Centrální procesor počítače (CPU)

Центральный процессор компьютера (ЦПУ)

Dnes uvažujeme o centrálním procesoru počítačového CPU (Centrální procesní jednotka - centrální procesorová jednotka nebo CPU). Toto je srdce systémové jednotky nebo, pokud chcete, jejího mozku! V žargonu počítačových programátorů se někdy nazývá "kámen" (krystalický křemík skutečně vypadá jako kámen).

Jedná se o hlavní obsluhu informací přicházející do počítače. Centrální procesor provádí všechny potřebné matematické operace s příchozími daty, vytváří různé vzorky z databází, archivuje a rozšiřuje naše soubory, zpracovává kódování videa, zpracovává model fyzické interakce částic ve vaší oblíbené počítačové hře, konečně!

Centrální procesor moderního počítače dělá hodně, bude snadnější uvést, co to nedělá :)

Zde jsou některé fotografie CPU:

První fotografie, to je dvoujádrové centrální procesor společnosti "Intel", druhý - jeho záda. Tato strana je vložena do zásuvky procesoru (zásuvka zásuvky) na základní desce . Na těchto fotografiích vidíme CPU formálního faktoru "LGA-775". Zkratka "LGA" je zkratka anglického jazyka. "Land Grid Array" - typ skříně s maticí kontaktních podložek. Zastaralé modely byly dodány v pouzdrech "PGA" (Pin Grid Array), právě takový zastaralý procesor je uveden na poslední fotografii výše.

Zavedení nového tvarového faktoru bylo způsobeno skutečností, že počet "noh" (kolíků) CPU předchozích generací se zvýšil tak, že se mezi nimi začalo objevovat parazitní elektrická rušení, která ovlivňuje činnost konečného zařízení. Zvláštnost "LGA" spočívá v tom, že se samotné kontakty přenesou z procesorové skříně na povrch soketu, který je umístěn na základní desce. Na čipovém podkladu zůstávají pouze kontaktní plochy (tzv. "Patche").

U starších počítačových modelů byla instalace procesoru spojena s určitým rizikem ohýbání nebo (zakázání Boha) přerušení jedné z několika set PGA noh. Strašlivý sen o montáži počítačů! :) Nyní je vše mnohem jednodušší.

Na našich fotografiích vidíme vnější obal procesoru počítače. Jeho funkcí je chránit jádro (samotný křišťálový křišťál) před mechanickým působením, zajistit oblast kontaktu s chladicím systémem (radiátor) a rovněž zajistit elektrický kontakt pro napájení zařízení (fotografie pod čísly "1" a "2").

Centrální procesor počítače se skládá z čtvercové desky z textolitu, do něhož je pevně uloženo jádro (křemíkový krystal), stejně jako vodiče elektrických kontaktů a ochranný kryt zhora. Co je pod touto vírou, jsme zde uvažovali.

Způsob výroby dokončených třísek může být popsán přibližně takto: vrstvy vodičů, polovodičů a izolátorů jsou střídavě aplikovány na tenký křemíkový substrát (substrát) přes speciální "masky" s štěrbinami litografií. Někdy se používá proces leptání prvků na čipu (stejnými otvory v "masce"). Po ukončení postupu je podklad řezán do čtverců, které jsou opatřeny ochranným a tepelně vodivým pláštěm, jsou opatřeny kontaktními podložkami a výrobek je připraven!

Nyní se trh stolních procesorů rozděluje téměř jen na dvě velké společnosti: "Intel" a "AMD". Podle údajů za rok 2011 se první "drželo" více než 80% tohoto trhu a druhé - jen přes 10%. Další důležitou otázkou je rychle se rozvíjející trh mobilních procesorů. Zde je prostě obrovský počet společností, které vydávají řešení (dobře, ne zcela "vlastní", ale o tom budeme hovořit v dalším článku).

