Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора (Архитектура процессора)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

В современном высокоразвитом обществе, где ни одна сфера человеческой деятельности не обходится без информационных технологий, невозможно представить себе жизнь без такого технического изобретения, как компьютер. Сфера его применения со временем расширяется, внося значительный вклад в развитие общества.

Для свободного ориентирования в информационных потоках современный специалист в каждой сфере должен обладать умением приобретать, обрабатывать и применять эту информацию при помощи компьютеров, телекоммуникаций и остальных средств связи. На сегодня всё больше говорят об информации как о стратегическом общественном ресурсе, как о ресурсе, каковой определяет уровень развития экономики, внутреннего устройства, политики, социальной жизни государства. Уже начала использоваться такая практика: при устройстве на рабочее место претендентам предъявляются требования по владению персональным компьютером и главными прикладными программными средствами. Машинально возникает вывод о том, что в нынешних условиях информационные технологии становятся всё более эффективным рычагом модернизации управления предприятием. Компьютеры являются неотделимым компонентом нынешней жизни каждого современного человека.

Все персональные компьютеры обрабатывают бесконечный поток информации с помощью специального электронного чипа, который называется процессором. Без этой микросхемы невозможна работа любого компьютера, поскольку процессор является центром вычислительных операций, основным компонентом устройства.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что ПК (персональные компьютеры), прочно вошедшие в жизнь человека, непрерывно совершенствуются, меняются в лучшую сторону их технические характеристики, они становятся более адаптивными для пользователя и т.д. Но увеличение производительности компьютера наращивается с помощью совершенствования микропроцессора. Именно в этом заключается актуальность данной курсовой работы, задачей которой является выявление основных характеристик процессора, влияющих на его производительность и, следовательно, в целом на производительность всего ПК.

Предметом исследования являются современные модели процессоров различных компаний производителей.

Цель данной работы состоит в изучении сущности и структуры процессора, а так же в обобщение основных видов и функций процессоров персонального компьютера (ПК). Для достижения данной цели определим следующие исследовательские задачи, которые заключаются:

в анализе основных характеристик процессора;
в рассмотрении архитектуры ЦП;
в рассмотрении современных процессоров от фирм «Intel» и «AMD».

1. Процессоры персонального компьютера

1.1 Понятие, функции и основные характеристики процессоров

В современном высокотехнологичном обществе почти все знакомы с таким понятием, как процессор. Ведь благодаря этому электронному блоку или интегральной схеме электронная вычислительная машина преобразует информацию и управляет всем вычислительным процессом.

Процессор – это устройство, расположенное в компьютере и предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными, а также координации работы всех устройств компьютера. Его также называют микропроцессором или центральным процессором.

Большинство современных процессоров являются микропроцессорами, что означает, что они содержатся в одной интегральной микросхеме

Зная характеристики этого электронного блока или интегральной схемы, можно оценить вычислительные характеристики вычислительной системы. И, следовательно, он будет технологически мощнее и производительнее того компьютера, который использует инновационные характеристики своего процессора.

Есть много различных характеристик процессора, мы выделяем основные из них. Можно выделить характеристики микропроцессора, обеспечивающие его лучшую производительность:

тактовая частота;
количество ядер;
разрядность;
объем кэш памяти ЦП.

Рассмотрим характеристики тактовой частоты процессора. Известно, что разработчики долгое время совершенствовали его, но вскоре перешли к созданию более совершенной архитектуры процессора, однако при создании новых процессоров они не отказались от использования увеличения тактовой частоты.

Частота процессора – это индикатор, который определяет наименьшее, неделимое количество времени, называемое тактовым циклом, в течение которого устройство выполняет простейшую операцию. Тактовая частота характеризуется количественными показателями и единицей измерения этого показателя является Герц. Более высокая тактовая частота характеризуется быстрой обработкой процессором различных операций в единицу времени.

Таким образом, можно сделать вывод, что чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Однако по мере увеличения этой характеристики процессор нагревается, что часто приводит к сбоям в работе компьютерной системы. Именно поэтому разработчики, впоследствии, практически отказались от увеличения тактовой частоты и стали увеличивать производительность с помощью других методов, дающих ту же и большую эффективность.

