Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора

Содержание:

Введение

Ныне мы живем в мире, где информационные технологии очень прочно вошли в жизнь человека, затрагивая собой практически любую сферу деятельности. Дома, на работе, на учебе – сфера использования компьютеров необъятна и безгранична, она постоянно расширяется, существенно влияя на жизнь всего общества в целом и развитие его производственных сил. С развитием общества развивается и компьютер, изменяются в лучшую сторону его технические характеристики, такие как быстродействие, удобство в работе, стоимость, размеры, количество потребляемой электроэнергии. Все персональные компьютеры, а также прочие технические устройства (планшеты, смартфоны) обрабатывают нескончаемый поток информации с помощью специальной электронной микросхемы, называемой процессором.

Процессор (от англ. Processor) – это ядро любой вычислительной системы. Перевести на русский язык это слово правильнее всего как "обработчик", так как именно микропроцессор – это тот узел, блок, который производит всю обработку информации внутри микропроцессорной системы. Остальные узлы выполняют всего лишь вспомогательные функции: хранение информации (в том числе и управляющей информации, то есть программы), связи с внешними устройствами, связи с пользователем и т.д. Процессор заменяет практически всю «жесткую логику», которая понадобилась бы в случае традиционной цифровой системы. Он выполняет арифметические функции (сложение, умножение и т.д.), логические функции (сдвиг, сравнение, маскирование кодов и т.д.), временное хранение кодов (во внутренних регистрах), пересылку кодов между узлами микропроцессорной системы и многое другое. Процессор можно сравнить с мозгом системы.

Актуальность нашей работы обусловлена тем, что компьютер прочно вошел в жизнь людей, но многие из них даже и не задумываются о сущности ПК, о том, как он устроен и из чего состоит. Более углубленных знаний касательно функций, классификации и назначения процессора порой не хватает даже опытным пользователям персонального компьютера.

Объектом нашей работы является понятие и сущность процессора персонального компьютера.

Предметом же нашего исследования являются современные модели центральных и графических процессоров различных компаний производителей.

Целью данного исследования является изучение назначения, функций и классификаций различных процессоров. Также целью является рассмотрение некоторых конкретных моделей процессоров от разных производителей.

Понятие и основные характеристики процессоров

Что такое процессор, понимает уже чуть ли не 5-ти летний ребенок. В нашем современном технологическом обществе, это знает практически каждый человек. Это, можно сказать, даже не специфика, а общие знания любого эрудированного человека. Но все-таки, что же такое процессор?

Процессор – электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или центральным процессором (ЦПУ).

Зная характеристики процессора, можно проанализировать его и адекватно оценить вычислительную производительность компьютерной системы. Именно поэтому, очень важно хорошо разбираться во всех основных характеристиках процессоров. Далее будет изложен материал, где будут перечислены все основные параметры ЦПУ с кратким описанием каждого.

Многоядерность процессоров.

Рассмотрим многоядерность процессоров или характеристику количества ядер.

На первых порах развития процессоров, все старания по повышению производительности процессоров были направлены в сторону наращивания тактовой частоты, но с покорением новых вершин показателей частоты, наращивать её стало тяжелее, так как это сказывалось на увеличении TDP процессоров. Поэтому разработчики стали растить процессоры в ширину, а именно добавлять ядра, так и возникло понятие многоядерности.

Ещё буквально 6-7 лет назад, о многоядерности процессоров практически не было слышно. Нет, многоядерные процессоры от той же компании IBM существовали и ранее, но появление первого двухъядерного процессора для настольных компьютеров, состоялось лишь в 2005 году, и назывался данный процессор Pentium D. Также, в 2005 году был выпущен двухъядерный процессор Opteron от AMD, но для серверных систем.

Принцип увеличения производительности процессора за счёт нескольких ядер, заключается в разбиении выполнения потоков (различных задач) на несколько ядер. Обобщая, можно сказать, что практически каждый процесс, запущенный в операционной системе системе, имеет несколько потоков.