Schematically, vnitřní zařízení CPU může být reprezentováno následujícím způsobem:

Zde je vizuální obrázek čipu CPU v sekci:

A to je výkonný dual-core Athlon:

Ano, je zde další fotka, aby bylo tak úplně řečeno:

Jedná se také o počítačový procesor, jen v jiném provedení. Tam byly, včas, podobné vzorky, textolitová deska, která byla vertikálně vložena do speciálního konektoru na základní desce. To bylo nazýváno (Slot A), proto termín "slot procesory". Většinou se design podobá kazetě herní konzole s ventilátorem na boku :)

Pokud se dotýkáte tak důležitého aspektu jako výkon CPU, pak přímo závisí na několika složkách a z nich se skládá:

  • jeho frekvenci hodin
  • počet jader
  • počet a rychlost ukládání do paměti

Každé z těchto bodů budeme podrobněji analyzovat. Rychlost hodin procesoru se měří v Hz (Hz).

Poznámka: Hertz (Hz) je jednotka pro měření frekvence periodických procesů (v tomto případě oscilace). Například 1 Hertz - jedna taková oscilace (tact) za sekundu.

Měření rychlosti (výkonu) centrálního procesoru v Hertze je nepohodlné (získá se příliš velké množství). Proto se zde používají takové množství jako megahertz a gigahertz. Megahertz (Mhz) je jeden milión Hertz (1 000 000 Hz). GHz (Ghz) ​​je 1000 megahertů (Mhz) nebo - jedna miliarda Hertz (1 000 000 000 Hz).

Podle výše uvedeného se ukazuje, že CPU s rychlostí 3 Gigahertz je 3000 Megahertz nebo tři miliardy Hertz! Podmíněně lze říci, že čím je frekvence vyšší, tím více může být zpracováno za jednotku času. Podle popsaného příkladu může procesor 3 GHz (GHz) provádět tři miliardy operací za sekundu.

Pro lepší asimilaci - viz malé tématické video:

Hodnotu frekvence hodin můžete zobrazit kliknutím pravým tlačítkem myši na ikonu "Tento počítač" na ploše a výběrem možnosti "Vlastnosti" z rozevírací nabídky. Níže uvedený snímek obrazovky zobrazuje obrázky s těmito informacemi pro operační systémy "Windows 7" a "Windows XP".

Tento indikátor lze také vidět během počátečního zavádění operačního systému, přejdete do BIOSu nebo pomocí jednoho ze specializovaných nástrojů, jako je "CpuZ". Tento úžasný program bude ukazovat nejen hodnotu hodinové frekvence, ale i mnoho dalších užitečných informací.

Poznámka: Úplně jsme považovali práci tohoto programu za dostačující, a proto jej nezopakujeme.

Vzpomeňte si na slavný "zákon" Gordona Moora, který od něj odvodil již v roce 1975: "Výkon moderních procesorů by se měl zdvojnásobit každých 24 měsíců!" Musíme vzít hold této předpovědi: bylo to tak, až do nějaké doby. Výrobci procesorů jednoduše pravidelně zvyšují rychlost zařízení (mezi dalšími vylepšeními ve formě příkazů pro paralelní zpracování, rozšiřováním seznamu podporovaných instrukcí, snižováním technologických procesů apod.), Což umožnilo zachování přežití tohoto tvrzení.

Je zřejmé, že to nemohlo pokračovat neomezeně: velké frekvence vyžadují radikální zpracování chladicího systému rychlého topného čipu. Autor prohlášení v roce 2007 řekl, že zřejmě "zákon" nebude trvat dlouho. Faktem je, že když se dosáhne určitého kmitočtového prahu (v rozmezí od 4000 do 5000 Megahertz), všechny procesory začnou pracovat nestabilně a vyžadují komplikovaný chladicí systém.