Рассмотрим многоядерный микропроцессор или характеристики количества ядер. Разработчики всегда стремились повысить производительность процессора и их первоначальные усилия, как уже упоминалось выше, были направлены на тактовую частоту. Они строили его довольно давно, но с открытием новых пиков частотных показателей это занятие стало затруднительным, так как дополнительное увеличение подразумевало повышение требований к системе охлаждения процессоров. Это то, что побудило разработчиков ввести дополнительные ядра в процессор. Так появились многоядерные процессоры. Первый процессор для настольного компьютера, «Pentium D», появился в 2005 году и имел два ядра. В том же году было также выпущено два ядерных процессора «Opteron» от «AMD», но для серверных систем.

Многоядерность является существенной характеристикой, поскольку благодаря ей выполнение нескольких потоков задач разбивается на несколько ядер, что значительно повышает производительность процессора по сравнению с другими одноядерными процессорами. Стоит отметить, что увеличение производительности происходит, если программа оптимизирована под много поточность. Поэтому бывают случаи, когда количество ядер не влияет на производительность ПК. Рассмотрим одну из этих ситуаций. Например, если программа, которая предназначена для одноядерных компьютеров, до появления многоядерных или которая вообще не использует много потоков, плохо оптимизирована, то она будет работать медленнее на многоядерном процессоре, вопреки количеству ядер. Обобщая, можно сказать, что почти каждый процесс, запущенный в операционной системе, имеет несколько потоков. Кроме того, сама операционная система может практически создать набор потоков для себя и выполнять их одновременно, даже физически процессор и одноядерный.

Важной особенностью многоядерных процессоров является то, что у них тактовая частота часто снижается. Это снижает энергопотребление процессора, не влияя при этом на производительность чипа. Известно, что энергопотребление увеличивается за счет увеличения тактовой частоты. Поэтому, если удвоить количество ядер процессора и уменьшить их тактовую частоту вдвое, можно получить практически такую же производительность, при этом энергопотребление такого процессора уменьшится в 4 раза.

Во многих многоядерных процессорах частота каждого ядра может варьироваться в зависимости от его индивидуальной нагрузки. Есть также ядра, которые используют трудоемкую технологию потоковой передачи или, если они супер скалярные, используют технологию SMT, которая позволяет нескольким потокам выполняться одновременно, создавая тем самым «миражи» нескольких «логических процессоров» на основе каждого ядра. Данная технология встречается на процессорах от компании «Intel». Это называлось – гиперпоточность. Эта технология удваивает число логических процессоров по сравнению с физическими. Например, на процессоре Sun UltraSPARC T2 это увеличение может достигать 8 потоков на ядро.

Таким образом, можно сделать вывод, что многоядерность является более инновационной характеристикой процессора, чем частота. Эта современная технология позволяет распределить любые задачи или операции, выполняемые на ПК, между несколькими ядрами, что обеспечит высокую производительность и большую производительность компьютерной системы.

Основным преимуществом 64-битных систем является поддержка оперативной памяти, которая составляет более 4 ГБ. Каждая ячейка памяти имеет адрес и в 32-разрядной операционной системы. Он записывается в виде 32-символьного двоичного кода.

Получаем – .

Другими словами, в 32-битной операционной системе, ячейки памяти, расположенные за рубежом, в 4GB не получат адреса и не будут использоваться. В 64-разрядных операционных системах размер адресной памяти составляет .

Таким образом, можно сделать вывод, что разрядность влияет на производительность ПК. Как показывают тесты, в x64 операционных системах производительность выше на 10-15%, чем в ОС с x32 бит.

Рассмотрим характеристики кэша памяти. Это также очень существенная характеристика для процессора. Кэш-память выступает в качестве объема сверхбыстрой оперативной памяти, содержащей информацию, которую можно запросить с наибольшей вероятностью. Кэш памяти – это буфер между контроллером системной памяти и процессором. Этот буфер хранит блоки данных, с которыми в настоящее время работает процессор, что уменьшает количество вызовов процессора для замедления системной памяти. В результате значительно повышается общая производительность процессора.

Характерными особенностями современных микропроцессоров можно назвать:

широкий спектр используемых процессорных технологий: высокоскоростная обработка операндов с фиксированной и плавающей точками, пакетная обработка данных и др.;
сложные схемотехнические решения с использованием десятков миллионов транзисторов;
высокоточная и совершенная технология изготовления микросхем (с нормами менее 0,1 мкм, с большим числом слоев металлизации).

