Части процессора: Устройства, входящие в состав процессора: описание, функции

Содержание

Устройства, входящие в состав процессора: описание, функции

Рубрики

Автомобили

Бизнес

Дом и семья

Домашний уют

Духовное развитие

Еда и напитки

Закон

Здоровье

Интернет

Искусство и развлечения

Карьера

Компьютеры

Красота

Маркетинг

Мода

Новости и общество

Образование

Отношения

Публикации и написание статей

Путешествия

Самосовершенствование

Спорт и Фитнес

Технологии

Финансы

Хобби

О проекте

Реклама на сайте

Условия

Конфиденциальность

Вопросы и ответы

Войти

Ученые нашли способ делать искусственные алмазы при комнатной температуре

Центральное процессорное устройство — Central processing unit

«CPU» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см ЦП (значения) .

Центральный компонент любой компьютерной системы, который выполняет операции ввода / вывода, арифметические и логические операции.

Нижняя сторона Intel 80486DX2 , показывая его контакты

Центральный процессор ( ЦП ), называемый также центральный процессор , основной процессор или только процессор , является электронная схема внутри компьютера , который выполняет инструкции , которые составляют компьютерную программу . ЦП выполняет основные арифметические , логические, управляющие операции и операции ввода-вывода (I / O), указанные в инструкциях программы. Это контрастирует с внешними компонентами, такими как основная память и схемы ввода-вывода , и со специализированными процессорами, такими как графические процессоры (GPU).

В компьютерной индустрии термин «центральный процессор» использовался еще в 1955 году.

Форма, конструкция и реализация процессоров со временем изменились, но их основная работа осталась почти неизменной. Основные компоненты ЦП включают арифметико-логический блок (ALU), который выполняет арифметические и логические операции , регистры процессора, которые поставляют операнды в ALU и хранят результаты операций ALU, а также блок управления, который организует выборку (из памяти) и выполнение. инструкций, управляя согласованными операциями ALU, регистров и других компонентов.

Большинство современных ЦП реализованы на микропроцессорах на интегральных схемах (ИС) , с одним или несколькими ЦП на одной микросхеме металл-оксид-полупроводник (МОП). Микропроцессоры с несколькими процессорами являются многоядерными процессорами . Отдельные физические процессоры, ядра процессора , также могут быть многопоточными для создания дополнительных виртуальных или логических процессоров.

ИС, которая содержит ЦП, может также содержать память , периферийные интерфейсы и другие компоненты компьютера; такие интегрированные устройства по-разному называются микроконтроллерами или системами на кристалле (SoC).

У массивных или векторных процессоров есть несколько процессоров, которые работают параллельно, при этом ни один из модулей не считается центральным. Виртуальные процессоры — это абстракция динамических агрегированных вычислительных ресурсов.

История

EDVAC , один из первых компьютеров с хранимой программой

Ранние компьютеры, такие как ENIAC, приходилось физически перестраивать для выполнения различных задач, из-за чего эти машины называли «компьютерами с фиксированной программой». Поскольку термин «ЦП» обычно определяется как устройство для выполнения программного обеспечения (компьютерной программы), первые устройства, которые по праву можно было бы назвать ЦП, появились с появлением компьютера с хранимой программой .

Идея , хранящая программа компьютера была уже присутствует в конструкции Дж Преспера Эккерт и Джон Уильям Mauchly «s ENIAC , но первоначально была опущена так , что она может быть закончена раньше. 30 июня 1945 года, до создания ENIAC, математик Джон фон Нейман распространил статью, озаглавленную « Первый проект отчета по EDVAC» . Это была схема компьютера с хранимой программой, который в конечном итоге будет завершен в августе 1949 года. EDVAC был разработан для выполнения определенного количества инструкций (или операций) различных типов. Примечательно, что программы, написанные для EDVAC, должны были храниться в памяти высокоскоростного компьютера, а не определяться физической разводкой компьютера. Это преодолело серьезное ограничение ENIAC, которое требовало значительных затрат времени и усилий для перенастройки компьютера для выполнения новой задачи. Благодаря проекту фон Неймана программа, которую запускал EDVAC, могла быть изменена просто путем изменения содержимого памяти. EDVAC, однако, не был первым компьютером с хранимой программой; Манчестер младенца , маломасштабная экспериментальная запасенной компьютерная программа, провел свою первую программу на 21 июня 1948 и Manchester Mark 1 провел свою первую программу в ночь с 16-17 июня 1949.