Нужно сразу же оговориться, что операционная система может виртуально создать для себя множество потоков и выполнять это все как бы одновременно, пусть даже физически процессор и одноядерный. Этот принцип реализует ту самую многозадачность Windows (к примеру, одновременное прослушивание музыки и набор текста).

Возьмём для примера антивирусную программу. Один поток будет выполнять сканирование компьютера, другой - обновление антивирусной базы.

И рассмотрим, что же будет в двух разных случаях:

а) Процессор одноядерный. Так как два потока выполняются у нас одновременно, то нужно создать для пользователя (визуально) эту самую одновременность выполнения. Операционная система делает это так: происходит переключение между выполнением этих двух потоков (эти переключения мгновенны и время идет в миллисекундах). То есть, система немного «повыполняла» обновление, потом резко переключилась на сканирование, потом назад на обновление. Таким образом, для создается впечатление одновременного выполнения этих двух задач. Конечно же, производительность теряется.

б) Процессор многоядерный. В данном случае этого переключения не будет. Система четко будет посылать каждый поток на отдельное ядро, что в результате позволит нам избавиться от губительного для производительности переключения с потока на поток (идеализируем ситуацию). Два потока выполняются одновременно, в этом и заключается принцип многоядерности и многопоточности. В конечном итоге, мы намного быстрее выполним сканирование и обновление на многоядерном процессоре, нежели на одноядерном. Но не все программы поддерживают многоядерность. Не каждая программа может быть оптимизирована таким образом. И все происходит далеко не так идеально, насколько мы описали. Но с каждым днём разработчики создают всё больше и больше программ, у которых прекрасно оптимизирован код, под выполнение на многоядерных процессорах.

Техпроцесс в центральных и графических процессорах.

Несмотря на то, что техпроцесс напрямую не влияет на производительность процессора, он все равно упоминается как характеристика процессора, так как именно техпроцесс влияет на увеличение производительности процессора, за счет конструктивных изменений. Необходимо отметить, что техпроцесс, является общим понятием, как для центральных процессоров, так и для графических процессоров, которые используются в видеокартах.

Основным элементом в процессорах являются транзисторы - миллионы и миллиарды транзисторов. Из этого и вытекает принцип работы процессора. Транзистор, может, как пропускать, так и блокировать электрический ток, что дает возможность логическим схемам работать в двух состояниях - включения и выключения, то есть во всем хорошо известной двоичной системе (0 и 1).

Техпроцесс - это, по сути, размер транзисторов. А основа производительности процессора заключается именно в транзисторах. Соответственно, чем размер транзисторов меньше, тем их больше можно разместить на кристалле процессора.

Новые процессоры Intel выполнены по техпроцессу 22 нм. Нанометр (нм) - это 10 в -9 степени метра, что является одной миллиардной частью метра. Чтобы лучше представить насколько это миниатюрные транзисторы, можно привести один интересный научный факт: « На площади среза человеческого волоса, с помощью усилий современной техники, можно разместить 2000 транзисторных затворов»

Если брать во внимание современные процессоры, то количество транзисторов, там уже давно переходит за 1 млрд.

Ну а техпроцесс у первых моделей начинался не с нанометров, а с более объёмных величин.

Частота процессора.

Если рассматривать специфические характеристики процессоров, то тактовая частота является наиболее известным параметром. Достаточно продолжительное время разработчики делали ставки именно на повышение тактовой частоты, но со временем, "мода" поменялась, и большинство разработок уходят на создание более совершенной архитектуры, увеличения кэш-памяти и развития многоядерности, но и про частоту никто не забывает.

Для начала нужно разобраться с определением «тактовая частота». Тактовая частота показывает нам, сколько процессор может произвести вычислений в единицу времени. Соответственно, чем больше частота, тем больше операций в единицу времени может выполнить процессор. Тактовая частота современных процессоров, в основном, составляет 1,0-4ГГц. Она определяется умножением внешней или базовой частоты, на определённый коэффициент. Например, процессор Intel Core i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20, в результате чего тактовая частота равна 2660 МГц.

