Страницы

понедельник, 2 сентября 2013 г.

ЦП. Технические характеристики ЦП

  1. Разъём центрального процессора
Гнездовой или щелевой разъём, предназначенный для установки центрального процессора. Использование разъёма вместо прямого распаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера.
Процессор выполняет самую важную роль в быстродействии компьютера - вычисление результатов программы (ЦП - Центральный Процессор).
    1. Частота ЦП.
Довольно большое время основной характеристикой, безоговорочно указывающей на производительность ЦП была его частота. И этот подход до поры до времени можно было считать относительно правильным. Но когда основные две компании-производителя пошли разными путями в разработке новых поколений процессоров, то тактовая частота уже перестала быть универсальным мерилом производительности.
Что же такое тактовая частота ЦП? Фактически, это частота "телодвижений" процессора в определённый отрезок времени. Измеряется она в герцах (мегагерцах, гигагерцах). Но надо учитывать одно но: "не все движения одинаково полезны". Продуктивность ЦП в отношении на герц может варьироваться в широких пределах, в зависимости от архитектуры процессора. Если ранее (в светлые времена Pentium 3 и Athlon) архитектура была довольна схожа между процессорами конкурентов, то их можно было худо-бедно сопоставлять по частоте (и то это было не правильно), то сейчас архитектуры компаний различаются гораздо сильней. К сожалению, ещё с тех старых-добрых времён, стереотип о тактовой частоте как мериле производительности ещё не исчез - и виной тому пустая вера в числа. Но чтобы разобраться в архитектурных перипетиях, обратимся к истории: В далёкие времена, Intel решила что её архитектура., применяемая в процессорах поколения Pentium 3 уже не подлежит развитию (на тот момент был достигнут частотный предел - 1,4Ггц.) и пошла по новому пути. Интел выпустила новые процессоры Pentium 4, но у них были ужасные недостатки в начале своего развития - процессоры Р4 имели громадный частотный потенциал, но на одинаковых частотах проигрывали своим собратьям из стана Р3. Конечно же, Интел быстро развила Р4 по частоте и ликвидировала этот досадный проигрыш, но осадок остался. С тех пор, архитектура актуальных на сегодня процессоров Р4 практически не изменилась и живёт по сей день (т.н. архитектура NetBurst). Компания конкурент AMD в то время пошла по другому пути: она не стала менять архитектуру на более высокочастотную, а просто продолжила развивать уже имевшуюся, внеся в неё косметические изменения и стала существенно проигрывать процессорам конкурента в частоте, но не в производительности. Интел воспользовалась "числовым частотным" преимуществом в своей маркетинговой политике и выиграла битву за потребителя (ну, в основном выиграла). С тех пор немало воды утекло, но ситуация в общем не изменилась. Процессоры Интел по-прежнему высокочастотны, а АМD относительно низкочастотны, однако на расклад в производительности конкурирующих решений это практически не влияет. Тактовую частоту можно использовать как относительный рейтинг производительности внутри линеек процессоров (например внутри линейки AMD Athlon XP, или Pentium 4 6XX). Однако, производительность процессора зависит не только от тактовой частоты ядра, так что идём дальше:
    1. Кеш
Центральный процессор постоянно работает с памятью. Но скорость оперативной памяти не особо велика, чтобы процессор, при работе с ней, раскрывал полностью свой вычислительный потенциал. Поэтому, у процессоров существует своя собственная небольшая, но быстрая память. Её именуют "Кеш". Обычно, такой памяти на процессоре от 256Кб до 2Мб. Кеш хранит в себе те данные, которые могут понадобиться процессору в ближайший момент. Поэтому, перед тем как выполнить операцию с данными, процессор ищет их сперва в кеше. Кеш разделяют на уровни: обычно, в процессорах используется двухуровневая система (т.н. Кеш L1 и L2). Кеш первого уровня отличается малым размером (но большой скоростью), а второго уровня - большим размером. Кеш третьего же уровня очень велик, но медленен и встречается только в отдельных моделях ЦП. Кеш во многом обусловливает стоимость процессора, т.к занимает значительную (иногда и большую) часть кремниевой подложки ЦП. В принципе, чем больше кеш, тем быстрее работает процессор. Но не всегда это так. Зачастую, разница производительности между процессором с кешем 128Кб и ЦП с кешем в 1Мб L2 несоизмерима мала, в сравнении с увеличившейся стоимостью процессора. Так что не стоит гнаться за большими значениями Кеша L2 (Например, процессоры Athlon 64 с 512Kb L2 вполне успешно конкурируют с процессорами Pentium 4, обладающими кешом L2 2Mb.)
    1. Тех. процесс
С одной стороны, кажется что технологические нормы, по которым изготовлен процессор - это проблема его производителя (инженеров, производственных мощностей и т.д.). Но за последние лет пять, всё изменилось. Теперь, производители вынуждены уменьшать нормы производства процессоров ещё и для того, чтобы снизить тепловыделение процессора. Простому пользователю не стоит заострять на этом особое внимание, но следует знать: чем меньше тех. процесс (и подаваемое не ЦП напряжение), тем меньше нагрев процессора. Все современные процессоры выпускаются по нормам 0,09мкм, на подходе массовое распространение 0,065мкм. Для производителей процессоров, внедрение новых технологий - не только снижение площадей чипов, но и важный фактор на пути увеличение производительности ЦП. Ведь, при более тонком тех. процессе, можно будет выпускать процессоры с более высокой частотой (и производительностью), не выходя за рамки раннее установленных тепловых границ.
