Что такое процессор, как он работает и на что обращать внимание при выборе

Процессор – это центральный элемент компьютеров или других устройств, предназначенных для цифровой обработки информации ‑ мобильных телефонов, медиаплееров, фотоаппаратов, блоков управления двигателями и трансмиссиями и т.д. Именно он выполняет большую часть тех миллионов простейших операций, из которых складывается осмысленная работа всего аппаратно-программного комплекса, каким является действующий компьютер.

 

Процессор – самая загадочная деталь компьютера

Среди людей господствует стойкое представление о центральном процессоре как о «мозге» вычислительной машины. Он «думает», «принимает решения» и т.д. Его работа и в самом деле создает такое впечатление. Однако на физическом уровне процессор – это всего лишь сложно организованный набор транзисторов, сформированных на пластине кремния. Каждый из них – это переключатель, который меняет свою проводимость в зависимости от входного напряжения.

Работа компьютера парадоксальна – сложные и логичные действия выполняются совершенно «безмозглым» устройством.

Некоторую ясность вносит описание структурной схемы процессора. С этой точки зрения он состоит из нескольких блоков:

  • блока управления;
  • арифметико-логического устройства (АЛУ);
  • нескольких внутренних регистров памяти;
  • буферной кэш-памяти.

Это весьма упрощенная схема, которая, тем не менее, иллюстрирует работу процессора.

  • Блок управления принимает информацию с шины данных, дешифрует ее и отдает команды на АЛУ.
  • АЛУ выполняет арифметические и логические операции над содержимым регистров и обменивается информацией с ними.
  • Кэш-память служит буфером между оперативной памятью (ОЗУ) и регистрами процессора. Она имеет очень малое время доступа и предварительная загрузка данных в нее из ОЗУ ускоряет операции ввода-вывода и сокращает время ожидания процессора.

Любое действие, производимое процессором, выполняется без какой-либо оценки его целесообразности, логичности, безопасности для данных или оборудования. Все это предусматривается в выполняемой программе и является сферой ответственности программиста.

Процессор процессору рознь

Единой и всеобъемлющей классификации процессоров не существует. Их разделяют на типы и группы по разным признакам.

  • Тактовая частота. Этот параметр считается показателем скорости работы процессора, но лишь опосредованно характеризует его реальную производительность.
  • Архитектура. Под архитектурой процессора понимают особенности выполнения операций, зависящие от организации обмена данными и состава команд. Различают несколько основных архитектур, которые отражают развитие процессоров.
    • Линейная. Команды выполняются последовательно, каждая из них занимает один такт процессора.
    • Конвейерная. Команды объединяются в функциональные блоки и выполняются параллельно в пределах группы. Например, при выполнении АЛУ очередного действия, блок управления в том же такте дешифрует и помещает в регистр следующую команду.
    • Суперскалярная. Число одновременно выполняемых команд увеличивается за счет роста количества исполнительных устройств.
    • CISC. Усложненные команды процессора этой архитектуры описывают комбинированные действия.
    • RISC. Здесь применен противоположный CISC подход, при котором выполнение команд занимает минимальное время и за счет большего количества регистров и отказа от косвенной адресации снижает задержки на программные переходы и упрощает оптимизацию исполняемого кода. Кроме того, процессоры с RISC-архитектурой отличаются более низкой ценой и меньшим энергопотреблением.
    • MISC. Это дальнейшее развитие идей, заложенных в RISC-архитектуру. В ней активно используется стековая модель вычислений с небольшим количеством команд.
    • VLIW –это процессоры, с заложенной в архитектуру параллельностью выполнения операций. В них задача распределения работы между исполнительными устройствами возложена на блок, входящий в состав процессора, что сокращает время простоя оборудования.

  • Количество ядер процессора. Создание процессоров с двумя и более ядрами – это реализация идеи параллельности вычислений на основе мультипроцессорности.
  • Кэш-память. «Быстрая» внутренняя память процессора увеличивает его производительность за счет параллельного обмена информацией с оперативной памятью и сокращения времени ожидания ввода-вывода. Многие процессоры имеют двух и трехуровневую кэш-память. Каждый следующий уровень имеет меньшее время доступа и еще больше ускоряет оперативный обмен данными.

Лучший процессор

Лучший процессор – тот, который в наибольшей степени соответствует выполняемым задачам и условиям использования.

Даже самый дорогой и мощный процессор может оказаться не соответствующим своему применению. Это утверждение не для всех очевидно и нуждается в пояснениях.

Быстродействие компьютера зависит не только от мощности процессора. Большое влияние на практическую производительность оказывает сбалансированность характеристик оборудования. Например, увеличение объема оперативной памяти часто дает такой же эффект, как и замена процессора на более быстрый, но обходится намного дешевле.

Далеко не всегда нужно стремиться к высокой производительности любой ценой.

Большинство вариантов использования компьютеров – это работа офисных приложений, несложная графика и нетребовательные к ресурсам мультимедиа. С этими задачами легко справляются компьютеры на основе процессоров Celeron. Для просмотра фильмов в хорошем качестве и для игр с 3D-графикой лучше выбрать процессор группы Pentium или iCore.

Для создания рабочих станций, серверов и многопроцессорных систем лучше выбирать многоядерные процессоры, ориентированные на оперативную память класса DDR3 и обладающие кэш-памятью большого объема. Например, это чипы группы Xeon.

Кроме того, нужно учитывать специфику решаемых задач. Некоторые модели процессоров имеют специализацию, заложенную в их архитектуру. Для решения вычислительных задач используются одни средства, для работы с графикой и видео – другие. Если создается оборудование для решения задач определенного типа, то и процессор следует подбирать с учетом этой специфики.

Рациональный выбор процессора способен заменить финансовые вложения и дать лучший результат, чем покупка дорогого оборудования, обладающего излишней мощностью, которая никогда не будет востребована.

Статья подготовлена специалистами компании ООО «АНД-Системс». Сайт компании — andpro.ru


Добавьте комментарий


Защитный код
Обновить

Автор :

Инфо

Информативно о компьютерных технологиях. Различные материалы относительно компьютерного железа, софта (программ) и сетевых технологий. При полном или частичном копировании информации - прямая ссылка на сайт (We-it.net) обязательна.