Ранние процессоры были нестандартными конструкциями, которые использовались как часть более крупного и иногда отличительного компьютера. Однако этот метод разработки пользовательских процессоров для конкретного приложения в значительной степени уступил место разработке многоцелевых процессоров, производимых в больших количествах. Эта стандартизация началась в эпоху мэйнфреймов на дискретных транзисторах и мини-компьютеров и быстро ускорилась с популяризацией интегральных схем (ИС). ИС позволяет проектировать и производить все более сложные процессоры с допусками порядка нанометров . Как миниатюризация, так и стандартизация ЦП увеличили присутствие цифровых устройств в современной жизни далеко за пределы ограниченного применения специализированных вычислительных машин. Современные микропроцессоры появляются в электронных устройствах, начиная от автомобилей и заканчивая мобильными телефонами, а иногда даже в игрушках.

Хотя фон Нейману чаще всего приписывают дизайн компьютера с хранимой программой из-за его дизайна EDVAC, и этот дизайн стал известен как архитектура фон Неймана , другие до него, такие как Конрад Цузе , предлагали и реализовывали аналогичные идеи. Так называемая Гарвардская архитектура в Harvard Mark I , который был завершен до того EDVAC, также используется дизайн , хранящая программы с помощью перфоленты , а не электронной память. Ключевое различие между архитектурами фон Неймана и Гарварда заключается в том, что последняя разделяет хранение и обработку инструкций и данных ЦП, в то время как первая использует одно и то же пространство памяти для обоих. Большинство современных ЦП в основном построены по фон Нейману, но ЦП с архитектурой Гарварда также встречаются, особенно во встроенных приложениях; например, микроконтроллеры Atmel AVR — это процессоры с архитектурой Гарварда.

Реле и вакуумные лампы (термоэлементы) обычно использовались в качестве переключающих элементов; Для полезного компьютера требуются тысячи или десятки тысяч коммутационных устройств. Общая скорость системы зависит от скорости переключателей. Ламповые компьютеры, такие как EDVAC, имели тенденцию к сбоям в среднем восемь часов, тогда как релейные компьютеры, такие как (медленнее, но раньше) Harvard Mark I, выходили из строя очень редко. В конце концов, ламповые ЦП стали доминирующими, потому что значительные преимущества в скорости обычно перевешивали проблемы с надежностью. Большинство этих ранних синхронных процессоров работали на более низких тактовых частотах по сравнению с современными конструкциями микроэлектроники. Частоты тактового сигнала в диапазоне от 100 кГц до 4 МГц были очень распространены в то время, в значительной степени ограниченные скоростью коммутационных устройств, с которыми они были построены.

Транзисторные процессоры

Процессор IBM PowerPC 604e

Сложность конструкции ЦП возрастала, поскольку различные технологии способствовали созданию более компактных и надежных электронных устройств. Первое такое улучшение произошло с появлением транзистора . Транзисторные процессоры в 1950-х и 1960-х годах больше не нужно было строить из громоздких, ненадежных и хрупких переключающих элементов, таких как электронные лампы и реле . Благодаря этому усовершенствованию более сложные и надежные процессоры были построены на одной или нескольких печатных платах, содержащих дискретные (отдельные) компоненты.

В 1964 году IBM представила свою компьютерную архитектуру IBM System / 360, которая использовалась в серии компьютеров, способных запускать одни и те же программы с разной скоростью и производительностью. Это было важно в то время, когда большинство электронных компьютеров были несовместимы друг с другом, даже те, которые производились одним и тем же производителем. Чтобы облегчить это улучшение, IBM использовала концепцию микропрограммы (часто называемую «микрокодом»), которая до сих пор широко используется в современных процессорах. Архитектура System / 360 была настолько популярна, что десятилетиями доминировала на рынке мэйнфреймов и оставила наследие, которое до сих пор продолжают аналогичные современные компьютеры, такие как IBM zSeries . В 1965 году Digital Equipment Corporation (DEC) представила еще один влиятельный компьютер, ориентированный на научные и исследовательские рынки, PDP-8 .

Плата Fujitsu с процессорами SPARC64 VIIIfx

Компьютеры на базе транзисторов имели несколько явных преимуществ перед своими предшественниками. Помимо повышения надежности и снижения энергопотребления, транзисторы также позволяли процессорам работать на гораздо более высоких скоростях из-за короткого времени переключения транзистора по сравнению с лампой или реле. Повышенная надежность и резко увеличенная скорость переключающих элементов (которые к тому времени были почти исключительно транзисторами), тактовые частоты процессора в десятки мегагерц были легко получены в этот период. Кроме того, в то время как дискретные транзисторы и процессоры IC были интенсивно использованы, начали появляться новые высокопроизводительные конструкции, такие как векторные процессоры SIMD (Single Instruction Multiple Data) . Эти ранние экспериментальные образцы позже породили эпоху специализированных суперкомпьютеров , как те , сделанные Cray Inc и Fujitsu Ltd .