Частоту процессора можно увеличить в домашних условиях, с помощью разгона процессора. Существуют специальные модели процессоров от AMD и Intel, которые ориентированы на разгон самим производителем, к примеру, Black Edition у AMD и линейки К-серии у Intel.

Сейчас, почти во всех сегментах рынка уже не осталось одноядерных процессоров. Ну оно и логично, ведь IT-индустрия не стоит на месте, а постоянно движется вперёд семимильными шагами. Поэтому нужно чётко уяснить, каким образом рассчитывается частота у процессоров, которые имеют два ядра и более.

Существует распространенное заблуждение насчёт понимания (высчитывания) частот многоядерных процессоров. Сразу же можно привести пример этого неправильного рассуждения: «Имеется 4-х ядерный процессор с тактовой частотой 3 ГГц, поэтому его суммарная тактовая частота будет равна: 4 х 3ГГц=12 ГГц, ведь так?»- Нет, не так.

Можно объяснить, почему суммарную частоту процессора нельзя понимать как: « количество ядер х указанную частоту».

Приведем пример: «По дороге идёт пешеход, у него скорость 4 км/ч. Это аналогично одноядерному процессору на N ГГц. А вот если по дороге идут 4 пешехода со скоростью 4 км/ч, то это аналогично 4-ядерному процессору на N ГГц. В случае с пешеходами мы не считаем, что их скорость будет равна 4х4 =16 км/ч, мы просто говорим: "4 пешехода идут со скоростью 4 км/ч". По этой же причине мы не производим никаких математических действий и с частотами ядер процессора, а просто помним, что 4-ядерный процессор на N ГГц обладает четырьмя ядрами, каждое из которых работает на частоте N ГГц».

То есть, по сути, частота процессора от количества ядер не изменяется, увеличивается лишь производительность процессора.

Энергопотребление процессоров

С технологией изготовления процессора тесно связано и его энергопотребление. Первые процессоры архитектуры x86 потребляли мизерное (по современным меркам) количество энергии, составляющее доли ватта. Увеличение количества транзисторов и повышение тактовой частоты процессоров привело к существенному росту данного параметра. Наиболее производительные модели требуют до 130 и более ватт. Несущественный на первых порах фактор энергопотребления, сейчас оказывает серьезное влияние на эволюцию процессоров:

· совершенствование технологии производства для уменьшения потребления, поиск новых материалов для снижения токов утечки, понижение напряжения питания ядра процессора;

· появление сокетов (разъемов для процессоров) с большим числом контактов (более 1000), большинство которых предназначено для питания процессора. Так у процессоров для популярного сокета LGA775 число контактов основного питания составляет 464 штуки (около 60 % от общего количества);

· изменение компоновки процессоров. Кристалл процессора переместился с внутренней на внешнюю сторону, для лучшего отвода тепла к радиатору системы охлаждения;

· интеграция в кристалл температурных датчиков и системы защиты от перегрева, снижающей частоту процессора или вообще останавливающей его при недопустимом увеличении температуры;

· появление в новейших процессорах интеллектуальных систем, динамически меняющих напряжение питания, частоту отдельных блоков и ядер процессора, и отключающих не используемые блоки и ядра;

· появление энергосберегающих режимов для «засыпания» процессора, при низкой нагрузке.

Энергоэффективность

Еще два-три года назад выбор процессора для ПК ограничивался рассмотрением двух составляющих — производительности процессора и его стоимости, причем на производительность процессора однозначно указывала его тактовая частота. Однако времена меняются, и уже сейчас сводить все только к производительности и стоимости — значит сильно упрощать реальную ситуацию. Кроме абсолютной производительности процессоры принято характеризовать энергоэффективностью, то есть производительностью в расчете на ватт потребляемой электроэнергии. Ранее, когда потребляемая процессором мощность составляла всего несколько десятков ватт, на такую характеристику, как энергоэффективность, просто не обращали внимание. Однако при достижении потребляемой процессором мощности рубежа в 100 Вт и даже его превышении энергоэффективность стала одной из важнейших характеристик процессора.
И дело даже не только (и не столько) в том, что чем выше потребляемая процессором мощность, тем больше приходится платить за электроэнергию (в России эта проблема не столь актуальна), а в том, что процессоры с высоким энергопотреблением трудно охлаждать. Приходится использовать массивные и шумные кулеры, что исключает возможность создавать малошумные ПК. Естественно, оптимальным решением будет производительный процессор с низким энергопотреблением, что, собственно, и отражено в понятии энергоэффективности.

