принято считать, что чем больше ядер у процессора, тем больше мощности он будет предлагать. Но на практике все не так просто. Реальное влияние на производительность оказывают и другие факторы – например, тактовая частота, объем кэша, архитектура, количество потоков.

Дополнительные ядра означают, что процессор способен одновременно справляться с большим количеством задач. Однако здесь нельзя забывать об одном: несмотря на популяризацию четырех-, шести- или восьмиядерных процессоров, приложения используют один или два потока

Поэтому количество потоков ядра также важно учитывать

Например, если первый ЦП имеет 2 ядра 4 потока, а второй 4 ядра 4 потока, то разница в производительности будет небольшая. Однако если сравнить первый чип с 4-ядерным 8-поточным, то в данном случае производительность возрастет на 50 %.

Цикл выполнения команд — Выборка

Первое, что должен сделать процессор — определить, какие команды необходимо выполнить следующими, а затем переместить их из памяти в блок управления. Команды создаются компилятором и зависят от архитектуры набора (ISA). Наиболее распространенные типы базовых инструкций (например, «загрузка», «хранение», «сложение», «вычитание» и др.) общие для всех ISA, но существует множество дополнительных, специальных типов команд, уникальных для конкретной архитектуры набора. Блок управления знает, какие сигналы и куда нужно направить для выполнения определенного типа команды.

К примеру, при запуске .exe файла в Windows, код этой программы отправляется в память и процессор получает адрес, с которого начинается первая команда. Процессор всегда поддерживает внутренний реестр, отслеживающий откуда должна будет выполняться следующая команда. Этот реестр называется счетчиком команд. 

После того, как процессор определил точку, с которой нужно начинать цикл, происходит перемещение команды из памяти в вышеупомянутый реестр — этот процесс называется выборкой команды. По-хорошему, команда, скорее всего, уже находится в кэше процессора, но этот вопрос будет рассмотрен чуть позже. 

Ускорители и будущее процессоров

Еще одна важная функция, которая все чаще появляется в процессорах — ускорители для конкретных задач. Эти ускорители представляют собой небольшие схемы, главная цель которых — как можно быстрее выполнить определенную задачу. Этой задачей может быть шифрование, кодирование данных или машинное обучение. 

Конечно, процессор может делать все это самостоятельно, но созданный конкретно для этой цели блок будет намного более эффективен. Наглядным показателем мощностей ускорителей будет сравнение встроенного графического процессора с дискретной видеокартой. Разумеется, процессор может выполнять вычисления, необходимые для обработки графики, но наличие отдельного блока обеспечивает намного более высокую производительность. С ростом числа ускорителей фактическое ядро центрального процессора может занимать всего лишь небольшую часть чипа.

На первом рисунке снизу изображено устройство процессора Intel, выпущенного более десяти лет назад, где большая часть занята ядрами и кешем, а на втором показан гораздо более современный чип от AMD. Как мы видим, во втором случае большая часть кристалла отведена не под ядра, а под другие компоненты.

Кристалл процессора Intel первого поколения архитектуры Nehalem

Обратите внимание: ядра и кэш занимают подавляющее часть площади.

Кристалл системы на чипе от AMD. Много места отведено под ускорители и внешние интерфейсы. 

Как увеличить тактовую частоту процессора

Перед выпуском продукции каждый уважающий себя производитель тестирует её и определяет функциональные возможности. Что касается процессоров, то, прежде чем попасть на прилавок магазина, они проходят экстремальные испытания в условиях с повышенным напряжением и температурой. По окончанию теста производитель определяет максимальные частоты. Однако в ходе испытания не все кристаллы тестируются, а сам изготовитель оставляет запас прочности, равный 10-15% от возможностей изделия. Поэтому по тактовой частоте у большинства процессоров есть запас, который составляет 15% и даже больше.

Увеличение тактовой частоты, в рамках возможностей процессора, называют разгоном. Популярность этой процедуры полностью обоснована: у пользователя есть возможность «заставить» работать процессор быстрее и сделать компьютер мощнее и продуктивнее без затрат. Если множитель разблокирован заводом-изготовителем, то разгон выполняется путем его увеличения. Изменяя значение множителя, пользователь воздействует на тактовую частоту ЦП без влияния на работу других компонентов. Если множитель заблокирован, то разгон может выполняться путем повышения частоты шины процессора, но такой способ доступен не всегда.