Маломасштабные интеграционные процессоры

В этот период был разработан метод изготовления множества соединенных между собой транзисторов в компактном пространстве. Интегральной схемы (ИС) позволила большое количество транзисторов , которые будут изготовлены на одной полупроводниковой основанное фильеры , или «чипа». Сначала в микросхемы были миниатюризированы только очень простые неспециализированные цифровые схемы, такие как вентили NOR . ЦП, основанные на этих «строительных блоках» ИС, обычно называют устройствами «малой интеграции» (SSI). ИС SSI, такие как те, что используются в компьютере управления Apollo , обычно содержат до нескольких десятков транзисторов. Для создания всего ЦП из микросхем SSI требовались тысячи отдельных микросхем, но при этом потреблялось гораздо меньше места и энергии, чем в более ранних конструкциях с дискретными транзисторами.

IBM System / 370 , являющаяся продолжением System / 360, использовала микросхемы SSI, а не дискретно-транзисторные модули Solid Logic Technology . Фирмы DEC PDP-8 / I и KI10 PDP-10 также перешли от отдельных транзисторов , используемых ПРП-8 и PDP-10 на SSI ИС, и их чрезвычайно популярной PDP-11 линия была построена с SSI ИМС , но в конечном итоге реализованы Компоненты LSI, когда они стали практичными.

Процессоры для крупномасштабной интеграции

МОП — транзистор (металл-оксид-полупроводник полевой транзистор), также известный как МОП — транзистора, был изобретен Mohamed Atalla и Давон Канг в Bell Labs в 1959 году, и продемонстрировал в 1960 г. Это привело к развитию МОП (металл -оксид-полупроводник) интегральная схема, предложенная Аталлой в 1960 году и Кангом в 1961 году, а затем изготовленная Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA в 1962 году. Обладая высокой масштабируемостью , гораздо более низким энергопотреблением и более высокой плотностью, чем у транзисторов с биполярным переходом , МОП-транзистор позволил создавать интегральные схемы высокой плотности .

Ли Бойсел опубликовал влиятельные статьи, в том числе «манифест» 1967 года, в котором описывалось, как построить эквивалент 32-разрядного мэйнфрейма из относительно небольшого числа крупномасштабных интегральных схем (БИС). Единственный способ построения LSI чипов, которые являются чипы со ста или более ворот, было построить их с помощью МОП полупроводникового производственного процесса (либо PMOS логику , логику NMOS , или КМОП логики ). Однако некоторые компании продолжали создавать процессоры на основе микросхем биполярной транзисторно-транзисторной логики (TTL), потому что транзисторы с биполярным переходом были быстрее, чем микросхемы MOS вплоть до 1970-х годов (некоторые компании, такие как Datapoint, продолжали создавать процессоры из микросхем TTL до самого начала). 1980-е годы). В 1960-х годах МОП-микросхемы были медленнее и изначально считались полезными только в приложениях, требующих малой мощности. После разработки Федерико Фаггина в Fairchild Semiconductor технологии МОП с кремниевым затвором в 1968 году, МОП-микросхемы в значительной степени заменили биполярный ТТЛ в качестве стандартной технологии микросхем в начале 1970-х годов.

По мере развития микроэлектронной технологии все большее количество транзисторов размещалось на ИС, что уменьшало количество отдельных ИС, необходимых для полного ЦП. ИС MSI и LSI увеличили количество транзисторов до сотен, а затем и до тысяч. К 1968 году количество микросхем, необходимых для создания полного ЦП, было сокращено до 24 микросхем восьми различных типов, каждая из которых содержит примерно 1000 полевых МОП-транзисторов. В отличие от своих предшественников SSI и MSI, первая LSI-реализация PDP-11 содержала ЦП, состоящий всего из четырех интегральных схем LSI.

Микропроцессоры

Die из Intel 80486DX2 микропроцессора (фактический размер: 12 × 6,75 мм) в упаковке

Внутри ноутбука с удаленным процессором из гнезда

Достижения в технологии МОП- микросхем привели к изобретению микропроцессора в начале 1970-х годов. С момента появления первого коммерчески доступного микропроцессора Intel 4004 в 1971 году и первого широко используемого микропроцессора Intel 8080 в 1974 году этот класс процессоров почти полностью вытеснил все другие методы реализации центральных процессоров. Производители мэйнфреймов и миникомпьютеров того времени запустили проприетарные программы разработки ИС для обновления своих старых компьютерных архитектур и в конечном итоге выпустили микропроцессоры, совместимые с набором команд, которые были обратно совместимы с их старым оборудованием и программным обеспечением. В сочетании с появлением и возможным успехом повсеместного распространения персональных компьютеров термин ЦП теперь применяется почти исключительно к микропроцессорам. Несколько процессоров (обозначенных ядер ) могут быть объединены в одном процессоре.