Понятно, что энергоэффективность процессора, как и его производительность, не имеет численного выражения и в этом смысле не является технической характеристикой процессора. В то же время энергоэффективность зависит от таких характеристик, как микроархитектура процессора, технологический процесс производства, тактовая частота, потребляемая мощность и поддержка процессором функции энергосбережения.

Функциональные возможности

Кроме производительности и энергоэффективности, современные процессоры характеризуются набором поддерживаемых технологий. К примеру, современные процессоры Intel (в зависимости от модели) поддерживают такие технологии, как технология виртуализации Intel Virtualization Technology (Intel VT), технология защиты от вирусов Execute Disable Bit, технология 64-разрядных вычислений Intel Extended Memory 64 Technology (Intel EM64T), технология защиты от перегрева Intel Thermal Monitor 2, технологии энергосбережения Enhanced Intel SpeedStep и Enhanced Halt State (C1E).
В процессорах AMD тоже присутствуют аналогичные технологии, но называются они по-другому, да и реализованы несколько иначе. К примеру, в зависимости от модели, в процессорах AMD могут поддерживаться технология 64-разрядных вычислений AMD 64, технология антивирусной защиты NX Bit, технология виртуализации AMD Virtualization и технология энергосбережения AMD Cool ‘n’ Quiet.

Производительность

Под производительностью процессора принято понимать скорость выполнения им задачи (какого-либо приложения), то есть чем меньше времени затрачивает процессор на реализацию той или иной задачи, тем выше его производительность. Казалось бы, такой подход к понятию производительности процессора вполне логичен. Однако не все так просто. Рассмотрим простой пример. Пусть имеется два процессора и два приложения. Первый процессор демонстрирует более высокую производительность в первом приложении, а второй процессор — во втором. Возникает вопрос: какой из двух процессоров считать более производительным? Ответ здесь отнюдь не тривиален, и реальная ситуация такова, что какие-то процессоры демонстрируют более высокую производительность на одном наборе приложений, а какие-то — на другом. В этом смысле более корректно говорить не об абсолютной производительности процессора (как о некой абсолютной истине), а о производительности на наборе приложений.

На производительность процессора оказывают непосредственное влияние его микроархитектура, размер кэша, тактовая частота и количество ядер процессора. Напомним, что, кроме одноядерных, в настоящее время существует большое многообразие двухъядерных процессоров для ПК. Собственно, переход от одноядерных процессоров к многоядерным — это современный тренд в развитии процессоров. Причина перехода к многоядерности вполне очевидна. Дело в том, что на протяжении всей истории развития процессоров одним из самых эффективных способов увеличения производительности являлось наращивание тактовой частоты. В то же время увеличение тактовой частоты приводит к нелинейному росту потребляемой процессором мощности со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями. Собственно, энергопотребление процессоров сегодня уже достигло той критической отметки, когда дальнейшее увеличение тактовой частоты стало невозможным, поскольку процессоры просто нечем будет охлаждать. А это означает, что возникла необходимость в поиске кардинально иных способов увеличения производительности процессоров, и один из них — переход от одноядерных процессоров к двухъядерным и многоядерным. Причем это действительно революционный шаг в развитии процессоров, поскольку он не просто меняет архитектуру процессоров, но и требует изменения всей инфраструктуры, включая программное обеспечение. Дело в том, что многоядерные процессоры могут дать выигрыш по производительности только в том случае, если используется оптимизированное под многоядерность, хорошо распараллеливаемое программное обеспечение (операционная система и приложения). Если же программный код написан таким образом, что подразумевает только последовательное выполнение инструкций, то от многоядерности проку не будет.

