Комсомольськ-на-Амурі

KOST

&

AKRED

[email protected]

Процесор

Все почалося з того, що був винайдений потужний мікропроцесор

«Термінатор-2. Судний день »

... 1949 рік був, загалом, не дуже примітним роком уісторії людства. Не рахуючи хіба що того примітного факту, щосаме цього року над американською пустелею зійшла зі своїх небесних трасзнаменита «літаюча тарілка з Нью-Мексіко». Та сама, над загадкоюякої досі безуспішно ламає голову все прогресивне людство.

Сьогодні ті, що вижили свідки тих далеких днів стверджують, що приретельному патрання цього непізнаного об'єкта з нього були вилучені НЕтільки трупи інопланетян, а й деякі керуючі пристрої, на основіяких і були створені мікропроцесори ...

Скажімо, так воно й було. І інопланетяни були (розтин оних навітьбуло начебто відображено на кіноплівку і сьогодні відповідний фільмна продаж чи не в кожному кіоску), і інопланетні ж процесори.
Щоправда, важко уявити собі НЛО, чиїм керуванням завідують пристрої,аналогічні перших процесорів Intel-4004.

Але може бути, тому й впала тарілочка?

Як би там не було, для «копіювання» інопланетної техніки вченіобрали досить довгий і звивистий шлях. Спочатку (для відводу очей) буливинайдені окремі елементи - транзистори, які замінили традиційніелектронні лампи в перших комп'ютерах. Потім через десяток років хитромудріінженери, посміхаючись (Ще б пак! Кінцевий-то результат всіх їхніх праць вжедавно лежав у сейфі!), «винайшли» інтегральні мікросхеми, що дозволяютьвмістити на одному кристалі велика кількість транзисторів. І ще тількичерез десяток років світу з'явився сам мікропроцесор, що містить вже тисячі імільйони цих самих транзисторів.

Віддамо належне витримці і наполегливості хитрих плагіаторів ... іпримітивності інопланетної техніки.

А тепер серйозно.

Перший мікропроцесор Intel 4004 був створений в 1971 році командою підчолі з талановитим винахідником, доктором Тедом Хофф. Сьогодні його ім'ястоїть в ряду з іменами найвідоміших винахідників всіх часів і народів ... Аленавряд чи мудрий доктор знав у той час, у що виллється створений ним
«Комп'ютер на одному кристалі». Спочатку процесор 4004 призначавсядля ... мікрокалькуляторів і був виготовлений на замовлення однієї японської фірми.
На щастя для всіх нас, ця фірма збанкрутувала, так і не дочекавшисьпроцесор гіпа.сокет »обіцяного мікропроцесора - і в результатірозробка перейшла у власність не чекала такого щастя Intel. Зцього моменту і почалася епоха персональних комп'ютерів, «зоряний час»яких настав на початку 80-х. Саме тоді фірмою IBM був випущений вжестав легендарним комп'ютер IBM PC на основі нового мікропроцесора всетієї ж фірми Intel ...

Сьогоднішні процесори від Intel швидше за свого попередника більш ніжв десять тисяч разів! А будь-який домашній комп'ютер має потужність і
«Кмітливістю» у багато разів більшою, ніж комп'ютер, який керувавпольотом космічного корабля «Аполлон» до Місяця.

Факт, що автор не посоромився привести рядком вище, вже давностав штампом, обов'язковим у будь-якій рекламі фірми Intel. Хоча й не став відцього менш правдивим і красномовним.

І тепер, в епоху гігагерцовий швидкостей і надприродною
«Кмітливості» комп'ютерів, з тіні пдіть вельми сакраментальнепитання: а чи зможе людина правильно розпорядитися цією раптовозвалилася на нього потужністю?

Процесорів в комп'ютері багато. Крім центрального процесора,який у всьому світі прийнято позначати абревіатурою CPU (Central
Processor Unit), схожими мікросхемами обладнано практично кожнакомп'ютерна «залізяка».

