Общие сведения о процессоре
Центральный процессор (Central Processing Unit, CPU) — это один из основных компонентов компьютера, задача которого состоит в выполнении последоватедовательности команд, описанных программой.
Физически процессор представляет собой интегральную микросхему (пластина кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещают электронные блоки, реализующие все его функции. Кристалл-пластина обычно помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (медными) проводниками с металлическими штырьками (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера) или металлическими площадками (если выводы уже содержатся в процессорном слоте).
Процессор обладает множеством характеристик, анализируя которые можно сравнить различные модели процессоров от разных производителей. Именно тот факт что существует несколько производителей процессоров, влияет на размообразие его характеристик, поскольку вступают в силу патенты на технологии, которые не могут повторяться разными производителями.
Сегодня на рынке присутствует только два реальных производителя процессоров, а именно: AMD и Intel. Поэтому их и рассматривают, когда речь идет о модернизации существующего процессора.
Вот некоторые представители этих типов: Intel Core 2 Quad, AMD Phenom II X4, I 11 и др. Все они отличаются интерфейсом, используемыми технологиями (алгоритмами, количеством ядер) и быстродействием.
Рынок предлагает очень большой выбор процессоров разной частоты, начиная с младших, (более дешевых) моделей и заканчивая моделями высшей категории, содержащими несколько ядер и интегрированный видеоблок.
Процессоры создаются для трех устройств: для персонаальных компьютеров, серверов и переносных устройств (ноутбуков, КПК,и другие). Процессоры для переносных устройств характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что особенно важно для данного типа устройств.
Когда идет речь о сравнении быстродействия процессоров от этих производителей,то возникает множество спорных вопросов и еще больше неоднозначных ответов. Ясно только одно: быстродействие процессора зависит от очень многих факторов, основными из которых являются шины обмена информацией, количество ядер, частота работы ядер, наличие расширений стандартных инструкций, тип и размер кэш-памяти, пропускная способность контроллера памяти, аппаратные технологии ядра и многое другое.
Особенности производства процессоров
История развития
Любой современный процессор состоит из огромного набора транзисторов, выполяющих функции электронных микроскопических переключателей. В отличие от обычного переключателя, транзисторы практически безынерционны и способны переключаться миллиарды и даже триллионы раз в секунду. Однако, чтобы обеспечить такую огромную скорость переключения, необходимо уменьшить размеры этих транзисторов. Кроме того, производительность любого процессора в конечном итоге определяется и количеством самих транзисторов. Именно поэтому со времени создания первой интегральной микросхемы в 1959 году развитие отрасли шло в направлении уменьшения размера транзисторов и увеличения плотности их замещения на микросхеме.
Когда говорят о прогнозах по увеличению плотности размещения и уменьшению геометрических размеров транзисторов, обычно упоминают так называемый закон Мура. Всё началось в 1965 году, за три года до того, как Гордон Мур (Gordon Moore) стал одним из основателей корпорации Intel. В то далёкое время технология производства интегральных микросхем позволяла интегрировать в одной Икросхеме порядка трёх десятков транзисторов, а группа ученых, возглавляемая Гордоиом Муром, завершала разработку новых микросхем, объединяющих в себе же 60 гранзисторов. По просьбе журнала Electronics Гордон Мур написал статью, приуроченную к 35-й годовщине издания. В этой статье Мура попросили сделать прогноз относительно того, как будут совершенствоваться полупроводниковые устройства в течение ближайших 10 лет. Проанализировав темпы развития полупроводниковых устройств И экономические факторы за прошедшие шесть лет, Мур предположил,что к 1975 году количество транзисторов в одной интегральной микросхеме составит 65 тысяч.
Конечно, в 1965 году ни сам Гордон Мур, ни кто-либо другой не мог предположить, что опубликованный прогноз на ближайшие 10 лет не только в точности сбудется, но и послужит основой для формулирования эмпирического правила развития всей полупроводниковой технологии на много лет вперед. Впрочем, с предсказанием Мура было не все гладко. К 1975 году рост количества элементов в одной микросхеме стал немного отставать от прогноза. Тогда Гордон Мур скорректировал период обновления до 24 месяцев, чтобы компенсировать ожидаемое увеличение сложности полупроводниковых компонентов. В конце 1980-х годов одним из руководителей корпорации Intel была внесена еще одна поправка, и прогноз Мура стал означать удвоение вычислительной производительности каждые 18 месяцев (вычислительная производительность, измеряемая в миллионах команд в секунду (MIPS), увеличивается благодаря росту количества транзисторов). До сих пор мы преднамеренно употребляли слова «прогноз» или «предсказание» Мура, однако в литературе чаще встречается выражение «закон Мура». Дело в том, что после опубликования упомянутой статьи в журнале Electronics профессор Карвер Мид, коллега Мура из Калифорнийского технологического института, дал этому прогнозу название «закон Мура», и оно прижилось.
Зачем уменьшать размеры транзисторов
Одновременно с увеличением количества транзисторов улучшаются почти все параметры микропроцессорной технологии, главные из которых — скорость, производительность и энергопотребление. Так, процессор i486 работал на частоте 25 МГц. Тактовые частоты современных процессоров находятся в пределах 4 ГГц. Если считать, что длина затвора транзистора уменьшается в М раз, то в такое же количество раз уменьшается и рабочее напряжение затвора. Кроме того, в М раз возрастает скорость работы транзистора и квадратично увеличивается плотность размещения транзисторов на кристалле, а рассеиваемая мощность уменьшается в М2 раз.
Долгое время уменьшение размеров транзисторов было самым очевидным способом увеличения производительности процессоров. На практике это было не так легко осуществить, однако ещё сложнее было придумать такую структуру процессора, чтобы его конвейер работал с максимальной отдачей.
|
Главная 