Архитектура и структура процессора

Структура центрального процессора

Функционально центральный процессор можно разделить на две части:

· операционную, содержащую арифметико-логическое устройство (АЛУ) и микропроцессорную память (МПП) - регистры общего назначения;

· интерфейсную, содержащую адресные регистры, устройство управления, регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты; схемы управления шиной и портами.

Обе части ЦП работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный анализ) происходит во время выполнения операционной частью предыдущей команды. Такая организация ЦП позволяет существенно повысить его эффективное быстродействие.

Устройство управления (УУ) вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций в другие блоки вычислительной машины. УУ формирует управляющие сигналы для выполнения команд центрального процессора.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Системная шина - набор проводников, по которым передаются сигналы, соединяющая процессор с другими компонентами на системной плате. Системная шина состоит из шины данных, шины адреса, шины управления.

· Шина данных - служит для пересылки данных между процессором и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ).

· Шина адреса - используется для передачи сигналов, с помощью которых определяется местоположение ячейки памяти для выполняемых процессором операций чтения/записи и ввода-вывода.

· Шина управления - служит для пересылки управляющих сигналов. Каждая линия этой шины имеет своё особое назначение, поэтому они могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными.

Архитектура процессора

Устройство управления

Микропроцессор или микрокомпьютер является практически законченной системой управления. Он имеет сложную архитектуру и представляет собой сверхбольшую интегральную схему, выполненную, как правило, на одном полупроводниковом кристалле. Различные типы микропроцессоров отличаются типом и размером памяти, набором команд, скоростью обработки данных, количеством входных и выходных линий, разрядностью данных. В самом общем виде структурная схема микропроцессора может иметь следующий вид (рисунок 1):

Рис.1. Структурная схема процессора

Центральный процессор (CPU) является обязательным узлом любого микропроцессорного устройства, его ядром. В его состав входит: арифметико-логическое устройство (АЛУ); регистр-аккумулятор; логические устройства управления и синхронизации; внутренняя шина.
Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические или логические операции над данными, представленными в двоичном или двоично-десятичном коде. Результат выполнения операции сохраняется в так называемом регистре-аккумуляторе. Регистр-аккумулятор представляет собой ячейки оперативной памяти, но, в отличие от ОЗУ, обмен информацией производится более короткими командами, т.е. регистр-аккумулятор является наиболее быстродействующим устройством памяти микропроцессора.
Устройство управления и синхронизации применяется для управления другими узлами микропроцессора, обеспечивая выполнение необходимых задач в соответствии с программой, хранимой в ПЗУ. Узел синхронизации обеспечивает синхронную работу всех узлов с помощью импульсов синхронизации и других управляющих сигналов. В состав устройства управления и синхронизации входит тактовый генератор и формирователь тактовых импульсов. Для генерации импульсов синхронизации используется кварцевый генератор, имеющий внешний кварцевый резонатор. Частота тактового генератора определяет быстродействие микропроцессора.
Связь между различными элементами микропроцессора осуществляется с помощью внутренней шины. Шина - это группа проводников, используемых в качестве линии связи для передачи цифровой информации. В микропроцессоре имеется три основных вида шин: это шина данных, адресная шина и шина управления.
Шина данных обеспечивает передачу данных между узлами процессора. Адресная шина используется для передачи адреса ячейки памяти с целью получить данные из постоянного запоминающего устройства или оперативного запоминающего устройства. Шина управления используется для передачи управляющих сигналов от микропроцессора к другим элементам системы.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения постоянной информации, которая вводится в него на этапе производства микропроцессора и не может быть изменена. Это значит, что записанные на заводе-изготовителе данные сохраняются неизменными при выключении питания микропроцессора. ПЗУ расположено на кристалле микропроцессора и состоит из большого количества ячеек. Каждая ячейка памяти имеет свой порядковый номер, называемый адресом. В этих ячейках хранятся коды команд - это и есть управляющая программа, исполняемая микропроцессором во время его работы. Информация вводится в ПЗУ на этапе изготовления микропроцессора, а процедура введения этой информации называется масочным программированием.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для временного хранения промежуточных данных. Микропроцессор в процессе работы может изменять эти данные. При выключении питания информация, хранимая временно в ОЗУ, не сохраняется.
Устройство ввода/вывода (интерфейс ввода/вывода) обеспечивает связь с периферийными устройствами - микросхемами, клавиатурой и др. Подключение к внешним устройствам производится через специальные устройства, называемые портами. Они выполнены в виде набора двунаправленных линий. На структурной схеме показан параллельный 8-разрядный порт (выводы 0...7), который можно конфигурировать различным образом. Последовательный порт можно реализовать, используя две линии параллельного порта - одну для передачи, другую для приема необходимых данных. Количество портов может быть любое и зависит от выполняемых микропроцессором задач.