Обычно разгон выполняется через настройки BIOS. Например, на картинке внизу показаны настройки BIOS, в которых можно изменить частоту шины процессора и его множитель. Редактируя эти параметры, пользователь может управлять итоговой частотой CPU.

Но, у разгона есть и ряд недостатков. Так, с увеличением частоты процессора растет его температура и снижается стабильность работы. Если за этими параметрами не следить, то процессор может перегреваться и вызывать перезагрузку компьютера. Поэтому при выполнении разгона необходимо выполнять тщательное тестирование, для того чтобы определить с какими настройками компьютер сможет работать длительное время без перегрева или вылетов.

Основные характеристики процессоров

Характеристик у ЦП достаточно много, однако, главной является его набор команд или система команд. В настоящее время все ЦП для компьютеров используют систему команд, совместимую с 8086 (так называемое семейство х86). Для ЦП с 64-х битной архитектурой эта система команд расширяется дополнительным набором команд, но при этом, совместимость с х86 остаётся.

Следующей важной характеристикой ЦП является его разрядность или битность. Это число показывающее, со сколькими единичными разрядами ЦП может работать за 1 машинный цикл

Современные ЦП имеют разрядность 32 или 64 бита.

Помимо перечисленных, основными характеристиками ЦП являются:

• применяемая технология изготовления;
• используемый ЦП разъём или сокет;
• частота работы ЦП;
• наличие дополнительных ядер (как основных, так и графических);
• объём быстродействующей памяти на кристалле (кэша);
• наличие дополнительных функций.

Рассмотрим их более детально.

Сокет

Сокет материнской платы – это разъём, в который ЦП устанавливается. Он определят число выводов ЦП, подключённых к материнской плате. В зависимости от типа сокета их число, как и их тип (ножки или контактные площадки) могут быть различными.

Количество ядер центрального процессора

В настоящее время одноядерных ЦП практически не выпускается. Хотя, до сих пор эксплуатируются устаревшие модели Pentium и Celeron, имеющие только одно ядро. Большинство современных ЦП имеет их, как минимум 4. Максимальное их количество составляет 28 у ЦП Xeon от фирмы Intel и 32 у Threadripper от AMD.

Это число является важным параметром, поскольку именно оно определяет производительность ЦП в работе под многозадачной операционной системой.

Тактовая частота процессора

Тактовая частота определяет быстродействие ЦП, то есть частоту с которой он может обрабатывать команды. Она выражается в герцах; 1 герц – это тактовый импульс в секунду. У современных ЦП её значение составляет тысячи мегагерц или гигагерцы (миллиарды герц).

Кэш память центрального процессора

К основным характеристикам относится также объём кэш-памяти ЦП, то есть памяти, расположенной внутри него и работающей на той же частоте, что и сам ЦП. Быстродействие такой памяти существенно превышает быстродействие любой другой памяти, к которой относится, например, оперативная. Именно в кэш-память загружаются наиболее часто исполняемые последовательности кодов, а также в ней происходит временное хранение данных для разных потоков.

Объём кэш-памяти очень критичен для серверных задач, а также для задач, связанных с перебором большого количества данных (например, сложные математические расчёты, запросы к базам данных, хеширование при составлении блокчейнов и т.д.)

Это один из важнейших параметров ЦП серверной системы. ЦП, которые имеют большой объём кэша, иногда в 5-10 раз превосходят по производительности ЦП с большей частотой и большим количеством потоков.

Графическое ядро процессора

Эту характеристику можно назвать основной условно, однако, в последнее время её уделяется всё большее внимание. Дело в том, что идея интегрированной графики не в чипсет, а в ЦП имеет массу преимуществ:

1. Во-первых, существенно увеличивается производительность связки процессор-видеокарта. Собственно, сам графический процессор и является видеокартой. Это существенно упрощает обмен данными во всём ПК, поскольку видеокарта уде не занимает шину.
2. Во-вторых, надёжность микросхем ЦП примерно на порядок превосходит надёжность микросхем чипсетов, что увеличивает время безотказной работы системы в целом.
3. Ну, и в-третьих, скорость работы современных графических ядер, интегрированных в ЦП, примерно соответствует уровню low-end видеокарт, что позволяет сэкономить на создании простых компьютерных решений с экономией до сотни долларов на одном ПК.