Головний, центральний процесор з легкої руки журналістів називають
«Королем» системного блоку, незалежно веліли усіма його ресурсами.
Але абсолютно встежити за всім, що відбувається в його «королівстві», навітьспритний процесор не в змозі - королівська зайнятість розкидатися НЕдозволяє. І тоді на допомогу «королеві» приходять «намісники» --спеціалізовані мікропроцесори-чіпи з обробки, наприклад, звичайною ітривимірної графіки, 3D звуку, компресії і декомпресії ... Таких
«Намісників» в комп'ютері багато і вони розміщуються на спеціалізованих,додаткових платах (про них - мова попереду). І називаються вони вже не
«Процесорами», а просто «чіпами». З цим терміном нам ще частенькодоведеться зустрітися на сторінках цієї книги ...

На перший погляд, процесор - просто вирощений за спеціальноютехнології кристал кремнію (не даремно на жаргоні процесор, іменується
«Каменем»). Однак камінчик цей містить у собі безліч окремихелементів - транзисторів, які в сукупності й наділяють комп'ютерздатністю «думати». Точніше, обчислювати, виробляючи певніматематичні операції з числами, в які перетворюється будь-якащо надходить в комп'ютер інформація. Таких транзисторів у будь-якомумікропроцесорі багато мільйонів. А в допроцессорную епоху роль
«Обчислювачів» несли на собі в мільйони разів більш громіздкі пристрої ...
Почалося все ще в 30-х роках нашого століття з механічних перемикачів
- Реле, в сорокових їм на зміну прийшли електронні лампи. Тількиуявіть собі - сотні тисяч електронних ламп, величезна кількістьапаратури розміром з хороший дом! Працювали такі комп'ютери не тількиповільно, але і вкрай недовго - одна перегоріла лампа негайно виводилаз ладу весь комп'ютер. Безперебійна робота протягом 10-15 хвилин - ось івсе, на що були здатні «лампові» комп'ютери.

У 50-х роках на зміну примхливим лампам прийшли компактні «електронніперемикачі »- транзистори, потім - інтегральні схеми, в яких впершевдалося об'єднати на одному кристалі кремнію сотні крихітних транзисторів.
Але все-таки відлік літочислення комп'ютерної ери ведуть з 1971 року, змоменту появи першого мікропроцесора ...

За три десятки років, що минули з того знаменного дня, процесорисильно змінилися. Сьогоднішній процесор - це не просто збіговиськотранзисторів, а ціла система безлічі важливих пристроїв. На будь-якомупроцесорному кристалі знаходяться:

1. Власне процесор, головне обчислювальний пристрій, що складається з мільйонів логічних елементів - транзисторів.

2 .. Співпроцесор - спеціальний блок для операцій з «плаваючою крапкою» (або комою). Застосовується для особливо точних і складних розрахунків, а також для роботи з рядом графічних программотіхоньку починає вихо-3.
Кеш-пам'ять першого рівня - невелика (кілька десятків кілобайт) надшвидка пам'ять, призначена для зберігання проміжних результатів обчислень.

4. Кеш-пам'ять другого рівня - ця пам'ять трохи повільніше, зате більше - від 128 до 512 кбайт.

Важко повірити, що всі ці пристрої розміщуються на кристаліплощею не більше 4-6 квадратних сантиметрів! Тільки під мікроскопом миможемо розглядати крихітні елементи, з яких складається мікропроцесор, із'єднують їх металеві «стежки» (для їх виготовлення сьогоднівикористовується алюміній, проте вже через рік на зміну йому має прийтимідь). Їх розмір вражає уяву - десяті частки мікрона! Наприклад, у
1999 більша частина процесорів проводилася за 0,25-мікроннійтехнології, в 2000 році їй на зміну прийшла 0,18 - і навіть 0,13-мікрона. Прицьому очікується, що протягом найближчих двох років щільність розташуванняелементів на кристалі збільшиться ще в 2 рази.