В заключение, можно сказать, что кэш память может повысить производительность в том случае, если тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты процессора.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что благодаря таким характеристикам как тактовой частоте, разрядности, количеству ядер и кеш памяти процессора, производительность компьютера возрастает в несколько раз, по сравнению с другими ПК, не имеющими таких преимуществ ЦП. При этом сам пользователь компьютера может улучшить многие характеристики процессора, например, разогнать тактовую частоту, используя специальные программы.

1.2 Классификация процессоров

Микропроцессор выполняет всю обработку информации в компьютере. Микропроцессор бред и выполняет программы, организует доступ к оперативной памяти, в нужных случаях инициирует работу периферийных устройств, принимает и обрабатывает запросы от устройств машины и из внешней среды («запросы прерывания»).

В настоящее время существует большое количество различных процессоров. Приведем их общую классификацию.

Число больших интегральных схем в микропроцессорном устройстве отличается и соответственно бывают:

однокристальный микропроцессор;
многокристальный микропроцессор;
многокристальный секционный микропроцессор.

Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одного бита или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). При усложнении микропроцессора приходится разбивать его на отдельные блоки. При этом каждый блок реализован на отдельной микросхеме, в результате чего получается многокристальный процессор.

Многоканальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда отдельные процессорные блоки приходится логически разбивать на дополнительные секции. Секционность микропроцессоров позволяет увеличить разрядность обрабатываемых данных или усложнить микропроцессорное устройство управления.

По назначению различают:

универсальный микропроцессор;
специализированный микропроцессор.

Универсальные микропроцессоры могут быть использованы для широкого спектра различных задач. Специализация процессора, другими словами его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко повысить эффективную производительность при решении только определенных задач.

В зависимости от вида обрабатываемых входных сигналов процессоры могут быть:

цифровой микропроцессор;
аналоговый микропроцессор.

Цифровые микропроцессоры работают с информацией, представленной в виде числовых значений (дискретная форма). Аналоговые микропроцессоры работают с информацией, которая представлена в аналоговой форме, другими словами в виде непрерывного ряда значений.

В зависимости от характера временной организации работы микропроцессор может быть:

синхронный микропроцессор;
асинхронный микропроцессор.

Синхронные микропроцессоры – это микропроцессоры, в которых начало и конец операций задаются специальным устройством управления. Другими словами, если в микропроцессоре имеется устройство управления, то оно относится к синхронному.

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало каждой последующей операции определять по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции.

В зависимости от количества исполняемых программ может быть:

однопрограммный микропроцессор;
многопрограммный микропроцессор.

В однопрограммных процессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы. В многопроцессорных или многопрограммных процессорах одновременно исполняется несколько программ.

1.3 Архитектура процессора

Под архитектурой процессора подразумевают количественную составляющую компонентов микро архитектуры процессора ПК, которую рассматривают ИТ-специалисты в аспекте прикладной деятельности.

Рассмотрим архитектуру процессора как аппаратную составляющую.

Во-первых, центральным компонентом персонального компьютера является процессор или по-другому ЦП (центральный процессор), который реализует команды и считывает их из памяти, обрабатывая при этом данные и управляя работой всего ПК. С другими устройствами компьютера процессор связан шинами. Выделяют такие как шины шину данных, адресную шину, и командную шину. Для ЦП необходимы функционирования регистры данных, управляющие регистры, операционный (обрабатывающий) блок, управляющий блок и система команд, которую процессор распознаёт и исполняет.

Работу процессора синхронизирует внешний генератор тактов. В соответствии с этими сигналами происходит считывание и исполнение команд. Частота процессора определяет быстродействие процессора. Однако, это не единственный параметр для оценки производительности процессора. В в первых 8-битных процессорах тактовая частота была ~4 МГц. В современных процессорах она измеряется гигабайтами.

Описание различных частей процессора:

управляющий блок (Control Unit) декодирует команды в микрооперации и даёт другим частям процессора соответствующие указания для исполнения команды и отвечает за передачу результатов в память. Управляющий блок использует специальные регистры: счётчик команд (Program Counter) и регистр команд (Instruction Register).
операционный блок (Processing Unit) содержит арифметико-логическое устройство (ALU - Arithmetic Logic Unit), которое способно выполнять вычислительные действия с указанными данными или исполнять логические операции. Операционный блок может комбинировать эти действия и выполнять такие сложные операции как умножение с плавающей точкой в соответствующем устройстве (FPU - Floating Point Unit), которые невозможно выполнить в арифметико-логическом устройстве. Операционный блок использует специальные регистры: регистр состояния (Status Register) и аккумуляторный регистр (Accumulator Register).