Физическая оболочка процессора

Несмотря на то, что большая часть этой статьи была посвящена сложным механизмам работы архитектуры процессора, не стоит забывать и о том, что все это должно быть создано и работать в виде реального, физического объекта.

Для того, чтобы синхронизировать работу всех компонентов процессора, используется тактовый сигнал. Современные процессоры обычно работают на частотах от 3.0 ГГц до 5.0 ГГц, и за последнее десятилетие ситуация особо не изменилась. При каждом цикле внутри чипа включаются и выключаются миллиарды транзисторов. 

Такты важны для того, чтобы обеспечить идеальную работу каждой стадии вычислительного конвейера. Количество команд, обрабатываемых процессором за каждую секунду, зависит именно от них. Частоту можно увеличить путем разгона, сделав чип быстрее, но это в свою очередь повысит энергопотребление и тепловыделение.

Фото: Michael Dziedzic

Тепловыделение — главный враг процессоров. Когда цифровая электроника нагревается, может начаться разрушение микроскопических транзисторов. Это в свою очередь может привести к повреждению чипа, если тепло не отвести. Чтобы этого не произошло, каждый процессор оборудован термораспределителями. Сам кристалл может занимать всего 20% площади процессора, ведь увеличение площади позволяет более равномерно распределять тепло по радиатору. Кроме того, дополнительно увеличивается количество имеющихся ножек процессора (контактов), предназначенных для взаимодействия с другими компонентами компьютера.    

На современных процессорах может располагаться свыше тысячи входных и выходных контактов на задней панели. Мобильный чип может быть оснащен всего несколькими сотнями, поскольку большинство вычислительных элементов расположены уже внутри чипа. Независимо от дизайна, около половины из них предназначены для распределения питания, а остальные — для передачи данных с оперативной памяти, чипсета, накопителей, устройств PCIe и др. Высокопроизводительным процессорам, потребляющим сто и более ампер при полной нагрузке, нужны сотни ножек для равномерного распределения тока. Обычно они покрываются золотом для улучшения проводимости. Стоит отметить, что разные производители располагают ножки по-разному во всей своей многочисленной продукции.

И сколько градусов?

CPU Package в программах аппаратного мониторинга – один из основных показателей температуры процессора. Его значение, как правило, приближено к показателям Core 1…n – температуре ядер. Впрочем, неудивительно, ведь эти элементы расположены рядом и очень тесно связаны.

На скриншоте ниже отражены температурные значения двухъядерного мобильного Intel Core i3 в утилите :

А здесь – в :

Видно, что температура CPU Package равна температуре ядер. Это нормальные показатели исправного устройства.

CPU Package иногда считают главным значением, на которое надо смотреть при определении общей температуры процессора. С одной стороны это правильно, а с другой – не совсем. Правильно это только тогда, когда CPU Package и Core 1…n имеют примерно одинаковые показатели, как на скриншотах выше (различие в 1-5 градусов несущественно)

А если разница достигает двадцати градусов и более, то брать во внимание следует максимальную температуру ядер Core 1…n

Почему? А потому, что ядра контролирует фирменная технология Intel DTS (Digital Thermal Sensors), которая обеспечивает защиту процессора от теплового повреждения. Когда температура кристалла достигает верхнего порога, Intel DTS активирует дросселирование тактов или thermal throttling – уменьшение частоты процессора до уровня, при котором его температурные показатели начинают снижаться. Она же бывает «виновна» в выключении компьютера, если перегрев ЦП становится критическим.

Аналогичная технология реализована в процессорах AMD.

Нормальная температура CPU Package равнозначна нормальной температуре ядер кристалла.

