Собираем компьютер своими руками
Шрифт:
Процессор (рис. 2.24) представляет собой интегральную микросхему (пластину кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещены электронные блоки, реализующие его функции. Кристалл-пластинка обычно помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (медными) проводниками с металлическими штырями (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера) или металлическими площадками (сами выводы уже содержатся в процессорном слоте).
Рис. 2.24. Процессор:
Процессор имеет множество характеристик, с помощью которых можно сравнивать различные модели процессоров от разных производителей. Наличие нескольких производителей влияет на разнообразие характеристик процессора, поскольку вступают в силу патенты на технологии, которые не могут повторяться производителями.
В настоящее время на рынке присутствует только два реальных производителя процессоров – AMD и Intel.
Вот некоторые представители этих типов: Intel Celeron, Intel Core 2 Duo, AMD Athlon, Athlon 64 X2 и др. Они отличаются интерфейсом, используемыми технологиями (алгоритмами, количеством ядер) и быстродействием.
Рынок предлагает большой выбор процессоров разной частоты, начиная с младших (более дешевых) моделей и заканчивая моделями высшей категории, содержащими несколько ядер.
Выпускаются процессоры трех видов – для персональных компьютеров, для серверов и для переносных устройств (ноутбуков, КПК, PDA и др.). Процессоры третьего направления характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что важно для данного типа устройств.
Быстродействие процессора зависит от многих факторов, основными из которых являются шины обмена информацией, частота работы ядра, наличие расширений стандартных инструкций, тип и размер кэш-памяти, пропускная способность контроллера памяти, аппаратные технологии ядра и др. Некоторые из них рассмотрены далее.
Частота ядра
Частота ядра – это показатель, влияющий на скорость выполнения команд процессором. Она не характеризует его быстродействие: в зависимости от конструкции ядра и его наполнения различными аппаратными блоками, ядро за один такт способно выполнять разное количество команд, поэтому бывает, что процессоры с разной частотой имеют одинаковую производительность.
По умолчанию единицей одного такта считается 1 Гц. Это означает, что при частоте 1 ГГц ядро процессора выполняет 1 млрд тактов. Теоретически, если считать, что за один такт ядро выполняет одну операцию, скорость работы процессора составляет 1 млрд операций в секунду. На практике этот показатель вычислить сложно, поскольку на него влияет количество выполняемых за такт операций, сложность операции, пропускная способность шин кэш-памяти и оперативной памяти и т. д.
Шины. Этот термин следует понимать как некоторый канал с определенными характеристиками, через который процессор обменивается данными с остальными компонентами. Примером может быть канал, по которому идет обмен данными с кэш-памятью, контроллером памяти, видеокартой, жестким диском и т. д.
Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы: чем они выше, тем больше данных проходит через нее за единицу времени, а значит, больше будет обработано процессором или другим компонентом. К примеру, процессоры AMD имеют несколько подобных шин (внешних и внутренних), которые работают на разных частотах и имеют
Именно здесь кроется первая и главная ошибка многих пользователей, которые считают, что частота процессора является показателем скорости его работы. На самом деле все зависит от пропускной способности шины. Например, если предположить, что за один такт ядра передается 64 Бит или 8 Байт информации (64-битный процессор) и частота шины составляет 100 МГц, пропускная способность шины составит 8 Байт х 100 000 000 тактов, что равно приблизительно 763 Мбайт. В то же время частота ядра процессора может быть в несколько раз выше, что означает, что при достижении этого показателя оставшийся запас скорости процессора простаивает.
С другой стороны, существуют шины, например между процессором и кэш-памятью первого уровня, которые позволяют наиболее эффективно обмениваться данными, что достигается за счет их работы на одной частоте.
Разрядность. Разрядность процессора определяет количество информации, которое он может обработать за один такт: чем она выше, тем больше информации он сможет обработать. Однако это не означает, что скорость процессора повышается. Разрядность влияет на объем адресуемых данных (а, соответственно, и на объем используемой оперативной памяти), хотя может повышать и скорость выполнения целочисленных операций. Разрядность процессора тесно связана с разрядностью модулей оперативной памяти.
Стоит отметить, что разрядность процессора не означает, что он работает именно с ней. Это просто обозначает, что он может выполнять, к примеру, 64-битные команды, а в то же время работать с разрядностью 80 или 128 Бит при операциях с плавающей точкой.
На сегодня используются 32– и 64-разрядные процессоры. При этом если раньше 64-битные процессоры использовались только в серверных решениях, то теперь они часто встречаются в обычных компьютерах.
Кэш-память. Скорость работы процессора определяется скоростью работы всех его участков, которая зависит от их аппаратных возможностей и пропускных способностей соответствующих шин данных. Предвидя такую ситуацию, производители процессоров с целью максимально ускорить работу аппаратных блоков изобрели и внедрили кэш-память.
Главное отличие кэш-памяти от оперативной памяти компьютера – скорость работы. На практике скорость работы кэш-памяти в десятки раз выше скорости работы оперативной памяти, что связано с технологическим процессом их изготовления и условиями функционирования.
Существует несколько типов кэш-памяти. Наиболее быстрой является кэш-память первого уровня, затем – второго и третьего. Обязательными обычно являются только первые две позиции, хотя можно сделать кэш-память четвертого, пятого уровня и т. д. В любом случае эта память будет быстрее оперативной.
Размер кэш-памяти может быть разным – в зависимости от модели процессора и его производителя. Обычно размер кэш-памяти первого уровня значительно меньше второго или третьего. Кроме того, кэш-память первого уровня самая быстродействующая, поскольку работает на частоте ядра процессора.
Размер кэш-памяти процессоров Intel заметно больше, чем AMD. Это связано с алгоритмом работы кэш-памяти. У процессоров AMD кэш-память имеет эксклюзивный тип, то есть в памяти любого уровня содержатся только уникальные данные. Кэш-память процессоров Intel может хранить повторяющиеся данные, что объясняет ее увеличенный размер.