Регистры являются внутренней памятью процессора и подразделяются следующим образом:

регистры общего пользования, которые предназначены для запоминания данных и/или операндов при исполнении команд;
специальные регистры, на которые возлагается выполнение специальных функций при работе процессора.

Специальными являются следующие регистры:

аккумулятор (A - Accumulator Register) запоминает промежуточные результаты вычислений;
счётчик команд (PC - Program Counter) содержит адрес следующей команды. Он увеличивается автоматически с каждым новым циклом. Подпрограммы и прерывания изменяют этот порядок, записывая в счётчик команд новое значение;
регистр команд (IR - Instruction Register) содержит считанную из памяти команду Регистр состояния (SR - Status Register) содержит настоящее состояние, отражающее ход исполнения команды;
указатель стека (SP - Stack Pointer) содержит адрес следующей свободной ячейки стековой памяти.

Стековую память используют для запоминания состояний регистров. Например, это нужно при обработке прерывания, когда надо запомнить содержимое регистров до прерывания, чтобы восстановить их содержание для продолжения работы после обработки прерывания. Стек организован по принципу «последним зашёл, первым вышел» (LIFO - Last In First Out).

Архитектура процессоров делится на два вида: CISK и RISK.

CISC — это концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующими свойствами:

нефиксированным значением длин команды;
арифметические действия кодируются в одной команде;
содержанием небольшим числом регистров, которые выполняют строго заданные функции.

RISC — это архитектура процессора, где прирост быстродействия происходит за счёт упрощения инструкций, для более простого их декодирования, делая время выполнения короче.

Характерные черты RISK процессоров:

фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.
специализированные команды для операций с памятью — чтения или записи. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров (т. н. архитектура load-and-store).
большое количество регистров общего назначения (32 и более).
отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными.

Рассмотрим конвейеры. Трубопровод-это метод вычислений, который используется в современных процессорах и контроллерах для повышения их эффективности (увеличение количества инструкций, выполняемых в единицу времени), технология, используемая при разработке компьютеров.

Идея конвейера заключается в разделении обработки компьютерных инструкций на последовательные независимые этапы с сохранением результатов в конце каждого этапа. Это позволяет схемам управления процессором получать инструкции с самой низкой скоростью обработки, но намного быстрее, чем выполнять исключительную полную обработку каждой инструкции от начала до конца.

Процессоры с конвейером внутри устроены так, что обработка инструкций разбивается на последовательность этапов, предполагая одновременную обработку нескольких инструкций на разных этапах. Результаты каждого этапа передаются через ячейки памяти на следующий этап, и так до тех пор, пока оператор не будет выполнен. Такая организация процессора, при некотором увеличении среднего времени выполнения каждой команды, тем не менее обеспечивает значительное увеличение производительности за счет высокой частоты выполнения команд.

Рассмотрим содержимое кэша памяти процессора. Кэш-память – это сверхбыстрая память, используемая процессором для временного хранения данных, наиболее часто используемых.

Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, чем те же конденсаторы, которые составляют ОЗУ. Это приносит с собой много трудностей в производстве, а также ограничения в объемах. Но из такой структуры главное преимущество такой памяти – скорость. Поскольку триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки клапана, на котором они собраны, невелико, время переключения триггера из одного состояния в другое очень быстро. Это позволяет кэш-памяти работать на тех же частотах, что и современные процессоры.

Также немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Он расположен на кристалле процессора, что значительно сокращает время доступа к ней. Раньше кэш-память некоторых уровней располагалась вне чипа процессора, на специальном чипе SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас почти все процессоры кэш-памяти размещены на чипе процессора.

Современные процессоры оснащены кэш-памятью, которая часто состоит из двух-трех уровней.