Длительный, а тем более постоянный нагрев проца на 10-20 °С выше среднестатистической нормы сказывается на работе системы неблагоприятно. К поломке ЦП это не приводит, но может привести:

• К зависаниям, самопроизвольным отключениям компьютера и, как следствие, к потере несохраненных файлов и ошибкам операционной системы.
• К входу из строя жестких дисков. Для них опасен не только перегрев (подобное состояние процессора часто признак перегрева всей системы), но и внезапное отключение питания.
• К выходу из строя элементов VRM – системы питания процессора, поскольку они тоже вынуждены работать в нештатных условиях.

Как точно определить процесс который грузит комп?

Для этого вы также сортируете колонку ЦП, определяете по процентам кто там грузит сильно, далее нажимаете правой кнопкой по виновнику — выбираете Подробно:

Если нажать Открыть расположение файла — тогда будет открыта папка, откуда запускается программа/процесс, при этом сам файл в папке будет выделен.

В результате вас перекинет на вкладку Подробности, где будет выделен процесс:

В колонке ЦП указана цифра, которая имеет значение от 0 до 100. Хоть нигде и не написано, но я думаю — это проценты. Собственно цифра и означает — насколько в процентах грузит процесс.

С другой стороны — можно сразу зайти на вкладку Подробности и там также сортировать процессы по колонке ЦП, возможно так будет даже эффективнее))

hp-country-locator-portlet

ЧТО ТАКОЕ ПРОЦЕССОР

Для компьютера процессор является фундаментом. Мы надеемся, что наши читатели все-таки примерно знают, что же такое процессор. Но давайте уточним что такое процессор и какова его роль в работе компьютера.

Главная часть компьютера, представляющая из себя определенную схему или электронный блок, называется центральным процессором. Этот блок задает определенные позиции, иными словами пишет код программы, так же стоит отметить, что процессор выполняет обеспечение устройства.

Если выразиться проще, можно отметить, что процессор – это мозг компьютера. Именно этот блок обрабатывает поток информации и управляет всеми составляющими частями общей системы, благодаря небольшой смехе мы успешно работаем за компьютером.

Что такое тактовая частота процессора и на что она влияет

Тактовая частота процессора это величина, характеризующая его производительность. Данная характеристика является ключевой при сборке мощного игрового компьютера. Именно от нее зависит его быстродействие при работе с любым программным обеспечением, начиная от офисных задач, заканчивая играми и видеорендерингом. О том, на что влияет частота процессора – далее.

Как уже упоминалось выше, тактовая частота процессора это наиболее важная характеристика любого CPU, независимо стоит ли он в компьютере, в ноутбуке, в смартфоне или в планшете. Быстродействие любого из перечисленных девайсов напрямую зависит от показателей частотных характеристик применяемых в них CPU.

Зависимость частоты процессора от количества ядер

Что такое тактовая частота процессора на самом деле? Если подходить с технической точки зрения, то это показатель того, какое количество операций в секунду способен выполнять ЦП. Каждую операцию принято называть «тактом», из-за чего данная характеристика и получило свое название.

Бытует заблуждение, что величина тактовой частоты ЦП прямо пропорциональна количеству его ядер. Это совершенно не соответствует действительности. К примеру, возьмем 4-х ядерный CPU Core i5 3470. Величина его базовой тактовой частоты составляет 3,2 ГГц. Это не означает, что раз он имеет 4 ядра, каждый из которых работает на частоте 3,2 ГГц, то его общая частота составит 12,8 ГГц. Отсюда следует вывод, что общая частота ЦП ровна частоте каждого из его ядер и не более.

Что еще влияет на быстродействие ЦП

Будет ошибкой, если при выборе компьютера или ноутбука ставку делать, только лишь на величину тактовой частоты CPU. Хоть она и считается основой быстродействия любого современного устройства, но не стоит забывать и про другие, не менее важные показатели, которые способны комплексно добавить производительности вашему ПК в играх и прочих тяжелых приложениях.

Речь идет о таких характеристиках, как кэш второго и третьего уровней. Они представляют собой сверхоперативную память с быстрым доступом, призванную хранить наиболее часто используемую информацию. Благодаря им значительно сокращается время обработки информации, и ускоряется работа компьютера в целом. Как вы уже, наверное, догадались, тут, как и в случае с оперативной памятью, работает простое правило – чем больше, тем лучше.

