Современного потребителя электроники очень сложно удивить. Мы уже привыкли к тому, что наш карман законно занимает смартфон, в сумке лежит ноутбук, на руке послушно отсчитывают шаги «умные» часы, а слух ласкают наушники с активной системой шумоподавления.

Забавная штука, но мы привыкли носить с собой не один, а сразу два, три и более компьютеров. Ведь именно так можно назвать устройство, у которого есть процессор . И вовсе неважно, как выглядит конкретный девайс. За его работу отвечает миниатюрный чип, преодолевший бурный и стремительный путь развития.

Почему мы подняли тему процессоров? Все просто. За последние десять лет произошла настоящая революция в мире мобильных устройств.

Между этими устройствами всего 10 лет разницы. Но Nokia N95 тогда нам казалась космическим девайсом, а на ARKit сегодня мы смотрим с определенным недоверием

А ведь все могло бы сложиться иначе и потрепанный Pentium IV так бы и остался пределом мечтаний рядового покупателя.

Мы постарались обойтись без сложных технических терминов и рассказать, как работает процессор, и выяснить, за какой архитектурой будущее.

1. С чего все началось

Первые процессоры были абсолютно не похожи на то, что вы можете видеть, приоткрыв крышку системного блока вашего ПК.

Вместо микросхем в 40-е годы XX века использовались электромеханические реле , дополненные вакуумными лампами. Лампы выполняли роль диода, регулировать состояние которого можно было за счет понижения или повышения напряжения в цепи. Выглядели такие конструкции так:

Для работы одного исполинского компьютера нужны были сотни, иногда тысячи процессоров. Но, при этом, вы не смогли бы запустить на таком компьютере даже простенький редактор, как NotePad или TextEdit из штатного набора Windows и macOS. Компьютеру банально не хватило бы мощности.

2. Появление транзисторов

Первые полевые транзисторы появились еще в 1928 году. Но мир изменился лишь после появления так называемых биполярных транзисторов , открытых в 1947-м.

В конце 40-х физик-экспериментатор Уолтер Браттейн и теоретик Джон Бардин разработали первый точечный транзистор. В 1950 его заменил первый плоскостной транзистор, а в 1954 году небезызвестный производитель Texas Instruments анонсировал уже кремниевый транзистор.

Но настоящая революция наступила в 1959 году, когда ученый Жан Энри разработал первый кремниевый планарный (плоский) транзистор, который стал основой для монолитных интегральных схем.

Да, это немного сложно, поэтому давайте копнем немного глубже и разберемся с теоретической частью.

3. Как работает транзистор

Итак, задача такого электрического компонента как транзистор заключается в управлении током. Проще говоря, этот немного хитрый переключатель, контролирует подачу электричества.

Основное преимущество транзистора перед обычным переключателем в том, что он не требует присутствия человека. Т.е. управлять током такой элемент способен самостоятельно. К тому же, он работает намного быстрее, чем вы бы самостоятельно включали или отключали электрическую цепь.

Из школьного курса информатики вы, наверняка, помните, что компьютер «понимает» человеческий язык за счет комбинаций всего двух состояний: «включено» и «выключено». В понимании машины это состояние "0" или "1".

Задача компьютера заключается в том, чтобы представить электрический ток в виде чисел.

И если раньше задачу переключения состояний выполняли неповоротливые, громоздкие и малоэффективные электрические реле, то теперь эту рутинную работу взял на себя транзистор.

С начала 60-х транзисторы стали изготавливать из кремния, что позволило не только делать процессоры компактнее, но и существенно повысить их надежность.

Но сначала разберемся с диодом

Кремний (он же Si – "silicium" в таблице Менделеева) относится к категории полупроводников, а значит он, с одной стороны, пропускает ток лучше диэлектрика, с другой, – делает это хуже, чем металл.

Хочется нам того или нет, но для понимания работы и дальнейшей история развития процессоров придется окунуться в строение одного атома кремния. Не бойтесь, сделаем это кратко и очень понятно.

Задача транзистора заключается в усилении слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

У атома кремния есть четыре электрона, благодаря которым он образует связи (а если быть точным – ковалентные связи) с такими же близлежащими тремя атомами, формируя кристаллическую решетку. Пока большинство электронов находятся в связи, незначительная их часть способна двигаться через кристаллическую решетку. Именно из-за такого частичного перехода электронов кремний отнесли к полупроводникам.

Но столь слабое движение электронов не позволило бы использовать транзистор на практике, поэтому ученые решили повысить производительность транзисторов за счет легирования , а проще говоря – дополнения кристаллической решетки кремния атомами элементов с характерным размещением электронов.

Так стали использовать 5-валентную примесь фосфора, за счет чего получили транзисторы n-типа . Наличие дополнительного электрона позволило ускорить их движение, повысив пропуск тока.

При легировании транзисторов p-типа таким катализатором стал бор, в который входят три электрона. Из-за отсутствия одного электрона, в кристаллической решетке возникают дырки (выполняют роль положительного заряда), но за счет того, что электроны способны заполнять эти дырки, проводимость кремния повышается в разы.

Предположим, мы взяли кремниевую пластину и легировали одну ее часть при помощи примеси p-типа, а другую – при помощи n-типа. Так мы получили диод – базовый элемент транзистора.

Теперь электроны, находящиеся в n-части, будут стремится перейти в дырки, расположенные в p-части. При этом n-сторона будет иметь незначительный отрицательный, а p-сторона – положительный заряды. Образованное в результате этого «тяготения» электрическое поле –барьер, будет препятствовать дальнейшему перемещению электронов.

Если к диоду подключить источник питания таким образом, чтобы "–" касался p-стороны пластины, а "+" – n-стороны, протекание тока будет невозможно из-за того, что дырки притянутся в минусовому контакту источника питания, а электроны – к плюсовому, и связь между электронами p и n стороны будет утеряна за счет расширения объединенного слоя.

Но если подключить питание с достаточным напряжением наоборот, т.е. "+" от источника к p-стороне, а "–" – к n-стороне, размещенные на n-стороне электроны будут отталкиваться отрицательным полюсом и выталкиваться на p-сторону, занимая дырки в p-области.

Но теперь электроны притягивает к положительному полюсу источника питания и они продолжаются перемещаться по p-дыркам. Это явление назвали прямым смещением диода .

Диод + диод = транзистор

Сам по себе транзистор можно представить как два, состыкованных друг к другу диода. При этом p-область (та, где размещены дырки) у них становится общей и именуется «базой».

У N-P-N транзистора две n-области с дополнительными электронами – они же «эмиттер» и «коллектор» и одна, слабая область с дырками – p-область, именуемая «базой».

Если подключить источник питания (назовем его V1) к n-областям транзистора (независимо от полюса), один диод получит обратное смещение и транзистор будет находиться в закрытом состоянии .

Но, как только мы подключим еще один источник питания (назовем его V2), установив "+" контакт на «центральную» p-область (базу), а "–" контакт на n-область (эмиттер), часть электронов потечет по вновь образованной цепи (V2), а часть будет притягиваться положительной n-областью. В результате, электроны потекут в область коллектора, а слабый электрический ток будет усилен.

Выдыхаем!

4. Так как все-таки работает компьютер?

А теперь самое главное .

В зависимости от подаваемого напряжения, транзистор может быть либо открыт , либо закрыт . Если напряжение недостаточное для преодоления потенциального барьера (того самого на стыке p и n пластин) – транзистор будет находится в закрытом состоянии – в состоянии «выключен» или, говоря языком двоичной системы – "0".

При достаточно напряжении транзистор открывается, а мы получаем значение «включен» или "1" в двоичной системе.

Такое состояние, 0 или 1, в компьютерной индустрии назвали «битом».

Т.е. мы получаем главное свойство того самого переключателя, который открыл человечеству путь к компьютерам!

В первом электронном цифровом вычислителе ЭНИАК, а проще говоря – первом компьютере, использовалось около 18 тысяч ламп-триодов. Размер компьютера был сопоставим с теннисным кортом, а его вес составлял 30 тонн.

Для понимания работы процессора нужно понять еще два ключевых момента.

Момент 1 . Итак, мы определились с тем, что такое бит . Но с его помощью мы можем лишь получить две характеристики чего-либо: или «да» или «нет». Для того, чтобы компьютер научился понимать нас лучше, придумали комбинацию из 8 битов (0 или 1), которую прозвали байтом .

Используя байт можно закодировать число от нуля до 255. Используя эти 255 чисел – комбинаций нулей и единиц, можно закодировать все что угодно.

Момент 2. Наличие чисел и букв без какой-либо логики нам бы ничего не дало. Именно поэтому появилось понятие логических операторов .