Таким образом, можно сделать вывод, что работа всей вычислительной системы персонального компьютера зависит от архитектуры процессора. Архитектура процессоров, с точки зрения программистов, – это совместимость с определенным набором команд, структурная совместимость (примером является система адресации или организация регистровой памяти) и способ выполнения (различные счетчики команд). Архитектура с точки зрения аппаратной составляющей, представляет собой определенный набор определенных качественных свойств, характерных для данного семейства процессоров, как по организации, так и по стоимости.

2. Обзор современного состояния рынка процессоров

2.1 Процессоры семейства Intel

Разнообразие процессоров Intel, то есть их ассортимент для персональных компьютеров достаточно широк и содержит несколько так называемых семейств. Однако, если говорить о современных процессорах, мы должны ограничиться изучением процессоров на микро-архитектуре Nehalem процессоры, которые семейств Intel сердечника i7 (ядро i7−975 EE, то процессор i7−965 EE, то процессор i7−950, ядро i7−940, процессор i7−920, процессор i7 870, процессор i7 860) и Intel сердечник i5 (ядро i5 750).

Наибольшее количество встречающихся на рынке процессоров Intel – это двухъядерные процессоры Intel Core 2 Duo и четырехъядерный процессор Intel Core 2 Quad. Однако в тех случаях, когда пользователю требуется высокая производительность в приложениях, необходимо учитывать типы процессоров более новых поколений (Intel Core i7 или Intel Core i5).

Ввиду того, что в микроархитектуре Intel Nehalem есть два несовместимых процессорных сокета – LGA 1156 и LGA 1366, их классификация считается нелогичной. Было бы логично разделить эти процессоры, с отличными разъемами, на разные семейства. Но Intel Core i7 содержит как процессоры с разъемом LGA 1366 (кодовое название Bloomfield), так и LGA 1156 (кодовое название Lynnfield). Intel Core i5 включает в себя только процессоры Lynnfield с разъемом LGA 1156.

Прежде всего, необходимо сказать, что процессоры Bloomfield и Lynnfield производятся по 45-нанометровой технологии и характеризуются как четырехъядерные. В них встроен контроллер памяти DDR3, что служит их отличительной особенностью. Процессоры Bloomfield (Intel Core i7 9xx) используют трехканальный контроллер памяти DDR3, в то время как процессоры Lynnfield (Intel Core i7 8xx и Intel Core i5 750) используют двухканальный контроллер.

В обычном режиме процессоры Bloomfield поддерживают память DDR3−1066, а процессоры Lynnfield поддерживают память DDR3−1066 и DDR3−1333.

Необходимо отметить идентичность структуры кэш-памяти процессоров Bloomfield и Lynnfield. Кэш первого уровня (L1) разделен на 8-канальный 32-килобайтный кэш данных и 4-канальный 32-килобайтный кэш команд. Каждое ядро процессора наделено единым, то есть унифицированным для инструкций и данных кэшем второго уровня (L2) размером 256 КБ. Кэш-памяти L2 и 8-канальный кэш и его размер строки 64 байта.

Кроме того, важным моментом является то, что все процессоры семейства Intel Core i7 поддерживают технологию Hyper-Threading multithreading, в результате чего операционная система распознает четырехъядерный процессор как восемь отдельных логических процессоров или ядер. Семейство процессоров Lynnfield не поддерживается Hyper-Threading. Разделение процессоров Lynnfield Core i7 и Core i5 тесно связано с поддержкой Hyper-Threading. Семейство процессоров Lynnfield, Core i7 (Core i7 870, Core i7 860) Quad core и поддерживает HyperThreading, а четырехъядерный процессор семейства Core i5 (Core i5 750) не поддерживается.

Следует отметить, что все процессоры семейств Intel Core i7 и Intel Core i5 поддерживают технологии – Enhanced Intel SpeedStep Technology, Intel EM64T, Intel Virtualization Technology, Enhanced Halt State (C1E) и Execute Disable Bit. Эти технологии хорошо известны, так как они также поддерживаются процессорами Intel предыдущего поколения.

Преимущества процессоров Intel в том, что они потребляют меньше энергии, чем процессоры от конкурента, эти процессоры обеспечивают лучшую производительность в приложениях, так как именно под них оптимизировано больше программ. Кэш-память процессоров Intel второго и третьего уровня работает на более высоких тактовых частотах.

Самым главным недостатком процессоров Intel является отсутствие многозадачности. Когда пользователь работает с несколькими мощными программами одновременно, присутствует зависание.