Overclockery ("overclockers" centrálních procesorů) se zkušenostmi tvrdí, že přibližná hranice protaktovaného procesoru s chlazením vzduchu je 4000-4500 MHz. Je třeba si uvědomit, že to jsou nejlepší vzorky čipů, nejúspěšnější z dané šarže a tam může být jeden pro několik desítek plus horní základní deska, která vám umožní použít zvýšené napětí a zvýšit frekvenci FSB, drahou (přetaktovací) paměť s dalším chlazením a atd. Pokud instalujete systém chlazení vody na stejném CPU, můžete zvýšit frekvenci na 5000, ale ne že by bylo možné dosáhnout stabilní provoz zařízení ve všech aplikacích.

Poznámka: FSB (Front Side Bus) je vysokorychlostní rozhraní pro propojení mezi počítačovým procesorem a dalšími periferiemi a moduly umístěnými na základní desce. Frekvence systémové sběrnice je rychlost, s jakou jádro procesoru vyměňuje data s pamětí RAM, diskrétní grafickou kartou, řadiči pevných disků atd.

Skuteční "maniaci" jejich práce se nezastaví a toto a kurz je "těžké dělostřelectvo" jako chlazení pomocí freonu, tekutého kovu, hélia a dokonce tekutého dusíku! Druhá možnost vám umožní "vytlačit" z nešťastného zařízení záznam 6000 Megahertz a ještě více! Na druhou stranu je nepravděpodobné, že chcete pracovat na počítači pokrytém ledovou kůrou? :)

Nyní přišel čas, kdy frekvence a celková rychlost moderních počítačů postačuje k vyřešení většiny úkolů běžného uživatele PC (nyní vynecháváme hry a vážné aplikace pro modelování). Proto jednoduché zvýšení tohoto ukazatele již nebude mít takový hmatatelný nárůst rychlosti v každodenních (kancelářských) úkolech, stejně jako předtím. Nyní výkon moderních počítačů je z velké části určován dalšími parametry a jejich kombinací.

Jedním z těchto parametrů je sjednocení pod jedním krytem rozptylujícím teplo z velkého počtu jader (v současnosti jejich počet může dosáhnout dvanáct kusů). Zde aritmetika je jednoduchá: čím více jader, tím vyšší je produktivita (ostatní věci jsou stejné). Koneckonců, všechny procesy se v tomto případě začínají provádět paralelně (na každém z jader), což by (teoreticky) mělo výrazně zvýšit celkovou rychlost. V praxi to dopadá jinak ... :)

Některé z aplikací jednoduše "neví", že můžete pracovat s několika jádry, někteří to dělají špatně a pouze zvlášť "ostře" pro vícejádrové aplikace, dochází k výraznému nárůstu. Existují aplikace, které prakticky nemohou být paralelní. Například kancelářské aplikace ("Microsoft Word" nebo "Open Office"). Jiné úkoly, jako je kódování videa / zvuku, kompilace programového kódu, vykreslení trojrozměrné scény, jsou naopak velmi citlivé na zpracování s více vlákny a maximální dosažený zisk je s tímto přístupem.

Lokomotiva multi-core je správně považována za serverové varianty centrálních procesorů. Toto je "Intel Xeon" a "AMD Opteron". Serverová řešení se vyznačují zvýšenou rychlostí (kvůli velké vyrovnávací paměti) a škálovatelností (může mít několik fyzických procesorů s velkým počtem jader uvnitř každého). Takoví systémoví nadšenci někdy instalují i ​​doma na obyčejných základních deskách, ale to je spíše pro sportovní zájem :) V podstatě jsou podobné procesory používány v říčních serverech, které jsou umístěny ve speciálních regálech.

Poznámka: (Rack - rack / shelf) RackMount - princip organizace výměnných zařízení.

Takže tento typ serveru může vypadat jinak:

A tady tak - v řece 19-palcový stojan (to je také nazýván telekomunikační stojan):

Existují dokonce uzamykatelné celé telekomunikační skříně (Ochranná skříň). Mohou vypadat například takto:

Podrobně o tom, jak jsou tyto servery uspořádány uvnitř, o tom, jaké procesory mají a jak je serverová místnost organizována v naší práci, jsme se v jedné z těchto hodin zabývali.