Подключив всего два транзистора определенным образом, можно добиться выполнения сразу нескольких логических действий: «и», «или». Комбинация величины напряжения на каждом транзисторе и тип их подключения позволяет получить разные комбинации нулей и единиц.

Стараниями программистов значения нулей и единиц, двоичной системы, стали переводить в десятичную для того, чтобы мы могли понять, что именно «говорит» компьютер. А для ввода команд привычные нами действия, вроде ввода букв с клавиатуры, представлять в виде двоичной цепи команд.

Проще говоря, представьте, что есть таблица соответствия, скажем, ASCII, в которой каждой букве соответствует комбинация 0 и 1. Вы нажали кнопку на клавиатуре, и в этот момент на процессоре, благодаря программе, транзисторы переключились таким образом, чтобы на экране появилась та самая, написанная на клавише буква.

Это довольно примитивное объяснение принципа работы процессора и компьютера, но именно понимание этого позволяет нам двигаться дальше.

5. И началась транзисторная гонка

После того, как в 1952 году британский радиотехник Джеффри Дамер предложил размещать простейшие электронные компоненты в монолитном кристалле полупроводника, компьютерная индустрия сделал семимильный шаг вперед.

От интегральных схем, предложенных Дамером, инженеры быстро перешли на микрочипы , в основе которых использовались транзисторы. В свою очередь, нескольких таких чипов уже образовывали сам процессор .

Разумеется, что размеры таких процессоров мало чем схожи с современными. К тому же, вплоть до 1964 года у всех процессоров была одна проблема. Они требовали индивидуального подхода – свой язык программирования для каждого процессора.

• 1964 год IBM System/360. Компьютер, совместимый с универсальным программным кодом. Набор инструкций для одной модели процессора мог использоваться и для другой.
• 70-e годы. Появление первых микропроцессоров. Однокристальный процессор от Intel. Intel 4004 – 10 мкм ТП, 2 300 транзисторов, 740 КГц.
• 1973 год Intel 4040 и Intel 8008. 3 000 транзисторов, 740 КГц у Intel 4040 и 3 500 транзисторов при 500 кГц у Intel 8008.
• 1974 год Intel 8080. 6 мкм ТП и 6000 транзисторов. Тактовая частота около 5 000 кГц. Именно этот процессор использовался в компьютере Altair-8800. Отечетсвенная копия Intel 8080 – процессор КР580ВМ80А, разработанный Киевским НИИ микроприборов. 8 бит.
• 1976 год Intel 8080 . 3 мкм ТП и 6500 транзисторов. Тактовая частота 6 МГц. 8 бит.
• 1976 год Zilog Z80. 3 мкм ТП и 8500 транзисторов. Тактовая частота до 8 МГц. 8 бит.
• 1978 год Intel 8086 . 3 мкм ТП и 29 000 транзисторов. Тактовая частота около 25 МГц. Система команд x86, которая используется и сегодня. 16 бит.
• 1980 год Intel 80186 . 3 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Тактовая частота – до 25 МГц. 16 бит.
• 1982 год Intel 80286. 1,5 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Частота – до 12,5 МГц. 16 бит.
• 1982 год Motorola 68000 . 3 мкм и 84 000 транзисторов. Этот процессор использовался в компьютере Apple Lisa.
• 1985 год Intel 80386 . 1,5 мкм тп и 275 000 транзисторов.Частота – до 33 МГц в версии 386SX.

Казалось бы, продолжать список можно было бы до бесконечности, но тут инженеры Intel столкнулись с серьезной проблемой.

6. Закон Мура или как чипмейкерам жить дальше

На дворе конец 80-х. Еще в начале 60-х один из основателей компании Intel Гордон Мур формулировал так называемый «Закон Мура». Звучит он так:

Каждые 24 месяца количество транзисторов, размещенных на кристалле интегральной схемы, удваивается.

Назвать этот закон законом сложно. Вернее будет окрестить его эмпирическим наблюдением. Сопоставив темпы развития технологий, Мур сделал вывод, что может сформироваться подобная тенденция.

Но уже во время разработки четвертого поколения процессоров Intel i486 инженеры столкнулись с тем, что уже достигли потолка производительности и больше не могут разместить большее количество процессоров на той же площади. На тот момент технологии не позволяли этого.

В качестве решения был найден вариант с использованием рядом дополнительных элементов:

• кэш-памяти;
• конвейера;
• встроенного сопроцессора;
• множителя.

Часть вычислительной нагрузки ложилась на плечи этих четырех узлов. В результате, появление кэш-памяти с одной стороны усложнило конструкцию процессора, с другой – он стал значительно мощнее.

Процессор Intel i486 состоял уже из 1,2 млн транзисторов, а максимальная частота его работы достигла 50 МГц.

В 1995 году к разработке присоединяется компания AMD и выпускает самый быстрый на тот момент i486-совместимый процессор Am5x86 на 32-битной архитектуре. Изготавливался он уже по 350 нанометровому техпроцессу, а количество установленных процессоров достигло 1,6 млн штук. Тактовая частота повысилась до 133 МГц.

Но гнаться за дальнейшим наращиванием количества установленных на кристалле процессоров и развитии уже утопической архитектуры CISC (Complex Instruction Set Computing) чипмейкеры не решились. Вместо этого американский инженер Дэвид Паттерсон предложил оптимизировать работу процессоров, оставив лишь самые необходимые вычислительные инструкции.

Так производители процессоров перешли на платформу RISC (Reduced Instruction Set Computing]. Но и этого оказалось мало.

В 1991 году выходит 64-битный процессор R4000, работающий на частоте 100 МГц. Через три года появляется процессор R8000, а еще через два года – R10000 с тактовой частотой вплоть до 195 МГц. Параллельно развивался рынок SPARC-процессоров, особенностью архитектуры которых стало отсутствие инструкций умножения и деления.

Вместо борьбы за количество транзисторов, производители чипов стали пересматривать архитектуру их работы . Отказ от «ненужных» команд, выполнение инструкций в один такт, наличие регистров общего значения и конвейеризация позволили оперативно наращивать тактовую частоту и мощность процессоров, не извращаясь с количеством транзисторов.

Вот лишь некоторые из появившихся с период с 1980 по 1995 год архитектур:

• SPARC;
• ARM ;
• PowerPC;
• Intel P5;
• AMD K5;
• Intel P6.

В их основе лежала платформа RISC, а в некоторых случаях и частичное, совмещенное использование CISC-платформы. Но развитие технологий вновь подталкивало чипмейкеров продолжить наращивание процессоров.

В августе 1999 года на рынок выходе AMD K7 Athlon, изготовленный по 250 нанометровому техпроцессу и включающий 22 млн транзисторов. Позднее планку подняли до 38 млн процессоров. Потом до 250 млн.

Увеличивался технологический процессор, росла тактовая частота. Но, как гласит физика, всему есть предел.

7. Конец транзисторных соревнований близко

В 2007 году Гордон Мур выступил с весьма резким заявлением:

Закон Мура скоро перестанет действовать. Устанавливать неограниченное количество процессоров до бесконечности невозможно. Причина тому - атомарная природа вещества.

Невооруженным глазом заметно, что два ведущих производителям чипов AMD и Intel последние несколько лет явно замедлили темпы развития процессоров. Точность технологического процесса выросла всего до нескольких нанометров, но размещать еще больше процессоров невозможно.

И пока производители полупроводников грозятся запустить многослойные транзисторы, проводя параллель с 3DNand памятью, у упершейся в стену архитектуры x86 еще 30 лет назад появился серьезный конкурент.

8. Что ждет «обычные» процессоры

«Закон Мура» признан недействительным еще с 2016 года. Об этом официально заявил крупнейший производитель процессоров Intel. Удваивать вычислительную мощность на 100% каждые два года чипмейкеры больше не состоянии.

И теперь у производителей процессоров есть несколько малоперспективных вариантов.

Первый вариант – квантовые компьютеры . Попытки построить компьютер, который использует для представления информации частицы, уже были. В мире существует несколько подобных квантовых устройств, но они способны справляться лишь с алгоритмами небольшой сложности.

К тому же, о серийном запуске подобных устройств в ближайшие десятилетия не может идти и речи. Дорого, неэффективно и… медленно!

Да, квантовые компьютеры потребляют намного меньше энергии, чем их современные коллеги, но при этом работать они будут медленнее до тех пор, пока разработчики и производители комплектующих не перейдут на новую технологию.

Второй вариант – процессоры со слоями транзисторов . О данной технологии всерьез задумались и в Intel, и в AMD. Вместо одного слоя транзисторов планируют использовать несколько. Похоже, что в ближайшие годы вполне могут появится процессоры, в которых будут важны не только количество ядер и тактовая частота, но и количество транзисторных слоев.