Компания Intel в позапрошлом году представила десктопные процессоры 7-го поколения на архитектуре Kaby Lake. Практически они стали всего лишь немного (совсем немного) доработанными чипами шестого поколения на архитектуре SkyLake. Компания Intel создала осенью 2017 восьмое поколение ЦП на архитектуре Coffee Lake, которое является сегодня самой актуальной.

Модельный ряд процессоров Intel Coffee Lake сегодня представлен шестью чипами Core i3, i5 и i7. Их важной характеристикой стало повышения числа ядер, что продиктовано потребностью превзойти AMD. Таким образом, Core i3-8100 и i3-8350K приобрели по четыре ядра, вместо двух ранее. Старший из чипов поддерживает разгон, на что указывает буква K в наименовании.

В среднем классе самыми востребованными процессорами Intel сегодня являются модели Core i5-8400 и i5-8600K. Они получили по шесть ядер вместо четырех и тоже отличаются, кроме частот, способностью разгона старшего чипа. А в старшем массовом сегменте сейчас представлены Intel Core i7-8700 и 8700K содержащие по 6 ядер, работающих в 12 потоков по технологии HyperThreading.

Кроме того, Intel представила процессоры серии Core i9, построенные на архитектуре Skylake-X и совместимые с платами на сокете 2066. Они обладают большим количеством ядер, которое достигает от 10 до 18, и способны обрабатывать по 2 потока на ядре. Модельный ряд представлен процессорами Core i9-7900X (10 ядер), 7920X (12), 7940X (14), 7960X (16) и 7980XE (18 ядер).

Компьютеры с новыми процессорами Intel Core 9-го поколения для обладают высокой производительностью для обычных и конкурентоспособных геймеров. Процессоры Intel Core 9-го поколения для настольных ПК с поддержкой до 8 ядер, 16 потоков, 5,0 ГГц и 16 МБ кэш-памяти созданы для игр.

Новое 9-е поколение процессоров Intel Core для настольных компьютеров обеспечивает:

ряд процессоров, включая первый процессор Intel Core i9 для настольных ПК;
ускорение процессов в сочетании с памятью Intel Optane для извлечения тех данных, которые используются для наиболее быстрой реакции системы;
поддержка технологии оперативной памяти DDR4, которая позволяет системам иметь до 64 ГБ памяти и скорость передачи памяти до 2666 МТ / с;
поддержка набора микросхем Intel Z390, которые включают беспрецедентное подключение ко всем устройствам с интегрированным USB 3.1 Gen 2, Intel Wireless-AC и поддержкой скорости Gigabit Wi-Fi;
совместим с набором микросхем Intel серии 300.

Таким образом, можно сделать вывод, что процессоры Intel используют инновационные технологии, позволяющие увеличивать им быстродействие в несколько раз, однако стоит отметить, что у данного процессора практически отсутствует многозадачность.

2.2 Процессоры семейства AMD

Начиная с 1994 года, AMD представила свой первый Pentium-совместимый процессор, K5. За ним последовала K6, а затем линия Athlon в 1999 году. Впоследствии Duron был представлен рынку стоимости для конкуренции с Intel Celeron, а чипы Duron были заменены Sempron в 2004 году. В 2003 году AMD дебютировала с Opteron, первым 64-разрядный процессор, который впоследствии был переименован в Athlon 64. Процессоры Phenom появились в 2008 году. В 2017 году AMD начала поставлять линейку Ryzen на основе новой архитектуры Zen.

Рассмотрим процессоры семейства AMD. Их модельный ряд очень разнообразен. Ограничимся рассмотрением процессоров с разъемами Socket AM2+/AM3 семейств Phenom II и Athlon II, которые на данный момент времени являются известными.

В каждом из семейств, Phenom II и Athlon II, имеются серии четырехъядерных (Phenom II X4, Athlon II X4), трехъядерных (Phenom II X3, Athlon II X3) и двухъядерных (Phenom II X2, Athlon II X2) процессоров. Отличие семейства Phenom II от Athlon II заключается в том, что в процессорах семейства Phenom II есть кэш L3, а в процессорах семейства Athlon II он отсутствует.