Na základě takových rozhodnutí se budují tzv. Superpočítače. Například Intel již vydal 16jádrový Xeons a zvažuje řešení s 22-24 a 28 jádry. Rozumíte tomu, kde se všechny tyto obchody pohybují, že jo? Takže vtip týmu KVN "Ural pelmeni" o 48. jaderném procesoru, vysloveném v roce 2012, už nevypadá jako vtip! :)

Jsem si jistý, že v průběhu času bude většina aplikací účinně fungovat na vícejádrových systémech, teď s tím není všechno tak růžové. Ale výrobci procesorů tento počet stále zvyšují a nyní existují stolní systémy s 12 jádry. Proč? No, je třeba nějakým způsobem vysvětlit kupujícímu, proč prostě musí koupit tento nový procesor? :)

Třetí nejdůležitější součástí procesoru počítače je jeho cache. Cache je malé množství velmi rychlé paměti, která je umístěna v samotném jádře a slouží k ukládání přechodných výpočetních výsledků a může také ukládat kopie nejčastěji používaných dat z paměti RAM počítače. Cache může fungovat jako druh "mostu" s rychlým pohybem mezi pamětí RAM a CPU počítače.

Cache je rozdělena do mezipaměti instrukcí (pro urychlení načítání kódu stroje) a datovou mezipaměť sloužící požadavkům uživatelů. Ta má často několik úrovní (úroveň 1, úroveň 2 a úroveň 3). Každá další úroveň je větší (podle velikosti paměti) předchozí, ale pomalejší rychlost. Proč ano? Myslím, že snížit náklady na konečný produkt :) Ale jeho takový design dává - významné snížení latence přístupu CPU do paměti RAM. Jedná se o druh vyrovnávací paměti mezi ním a CPU.

Existují specifické úkoly, kde mezipaměť procesoru není poslední roli. Předpokládá se, že toto zahrnuje proces archivace informačních polí a zařízení s velkou a rychlou vyrovnávací pamětí, aby se s nimi lépe zvládl.

Jak můžeme vidět, ani frekvence, ani vícejádrová ani velká mezipaměť samy o sobě nezaručují, že budeme zlepšovat výkon v naprosto všech úkolech! Někde bude stačit jen pro velkou rychlost (frekvenci), někde bude vyžadovat víceúlohové zpracování - operace se provádí paralelně na několika jádrech. To vyžaduje komplexní přístup a jemnou rovnováhu mezi všemi součástmi.

Jdeme dál! Protože procesor běží, na něj je aplikován elektrický proud. To vede k tomu, že je ohříváno. Aby se předešlo tak nepříjemnému jevu, jako je přehřátí počítačového procesoru , jsou na něm instalovány různé chladicí systémy (bezhlučná voda nebo na základě chlazení vzduchu vybavené ventilátorem).

Navzdory neustálému poklesu technologického procesu a optimalizaci spotřeby elektrické energie, špičkové modely procesorů jsou tvrdohlavě zasahující 200 bar TDP bar a některé (AMD) ho úspěšně dobyl! Může být toto "úspěch" jednoznačně nazýváno vítězstvím? Nemyslím :)

Každý z výrobců dává svým novým produktům kódové jméno, které charakterizuje celou řadu nebo skupinu produktů založených na jedné mikroarchitektuře. V nedávné minulosti byly použity takové zvučné názvy jako "Coppermine", "Wolfdale", "Barton", "Nahalem", "Prescott", "Conroe", "Sandy Bridge".

Jedná se o mikroarchitekturu jádra, která určuje, které nové technologie budou začleněny do budoucího procesoru. Například: hardware (na hardwarové úrovni) podpora virtualizační technologie (Visualization Technology), ochrana proti přetečení vyrovnávací paměti (Intel Execute Disable Bit), AMD Turbo Core, automatické řízení přetaktování procesoru (analog TurboBoost od společnosti Intel) 3D Now, atd.