Повышение тактовой частоты (разгон ЦП)

Величина тактовой частоты ЦП пропорциональна произведению частоты его шины и множителя, закладываемый проектировщиками. Причем встречаются модели с блокированным и разблокированным множителем. Исходя из этого, модели второго типа поддаются разгону, что позволяет ускорить работу компьютера.

Вся процедура разгона производится через настройки BIOS, поэтому у вас должен быть достаточный опыт работы с ним и знание английского языка для чтения инструкций. Вкратце, суть разгона заключается в постепенном, те есть поэтапном, увеличении частоты шины CPU, посредством изменением, вышеупомянутого множителя.

Как узнать частоту процессора – штатную и действующую

Неважно, задумались ли вы разгоном CPU, или нет, информация о том, как узнать частоту процессора вам будет полезна. Это можно сделать непосредственно из инструкции по применению к CPU, через BIOS и через специализированное программное обеспечение

Итак, самый простой вариант, того как узнать частоту процессора, это нажать комбинацию клавиш Windows+Pause/Break.

Откроется окно «Свойства системы» с кратким ее описанием, где и отображена искомая характеристика вашего CPU. К сожалению, данный способ позволит лишь узнать его штатную тактовую частоту.

А как быть, если нужна информация о действующей частоте CPU, допустим в момент максимальной нагрузки или после попытки его разгона? Тут вам поможет бесплатная утилита CPU-Z, предоставляющая полную информацию о вашем процессоре.

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.

Курс «Управление ИТ-проектами»

Старт 17 сентября, 7 месяцев, Онлайн, От 8000 до 88 000 ₽

tproger.ru

События и курсы на tproger.ru

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

Выполнение инструкций

Инструкции хранятся в ОЗУ в последовательном порядке. Для гипотетического процессора инструкция состоит из кода операции и адреса памяти/регистра. Внутри управляющего устройства есть два регистра инструкций, в которые загружается код команды и адрес текущей исполняемой команды. Ещё в процессоре есть дополнительные регистры, которые хранят в себе последние 4 бита выполненных инструкций.

Ниже рассмотрен пример набора команд, который суммирует два числа:

1. . Это команда сохраняет в ОЗУ данные, скажем, . Первые 4 бита — код операции. Именно он определяет инструкцию. Эти данные помещаются в регистры инструкций УУ. Команда декодируется в инструкцию — поместить данные (последние 4 бита команды) в регистр .
2. . Ситуация, аналогичная прошлой. Здесь помещается число 2 () в регистр .
3. . Команда суммирует два числа (точнее прибавляет значение регистра в регистр ). УУ сообщает АЛУ, что нужно выполнить операцию суммирования и поместить результат обратно в регистр .
4. . Сохраняем значение регистра в ячейку памяти с адресом .

Вот такие операции нужны, чтобы сложить два числа.

При серфинге интернета

Открытие чистой страницы нагружает ЦП не более чем на 10%. Однако такая ситуация встречается редко — даже если у вас установлен режущий рекламу AdBlock, на любом приличном сайте будут еще как минимум иллюстрации.

Без «баннерорезки» нагрузка на процессор возрастает в зависимости от того, сколько рекламы присутствует на сайте и какого она типа: статичные баннеры расходуют меньше ресурсов, динамичные и всплывающие немного больше — до 15%.

Больше всего «отжирают» мощности всплывающие видео — до 25%.

В таком же режиме работает процессор при просмотре потокового видео на Ютубе или в онлайн-кинотеатре. Также на загруженность ЦП влияет используемый браузер. Замечено, что из популярных интернет-обозревателей наименьшую нагрузку на систему дает Opera.

При прослушивании музыки или воспроизведении видео с локального диска через установленный проигрыватель нагрузка на CPU достигает 20–30%.

Что такое тактовая частота процессора (CPU)? Тактовая частота одноядерного и многоядерного процессора.

Из всех технических характеристик процессора наиболее известной среди пользователей является тактовая частота. Но, мало кто из неспециалистов до конца понимает, что это такое. Более подробная информация об этом поможет лучше понимать работу вычислительных систем. Особенно при использовании многоядерных процессоров, имеющих определенные особенности работы, которые далеко не всем известны, но которые следует учитывать при работе компьютера.