Каждое ядро процессора AMD Phenom II и Athlon II имеет кэш-память первого уровня (L1) размером 128 Кбайт, которая делится на двухканальный 64-килобайтный кэш данных и двухканальный 64-килобайтный кэш инструкций (размер строки составляет 64 байт). Кроме того, каждое ядро процессора имеет выделенный кэш L2 размером 512 Кбайт. Кэш-память второго уровня (L2) является 16-канальной (размер строки - 64 байт). В процессорах семейства AMD Phenom II присутствует также кэш-память третьего уровня (L3), которая является 48-канальной (размер строки - 64 байт).

Во всех процессорах AMD этих семейств реализована технология AMD 64 (поддержка 64-разрядных вычислений). Кроме того, все процессоры AMD снабжены наборами команд MMX, SSE, SSE2, SSE3 и Extended 3DNow!, технологиями энергосбережения Cool’n’Quiet, защиты от вирусов NX Bit и технологией виртуализации AMD Virtualization.

Главным достоинством процессоров AMD, является их многозадачность. Данные ЦП обеспечивают стабильность работы системы, без ее сбоев.

Недостатками процессоров AMD является их большое энергопотребление, более слабая работа с оперативной памятью и с кэш память, по сравнению с Intel.

Компания AMD в 2017 представила архитектуру Zen и процессоры Ryzen на ее основе. Все чипы, которые вышли или выйдут в скором времени, построены на техпроцессе 14 нм. Первопроходцами стали топовые ЦП Ryzen 7 1800X, 1700X и 1700. Они оснащены 8 ядрами, работающими в 16 потоков (технология SMT), и отличаются рабочими частотами.

Десктопные ЦП AMD среднего класса представлены моделями Ryzen 5. В линейку входят 4 чипа, отличающиеся частотами и количеством ядер. Модели Ryzen 5 1600X и 1600 оснащены 6 ядрами, работающими в 12 потоков. Младшие чипы Ryzen 5 1500X и 1400 имеют на 2 ядра меньше, но тоже поддерживают SMT.

Для бюджетных игровых компьютеров предназначена серия Ryzen 3, состоящая из моделей 1300X и 1200. Оба ЦП располагают 4 ядрами без поддержки SMT. Все чипы Ryzen рассчитаны на установку в материнские платы с сокетом AM4, базирующиеся на чипсетах серии AMD 300.

Компания не обошла своим вниманием и тех, кому нужна максимальная производительность. Для этой категории пользователей в августе 2017 вышли чипы Threadripper, располагающие максимальным числом ядер и устанавливаемые в платы с сокетом TR4. В модельный ряд на данный момент входит 3 модели таких процессоров.

В заключение, можно без сомнения сказать, что хотя процессоры AMD немного слабее в быстродействии, по сравнению с процессорами Intel, но они имеют большую многозадачность, что является огромным преимуществом. Благодаря данному преимуществу пользователь может осуществлять работу с несколькими требовательными программами, что упрощает его работу на ПК.

Один из возможных путей повышения производительности процессоров при равных технологических возможностях производителей состоит в использовании оригинальных архитектур. Следует выделить два основных направления развития архитектуры современных процессоров:

направление, которое базируется на использовании высокой тактовой частоты (при сравнительно простых схемных решениях и структуре процессора) и получившее название Speed Daemon (быстрый «демон»);
направление (Brainiac), базирующееся на усложнении логики планирования обработки данных и внутренней структуры процессора (при сравнительно низкой частоте тактирования).

В рамках каждого из указанных направлений используются различные архитектурные приемы, направленные на повышение производительности процессоров.

Таким образом, усилия разработчиков универсальных микропроцессоров направлены на улучшение их показателей (производительность, функциональные возможности, стоимость и др.). Из-за противоречивости требований невозможно получить оптимальные значения всех показателей для любого процессора, поэтому при создании каждого конкретного типа микропроцессоров принимаются компромиссные решения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стремительное становление области компьютерных технологий и в частности самого персонального компьютера обусловлено его всеобщим проникновением во все общественные области жизни. Следовательно, неудивительно, что уже через лет 20 персональный компьютер будет абсолютно другим – научится вычислять в несколько сотен раз быстрее теперешних современников, потреблять малое количество электроэнергии, и, наконец, может уместиться на человеческой ладони.