Микропроцессорная память

Микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).

Интерфейсная часть микропроцессора

Интерфейсная система микропроцессора реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) - совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК. Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.
Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.
Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.
Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:
- кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
- кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
- кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;
- шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
·между микропроцессором и основной памятью;
·между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
·между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).
Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления [7, c. 213]. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.
Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).
ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.
Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).
Таким образом, микропроцессор представляет собой сложным образом организованную структуру, каждый элемент которой выполняет определенную функцию.

Классификация процессоров

Стандартная классификация процессоров

По числу больших интегральных схем в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для получения многокристального микропроцессора необходимо провести разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями. Для построения многоразрядных микропроцессоров при параллельном включении секций БИС в них добавляются средства "стыковки".

Классификация по назначению

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д. С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных. Например, конволюция позволяет осуществить более сложную математическую обработку сигналов, чем широко используемые методы корреляции. Последние в основном сводятся к сравнению всего двух серий данных: входных, передаваемых формой сигнала, и фиксированных опорных и к определению их подобия. Конволюция дает возможность в реальном масштабе времени находить соответствие для сигналов изменяющейся формы путем сравнения их с различными эталонными сигналами, что, например, может позволить эффективно выделить полезный сигнал на фоне шума.

Классификация по характеру временной организации работы

Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

Классификация по количеству выполняемых программ

В однопрограммных микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.

Определение и сравнение лидеров в нише производства и продажи процессоров.

Определение процессоров Intel и AMD

Процессоры Intel – микропроцессоры, произведенные американской корпорацией Intel, применяемые в портативных и стационарных персональных компьютерах. На сегодняшний день занимают около 80% рынка, актуальными считаются несколько линеек, модели из которых демонстрируют различную степень производительности.

Процессоры AMD – микропроцессоры, выпускаемые американской корпорацией Advanced Micro Devices. Применяются в стационарных и портативных системах. AMD самостоятельно не производит комплектующие, а только разрабатывает и заказывает у сторонних производителей. На сегодняшний день доля процессоров AMD на рынке составляет около 20%.

Сравнение процессоров Intel и AMD

В чем же разница между процессорами Intel и AMD? Системообразующее отличие между процессорами Intel и AMD – это сокеты, или разъемы, в которые они устанавливаются. Компромиссной кроссплатформенности в этом случае нет и быть не может, так что для определенной материнской планы с заданным набором характеристик выбор между производителями не стоит. На сегодняшний день для AMD актуальны сокеты АМ3, АМ3+, а также сокеты для процессора с интегрированным графическим ядром FM1 и FM2. Intel сегодня предлагает процессоры под разъемы LGA 1155/1156 и LGA 2011. Если процессоры под AM3+ совместимы с AM3, то LGA возможности замены не подразумевает. Стоит заметить, что актуальность весьма относительна, так как касается только продажи соответствующих комплектующих в российских магазинах, а не производства.
Множество моделей линеек процессоров от обоих производителей с самыми разными характеристиками не позволяет сравнивать Intel и AMD по степени производительности их продукции. В бюджетном сегменте, представленном сегодня процессорами с интегрированной графикой (рассматривается и как решение для мобильных систем), AMD с линейкой Trinity оказывается дешевле (при тех же тактовых частотах), чем младшее поколение Sandy Bridge от Intel. Отказ от дискретной видеокарты – реальный способ сэкономить на офисных и домашних системах, на которых не запускают требовательные к ресурсам приложения. Если критерий стоимости не главный, то в производительности несколько выигрывает Sandy Bridge, прежде всего за счет большего объема кэша третьего уровня. Следующее поколение Ivy Bridge уже превосходит Trinity по показателям вычислительной мощности даже в случае сравнения двухъядерных и четырехъядерных моделей соответственно. Графические ядра гибридных процессоров мощнее оказываются у AMD, так что для бюджетной игровой системы можно рекомендовать Trinity или самые дешевые Llano.