Решение вполне имеет право на жизнь, и таким образом монополистам удастся доить потребителя еще пару десятков лет, но, в конце концов, технология опять-таки упрется в потолок.

Сегодня же, понимая стремительное развитие ARM-архитектуры, Intel провела негромкий анонс чипов семейства Ice Lake. Процессоры будут изготавливаться по 10-нанометровому технологическому процессу и станут основой для смартфонов, планшетов и мобильных устройств. Но произойдет это в 2019 году.

9. Будущее за ARM

Итак, архитектура x86 появилась в 1978 году и относится к типу платформы CISC. Т.е. сама по себе она предполагает наличие инструкций на все случаи жизни. Универсальность – главный конек x86.

Но, в тоже время, универсальность сыграла с этими процессорами и злую шутку. У x86 есть несколько ключевых недостатков:

• сложность команд и откровенная их запутанность;
• высокое потребление энергии и выделение теплоты.

За высокую производительность пришлось попрощаться с энергоэффективностью. Более того, над архитектурой x86 сейчас трудятся две компании, которых можно смело отнести к монополистам. Это Intel и AMD. Производить x86-процессоры могут только они, а значит и правят развитием технологий только они.

В тоже время разработкой ARM (Arcon Risk Machine) занимаются сразу несколько компания. Еще в 1985 году в качестве основы для дальнейшего развития архитектуры разработчики выбрали платформу RISC.

В отличие от CISC, RISC предполагает разработку процессора с минимально необходимым количеством команд, но максимальной оптимизацией. Процессоры RISC намного меньше CISC, более энергоэффективны и просты.

Более того, ARM изначально создавался исключительно как конкурент x86. Разработчики ставили задачу построить архитектуру, более эффективную чем x86.

Еще с 40-х годов инженеры понимали, что одной из приоритетных задач остается работа над уменьшением габаритов компьютеров, а, в первую очередь - самих процессоров. Но вряд ли почти 80 лет назад кто-либо мог предположить, что полноценный компьютер будет меньше спичечного коробка.

Архитектуру ARM в свое время поддержала компания Apple, запустив производство планшетов Newton на базе семейства ARM-процессоров ARM6.

Продажи стационарных компьютеров стремительно падают, в то время как количество ежегодно реализуемых мобильных устройств уже исчисляется миллиардами. Зачастую, помимо производительности, при выборе электронного гаджета пользователя интересуют еще несколько критериев:

• мобильность;
• автономность.

x86 архитектура сильна в производительности, но стоит вам отказаться от активного охлаждения, как мощный процессор покажется жалким на фоне архитектуры ARM.

10. Почему ARM – неоспоримый лидер

Вряд ли вы будете удивлены, что ваш смартфон, будь то простенький Android или флагман Apple 2016 года в десятки раз мощнее полноценных компьютеров эпохи конца 90-х.

Но во сколько мощнее тот же айфон?

Само по себе сравнение двух разных архитектур – штука очень сложная. Замеры здесь можно выполнить лишь приблизительно, но понять то колоссальное преимущество, что дает построенные на ARM-архитектуре процессоры смартфона, можно.

Универсальный помощник в таком вопросе – искусственный тест производительности Geekbench. Утилита доступна как на стационарных компьютерах, так и на Android и iOS платформах.

Средний и начальный класс ноутбуков явно отстает от производительности iPhone 7. В топовом сегменте все немного сложнее, но в 2017 году Apple выпускает iPhone X на новом чипе A11 Bionic.

Там, уже знакомая вам архитектура ARM, но показатели в Geekbench выросли почти вдвое. Ноутбуки из «высшего эшелона» напряглись.

А ведь прошел всего один год.

Развитие ARM идет семимильными шагами. Пока Intel и AMD год за годом демонстрируют 5 – 10% прирост производительности, за тот же период производители смартфонов умудряются повысить мощность процессоров в два – два с половиной раза.

Скептически настроенным пользователям, которые пройдутся по топовым строчкам Geekbench лишь хочется напомнить: в мобильных технологиях размер – это то, что прежде всего имеет значение.

Установите на стол моноблок с мощным 18-ядерный процессором, который «в клочья разрывает ARM-архитектуру», а затем положите рядом iPhone. Чувствуете разницу?

11. Вместо вывода

Объять 80-летнюю историю развития компьютеров в одном материале невозможно. Но, прочитав данную статью, вы сможете понять как устроен главный элемент любого компьютера – процессор, и чего стоит ждать от рынка в последующие годы.

Безусловно, Intel и AMD буду работать над дальнейшим наращиванием количества транзисторов на одном кристалле и продвигать идею многослойных элементов.

Но нужна ли вам как покупателю такая мощность?

Вряд ли вас не устраивает производительность iPad Pro или флагманского iPhone X. Не думаю, что вы недовольны производительностью расположившейся на кухне мультиварки или качеством картинки на 65-дюймовом 4K-телевизоре. А ведь во всех этих устройствах используются процессоры на ARM-архитектуре.

Windows уже официально заявила, что с интересом смотрит в сторону ARM. Поддержку этой архитектуры компания включила еще в Windows 8.1, а ныне активно работает над тандемом с ведущим ARM-чипмейкером Qualcomm.

На ARM успела посмотреть и Google – операционная система Chrome OS поддерживает эту архитектуру. Появились сразу несколько дистрибутивов Linux, которые также совместимы с данной архитектурой. И это только начало.

И лишь попробуйте на минутку представить, каким приятным будет сочетание энергоэффективного ARM-процессора с графеновым аккумулятором. Именно эта архитектура позволит получить мобильные эргономичные гаджеты, которые смогут диктовать будущее.

Процессор компьютера – это основной компонент компьютера, его «мозг», скажем так. Он выполняет все логические и арифметические операции, которые задает программа. Кроме этого он выполняет управление всеми устройствами компьютера.

Что собою представляет современный процессор

Сегодня процессоры изготавливаются в виде микропроцессоров. Визуально микропроцессор – это тонкая пластинка кристаллического кремния в форме прямоугольника. Площадь пластины несколько квадратных миллиметров, на ней расположены схемы, которые обеспечивают функциональность процессора ПК. Как правило, пластинка защищена керамическим или пластмассовым плоским корпусом, к которому подсоединена посредством золотых проводков с металлическими наконечниками. Такая конструкция позволяет подсоединить процессор к системной плате компьютера.

• шины адресов и шины данных;
• арифметико-логическое устройство;
• регистры;
• кэш (быстрая память небольшого объема 8-512 Кбайт);
• счетчики команд;
• математический сопроцессор.

Что такое архитектура процессора?

Архитектура процессора – это способность процессора выполнять набор машинных кодов. Это с точки зрения программистов. Но разработчики компьютерных составляющих придерживаются другой трактовки понятия «архитектура процессора». По их мнению, архитектура процессора – это отражение основных принципов внутренней организации определенных типов процессоров. Допустим, архитектура Intel Pentium обозначается Р5, Pentium II и Pentium III — Р6, а не так давно популярных Pentium 4 – NetBurst. Когда компания Intel закрыла Р5 для конкурирующих производителей, компания AMD разработала свою архитектуру К7 для Athlon и Athlon XP, а для Athlon 64 – К8.

Даже процессоры с одинаковой архитектурой могут существенно отличаться друг от друга. Эти различия обусловлены разнообразием процессорных ядер, которые обладают определенным набором характеристик. Наиболее частым отличием является различные частоты системной шины, а также размеры кэша второго уровня и технологическим характеристикам, по которым изготовлены процессоры. Очень часто смена ядра в процессорах из одного и того же семейства, требует также замены процессорного разъема. А это влечет за собой проблемы с совместимостью материнских плат. Но производители постоянно совершенствуют ядра и вносят постоянные, но не значительные изменения в ядре. Такие нововведения называют ревизией ядер и, как правило, обозначаются цифробуквенными комбинациями.

Системная шина или процессорная шина (FSB – Front Side Bus) – это совокупность сигнальных линий, которые объединены по назначению (адреса, данные и т.д.). Каждая линия имеет определенный протокол передачи информации и электрическую характеристику. То есть системная шина – это связующее звено, которое соединяет сам процессор и все остальные устройства ПК (жесткий диск, видеокарта, память и многое другое). К самой системной шине подключается только CPU, все остальные устройства подключаются через контроллеры, которые находятся в северном мосте набора системной логики (чипсет) материнской платы. Хотя в некоторых процессорах контролер памяти подключен непосредственно в процессор, что обеспечивает более эффективный интерфейс памяти CPU.