В течение длительного времени основные усилия разработчиков были направлены именно на повышение тактовой частоты. Лишь в последнее время наметилась тенденция развития и совершенствования компьютерной архитектуры, увеличения объема кэш памяти, количества ядер процессора. Однако и тактовая частота процессора не остается без внимания.

Что это за параметр — тактовая частота процессора?

Попробуем разобраться, что такое «тактовая частота процессора». Эта величина характеризует количество вычислений, которые процессор может выполнить за одну секунду. Следовательно, процессор с более высокой тактовой частотой обладает и более высокой производительностью, т.е. способен выполнить за определенный промежуток времени большее количество операций.

Большинство современных процессоров имеют тактовую частоту от 1 до 4 ГГц. Эта величина определяется, как произведение базовой частоты и некоторого коэффициента. В частности процессор Intel Core i7 920 имеет собственную тактовую частоту 2660 Гц, которая получается за счет базовой частоты шины 133 МГц и коэффициента 20. Некоторые производители выпускают процессоры, способные разгоняться до большей производительности. Например, Black Edition у AMD и линейка К-серии компании Intel

Стоит отметить, что, не смотря на важность этой характеристики, она не является решающей при выборе компьютера. Тактовая частота лишь частично влияет на производительность процессора

Тактовая частота многоядерных процессоров

Одноядерные процессоры практически канули в Лету, и достаточно редко используются в современных вычислительных устройствах. Это вызвано развитием IT-индустрии, прогресс которой не перестает удивлять. Как же рассчитывается тактовая частота многоядерных процессоров? Даже у специалистов иногда можно встретить ошибочное мнение о том, как вычислить тактовую частоту процессора с двумя и более ядрами. Распространенным заблуждением является, что тактовую частоту надо умножить на количество ядер. Например, 4-ядерный процессор при тактовой частоте 3 ГГц будет иметь интегрированную частоту 12 ГГц, т.е. 4х3=12. Но это не соответствует истине.

Объясним это на простом примере. Возьмем пешехода, идущего со скоростью 4 км/час – это одноядерный процессор с частотой 4 ГГц. А 4-ядерный процессор с тактовой 4 ГГц – это уже 4 пешехода, идущие с той же скоростью 4 км/час. Ведь в этом случае скорость пешеходов не суммируется, и мы не можем говорить, что они перемещаются со скоростью 16 км/час. Мы просто говорим о том, что четыре пешехода идут вместе со скоростью 4 км/час каждый. Эту же аналогию можно отнести и к многоядерному процессору. Таким образом, можно сказать, что 4-ядерный процессор с тактовой частотой 4 ГГц просто обладает четырьмя ядрами, каждое из которых имеет одну и ту же частоту – 4 ГГц. Из этого следует простой и логичный вывод количество ядер процессор влияет только на его производительность, а не увеличивает суммарную тактовую частоту вычислительного устройства.

Хранение информации — регистры и память

Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.

Регистры

Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.

Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.

По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:

• RS-триггер: сохраняет своё состояние при нулевых уровнях на обоих входах и изменяет его при установке единице на одном из входов (Reset/Set — Сброс/Установка).
• JK-триггер: идентичен RS-триггеру за исключением того, что при подаче единиц сразу на два входа триггер меняет своё состояние на противоположное (счётный режим).
• T-триггер: меняет своё состояние на противоположное при каждом такте на его единственном входе.
• D-триггер: запоминает состояние на входе в момент синхронизации. Асинхронные D-триггеры смысла не имеют.

Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.

Принцип действия RS-триггера

Память (ОЗУ)

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.

Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.

Температура GPU

GPU является один из самых горячих компонентов компьютера. Как и центральный процессор, GPU выделяет много тепла и его нужно эффективно отводить. Иначе графический процессор начнет перегреваться, что приведет к снижению производительности, сбоям в работе, перегрузкам компьютера и даже поломке.

Если вы хотите проверить не только температуру GPU, но и температуры других компонентов компьютера, то для этого удобно пользоваться программой HWmonitor. Данная программа отображает температуру, частоты, загрузку и другие параметры сразу для всех компонентов.