Втім, при виборі мікропроцесора ми керуємося аж ніяк не
«Мікрон» технології, за якою цей процесор зроблений. Існуютьінші, набагато більш важливі для нас характеристики процесора, якіпрямо пов'язані з його можливостями і швидкістю роботи.

Тактова частота. Швидкість роботи - звичайно ж, саме на цейпоказник ми звертаємо увагу в першу чергу! Хоча лише деякікористувачі розуміють, що, власне, він означає. Адже для нас,неспеціалістів, важливо лише те, наскільки швидко новий процесор можепрацювати з потрібними нам програмами - а як, питається, оцінити цюшвидкість?

У фахівців існує своя система вимірювання швидкості процесора.
Причому таких швидкостей (вимірюваних в мільйонах операцій за секунду - MIPS)може бути декілька - швидкість роботи з тривимірною графікою, швидкістьроботи в офісних додатках і так далі ...

Не дуже зручно. Тому більшість користувачів, говорячи прошвидкості процесора, має на увазі зовсім інший показник. А називаєтьсявін тактовою частотою. Ця величина, яка вимірюється в мегагерцах (МГц),показує, скільки інструкцій здатний виконати процесор протягомсекунди) Тактова частота позначається цифрою в назві процесора
(наприклад, Pentium 4-1200, тобто процесор покоління Pentium 4 з тактовоючастотою 1200 МГц або 1,2 ГГц).

Сьогодні найбільшою популярністю на ринку користуються процесори зчастотою від 800 до 1200 МГц. Однак тим, хто буде читати цю книжку вНаприкінці 2001 року, автору доведеться порадити купувати процесор зчастотою не менше 1,5 ГГц. Адже згідно з так званого «закону Мура»,названого на честь одного з винахідників мікропроцесора і нинішньогокерівника корпорації Intel, кожні півтора року частота мікропроцесорівзбільшується не менше, ніж у два рази ...

Тактова частота - безперечно, найважливіший показник швидкості роботипроцесора. Але далеко не єдиний. Інакше як пояснити той дивнийфакт, що процесори Celeron, Pentium III і Pentium 4 на одній і тій жечастоті работаюЗдесь вступають в силу нові чинники - покоління імодифікація даного процесора.

Покоління процесорів

відрізняються один від одного швидкістю роботи, архітектурою, виконаннямі зовнішнім виглядом ... словом, буквально всім. Причому відрізняються не тількикількісно, але й якісно. Так, при переході від Pentium до Pentium IIі потім - до Pentium III була значно розширена система команд
(інструкцій) процесора.

Белі брати за точку відліку вироби «королеви» процесорного ринку,корпорації Intel, то за всю 27-річну історію процесорів цієї фірмизмінилося вісім їх поколінь: 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II,
Pentium III, Pentium 4.

Модифікація.

У кожному поколінні є модифікації, що відрізняються один від одногопризначенням і ціною. Наприклад, у славному сімействі Pentium II I числятьсятри «брата» - старший, Хеоn, працює на потужних серверах серйознихустанов. Середній братику, власне Pentium III, трудиться напродуктивних настільних комп'ютерах, ну а симпатяга-демократ Celeronвірно служить простому люду на домашніх комп'ютерах. Схожа ситуація - і вконкуруючому з Intel сімействі процесорів AMD, Для дорогих настільнихкомп'ютерів і графічних станцій фірма пропонує процесори Athlon, а длянедорогих домашніх ПК призначений інший процесор - Duron.

В межах одного покоління все зрозуміло: чим більше тактова частота,тим швидше процесор. А як же бути, якщо на ринку є два процесорирізних поколінь, але з однаковою тактовою частотою? Наприклад, Celeron-800і Pentium III-800 ... Звичайно, другий процесор покоління буде працюватишвидше - на 10-15%, залежно від завдання. Пов'язано це з тим, що внових процесорах часто бувають вбудовані нові системи команд-інструкцій,оптимізують обробку деяких видів інформації. Наприклад, впроцесорах Intel починаючи з Pentium з'явилася нова система команд дляобробки мультимедіа-інформації ММХ, a Pentium III додатково оснащенийновою системою інструкцій SSL.