Кеш или быстрая память – это обязательная составляющая всех современных процессоров. Кеш является буфером между процессором и контроллером достаточно медленной системной памяти. В буфере хранятся блоки данных, отрабатываемых в данный момент, и процессору не нужно постоянно обращаться к медленной системной памяти. Естественно, это значительно увеличивает общую производительность самого процессора.

В процессорах, используемых сегодня, кэш поделен на несколько уровней. Самый быстрый – первый уровень L1, который производит работу с ядром процессора. Он обычно разделен на две части – это кэш данных и кэш инструкций. С L1 взаимодействует L2 – кэш второго уровня. Он намного больше по объему и не разделен на кэш инструкций и кэш данных. У некоторых процессоров существует L3 – третий уровень, он еще больше второго уровня, но на порядок медленнее, так как шина между вторым и третьим уровнем уже, чем между первым и вторым. Тем не менее, скорость третьего уровня все равно гораздо выше, нежели скорость системной памяти.

Различают кэш по двум видам – эксклюзивный и не эксклюзивный.

Эксклюзивный тип кэша тот, в котором информация на всех уровнях строго разграничена на оригинальную.

Не эксклюзивный кэш – это кэш, в котором информация повторяется на всех уровнях кэша. Трудно сказать, какой тип кэша лучше, и у первого и у второго есть свои достоинства и недостатки. Эксклюзивный тип кэша используется в процессорах AMD, а не эксклюзивный — Intel.

Разъем процессора может быть щелевой и гнездовой. В любом случае его предназначение – это установка центрального процессора. Применение разъема облегчает замену процессора при модернизации и снятие на время ремонта ПК. Разъемы могут предназначаться для установки CPU-карты и самого процессора. Разъемы различают по предназначению для определенных типов процессоров или CPU-карт.

Первое место занимает процессор Intel Core i5. Отличный вариант для мощной игровой машины.

Второе место — Intel Celeron E3200, не смотря на достаточно приличную стоимость. Оптимальный вариант для офисной машины.

Третье место занимает снова intel - на этот раз 4-х ядерный Core 2 Quad.

Четвертое место — процессор AMD Athlon II X2 215 2.7 GHz 1Mb Socket-AM3 OEM. Хороший выбор для дома и офиса, для тех кто хочет сэкономить и не нуждается в супер мощной машине. К тому у этой модели процессора есть много места для разгона.

Пятое место — AMD Phenom II X4 945. Хорошая цена, отличная производительность, большой кэш и 4 ядра на борту.

Если вы готовы заплатить за процессор порядка 1000$, то можете приобрести Intel Сore 2 Extreme. Но такой процессор вряд ли подойдет для широких масс потребителей. Поэтому рассмотрим более доступные варианты.

Если вы простой пользователь ПК, который работает с текстами, смотрит фильмы, прослушивает музыку и работает в Интернете, вам вполне подойдет или Celeron E1200 или младшие Athlon 64 X2. Последний имеет определенные преимущества перед первым и вам его хватит на долгие годы.

Если вы используете свой компьютер для развлечения, периодически играете в игры, то вам нужно посмотреть на процессоры Core 2 Duo. Это самый оптимальный вариант процессора для ваших потребностей.

Если вы относитесь к пользователям, которые используют все возможности компьютера, работаете с аудио, Интернет, видео, большими программами и тяжеловесными играми, вам больше всего подойдет Core 2 Duo E8200. Этот процессор обладает высокой производительностью, невысоким тепловыделением, достаточной возможностью разгона, при этом доступен по цене.

И, наконец, вы бескомпромиссный игрок и ваш ПК должен быть мощным игровым плацдармом? Вам просто необходим или двухядерный или четырехядерный процессор, не меньше.

Процессор - это, без сомнения, главный компонент любого компьютера. Именно этот небольшой кусочек кремния, размером в несколько десятков миллиметров выполняет все те сложные задачи, которые вы ставите перед своим компьютером. Здесь выполняется операционная система, а также все программы. Но как все это работает? Этот вопрос мы попытаемся разобрать в нашей сегодняшней статье.

Процессор управляет данными на вашем компьютере и выполняют миллионы инструкций в секунду. И под словом процессор, я подразумеваю именно то, что оно на самом деле означает - небольшой чип из кремния, который фактически выполняет все операции на компьютере. Перед тем как перейти к рассмотрению как работает процессор, нужно сначала подробно рассмотреть что это такое и из чего он состоит.

Сначала давайте рассмотрим что такое процессор. CPU или central processing unit (центральное обрабатывающее устройство) - который представляет из себя микросхему с огромным количеством транзисторов, сделанную на кристалле кремния. Первый в мире процессор был разработан корпорацией Intel в 1971 году. Все началось с модели Intel 4004. Он умел выполнять только вычислительные операции и мог обрабатывать только 4 байта данных. Следующая модель вышла в 1974 году - Intel 8080 и мог обрабатывать уже 8 бит информации. Дальше были 80286, 80386, 80486. Именно от этих процессоров произошло название архитектуры.

Тактовая частота процессора 8088 была 5 МГц, а количество операций в секунду только 330 000 что намного меньше чем в современных процессоров. Современные устройства имеют частоту до 10 ГГц и несколько миллионов операций в секунду.

Мы не будем рассматривать транзисторы, переместимся на уровень выше. Каждый процессор состоит из таких компонентов:

• Ядро - здесь выполняется вся обработка информации и математические операции, ядер может быть несколько;
• Дешифратор команд - этот компонент относится к ядру, он преобразует программные команды в набор сигналов, которые будут выполнять транзисторы ядра;
• Кэш - область сверхбыстрой памяти, небольшого объема, в которой хранятся данные, прочитанные из ОЗУ;
• Регистры - это очень быстрые ячейки памяти, в которых хранятся сейчас обрабатываемые данные. Их есть всего несколько и они имеют ограниченный размер - 8, 16 или 32 бит именно от этот зависит разрядность процессора;
• Сопроцессор - отдельное ядро, которое оптимизировано только для выполнения определенных операций, например, обработки видео или шифрования данных;
• Адресная шина - для связи со всеми, подключенными к материнской плате устройствами, может иметь ширину 8, 16 или 32 бит;
• Шина данных - для связи с оперативной памятью. С помощью нее процессор может записывать данные в память или читать их оттуда. Шина памяти может быть 8, 16 и 32 бит, это количество данных, которое можно передать за один раз;
• Шина синхронизации - позволяет контролировать частоту процессора и такты работы;
• Шина перезапуска - для обнуления состояния процессора;

Главным компонентом можно считать ядро или вычислительное-арифметическое устройство, а также регистры процессора. Все остальное помогает работать этим двум компонентам. Давайте рассмотрим какими бывают регистры и какое у них предназначение.

• Регистры A, B, C - предназначены для хранения данных во время обработки, да, их только три, но этого вполне достаточно;
• EIP - содержит адрес следующей инструкции программы в оперативной памяти;
• ESP - адрес данных в оперативной памяти;
• Z - содержит результат последней операции сравнения;

Конечно, это далеко не все регистры памяти, но эти самые главные и ими больше всего пользуется процессор во время выполнения программ. Ну а теперь, когда вы знаете из чего состоит процессор, можно рассмотреть как он работает.

Как работает процессор компьютера?

Вычислительное ядро процессора может выполнять только математические операции, операции сравнения и перемещение данных между ячейками и оперативной памятью, но этого вполне достаточно, чтобы вы могли играть игры, смотреть фильмы и просматривать веб-страницы и многое другое.

Фактически любая программа состоит из таких команд: переместить, сложить, умножить, делить, разница и перейти к инструкции если выполняется условие сравнения. Конечно, это далеко не все команды, есть другие, которые объединяют между собой уже перечисленные или упрощают их использование.

Все перемещения данных выполняются с помощью инструкции перемещения (mov), эта инструкция перемещает данные между ячейками регистров, между регистрами и оперативной памятью, между памятью и жестким диском. Для арифметических операций есть специальные инструкции. А инструкции перехода нужны для выполнения условий, например, проверить значение регистра A и если оно не равно нулю, то перейти к инструкции по нужному адресу. Также с помощью инструкций перехода можно создавать циклы.

Все это очень хорошо, но как же все эти компоненты взаимодействуют между собой? И как транзисторы понимают инструкции? Работой всего процессора управляет дешифратор инструкций. Он заставляет каждый компонент делать то, что ему положено. Давайте рассмотрим что происходит когда нужно выполнить программу.

На первом этапе дешифратор загружает адрес первой инструкции программы в памяти в регистр следующей инструкции EIP, для этого он активирует канал чтения и открывает транзистор-защелку чтобы пустить данные в регистр EIP.