    1. Поддержка технологий.
Для оптимизаций выполнения определенных задач, производители ЦП внедряют в свои процессоры специальные наборы инструкций. Например, SSE (SSE2, SSE3), 3DNow!, Extended 3DNow! и т.п. Эти инструкции не вносят каких то изменений в саму исполнительную часть ядра процессора, но позволяют описывать сложные последовательности команд, более короткими командами и упрощать работу процессору. В основном, такие дополнительные наборы инструкций созданы для увеличения производительности в программах мультимедийного наклона. Для полного раскрытия потенциала процессоров, эти программы должны иметь поддержку определённых наборов инструкций (например, поддержку SSE имеют практически все, а некоторые и не запускаются из-за отсутствия SSE), но теоретически любая программа, оптимизированная под любой набор инструкций должно работать и без поддержки оных. Однако, не всегда производители программного обеспечения оставляют такую возможность (может из-за очень низкой производительности?). К сведению, наборы SSE разработала Intel. А AMD выпустила 3DNow! Практически все современные процессоры AMD имеют поддержку SSE (2, 3). Процессоры же Интел не имеют поддержки 3DNow! (честно говоря - невелика потеря :)
    1. Встроенный контроллер памяти
Долгое время, этот термин не был применим к ЦП. Однако, компания AMD в своём новом поколении процессоров К8 взяла да и встроила контроллёр памяти в процессор. Как уже неоднократно повторялось, ЦП всё время работает с ОЗУ. И скорость его работы с оперативной памятью - это важнейший параметр на пути обеспечения высокой производительности. Раннее, существовала такая схема работы ЦП с ОЗУ: "Процессор - Чипсет - ОЗУ". Этот путь решили сократить и "перенесли" контроллёр памяти из чипсета - в ЦП. Тем самым схема упростилась до "Процессор - ОЗУ". Intel придерживается традиционной схемы, в которой участвует чипсет. По крайней мере, пока придерживается. Поэтому надо сказать пару слов о процессорах AMD. На данный момент, существует две актуальных платформы для AMD. Это - Socket 754 и Socket 939. Процессоры под эти платформы не отличаются архитектурно, но имеют отличие в виде разного контроллёра памяти: у Соккет 939 - двухканальный контроллёр, а у 754 - одноканальный. Т.е. при условии использования двух планок памяти, система на С939 будет показывать пиковую пропускную способность памяти в два раза больше, чем на 754 (при прочих равных). Но не стоит так пугаться систем с одноканальным контроллёром памяти: для процессоров К8 разница в производительности составляет менее 10%. Дело в том, что скорость работы с памятью более зависит от её латентности (в современных условиях), чем от ПСП (ПСП - Пиковая Пропускная Способность), но это уже совсем другая тема.
    1. Разрядность
Разрядность процессора - величина, которая определяет количество информации, которое центральный процессор способен обработать за один такт.
Например, если разрядность процессора равна 16, это значит, что он способен обработать 16 бит информации за один такт.
Думаю, всем понятно, что чем выше разрядность процессора, тем большие объемы информации он может обрабатывать.
Обычно, чем больше разрядность процессора, тем его производительность выше.
В настоящее время используются 32- и 64-разрядные процессоры. Разрядность процессора не означает, что он обязан выполнять команды с такой же самой разрядностью.
    1. Количество ядер
Современные технологии изготовления процессоров позволяют разместить в одном корпусе более одного ядра. Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора, но это не означает что присутствие n ядер дает увеличение производительности в n раз. Кроме этого, проблема многоядерности процессоров заключается в том, что на сегодняшний день существует сравнительно немного программ, написанных с учетом наличия у процессора нескольких ядер.
Многоядерность процессора, прежде всего, позволяет реализовать функцию многозадачности: распределять работу приложений между ядрами процессора. Это означает, что каждое отдельное ядро работает со “своим” приложением.
    1. Частота и разрядность системной шины
Системная шина процессора (FSB - Front Side Bus) - это набор сигнальных линий для обмена информацией ЦП с внутренними устройствами (ОЗУ, ПЗУ, таймер, порты ввода-вывода и др.) компьютера. FSB фактически соединяет процессор с остальными устройствами в системном блоке.
В состав системной шины процессора входят шина адреса, шина данных и шина управления.
Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы. Частота шины - это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера.
Естественно, чем выше разрядность и частота системной шины, тем выше производительность процессора.
Высокая скорость передачи данных шины обеспечивает возможность быстрого получения процессором и устройствами компьютера необходимой информации и команд.
Здесь нужно отметить один важный пункт. Частота работы всех современные процессоров в несколько раз превышает частоту системной шины, поэтому процессор работает на столько, на сколько ему это позволяет системная шина. Величина, на которую частота процессора превышает частоту системной шины, называется множителем.