У випадку ж з різними модифікаціями процесорів на арену виходять щедеякі додаткові параметри, якими, власне, модифікації тавідрізняються один від одного.

Розбір цих параметрів можна було б в принципі присвятити цілий том,але навряд чи більшість з вас цікавлять суто технічні подробиці.
Окрім, мабуть, однієї - розміру кеш-пам'яті. У цю пам'ять комп'ютер поміщаєвсі часто використовувані дані, щоб не «ходити» кожен раз «за сім версткиселю їсти »- до більш повільної оперативної пам'яті і жорсткого диска.

Кеш-пам'яті в процесорі є двох видів.

Найшвидша - кеш-пам'ять першого рівня (32 кбайт у процесорів < br>Intel і до 64 кбайт - в останніх моделях AMD). Існує ще трохи меншешвидка, але зате - об'ємніша кеш-пам'яті другого рівня - і саме їїоб'ємом розрізняються різні модифікації процесорів. Так, в сімействі
Intel самий «багатий» кеш-пам'яті - потужний Хеоп (2 Мбайт). У Pentium IIIрозмір кеша другого рівня майже в 10 разів менше - 256 кбайт, ну a Celeronзмушений обходитися всього 128 кбайт! А значить, при роботі з програмами,вимогливими до обсягу кеш-т ... з різною швидкістю? пам'яті, «домашній» процесор буде працювати трохи повільніше. Зате івартість його в два-три рази нижче: кеш-пам'ять - найдорожчий елемент упроцесорі, і зі збільшенням її обсягу вартість кристала зростає вгеометричній прогресії!

Тип ядра і технологія виробництва.

Думаю, вже добре підготовленим до всяких шокуючим известиям немаєпотреби пояснювати, що хитрі виробники процесорів примудряютьсяперіодично робити революції не тільки в межах одного покоління,але й однієї модифікації! І найчастіше це пов'язано з переходом на новутехнологію виробництва процесорів і, слідом за цим, за зміноюпроцесорного «ядра».

Про технологію ми з вами вже говорили: як ми пам'ятаємо, вона визначаєтьсярозміром мінімальних елементів процесора. Так, у 1999 році, слідом запереходом на нову, 0,13-мікронну технологію, відбулася зміна «ядер» упроцесорів Intel. Торгові марки залишилися колишніми (Pentium III і
Celeron), однак на зміну ядер під кодовою назвою Katmai (Pentium III)і Mendocino (Celeron) прийшло нове, під назвою Coppermine. Зміна ядра,звичайно ж, призвела до серйозних змін в продуктивностіпроцесорів, хоча їхня робоча частота залишилася колишньою. Саме томупродавці зазвичай вказують у прайс-листах, разом з поколінням, модифікацієюі частотою процесора, тип використаного в ньому ядра. Наприклад

Pentium III (Coppermine) -667,

Athlon (Thunderbird) -800.

Чергову зміну ядра обидва виробники зробили на початку 2001 року.
Так, базовим ядром для процесорів AMD в 2001 році стали Palomino (Athlon)і Morgan (Duron) (0,13-мкм технологія).

Частота системної шини.

Останній технологічний параметр процесора, з яким нам доведетьсязіткнутися в рамках цієї глави. Пов'язаний він вже із зовсім іншоюпристроєм - материнською платою. Шиною називається та апаратнамагістраль, по якій біжать від пристрою до пристрою дані. Чим вищечастота шини - тим більше даних надходить за одиницю часу до процесора

Частота системної шини прямо пов'язана і з частотою самого процесорачерез так званий «коефіцієнт множення». Процесорна частота - це іє частота системної шини, помножена процесором на якусь закладену вньому величину. Наприклад, частота процесора 500 МГц - це частота системноїшини в 100 МГц помножена на коефіцієнт 5.