Во втором тактовом цикле дешифратор инструкций преобразует команду в набор сигналов для транзисторов вычислительного ядра, которые выполняют ее и записывают результат в один из регистров, например, С.

На третьем цикле дешифратор увеличивает адрес следующей команды на единицу, так, чтобы он указывал на следующую инструкцию в памяти. Далее, дешифратор переходит к загрузке следующей команды и так до окончания программы.

Каждая инструкция уже закодирована последовательностью транзисторов, и преобразованная в сигналы, она вызывает физические изменения в процессоре, например, изменению положения защелки, которая позволяет записать данные в ячейку памяти и так далее. На выполнение разных команд нужно разное количество тактов, например, для одной команды может понадобиться 5 тактов, а для другой, более сложной до 20. Но все это еще зависит от количества транзисторов в самом процессоре.

Ну с этим все понятно, но это все будет работать только если выполняется одна программа, а если их несколько и все одновременно. Можно предположить, что у процессора есть несколько ядер, и тогда на каждом ядре выполняется отдельная программ. Но нет, на самом деле там таких ограничений нет.

В один определенный момент может выполняться только одна программа. Все процессорное время разделено между всеми запущенными программами, каждая программа выполняется несколько тактов, затем процессор передается другой программе, а все содержимое регистров сохраняется в оперативную память. Когда управление возвращается этой программе, то в регистры грузятся ранее сохраненные значения.

Выводы

Вот и все, в этой статье мы рассмотрели как работает процессор компьютера, что такое процессор и из чего он состоит. Возможно, это немного сложно, но мы рассмотрели все более просто. Надеюсь, теперь вам стало более ясно то, как работает это очень сложное устройство.

На завершение видео об истории создания процессоров:

Пожалуй, ключевым достоинством персонального компьютера как платформы является его впечатляющая гибкость и возможности кастомизации, которые сегодня, благодаря появлению новых стандартов и типов комплектующих, кажутся практически безграничными. Если лет десять назад, произнося аббревиатуру "ПК", можно было с уверенностью представить себе белый железный ящик, опутанный проводами и жужжащий где-то под столом, то сегодня столь однозначных ассоциаций нет и быть не может.

Сегодняшний ПК может быть мощной рабочей станцией, ориентированной на производительность в вычислениях или рабочей машиной дизайнера, "заточенной" под качество двухмерной графики и быструю работу с данными. Может быть топовой игровой машиной или скромной мультимедийной системой, живущей под телевизором...

Иначе говоря, у каждого ПК сегодня свои задачи, которым соответствует тот или иной набор железа. Но как выбрать подходящее?

Начинать следует с центрального процессора. Видеокарта определит производительность системы в играх (и ряде рабочих приложений, использующих вычисления на GPU). Материнская плата - формат системы, её функционал "из коробки" и возможности подключения комплектующих и периферийных устройств. Однако именно процессор определит возможности системы в повседневных домашних задачах и работе.

Давайте рассмотрим, что важно при выборе процессора, а что - нет.

На что НИКОГДА не нужно обращать внимание

Производитель процессора

Как и в случае с видеокартами (да, впрочем, и со многими другими девайсами), наши соотечественники всегда рады превратить обыкновенный потребительский товар в нечто, что можно поднять на штандарты и пойти войной на сторонников противоположного лагеря. Можете представить себе ситуацию, в которой любители маринованных огурцов и консервированных помидоров разделили магазин баррикадой, покрывают друг друга последними словами и частенько прибегают к рукоприкладству? Согласитесь, звучит как полный бред... однако в сфере компьютерных комплектующих такое происходит сплошь и рядом!

Причем, как и любые сектанты, фанаты брендов видят мир исключительно разделенным на чёрное и белое. Все, абсолютно все товары с их любимым логотипом - это абсолютный идеал и само совершенство, а противоборствующие им решения - само воплощение зла, вместилище всех возможных недостатков.

О том, что у каждого из двух производителей центральных процессоров - соответственно, Intel и AMD , - есть полностью сформированные линейки продуктов, состоящие из совершенно разных по характеристикам девайсов с совершенно разной стоимостью, сектанты предпочитают умалчивать. Как, собственно, и о том, что в разных ценовых сегментах реальный лидер может меняться.

Рекомендация №1: Планируя сборку нового ПК или апгрейд старого, определитесь в первую очередь с бюджетом. Посчитайте сумму, которая у вас есть на руках, добавьте к ней некий резерв, который вы, в случае необходимости готовы добавить, а затем посмотрите, какие модели центральных процессоров в этот бюджет вписываются.

Чётко осознайте, что вы выбираете именно эти модели, и вам важны именно их характеристики. Что происходит, и кто лидирует в сегментах выше или ниже вашего бюджета - вас не касается. Вам важно только то, сколько производительности вы получите сейчас, за имеющиеся деньги.

"Игровой" или "не игровой" процессор

У процессора нет такой характеристики или функции, которая позволяла или не позволяла бы ему запускать игры (хотя родители некоторых покупателей с радостью бы за неё заплатили). У него есть производительность, которой может оказаться достаточно или недостаточно для комфортной игры. Разделение же на игровые и не игровые модели - не более чем искусственный маркетинг. Причём разделение весьма странно и зачастую не соответствует реальным возможностям ЦПУ.

Рекомендация №2: Какие бы цели вы ни ставили перед будущим ПК - будет ли он игровой системой, рабочей станцией или основным элементом домашней мультимедийной системы - руководствуйтесь самым простым параметром: тем, насколько производительности процессора достаточно для этих задач.

Раскрывашки

Кризисный 2016 год, в который упали доходы населения, а следовательно, и продажи всего и вся, включая центральные процессоры, "подарил" нам очередной миф, который теперь надолго засядет в интернетах. А уж в сознании рядовых покупателей - и того дольше.

Суть явления проста: "старые процессоры с новыми видеокартами работать не могут, бегите все покупать новые!". Особенно доставляют здесь рекомендации заменить вполне годные и актуальные процессоры Core i5 старых поколений на процессоры Core i3 новых поколений, которые по всем параметрам хуже. Ну, и, разумеется, советы потратить 40 тысяч на апгрейд платформы ради игр с видеокартой за 20 тысяч.

Рекомендация №3: Собственно, и . Задача любой раскрывашки - не помочь вам выбрать подходящий процессор, а "втюхать" девайс поновее и подороже, желательно в комплекте с материнской платой и памятью. Увидите раскрывашку - отойдите в сторонку и не слушайте. Иначе себе дороже выйдет.

Что ИНОГДА может оказаться важным

OEM и BOX-комплектация, она же "система охлаждения в комплекте"

Центральные процессоры могут поставляться в двух вариантах: "боксовой" и OEM-комплектации . Разница предельно проста: "бокс" - это, собственно, коробка, в которой, помимо самого процессора, находятся гарантийный талон и штатная система охлаждения (хотя в редких случаях вроде процессоров FX 9000-ой серии она может отсутствовать). OEM - это просто процессор, абсолютно без всего. Ни коробки, ни кулера, ни гарантийного талона.

Вызвано это тем, что OEM-комплектация по замыслу производителя процессора предназначается для фирм, собирающих и продающих готовые ПК. Процессоры в данном случае приобретаются большими партиями и поставляются в паллетах, вмещающих по 20 с лишним штук. Опять же, по логике производителя, из этих паллетов они должны попадать сразу в компьютеры.

Но в нашей стране процессор в OEM-комплектации можно свободно купить в рознице (см. гневные отзывы на тему "Вынесли процессор в пакетике" ). Такая комплектация дешевле боксовой, и порой - очень существенно.

Рекомендация №4: Боксовая комплектация - это всегда компромисс. Штатный кулер - не самый эффективный, не самый тихий и уж совершенно точно - не самый выгодный по цене. Кого-то может подкупить более длительный срок гарантии у "бокса" против OEM, однако процессор - устройство крайне живучее, и сломать его ой как непросто (разве что целенаправленно и механически). Если он прожил у вас первый день - с 95% вероятностью проживёт и следующие 10 лет. Альтернативные кулеры, опять же, могут оказаться и дешевле, и эффективнее штатного.

С другой стороны, всё упирается в цену. Если стоимость "бокса" лишь немногим выше OEM - берите бокс, хуже от этого не будет.

Свободный множитель и частота процессора

Далеко не каждому пользователю даже самого обычного игрового ПК интересен разгон, не говоря уже о платформах, на которых оный разгон вообще не нужен или противопоказан. Тем не менее, в отдельных случаях этот параметр может оказаться полезным.