После проверки температуры часто возникает вопрос, какую температуру можно считать нормальной. Точного ответа на этот вопрос нет, поскольку у разных GPU разный предел температур, которые они могут переносить без последствий. Но, в среднем нормальной температурой графического процессора является:

• до 55 °C в режиме простоя;
• до 80 °C под нагрузкой;

Если температура вашего GPU выходит за эти пределы, то это можно считать перегревом. В таком случае нужно улучшить охлаждение графического чипа, для того чтобы привести эти значения к норме.

Если нужно понизить температуру видеокарты, то стоит начать с удаления пыли, которая скопилась на ее радиаторе. Если радиатор сильно забит пылью, то это может повышать температуру графического процессора на 5-10 градусов. Если простая чистка радиатора не помогает, то нужно заменить термопасту. В крайнем случае можно улучшить продуваемость корпуса компьютера, добавив несколько вентиляторов на вдув и выдув воздуха.

Как работает процессор

Рассмотрим схему, которая описывает весь цикл работы ЦП над определенной задачей.

1. Из некоторой “кучи” команд выбирается та, до которой дошла очередь. Порядок очереди определяется с помощью специального счетчика. Команда берется из определенной ячейки в памяти, а счетчик команд увеличивается на 1 (взяли команду, увеличиваем счетчик на 1, чтобы очередь дошла до следующей);
2. Команда, которая была выбрана, отправляется в устройство управления. УУ считывает адресное поле, выбранной команды из памяти, и полученные операнды направляются в АЛУ на специальные регистры;
3. УУ продолжает читать код команды и распознает операции, которые записаны в коде. Далее выдается сигнал в АЛУ для выполнения найденных операций;
4. На этом этапе происходит вычисление операций в АЛУ и сохранение результата в самом ЦПУ. Если в команде присутствовал адрес ячейки для хранения результата, он будет помещен в нее;
5. Этапы 1-4 повторяются в порядке очереди до тех пор, пока УУ не “наткнется” на команду “стоп”, которая и означает конец инструкций.

Технические характеристики

После получения ответа на то, что такое ЦП, и как он выглядит, выясним его основные технические характеристики. К ним относятся:

• Тактовая частота.
• Количество интегрированных ядер.
• Объем кеш-памяти.

Процессора характеризует его производительность. От нее зависит количество операций, выполняемых за единицу времени. Чем она больше, тем лучше. Некоторые современные процессоры работают на частоте 5 Гц. В эпоху одноядерных была основная их характеристика. Сейчас ситуация изменилась. На одном кристалле кремния может находиться несколько вычислительных ядер. Их может быть 2, 4, 6 или 8. Чем больше их, тем лучше. Это значит, что система может создавать больше вычислительных потоков, а ее производительность вырастает в разы. Последний параметр кеш — это быстрая память, которая интегрирована в процессор. Чем ее больше, тем лучше. Наиболее производительные на сегодняшний день ЦПУ оснащены 8 Мб кеша.

Энергопотребление

Другой значимый параметр микросхемы — энергопотребление. Питание центрального процессора может предполагать значительное расходование электроэнергии. Современные модели микросхем потребляют порядка 40-50 Вт. В некоторых случаях данный параметр имеет экономическое значение — например, если речь идет об оснащении больших предприятий несколькими сотнями или тысячами компьютеров. Но не менее значимым фактором энергопотребление выступает в части адаптации процессоров к использованию на мобильных устройствах — ноутбуках, планшетах, смартфонах. Чем соответствующий показатель меньше, тем дольше будет автономная работа девайса.

Функции процессора

Чтобы лучше понять назначение процессора, обратимся к его устройству. Обязательные составляющие: ядро процессора, состоящее из арифметико-логического устройства, внутренней памяти (регистров) и быстрой памяти (кэш), а также шины — устройства управления всеми операциями и внешними компонентами. Через шины в ЦПУ попадает информация, которую затем обрабатывает ядро.

Таким образом, в основные функции процессора входит:

1. обработка информации с помощью арифметических и логических операций;
2. управление работой всего аппаратного обеспечения компьютера.

Производительность оборудования зависит от характеристик процессора, о которых речь пойдет дальше.