Персональный компьютер, цифровой компьютер, предназначенный для использования только одним человеком за раз. Типичная сборка персональных компьютеров состоит из центрального процессора, который содержит арифметическую, логическую и управляющую схемы компьютера на интегральной схеме; два типа компьютерной памяти, основная память, например, цифровая оперативная память (ОЗУ) и вспомогательная память, такие как магнитные жесткие диски и специальные оптические компакт-диски или диски с постоянной памятью (ROM) CD-ROM и DVD-ROM); и различные устройства ввода / вывода , включая экран дисплея, клавиатуру и мышь, модем и принтер.

Основным компонентом любого компьютера, как известно, является процессор. Без данной микросхемы не существовал бы ни одно электронно-вычислительное устройство. ЦП является «мозгом» любого компьютера, так как именно он управляет всем вычислительным процессом ПК, а также выполняет координацию работы всех устройств компьютера.

Среди производителей процессоров для персональных компьютеров отдельно можно выделить Intel, AMD. Конкуренция между этими масштабными гигантами продолжиться и в будущем.

Некоторые компьютеры используют два или более процессора. Они состоят из отдельных физических процессоров, расположенных рядом на одной плате или на отдельных платах. Каждый ЦП имеет независимый интерфейс, отдельный кэш и индивидуальные пути к системной внешней шине. Несколько процессоров идеально подходят для интенсивных параллельных задач, требующих многозадачности. Многоядерные процессоры также распространены, в которых один чип содержит несколько процессоров.

В данной курсовой работе рассмотрены современные процессоры. Их функции, классификация, назначение и перечислены существующие модели от компании Intel и AMD, представлена архитектура процессоров. И сделан вывод, что на производительность персонального компьютера так или иначе влияет множество характеристик процессора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гавриченков И. Обзор процессоров – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://3dnews.ru/954174
Додд, А.З. Мир телекоммуникаций. Обзор технологий и отрасли [Текст] / А.З. Додд. - М.:Олимп-Бизнес, 2005. - 400 с.
Долгоруков А. Российско-американская торговля обретает надежную основу. // Российские вести. –2007.
Ковтанюк Ю.С. Библия пользователя ПК. — М.: «Диалектика», 2007.
Кожемяко А. Процессоры Intel – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.ixbt.com/cpu/intel-2011-2066-1709.shtml
Кузнецов Е. Ю., Осман В. М. Персональные компьютеры и программируемые микрокалькуляторы: Учеб. пособие для ВТУЗов - М.: Высш. шк. -1991.
Пасько В. Самоучитель работы на персональном компьютере, шестое издание. - М., 2004. - с. 218.
Персональный компьютер фирмы IBM и операционная система MS DOS: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.
Плесовских Г.А. Развитие процессоров и их роль в жизни пк сегодня // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(35)
Поначугин А.В. Создание и перспективы открытых аппаратно-программных систем сетевого управления технологическими процессами / Информационные технологии в организации единого образовательного пространства (сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов, соискателей и специалистов). Кафедра Прикладной информатики и информационных технологий в образовании. Н.Новгород: Мининский университет, 2015. – С.75–79.
Процессоры AMD – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.amd.com
Процессоры Intel – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.paygid.ru
Рыбакова А.С., Поначугин А.В. Информационные технологии: проблемы их внедрения, достоинства, недостатки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2014. – № 11-2. – С.24–27.
Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 1504 с.
Степаненко О.С. Персональный компьютер, учебный курс, 2-е издание. - СПб.: Компьютерное изд-во "Диалектика", 2000. - с. 195.
Степурин А.В. Самоучитель работы на персональном компьютере (ПК). Краткое руководство. – Гатчина: Издательский дом "Вильямс", 2006.
Суханова Н.Т. Теоретические основы информатики. Учеб. Пособие для студентов высш. пед. учеб. заведений: М-во образования Рос. Федерации, Мурманский гос. Пед. Университет, Мурманск, 2004, 128 с.
Ходаковский К. Новости Hardware – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://dilios.ru/processor/novinki-processorov.html
Хомоненко А.Д. Основы современных компьютерных технологий: Учебник / Под ред. проф., - СПб.: КОРОНА принт, 2005. - 223 с.
Шафрин Ю.А. IBM PC.Учебник. – М., 2002.
Энциклопедия Британника – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.britannica.com/technology/computer/History-of-computing#ref724505
Яшин, В.Н. Информатика. Аппаратные средства персонального компьютера / [Текст]. - М: Инфра-М, 2010. - 256 с.