Nyní je módní mluvit ne o CPU, ale o APU (Accelerated Processor Unit - zrychlený procesor). Co to je? Jedná se o kombinaci na jediném čipu nebo jednoduše pod jedním krytem distribuce tepla CPU a samotné grafické karty . Taková řešení jsou někdy nazývána hybridní procesory. Výsledkem je snížení celkové spotřeby energie a nákladů na systém snížením počtu komponent (externí grafická karta již není zapotřebí).

Je zřejmé, že takový systém nemůže konkurovat plnohodnotnému hernímu počítači, ale pro většinu úkolů je dokonce vhodný. Vzhledem k tomu, že známá firma AMD v roce 2006 zakoupila méně známou firmu pro výrobu grafických akcelerátorů ATI, je logické, že její APU vypadají výhodněji (díky grafické komponentě). Společnost "Intel" se nikdy vážně nezajímala o grafiku, její koníčkem jsou centrální procesory a na tomto poli nemá stejnou hodnotu!

Co dalšího můžete říct o procesorech v aplikačním plánu? Vy, jako potenciální kupující, nebudete nepříjemné vědět, že je možné je zakoupit ve dvou různých variantách: "Box" (Box) a "Tray" (Zásobník). Boxování je v boxech:

Podívejme se, co je uvnitř krabice?

Vidíme zde chladicí systém zabalený v ochranném plastu (zespodu) a procesor počítače samotného (kroužil červeně). Vezměte prosím na vědomí, že v dodávce v boxu již bylo na spodní plochu chladicího tělesa (tepelně vodivá látka ve formě tří šedých pásů) aplikováno tepelné rozhraní. Tepelné rozhraní slouží k lepšímu přenosu tepla z jádra krystalu do chladiče. Můžeme pouze otevřít balíček a nainstalovat design na desku.

Pokud se rozhodnete zakoupit procesor v dodávce ZÁSOBNÍKU, buďte připraveni na to, že jej můžete přenést do plastového sáčku :) Koupíte samostatně pouze samotný čip bez chladicího systému. Co může být nutné? Například jsem to udělal, když jsem buduje svůj domácí počítač. Standardní (chladné) chlazení se mi nelíbilo a rozhodl jsem se namísto toho nainstalovat věžový systém. Proč přeplatíte za zbytečný kus hliníku s ventilátorem, který pak bude ležet nečinný?

Konečně malá připomínka z osobní zkušenosti: v moderních hrách není hlavní procesor procesor. Hlavní zátěž spadá na externí grafickou kartu, takže pokud budete počítač upgradovat (upgrade) pro tento účel, nejprve věnujte pozornost grafickému subsystému. Proč jsem o tom tak jistý? Protože jsem to (opouštět starý procesor a koupil nový GPU), dostal jsem absolutně normální výkon ve všech hrách roku 2015!

Ano, skoro jsem zapomněl! Chtěla jsem se s vámi podělit o skvělý program pro zkušební procesory! Umožňuje maximálně načíst CPU a identifikovat možné problémy v jeho práci. Nejen samotný procesor je načten, ale fáze výkonu na základní desce, takže nástroj je dvojnásob užitečný. Také je užitečné pro ty, kteří se zabývají opravami počítačů a při službě jsou nuceni zajistit pro své "pacienty" zátěžový test pro stabilitu své práce.

Program má různé zkušební režimy a výsledky jeho práce můžete vidět v reálném čase ve formě pohodlných grafických grafů.

Nebo ve formě tabulky:

Zatímco je to všechno, přišel jsme s procesorem, nyní budete vědět, v čem je procesor v počítači a jaký režim a princip funguje. Máte-li zájem, můžete sledovat video o tom, jak jsou zpracovávány procesory. Líbí se vám to, radím vám, abyste se podívali!

3090
adminpc
-