Если пользователь планирует ставить серьезные задачи перед своей системой, к примеру, обработку видео, то процессоры AMD Vishera (FX) благодаря оптимизированной работе с несколькими потоками в тестах выигрывают даже у топовых Core i7. Разница в стоимости составляет около 130$, так что выгода в предложении AMD очевидна.

Что касается энергопотребления, которое для оверклокера может быть серьезным критерием выбора, то линейка процессоров AMD похвастаться экономией не может: даже мобильные Trinity выдают нескромные 65 Вт.

Отличие процессоров Intel от процессоров AMD:

1. Процессоры AMD, кроме APU, совместимы с сокетами AM3 и AM3+, процессоры Intel требуют установки в один тип сокета LGA.

2. Процессоры AMD дешевле при сохранении основных теххарактеристик.

3. Процессоры Intel в тестах показывают более высокую вычислительную производительность

4. Графические ядра гибридных процессоров AMD мощнее.

5. Процессоры AMD нового поколения (FX) оптимизированы под многопоточность.

6. Процессоры Intel более экономичны в энергопотреблении.

Список использованных источников

• 1. Воройский Ф. С. Информатика. Энциклопедия словарь справочник: введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 768 с.
• 2. Гридина Е. А. Современный русский язык. Словообразование: теория, алгоритмы анализа, тренинг. Учебное пособие/ Т. А. Гридина, Н. И. Коновалова. - 2-е изд. - М.: Наука: Флинта, 2008. - 160 с.
• 3. Магилев П. К. Практикум по информатике,-Изд. 2-е,2005
• 4. Маккормик Д. Секреты работы в Windows, Word, Word Excel. Полное руководство для начинающих: Пер. с англ.И. Тимонина. - Харьков: «Книжный клуб“ Клуб семейного доступа”», 2008ю - 240 с.:ил.
• 5. Макарова, Информатика. Практикум по технологии работы на компьютере.- Под редакцией/ Макаровой,-Изд. 3-е, 2005.
• 6. Соболь Б. В. Информатика : учебник / Б. В. Соболь и др.-Изд. 3-е, допол. и перераб. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 446 с.
• 7. Этимологический словарь русского языка для школьников и студентов. Более 1000 слов/ Сост. Е. Грубен. - М.: ЛОКИД - пресс, 2007. - 576 с.
• 8. Ягудин Р. М. Русский язык. Грамматика. Орфография. Пунктуация. : Справ. - 4-е издание, стер. - Уфа: Башкортостан, 2005. -280 с.
• 9. Крайзмер Л.П. Персональный компьютер на вашем рабочем месте. - СПб.: Питер, 2006. - 58 с.
• 10. Лесничая И.Г. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие. М.: Издательство Эксмо, 2007. - 345 с.
• 11. Пахомов, Сергей. КомпьютерПресс [Электронный ресурс] / C.Пахомов. – Электрон. текстовые дан. – Москва: «КомпьютерПресс», 2006. – Режим доступа: https://compress.ru/Article.aspx?id=16961, свободный.
• 12. Богумирский В.С. Руководство пользователя ПК. В 2-х ч. - СПб: Ассоциация OILCO, 1992. – 88 c.