Більшість дорогих моделей процесором Intel якраз і працює начастотах системної шини 100 і 133 МГц. А частота для «пасинків», старихмоделей Celeron, була штучно знижена до 66 МГц. На такій частотіповільніше працює не тільки процесор, але і вся система. Щоправда, наприкінці
2000 року на ринку з'явилися нові моделі Celeron (від 800 МГц),підтримують частоту системної шини в 100 МГц. Але і Pentium 4 до цьогочасу перейшов на нову частоту системної шини - 133 МГц, так щовідставання дешевих процесорів від дорогих збереглося.

Схожа ситуація спостерігається й у процесорів AMD - щоправда, останніза рахунок уміння Ось так і пояснюється парадокс - частоти процесоріводнакові, ну а швидкості роботи комп'ютерів відрізняються на десяткивідсотків. Правда, частенько відчайдушні умільці примусово змушуютьпроцесор працювати на більш високій частоті системної шини, ніж та, щопризначила для них сама природа укупі з інженерами Intel. Цезнущання називається в комп'ютерних колах «розгоном» і, у разіудачі, різко підвищує продуктивність комп'ютера. Так, підняття частотисистемної шини для процесора Celeron-600 (коефіцієнт множення 9) з 66 до
100 МГц не тільки «підбадьорює" швидкість обміну даними з системної шини,на і підвищує швидкість роботи самого процесора до 900 МГц! Звичайно, далеконе всі процесори витримують «розгін» - більшість в кращому випадкувідмовиться працювати, ну а в гіршому - вийде з ладу ...

Форм-фактор.

Тобто - тип виконання процесора, його «зовнішності» і способупідключення до материнської плати.

Як правило, всі елементи процесора розташовані на одному й тому жкристалі кремнію - і лише в окремих випадках кеш-пам'яті другого рівнявиноситься за межі процесора. Звичайні?? про процесори першого типу - «все водному »- квадратної форми (тип роз'єму« сокет »). Такий собі прямокутнийкорпус з стирчать з нього ніжками-контактами. Процесори другого типу кудибільш громіздкі - обидві мікросхеми розміщені на невелику плату і надійнозаховані в металевий кожух.

Зазвичай у форматі «слот» випускаються перші, пробні моделі кожногонового покоління процесорів - пізніше, в міру «обкатки» технологіївиробництва, їх виробники переходять на більш компактний і дешевийформат «сокет».

Ще не так давно - якихось п'ять років тому - ринок не буврозпещений великою кількістю форм-факторів: різні процесори від різних фірм -виробників були схожі один на одного, як дві краплі води, і могли працюватина одних і тих самих материнських платах. Ситуація почала змінюватися в 1995 р., асьогодні ми спостерігаємо вже справжній «бєспрєдєл» різноманіття несумісниходин з одним форм-факторів: «подвоювати» частоту шини працюють,відповідно, на частоті 200 (старі моделі Duron і Athlon) і 266 МГц.

Старі моделі процесорів (1998-1999)

• Процесори для роз'єму SuperSocket? - Процесори AMD фірм (Кб, К6-
2), Cyrix (M2), Centaur Technology (IDT).

• Процесори для роз'єму Sloti - процесори фірми Intel:

Pentium II (233-450 МГц), Pentium III і Celeron (300-450 МГц).

• Процесори дляраз'ема Slot А - процесори фірми AMD (Athlon).

• Процесори для роз'єму Socket-370 (PGA) - процесори фірми Intel:
Celeron (від 450 МГц) і Pentium III (від 450 МГц).

Нові моделі процесорів (2000-2002) < p> • Процесори для роз'єму Socket A - процесори фірми AMD (Athlon
Thunderbird, Duron).

• Процесори для роз'єму FC-PGA - процесори фірми Intel:

Pentium III Coppermine (від 500 МГц), Celeron Coppermine (від 533 МГц).