Частота современных процессоров складывается из двух параметров: базовой частоты, задаваемой системной шиной, и множителя, который варьируется от модели к модели. Соответственно, изменяя один из двух параметров или оба сразу, мы можем изменять итоговую тактовую частоту процессора и его производительность. Тем не менее, далеко не все современные платформы позволяют разгонять процессор по шине (а еще меньше платформ позволяют делать это официально). Так что, если вы заранее планируете разгон - выбирайте модели ЦПУ с разблокированным множителем , этим вы сильно облегчите себе задачу.

Что же касается тактовой частоты процессора (как базовой , так и в турбо-режиме ) - это весьма специфический параметр. При прочих равных условиях - да, производительность процессоров определяется частотой. Например, если мы сравниваем два процессора из линейки Core i5 , относящихся к одному и тому же поколению и основанных на одном и том же ядре, быстрее будет тот, у которого выше частота.

Но если сравнивать Core i5 с Core i3 того же поколения или с Core i5 предшествующего поколения - частота вовсе не будет определяющим фактором! В первом случае важно будет количество исполнительных блоков, во втором - архитектурные различия и поддержка отдельных технологий и инструкций.

Рекомендация №5: Свободный множитель - параметр полезный, но далеко не для всех. Нужен он вам или нет - зависит от ситуации, и однозначных рекомендаций тут дать нельзя. Что же касается частоты - пользуйтесь этим параметром с осторожностью. Он важен только в том случае, если все остальные параметры одинаковы.

Интегрированное графическое ядро

Большинство современных процессоров за редкими исключениями оснащается встроенной графикой . У некоторых покупателей это вызывает недовольство - мол, зачем это я переплачиваю за то, чем не буду пользоваться? Однако в реальности встроенное графическое ядро не отнимает, а ЭКОНОМИТ ваши деньги.

Как так? Всё просто. Купили вы компьютер с мощным процессором, оверклокерской материнской платой и большим объемом памяти, а покупку игровой видеокарты отложили на потом. Всего лет 8-10 назад в такой ситуации вам пришлось бы искать на барахолках "затычку" для слота - устаревшую или слабую видеокарту, на которой можно было пересидеть, пока не будет приобретен более мощный современный девайс. Просто потому, что иначе компьютер бы не работал - не умели тогда процессоры выводить видео, а топовые материнские платы и встроенное видео были вещами несовместимыми.

Сегодня же - вы просто подключаете монитор к выходам на материнской плате и используете ПК, не тратя лишнее время и деньги. Более того - производительность современной встроенной графики такова, что нетребовательным пользователям и тем, кому компьютер нужен не для игр видеокарта и вовсе не нужна!

Особняком здесь стоят APU компании AMD . Их ключевое преимущество - именно мощная встроенная графика, что делает эти процессоры отличным вариантом для HTPC и мультимедийных систем, но в то же время их использование с дискретным видео теряет всякий смысл. Справедливости ради - топовые модели современных процессоров Intel оснащаются видеоядром не хуже, но стоят куда дороже APU, а производительность их процессорной части для HTPC крайне избыточна.

Кто же сегодня живёт без встроенной графики? Это топовые процессоры Intel для платформы LGA 2011-3 - им по статусу положено работать либо с мощнейшими игровыми видеокартами, либо с профессиональными ускорителями вычислений. Также лишены графики процессоры AMD под уходящую уже платформу AM3+ . И процессоры семейства Athlon II - те же самые APU, только с отключенной графической частью: экстремально дешёвые и столь же производительные за свой ценник.

Кроме того, без встроенной графики обходятся некоторые (но далеко не все) процессоры Intel Xeon , выполненные под мейнстримовые платформы LGA 115x. Об этих процессорах стоит сказать особо. Несмотря на "серверное" имя, они фактически являются аналогами десктопных Core i5/i7. Существенные различия - возможность установки в материнские платы, поддерживающие мультипроцессорные конфигурации и поддержка оперативной памяти с коррекцией ошибок (ECC).

Рекомендация №6: Бояться встроенной графики не стоит - это отличный бонус, который к тому же скоро станет стандартом для всех платформ за исключением LGA 2011-3 и возможно, её потомков. Встроенное ядро может оказаться очень полезным в отдельных случаях или вовсе избавить вас от необходимости покупать дискретную видеокарту. Но и гоняться за ним не стоит: у процессоров без встроенной графики тоже может оказаться немало достоинств.

Что вам ДЕЙСТВИТЕЛЬНО важно знать

Сокет

Сокет - это разъём, в который процессор устанавливается на материнской плате. Как и любой другой разъём, он имеет определённые физические размеры, конструкцию, количество контактов и так далее. Соответственно, за редкими исключениями, установить в один сокет можно только одно семейство процессоров. Например, процессор под сокет AM4 в материнскую плату с сокетом FM2+ или LGA 1151 установить невозможно чисто физически (вернее, один раз возможно, но после этого вам потребуются и новый процессор, и новая материнская плата).

Соответственно, выбор сокета определяет то, какие процессоры вам будут доступны на момент покупки, и какие вы сможете установить в будущем (и сможете ли вообще). От него зависит производительность системы, возможности и цена будущего апгрейда, а нередко - и количество периферийных устройств, которые можно установить в ПК.

Рекомендация №7 : Определитесь с тем, что вы хотите получить от ПК. Да, некоторые современные платформы абсолютно универсальны (а некоторые будущие платформы - обещают быть такими) и гибко настраиваются под любые задачи при наличии должного количества денег, но это вовсе не значит, что у них нет аналогов. Некоторые ваши задачи могут быть решены гораздо меньшими тратами, а некоторые - гораздо эффективнее при тех же тратах.

Если вы выбираете процессор под уже имеющуюся материнскую плату - не поленитесь потратить несколько минут на то, чтобы зайти на официальный сайт производителя и посмотреть список совместимых с ней моделей ЦПУ. Это бесплатно, совершенно не сложно, и не требует никаких специальных знаний, но в ряде случаев поможет вам сэкономить время и деньги.

Бывает так, что процессор совпадает по сокету, но при этом вовсе не поддерживается материнской платой, или для запуска требует обновления микрокода биос. Второе можно сделать заранее перед покупкой нового ЦПУ, а первое лучше узнать сразу, чем потом возвращать в магазин исправный товар, в несовместимости которого с вашим железом не виноваты ни вы, ни сотрудники магазина.

Также бывают случаи, когда процессор номинально поддерживается, но на деле не может работать в конкретной материнской плате - например, когда подсистема питания материнской платы слишком слабая, а процессор наоборот, слишком прожорлив и требователен к питанию. Об этом тоже лучше узнать заранее, чем потом бороться с последствиями.

Если же вы выбираете процессор под абсолютно новую систему, обращать внимание следует на актуальные сокеты:

AM1 - платформа AMD, предназначенная для неттопов, встраиваемых систем и мультимедийных ПК начального уровня. Как и все APU, отличается наличием сравнительно мощной встроенной графики, что и является основным преимуществом.

AM4 - универсальная платформа AMD для мейнстрим-сегмента. Объединяет десктопные APU и мощные ЦПУ семейства Ryzen, благодаря чему позволяет собирать ПК буквально под любой бюджет и потребности пользователя.

TR4 - флагманская платформа AMD, предназначенная под процессоры Threadripper. Это продукт для профессионалов и энтузиастов: 16 физических ядер, 32 потока вычислений, четырёхканальный контроллер памяти и прочие впечатляющие цифры, дающие серьёзный прирост производительности в рабочих задачах, но практически не востребованные в домашнем сегменте.

LGA 1151_v2 - сокет, который ни в коем случае нельзя путать с обычным LGA 1151 (!!!). Являет собой актуальную генерацию мейнстримовой платформы Intel, и наконец-то привносит в потребительский сегмент процессоры с шестью физическими ядрами - этим и ценен. Однако обязательно следует помнить, что процессоры Coffee Lake нельзя установить в платы с чипсетами серий 200 и 100, а старые процессоры Skylake и Kaby Lake - в платы с чипсетами серии 300.

LGA 2066 - актуальная генерация платформы Intel, предназначенной для профессионалов. Также может быть интересна в качестве платформы для постепенного апгрейда. Младшие процессоры Core i3 и Core i5 практически ничем не отличаются от аналогов под LGA 1151 первой версии и стоят относительно доступно, но впоследствии их можно заменить на Core i7 и Core i9.

Количество ядер

Этот параметр требует множества оговорок, и его следует применять с осторожностью, однако именно он позволяет более-менее логично выстроить и дифференцировать центральные процессоры.

