Для чого призначений процесор
Що таке процесор комп'ютера
Процесор (також кажуть “Центральний процесор”, ЦП або ЦПУ – коректна повна назва) – деякий електронний блок або інтегральна схема, яка виконує машинні команди. Як команди виступають коди програм. Якщо говорити більш простими словами, то кожна дія, що здійснюється в пристрої, обробляється процесором. Обробка інструкцій – головне завдання. Натискання клавіші миші, будь-якої кнопки та інше (навіть найменші дії) – все це є деякою інструкцією, яка записана в машинному коді.
Коли ми хочемо поговорити з кимось по відеозв'язку, ми використовуємо спеціальні програми. Ці програми використовують камеру і мікрофон, підключені до комп'ютера (або впроваджені в ноутбук). При здійсненні виклику програма запитує у системи дозвіл на використання потрібних їй пристроїв – підключеної камери та мікрофона. Такий запит, який посилається до процесора, має власне уявлення в машинному коді. І після того, як ЦП отримує таку команду (відбувається все в порядку черги), він, образно кажучи, дає розпорядження системі на включення необхідних пристроїв (камери, що запитується, і мікрофона). Розпорядження також є машинним кодом і результатами логічних/арифметичних обчислень ЦП.
Під час написання повідомлення або роботи з документами на комп'ютері, безумовно, доводиться використовувати клавіатуру. І в такому разі теж задіюється ЦП. Саме завдяки йому кожна літера, яка натискається користувачем, з'являється на екрані монітора чи ноутбука.І якщо навіть при виконанні таких дій не обійтися без процесора, то що й говорити про запуск ігор або перегляд відео та інші операції. Процесор - "серце" будь-якого комп'ютера.
Для чого призначений процесор
Єдине і найважливіше призначення ЦПУ – управління будь-якими діями, що відбуваються на комп'ютері. Без нього неможливе існування такого складного механізму, як комп'ютер (складний, тому що буквально складається з кількох механізмів: клавіатура, миша, монітор, мікрофон тощо). Необхідно щось, що оброблятиме будь-які дані та процеси, пов'язувати кілька пристроїв, практично в одне ціле та організовувати їх злагоджену, спільну та одночасну роботу.
Як виглядає процесор
Зазвичай процесор комп'ютера виглядає як невелика квадратна плата розміром не більше, ніж сірникова коробка. На одній стороні розташовується величезна кількість контактів, а інша майже завжди закрита металевою кришкою.
Як влаштований процесор
Процесор складається головним чином з 3 компонентів: арифметико-логічний пристрій, пристрій управління (АЛУ та УУ відповідно) та регістри пам'яті. Розглянемо кожне .
Арифметико-логічний пристрій
Як можна здогадатися за назвою це щось, що здійснює всі логічні та арифметичні обчислення. Частина ЦП, яка займається лише підрахунком та операціями, такими як віднімання, додавання, логічні операції (“або”, “і”, “не”, “що виключає або” та інші).
Пристрій керування
Цей компонент ЦПУ призначений для роботи з командами. Простими словами, це "менеджер", який приймає інструкції, прочитує їх та приймає різні рішення. Такий пристрій віддає розпорядження та керує роботою інших компонентів комп'ютера.
Існує кілька видів УУ:
- Побудований на жорсткій логіці;
- Мікропрограмований.
Перший тип УУ неможливо модифікувати та змінювати його поведінку та реакцію на різні команди без фізичного втручання. Це тим, що характер роботи задається пристроєм друкованої плати чи кристалом (глибші елементи внутрішньої будови УУ). Другий тип якраз таки більше піддається різним змінам, оскільки його можна запрограмувати під будь-які завдання. Варто відзначити, що УУ, побудований на жорсткій логіці, працює швидше, в той час як мікропрограмований УУ більш гнучкий.
Регістри
Фактично, регістри – внутрішні осередки пам'яті процесора. 1 регістр – це мінімальний осередок у пам'яті, що складається з логічних елементів. Такі осередки були вигадані з метою прискорення роботи процесора з даними.Найчастіше ЦПУ потрібно зберігати будь-яку інформацію (адреси осередків у пам'яті, інструкції та інші дані) на момент, доки вона не стане в нагоді знову. І існує безліч операцій, які проходять через ЦП і вимагають неодноразового використання тих самих даних. Так ось регістри і покликані для збереження таких даних. Вони знаходяться "ближчі" до процесора, ніж постійна пам'ять або ОЗУ і, таким чином, дозволяють брати дані та записувати нові значно швидше. Особливо, якщо ту саму інформацію необхідно використовувати процесору багаторазово.
Вся робота між регістрами, пристроями вводу-виводу, пам'яттю та компонентами процесора відбувається по шині даних та шині адреси. Перша відповідає за зберігання безпосередньо інформації, а друга за адреси осередків, у яких і зберігається ця інформація.
Кожен регістр складається з тригерів, яких існує 2 види: асинхронний та синхронний. За функціональним призначенням їх поділяють на 4 групи: RS-тригер, JK-тригер, T-тригер і D-тригер.Як працює процесор
Розглянемо схему, яка описує весь цикл роботи ЦП над певним завданням.
