73 Типи процесорів. Типи слотів.

73 Типи процесорів. Типи слотів.

Центральний процесор (Central processing unit) — функціональна частина ЕОМ, що призначена для інтерпретації команд.

Функції

• обробка даних по заданій програмі шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;
• програмне керування роботою пристроїв комп'ютера.

Архітектура процесора

Термін "архітектура процесора" в наш час^[Коли?] не має однозначного тлумачення. З погляду програмістів, під архітектурою процесора мається на увазі його здатність виконувати певний набір машинних кодів. Більшість сучасних десктопних процесорів відносяться до сімейства x86, або Intel-сумісних процесорів архітектури IA32 (архітектура 32-бітових процесорів Intel). Її основа була закладена компанією Intel в процесорі i80386, проте в подальших поколіннях процесорів вона була доповнена і розширена як самою Intel (введені нові набори команд MMX, SSE, SSE2 і SSE3), так і сторонніми виробниками (набори команд EMMX, 3DNow! і Extended 3DNow!, розроблені компанією AMD).

Проте розробники комп'ютерного устаткування вкладають в поняття "Архітектура процесора" (іноді, щоб остаточно не заплутатися, використовується термін "мікроархітектура") дещо інший зміст. З їхнього погляду, архітектура процесора відображає основні принципи внутрішньої організації конкретних сімейств процесорів. Наприклад, архітектура процесорів Intel Pentium позначалася як Р5, процесорів Pentium II і Pentium III - Р6, а популярні в недавньому минулому Pentium 4 відносилися до архітектури NetBurst. Після того, як компанія Intel закрила архітектуру Р5 для сторонніх виробників, її основний конкурент - компанія AMD була вимушена розробити власну архітектуру - К7 для процесорів Athlon і Athlon XP, і К8 для Athlon 64.

Ядро

В рамках однієї і тієї ж архітектури різні процесори можуть досить сильно відрізнятися один від одного. І відмінності ці утілюються в різноманітних процесорних ядрах, що володіють певним набором строго обумовлених характеристик. Найчастіше ці відмінності втілюються в різних частотах системної шини (FSB), розмірах кеша другого рівня, підтримці тих або інших нових систем команд або технологічних процесах, за якими виготовляються процесори. Нерідко зміна ядра в одному і тому ж сімействі процесорів спричиняє за собою заміну процесорного роз'єму (сокет, англ. socket), з чого витікають питання подальшої сумісності материнських плат. Проте в процесі вдосконалення ядра виробникам доводиться вносити до нього незначні зміни, які не можуть претендувати на "власне ім'я ". Такі зміни називаються ревізіями (англ. stepping) ядра і, найчастіше, позначаються цифробуквенними комбінаціями. Проте в нових ревізіях одного і того ж ядра можуть зустрічатися досить помітні нововведення. Так, компанія Intel ввела підтримку 64-бітової архітектури EM64T в окремі процесори сімейства Pentium 4 саме в процесі зміни ревізії.

32-бітові та 64-бітові процесори

Найуспішнішими і найпоширенішими донедавна були процесори з архітектурою IA32, яка була введена з появою покоління процесорів i80386 на заміну 16-бітним 8086, 80186, 80286.

Досить вдале 64-бітове розширення класичної 32-бітової архітектури IA32 було запропоноване в 2002 році компанією AMD (спочатку називалося x86-64, зараз - AMD64) в процесорах сімейства К8. Через деякий час компанією Intel було запропоновано власне позначення - EM64T (англ. Extended Memory 64-bit Technology). Але, незалежно від назви, суть нової архітектури одна і та ж: розрядність основних внутрішніх регістрів 64-бітових процесорів подвоїлася (з 32 до 64 біт), а 32-бітові команди x86-кода отримали 64-бітові аналоги. Крім того, за рахунок розширення розрядності шини адрес обсяг пам'яті, що адресується процесором, істотно збільшився.

Але ті, хто чекає від 64-бітових процесорів скільки-небудь істотного приросту швидкодії, будуть розчаровані — їхня продуктивність в переважній більшості сучасних застосувань (які в масі своїй підігнані під IA32) практично та ж, що і у старих добрих 32-бітових. Для пересічного користувача потенціал 64-бітової архітектури може розкритися тоді, коли масово з'являться застосування, оптимізовані під нову архітектуру. Найефективнішим перехід на 64-бітові процесори стане для програм, що активно працюють з великими обсягами пам'яті, понад 4 ГБ: високопродуктивних серверів, баз даних, програм класу CAD/CAE, а також програм для роботи з цифровим контентом.

Паралелізм

Конвеєр команд

Багатоядерні процесори

Найзначнішою подією 2005 року стала поява двоядерних процесорів. До того часу класичні одноядерні CPU певною мірою вичерпали резерви зростання продуктивності за рахунок підвищення робочої частоти. Каменем спотикання стало не тільки дуже високе тепловиділення процесорів, що працюють на високих частотах, але і проблеми з їхньою стабільністю. Отже, екстенсивний шлях розвитку процесорів вичерпався і виробникам довелося освоювати новий, інтенсивний шлях підвищення продуктивності продукції. Піонером на ринку десктопних CPU, як зазвичай, стала компанія Intel, що першою анонсувала двоядерні процесори Intel Pentium D і Intel Extreme Edition. Втім, AMD з Athlon64 X2 відстала від конкурента буквально на лічені дні. Безперечним досягненням цих двоядерників першого покоління є їхня повна сумісність з існуючими системними платами. Друге покоління двоядерних процесорів, зокрема, Intel Core 2 Duo, вимагає спеціально розроблених для них чипсетів і зі старими материнськими платами не працює.

На сьогоднішній день для роботи з двоядерними процесорами більш-менш оптимізовано в основному професійне ПЗ (включаючи роботу з графікою, аудіо- і відеоданими), тоді як для офісного або домашнього користувача друге процесорне ядро іноді приносить користь, але частіше є мертвим вантажем. Але ринок неухильно рухається у бік мультиядерних систем і оптимізованих паралельних обчислень. Така тенденція буде пануючою найближчими роками, так що частка ПЗ, оптимізованого під декілька ядер, неухильно зростатиме, і дуже скоро може наступити момент, коли багатоядерність стане насущною необхідністю.

Будова

Внутрішні спільно працюючі пристрої

Моделі процесорів включають такі спільно працюючі пристрої:

• Пристрій керування (ПК). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері.
• Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілочислових операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін.) обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмних кодів у більшості програм. Всі операції в АЛП обробляються в регістрах — спеціально відведених чарухнках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛП. Кожен здатний виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати декілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції поділяються на дві прості операції: «Так» і «Ні» («1» і «0»). Звичайно, ці два пристрої виділяються суто умовно, конструктивно вони не розділені.
• AGU (Address Generation Unit) — пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливий, ніж АЛП, тому що він відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних.
• Математичний співпроцесор (FPU). Процесор може містити декілька математичних співпроцесорів. Кожний з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою комою, незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному співпроцесорові виконувати декілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочислені, так і з плаваючою комою і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність.
• Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, за якими розміщуються результати. Потім випливає повідомлення іншому незалежному пристроєві про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.