• Процесори для роз'єму Socket-423 - Pentium 4.

Прикро, що більшість процесорів не сумісні один зодним за способом підключення до материнської плати - кожен вимагає для себеспеціального «ложа». Почасти ситуацію вдається виправити за допомогоюспеціальних плат-перехідників, завдяки яким можна встановити,наприклад, процесор для Socket-370 в гніздо FC-PGA або в роз'єм Slot 1.

Фірма-виробник.

Ви вже зрозуміли, що не Intel'ом єдиним живе процесорний світ. Безперечноні, Intel - флагман сучасного процес-соростроенія, безперечний лідер,
Джерело Вічного Насолоди і так далі. Але ...

капіталізму Природа не терпить пустоти. Але ще більш не терпить, колиця порожнеча заповнюється ким-небудь одним. Конкуренція - ось головнийдвигун прогресу!

Ринок процесорів - не виняток. І тому поруч з великою акулою -
Intel - ми незмінно зустрічаємо назви двох акулок дрібніші, але не меншехижих.

AMD - великий головний біль Intel, її вічний антагоніст і конкурент.
Ще недавно процесори цієї фірми займали не більше 20% ринку - проте в
1999 році, після виходу процесора Athlon, AMD стрімко стала «набиратиочки »в очах користувача і сьогодні конкурує з Intel на рівних.

Родзинка AMD - не тільки більш низька ціна (на 10-20% нижче, ніж уможна порівняти за швидкістю Pentium). Саме в процесорах AMD була впершереалізована унікальна система інструкцій для підтримки обробкимультимедіа-даних і тривимірної графіки 3DNow!, яка, на відміну відінтеловськіх технології SSI, охоче підтримується нині більшістювиробників ігор.

Саме процесори AMD обирають сьогодні найвідчайдушнішіекспериментатори і фени комп'ютерних ігор. Обережні консерватори, якправило, роблять вибір на користь перевіреної часом марки Intel.

... А тим часом на обрії виникають нові гравці. Свійвласний процесор доводить до розуму відомий виробник набороммікросхем для материнських плат (чіпсетів) VIA, відважно намагається зновузавоювати ринок дешевих комп'ютерів колись популярна Cyrix. Процесорнібитви продовжуються - але користувачі від цього аж ніяк не в програші.

що благородні духом - коритися рекламним «пращі, і стріл»,щедро розсипаємо «танцюючими чоловічками» від Intel, иль не подобається
«Великого брата» на зло йому (і на радість своїм ігор) вибратиальтернативний процесор від AMD? - Це питання кожен користувач вирішуєдля себе, керуючись лише власними смаками та вподобаннями. Якправило, новачки зупиняють свій вибір на перевірених процесорах від
Intel, в той час як досвідчені любителі експериментів все частіше вибирають AMD.

Наостанок - ще одна порада. Як відомо, процесори фірм -конкурентів звичайно порівнюються з процесорами Intel відповідно до такзваним «рейтингом продуктивності».

Ми теж введемо свій рейтинг - ціновий. Ціни на процесори міняютьсякожен день, проте незмінним залишається наступне:

• Процесор початкового рівня «для домашніх потреб» - від 70 до 150 дол

• Процесор «для вибагливих» і просто просунутих користувачів - від 150 до 200 дол

• Процесор вищого класу (для робочих станцій) - від 250 до 450 дол

При виборі нового комп'ютера орієнтуйтеся на процесор другуцінової категорії. У цьому випадку ви отримаєте навіть кілька надлишкову насьогоднішній день потужність, ... яка обов'язково знадобиться вам звиходом, скажімо, нової операційної системи або комп'ютерної гри. Першомупроцесору приблизно через півроку доведеться шукати заміну, ну а купівлятретя - погодьтеся, просто марнотратство ...

Список літератури

1. ПЕРСОНАЛЬНИЙ КОМП'ЮТЕР 2002 В.П. ЛЕОНТЬЄВ Москва «Олма - прес» 2002 р.