- З деякої “купи” команд вибирається та, до якої дійшла черга. Порядок черги визначається з допомогою спеціального лічильника. Команда береться з певного осередку в пам'яті, а лічильник команд збільшується на 1 (взяли команду, збільшуємо лічильник на 1, щоб черга дійшла до наступної);
- Команда, яка була вибрана, відправляється в пристрій керування. УУ зчитує адресне поле, обраної команди з пам'яті, та отримані операнди направляються в АЛУ на спеціальні регістри;
- УУ продовжує читати код команди та розпізнає операції, які записані в коді. Далі видається сигнал в АЛУ до виконання знайдених операцій;
- На цьому етапі відбувається обчислення операцій на АЛУ і збереження результату у самому ЦПУ. Якщо в команді була адреса осередку для зберігання результату, він буде поміщений до неї;
- Етапи 1-4 повторюються у порядку черги до того часу, поки УУ не “наткнеться” на команду “стоп”, що означає кінець інструкцій.
Види процесорів
Щоб зрозуміти, що таке види процесорів, необхідно позначити поняття архітектури. Архітектура – сумісність процесора з різними наборами команд. Кожен процесор під час вирішення завдання та виконання будь-яких операцій керується базовим набором, закладених у ньому архітектурою команд.
- CISC-платформа (CISC – Complex Instruction Set Computer). Одна з найбільш архітектур, яка представлена сімейством х86. Така архітектура має на увазі наявність складних наборів команд. Завдяки цьому платформа х86 є універсальною, оскільки підтримує інструкції на будь-який випадок. Крім того, це ще й високопродуктивний варіант порівняно з іншими платформами. Але така архітектура має свої мінуси: заплутаність команд і погана енергоефективність;
- RISC-платформа (RISC – Reduced Instruction Set Computer). Більш вдосконалена версія CISC. Ідея даної платформи – використовувати тільки найнеобхідніші та спрощеніші команди, позбутися складності та заплутаності. RISC-процесори більш прості та оптимізовані, енергоефективні та менші, ніж їх CISC “колеги”;
- MISC-платформа (MISC – Minimum Instruction Set Computer) – архітектура з мінімальним набором команд, що використовуються для здійснення операцій. Ідея MISC, як і RISC-платформи, також полягає в мінімізації числа команд для проектування більш простих та оптимізованих чіпів. Фактично, та сама архітектура, що і RISC, але ще більш налаштована на простоту;
- VLIW-платформа (Very Long Instruction Word) – архітектура з кількома обчислювальними пристроями (АЛУ). Багато в чому за логікою є продовженням RISC. Ключова відмінність – акцент на принципі паралельних обчислень, коли кілька операцій можуть виконуватися одночасно.
Основні виробники
З кожним роком кількість виробників змінюється. Одні з'являються і навіть починають боротися за ринок, але настільки безуспішно, що про них більшість навіть не здогадується, адже сьогодні вже є 2 гегемони. Інші зазнають збитків і визнають виробництво невигідним, а потім і "згортаються". І якщо говорити про найбільш відомих та надійних виробників у наші дні, можна сформувати приблизно такий список:
Для комп'ютерів:
- Intel;
- AMD;
- IBM.
Для мобільних пристроїв:
- Qualcomm;
- Apple;
- Samsung;
- MediaTek;
- Huawei;
- Nvidia;
- Spreadtrum;
- Allwinner.
Характеристики процесора
Практично будь-який процесор можна охарактеризувати трьома критеріями.
- Тактова частота. Це показник, який відображає, скільки завдань за секунду може вирішувати процесор. Чим більше це число, тим швидше працюватиме комп'ютер (або інший пристрій), адже тоді процесор зможе швидше проводити обчислення та інші операції. За 1 такт процесор встигає виконати якусь частину свого завдання. Більше тактів – швидше робота. Частота вимірюється у мегагерцях (МГц). 1 МГц=1 млн. тактів за секунду;
- Розрядність. Розрядність процесора – найбільше розрядів двійкового коду, з яким може працювати процесор. ЦП, що має вищу розрядність, може працювати з більш складною та об'ємною інформацією;
- Ядра та потоки. Ядро – фізично відокремлена частина процесора, яка має власний обчислювальний пристрій та здатне виконувати операції.Наприклад, процесор, що має 1 ядро та 1 потік (або віртуальне ядро), може працювати тільки над 1 операцією. Він перемикається між інструкціями у порядку черги і доки не виконає існуючу, не почне виконувати наступну. Якщо ядер більше, наприклад 4 (і 1 потік), то операцій, які можуть виконуватися одночасно 4. Такі ЦПУ називаються багатоядерними. Що таке потоки? Теоретично, це те саме, що і ядра. За наявності, наприклад, 1 ядра і 2 потоків (ядро розбивається на 2 частини), відразу 2 завдання (12) можуть виконуватися одночасно. Це називається гіперпоточністю. Коли ядро може віртуально розділятися на частини та виконувати паралельно кілька завдань. Якщо ядер 8, кожне з яких може працювати над двома операціями одночасно, отримуємо 82=16 операцій “за 1 підхід”.
Як вибрати процесор
В залежності від завдань, вибір ЦПУ може відрізнятися. Але загальні орієнтири такі: більша тактова частота – краще, більше ядер (і/або потоків) – краще. Є дрібніші аспекти (робота з пам'яттю та ін.), на які варто звертати увагу, але основа саме в цьому.
Якщо бюджет обмежений, краще дивитися у бік AMD. Тут і багаті можливості для розгону (підвищення продуктивності), потужніші інтегровані відеоядра, ніж у Intel ну і більш адекватне співвідношення ціни/якості.