Модели с двумя вычислительными ядрами , а также с двумя физическими ядрами и четырьмя виртуальными потоками вне зависимости от тактовой частоты, степени динамического разгона, архитектурных преимуществ и фанатских мантр сегодня прочно обосновались в сегменте офисных ПК, причём даже там - не на самых ответственных местах. Всерьёз говорить об использовании таких ЦПУ в игровых машинах, а уж тем более - в рабочих станциях сегодня не приходится.

Процессоры с четырьмя вычислительными ядрами выглядят немного актуальнее, и могут удовлетворить запросы как офисных работников, так и не самых требовательных домашних пользователей. На них вполне можно собрать бюджетный игровой ПК, хотя в современных тайтлах производительность будет ограничена, а одновременное выполнение нескольких операций - к примеру, запись игрового видео, - будет невозможно или приведёт к заметному падению фпс.

Оптимальный вариант для дома - процессоры с шестью ядрами . Они способны обеспечивать высокую производительность в играх, не падают в обморок при выполнении нескольких ресурсоёмких задач одновременно, позволяют использовать ПК в качестве домашней рабочей станции, и при всём этом - сохраняют вполне доступную стоимость.

Процессоры с восемью ядрами - выбор тех, кто занят более серьёзными задачами, нежели игры. Хотя и с развлечениями они справятся без проблем, заметнее всего их преимущества - в рабочих приложениях. Если вы занимаетесь обработкой и монтажом видео, рисуете сложные макеты для полиграфии, проектируете дома или другие сложные конструкции, то выбирать стоит именно эти ЦПУ. Излишка производительности вы не заметите, а вот быстрая обработка и отсутствие зависаний в самый ответственный момент - определённо вас порадуют.

Процессоры с 10 и 16 ядрами - это уже серверный сегмент и весьма специфические рабочие станции, от предыдущего варианта отличающиеся примерно как работа дизайнера спецэффектов для большого кино от работы монтажера роликов на youtube (собственно, примерно там и используются). Однозначно рекомендовать или наоборот, отговаривать от их покупки сложно. Если вам реально требуется такая производительность - вы уже знаете, как и где будете её применять.

Рекомендация №8: Количество ядер - не самый чёткий параметр, и не всегда он позволяет отнести к одной группе процессоры с близкими характеристиками. Тем не менее, при выборе процессора стоит ориентироваться на этот параметр.

Производительность

Итоговый и самый важный параметр, которого, увы, нельзя найти ни в одном каталоге магазина. Тем не менее, в итоге именно он определяет, подойдет ли вам тот или иной процессор, и насколько эксплуатация ПК на его основе будет соответствовать вашим первоначальным ожиданиям.

Прежде, чем отправляться в магазин за процессором, который вам вроде бы подходит, не поленитесь изучить его детальные тесты. Причем "детальные" - это не видосики на ютубе, показывающие вам то, что вы должны увидеть по замыслу их автора. Детальные тесты - это масштабное сравнение процессора в синтетических бенчмарках, профессиональном софте и играх, проводимое по чёткой методике с участием всех или большинства конкурирующих решений.

Как и в случае с видеокартами, чтение и анализ подобных материалов поможет вам определить, стоит ли тот или иной процессор своих денег, и на что, при возможности, его можно заменить.

Рекомендация №9: Потратив пару вечеров на чтение и сравнение информации из разных источников (важно, чтобы они были авторитетными, и весьма желательно - зарубежными), вы сделаете аргументированный выбор и избавите себя от множества проблем в будущем. Поверьте, оно того более чем стоит.

Критерии и варианты выбора:

Согласно изложенным выше критериям, ЦПУ из каталога DNS можно распределить следующим образом:

Процессоры AMD Sempron и Athlon под сокет AM1 подойдут для сборки бюджетных мультимедийных ПК, встраиваемых систем и тому подобных задач. К примеру, если вы хотите установить в машину полноценный ПК с десктопной операционной системой или собрать небольшой неттоп, который будет скрытно жить в недрах дачного дома или гаража - стоит обратить внимание на эту платформу.

Для офисных ПК подойдут двухъядерные процессоры Intel Celeron , Pentium и Core i3 . Их преимуществом в данном случае выступит наличие встроенного графического ядра. Производительность последнего достаточна для вывода необходимой информации и ускорения работы браузеров, но совершенно недостаточна для игр, которых на рабочем месте всё равно быть не должно.

Для домашнего мультимедийного ПК лучшим выбором окажутся APU от AMD, предназначенные под актуальный сокет AM4. Представители линеек A8, A10 и А12 объединяют под одной крышкой четырёхъядерный процессор и весьма неплохую графику, которая может уверенно соперничать с бюджетными видеокартами. ПК на этой платформе можно сделать весьма компактным, но его производительности хватит для воспроизведения любого контента, а также целого ряда рабочих задач и немалого перечня игр.

Для бюджетного игрового ПК подойдут четырёхъядерные процессоры AMD Ryzen 3 и четырёхъядерные Core i3 под сокет LGA 1151_v2 (не путать с двухъядерными Core i3 под сокет LGA 1151 !!!). Производительности этих процессоров достаточно для любых домашних задач и большинства игр, однако грузить их серьёзной работой или пытаться выполнять несколько ресурсоёмких задач одновременно всё же не стоит.

Для бюджетной рабочей станции компромиссным вариантом могут стать четырёхъядерные процессоры AMD Ryzen 5 . Помимо физических ядер, они предлагают и виртуальные потоки вычислений, что в итоге позволяет выполнять операции в восемь потоков. Разумеется, это не так эффективно, как физические ядра, но вероятность увидеть 100% загрузку процессора и падение фпс ниже играбельного при записи или прямой трансляции геймплея здесь гораздо ниже, чем у предыдущих двух вариантов. Да и последующий монтаж оного видео пройдёт быстрее.

Оптимальный выбор для домашнего игрового ПК - шестиядерные процессоры AMD Ryzen 5 и Intel Core i5 под сокет LGA 1151_v2 (не путать с их четырёхъядерными предшественниками!!!). Стоимость этих ЦПУ вполне гуманна, их даже можно назвать относительно доступными, в отличие от топовых линеек Ryzen 7 и Core i7. А вот производительности - вполне хватает, чтобы играть в любые интересные пользователю игры и работать на дому. Причем даже одновременно, если будет такое желание.

Для топовых игровых ПК или рабочих станций без претензий на избранность и элитарность подойдут процессоры AMD Ryzen 7 и Intel Core i7 , имеющие, соответственно, 8 ядер/16 потоков и 6 ядер/12 потоков. Относясь к мейнстримовым платформам, эти процессоры всё ещё относительно доступны и не требуют дорогостоящих материнских плат, блоков питания и кулеров. Однако их производительности достаточно практически для всех задач, которые может поставить перед ПК рядовой пользователь.

Если же её всё-таки будет недостаточно - для высокопроизводительных рабочих станций предназначены процессоры AMD Ryzen Threadripper , предназначенные для установки в сокет TR4, и топовые модели процессоров Intel под сокет LGA 2066 - Core i7 и Core i9 , имеющие по 8, 10, 12 и более физических ядер. Помимо этого, процессоры предлагают четырёхканальный контроллер памяти, что важно для ряда профессиональных задач, и до 44 линий PCI-express, позволяющих подключать много периферии, не теряя в скорости обмена данными. Рекомендовать эти ЦПУ для домашнего использования не получается и в силу их цены, и благодаря "заточенности" под многопоток и профессиональные задачи. А вот в работе процессоры под топовые платформы могут буквально в разы опережать своих десктопных собратьев.

М икропроцессор для персонального компьютера а, так же и для других устройств, будь то телефоны, планшеты, ноутбуки или другие интересные гаджеты, является основным центральным устройством, которое выполняет практически все вычисления и отвечает за обработку данных. Можно даже сказать так — центральный процессор это “мозг” любого современного компьютера или высокотехнологичного устройства. Так же он является одним из самых дорогостоящих элементов в составе современных компьютеров.

1. История появления процессора

Первые компьютерные процессоры, основу которых составляло механическое реле, появились в пятидесятых годах прошлого века. Спустя какое-то время появились модели с электронными лампами, которые в итоге были заменены на транзисторы. Сами же компьютеры представляли собой довольно габаритные и дорогостоящие устройства.

Последующее развитие процессоров свелось к тому, что было принято решение входящие в них компоненты, представить в одной микросхеме. Позволило осуществить данную задумку появление интегральных полупроводниковых схем.

В 1969 г. компания Busicom заказала двенадцать микросхем у Intel , которые они планировали использовать в собственной разработке – в настольном калькуляторе. Уже в то время разработчиков Intel посещала идея заменить несколько микросхем одной. Идею одобрило руководство корпорации, поскольку подобная технология позволяла существенно сократить расходы на производстве микросхем, при этом у специалистов появилась возможность сделать процессор универсальным для использования его в других вычислительных устройствах.

Некоторые системы позволяют увеличить уже имеющуюся рабочую частоту процессора, данная процедура называется «разгоном» . Установка большей частоты процессора позволяет увеличить и его показатели быстродействия.

7. Сравнение фирм-производителей Intel и AMD

Американская компания под названием Intel была основана в 1968 году, тогда как ее основной конкурент – компания AMD – появилась спустя год.

То, что AMD явила себя свету на год позже, нежели Intel, в существенной мере отразилось на их соперничестве. Первые процессоры от компании AMD представляли собой копии процессоров, выпущенных компанией Intel, однако этот факт не помешал AMD разработать первый 16-ядерный процессор . При этом в 2005 обычному пользователю был предложен первый 2-ядерный процессор , носящий название AMD Athlon 64 X2 .

Двухъядерные процессоры Core 2 Duo, разработанные компанией Intel, на год позже появились на соответствующем рынке, при этом стоимость процессоров AMD и сегодня намного дешевле процессоров от Intel.

Какому процессору все же стоит отдать предпочтение? Если пользователю необходимо использование компьютера для работы со сложным профессиональным программным обеспечением, то в этом случае лучше приобрести ПК с процессором от Intel.

Процессоры AMD – отличный вариант для игровых ПК и в ситуациях, не требующих высокой производительности аппаратной начинки.

8. Кэш-память процессора

Кэш – не что иное, как память процессора, задачи которой схожи с задачами, возлагаемыми на оперативную память. Процессор использует кэш для хранения в нем данных. В данной разновидности памяти буферизируется наиболее часто используемая информация, за счет чего временные затраты на последующее обращение к ней в существенной мере сокращаются.

Оперативная память реализуемых сегодня компьютеров, составляет от 1 Гб, при этом кэш процессоров не превышает 8 Мб. Как видно из приведенных данных, разница в этих разновидностях памяти довольно существенная. Несмотря на это, даже указанного объема достаточно для обеспечения нормального быстродействия всей системы. Немалый интерес у пользователей сегодня вызывают процессоры с двухуровневой кэш-памятью: L1 и L2. Память первого уровня меньше памяти второго уровня и необходима она для хранения инструкций. При этом второй уровень за счет того, что он больше, используется для непосредственного хранения данных. У многих процессоров на данный момент кэш второго уровня общий.

9. Функции и технологии процессоров: MMX, SSE, 3DNow!, Hyper Threading

Современные процессоры снабжены характерными дополнительными функциями и технологиями, расширяющими их возможности:

3DNow!, ММХ, SSE, SSE2, SSE3 – технологии, оптимизирующие работу с объемными данными и мультимедийными файлами;

В процессорах AMD с целью защиты от ряда вирусов предусмотрена технология NX-bit (No Execute), при этом в процессорах Intel имеется аналогичная технология XD (Execute Disable Bit);

Cool’n’Quiet (в AMD), ТМ1/ТМ2, С1Е, EIST (в Intel) снижается потребление электрической энергии;

В технологии AMD64 или ЕМТ64 (для процессоров Intel) нуждаются 64-битные инструкции;

Одновременное выполнение нескольких потоков команд в некоторых процессорах Intel подразумевает наличие технологии НТ (Hyper-Threading Technology).

10. Многоядерность процессоров

Центр современных центральных микропроцессоров снабжен ядрами. Ядро представляет собой кристалл кремния, площадь которого составляет около одного квадратного сантиметра. Несмотря на небольшие размеры, микроскопические логические элементы позволили реализовать на его поверхности принципиальную схему процессора, так называемую архитектуру (chip architecture).

Многоядерность процессора заключается в наличии в центральном микропроцессоре двух и более вычислительных ядер на поверхности одного процессорного кристалла, которые также могут быть заключены в одном корпусе.

Перечень преимуществ многоядерного процессора:

Появляется возможность распределить работу приложений по нескольким ядрам;

Процессы, нуждающиеся в интенсивных вычислениях, работают существенно быстрее;

Увеличивается скорость отклика приложений;

Снижение потребления электрической энергии;

Более продуктивное использование ресурсоемких мультимедийных программ;

Более комфортная работа пользователей ПК.

11. Производство процессоров

Производство микропроцессоров включает минимум два важных этапа. На первом этапе производятся подложки, которым впоследствии придают проводящие свойства. На втором этапе произведенные подложки тестируются, после чего собирается и упаковывается процессор.

Сегодня такие ведущие производители процессоров, как AMD и Intel стараются наладить выпуск продукции, задействовав при этом максимально возможные сегменты рынка, максимально сократив возможный ассортимент кристаллов. Отличным тому подтверждением являются процессоры Intel Core 2 Duo. В линейку упомянутой продукции входят три процессора с разными кодовыми наименованиями: Merom, предназначенный для мобильных устройств, Conroe – для настольных версий, Woodcrest – для серверных версий. У всех трех процессоров одна технологическая основа, что дает возможность производителю принимать решение, будучи на последнем этапе производства. Так, например, если на рынке будут более востребованы мобильные процессоры, компания сфокусируется на выпуске модели Socket 479. Если возрастет потребность в настольных моделях, то компания Intel упакует кристаллы, необходимые для Socket 775. В случае роста спроса на серверные процессоры, все вышеуказанные действия будут применены для Socket 771.

12. Маркировка и кодовые названия процессоров

Разнообразная продукция, произведенная на заводах крупных предприятий, обозначается кодовыми наименованиями, что является довольно удобным решением, нежели использование длинных официальных обозначений при проведении служебных разговоров и переписки. Порой о внутрифирменных кодовых названиях узнают широкие слои пользователей, однако довольно редко они употребляются в повседневном обиходе.

Ситуация с кодовыми наименованиями процессоров обратно противоположная, поскольку в последнее время они стали употребляться в разговорах и в качестве маркировки процессоров входить в официальную документацию.

При этом запомнить необходимо лишь некоторые кодовые названия, к примеру, для успешной модернизации ПК, поскольку чаще всего помимо красивого звучания и рекламных амбиций, подобные наименования никакой полезной информации для потребителя не несут.

13. Гнезда (socket) для процессоров

Сокет процессора в переводе с английского языка означает «разъем» или «гнездо» . Если применить этот термин к компьютеру, то гнездом называется место установки центрального процессора. Каждая модель процессора снабжена своим вариантом разъема, связанно это с тем, что технологии изготовления процессоров совершенствовались, а потому модернизировалась их архитектура, количество транзисторов, гнезда и т.д.

Сокет центрального процессора имеет вид щелевого или гнездового разъёма, предназначенного для того, чтобы упростить процесс установки центрального процессора. Использование разъёмов значительно упрощает замену процессора для последующего ремонта или модернизации ПК.

14. Охлаждение процессора

Вентилятор или, как его еще называют кулер , — устройство, задача которого сводится к тому, чтобы обеспечивать охлаждение процессора. Существую разные модели кулеров, однако чаще всего они устанавливаются поверх самого процессора.

Кулеры бывают активными и пассивными. К категории пассивных кулеров относятся обычные радиаторы, довольно дешевые, потребляющие минимум электричества и при этом практически бесшумные. Активный же кулер представляет собой радиатор с прикрепленным к нему вентилятором.

Наибольшей популярностью сегодня пользуются активные воздушные кулеры, состоящие из металлического радиатора с установленным на нем вентилятором.

Будучи механическим устройством, трущиеся детали кулера нуждаются в своевременном смазывании машинным маслом, при этом категорически запрещается для этих целей использовать масла растительного происхождения.

О необходимости смазать устройство можно узнать характерному и постепенно увеличивающемуся шуму от кулера.

15. Неисправности и ошибки в процессорах

В случае неисправности процессора, ПК может начать самостоятельно выключаться и перезагружаться, операционная система «зависать», а жёсткий диск попросту не отображаться. При этом все вышеописанное сопровождается сильным нагреванием процессора. Нередко, неисправный процессор становится причиной постоянных ошибок в работе операционной системы и сопутствующего программного обеспечения.

Ни при каких условиях нельзя неисправный процессор проверять на рабочей материнской плате, поскольку подобные действия вполне могут спровоцировать вывод из строя материнской платы.

Чаще всего процессоры подвергаются поломке по причине перегрева и некорректной сборки компьютера, что может стать причиной случайного загиба контактов процессора, а вследствие и возникновения короткого замыкания. Решить проблему в этом случае может лишь замена процессора.