Предыдущие поколения ЦП были реализованы в виде дискретных компонентов и множества небольших интегральных схем (ИС) на одной или нескольких печатных платах. С другой стороны, микропроцессоры — это процессоры, изготовленные на очень небольшом количестве микросхем; обычно всего один. Общий меньший размер ЦП в результате реализации на одном кристалле означает более быстрое время переключения из-за физических факторов, таких как уменьшение паразитной емкости затвора . Это позволило синхронным микропроцессорам иметь тактовую частоту от десятков мегагерц до нескольких гигагерц. Кроме того, возможность конструировать чрезвычайно маленькие транзисторы на ИС многократно увеличила сложность и количество транзисторов в одном ЦП. Эта широко наблюдаемая тенденция описывается законом Мура , который оказался достаточно точным предсказателем роста сложности ЦП (и других ИС) до 2016 года.

В то время как сложность, размер, конструкция и общая форма ЦП сильно изменились с 1950 года, базовая конструкция и функции практически не изменились. Почти все распространенные сегодня процессоры можно очень точно описать как машины с хранимыми программами фон Неймана. Поскольку закон Мура больше не действует, возникли опасения по поводу ограничений технологии транзисторов интегральных схем. Чрезвычайная миниатюризация электронных ворот приводит к тому, что эффекты таких явлений, как электромиграция и подпороговая утечка, становятся гораздо более значительными. Эти новые опасения являются одними из многих факторов, заставляющих исследователей исследовать новые методы вычислений, такие как квантовый компьютер , а также расширять использование параллелизма и других методов, которые расширяют полезность классической модели фон Неймана.

Операция

Основная операция большинства ЦП, независимо от физической формы, которую они принимают, — это выполнение последовательности сохраненных инструкций, которая называется программой. Инструкции, которые должны быть выполнены, хранятся в какой-то памяти компьютера . Почти все процессоры следуют этапам выборки, декодирования и выполнения в своей операции, которые в совокупности известны как цикл команд .

После выполнения инструкции весь процесс повторяется, при этом следующий цикл инструкции обычно выбирает следующую команду из-за увеличенного значения в счетчике программ . Если была выполнена инструкция перехода, счетчик программы будет изменен, чтобы содержать адрес инструкции, к которой был выполнен переход, и выполнение программы продолжается в обычном режиме. В более сложных CPU несколько инструкций могут быть извлечены, декодированы и выполнены одновременно. В этом разделе описывается то, что обычно называют « классическим конвейером RISC », который довольно часто встречается среди простых процессоров, используемых во многих электронных устройствах (часто называемых микроконтроллерами). Он в значительной степени игнорирует важную роль кеш-памяти ЦП и, следовательно, этап доступа к конвейеру.

Некоторые инструкции управляют программным счетчиком, а не производят данные результата напрямую; такие инструкции обычно называются «переходами» и облегчают поведение программы, такое как циклы , условное выполнение программы (посредством использования условного перехода) и существование функций . В некоторых процессорах некоторые другие инструкции изменяют состояние битов в регистре «флагов» . Эти флаги могут использоваться, чтобы влиять на поведение программы, поскольку они часто указывают на результат различных операций. Например, в таких процессорах команда «сравнить» оценивает два значения и устанавливает или очищает биты в регистре флагов, чтобы указать, какое из них больше или равны ли они; один из этих флагов может затем использоваться более поздней инструкцией перехода для определения хода выполнения программы.

Получить

Первый шаг, выборка, включает извлечение инструкции (которая представлена числом или последовательностью чисел) из памяти программы. Расположение (адрес) инструкции в памяти программ определяется счетчиком программ (ПК; в микропроцессорах Intel x86 он называется «указателем инструкции» ), в котором хранится число, идентифицирующее адрес следующей инструкции, которая должна быть выбрана. После того, как команда выбрана, длина ПК увеличивается на длину команды, так что он будет содержать адрес следующей инструкции в последовательности. Часто команда, которая должна быть выбрана, должна быть получена из относительно медленной памяти, что приводит к остановке процессора в ожидании возврата команды. В современных процессорах эта проблема в основном решается с помощью кешей и конвейерных архитектур (см. Ниже).

Декодировать

Инструкция, которую ЦП извлекает из памяти, определяет, что ЦП будет делать. На этапе декодирования, выполняемом схемой, известной как декодер команд , инструкция преобразуется в сигналы, управляющие другими частями ЦП.

Способ интерпретации инструкции определяется архитектурой набора инструкций ЦП (ISA). Часто одна группа битов (то есть «поле») в инструкции, называемая кодом операции, указывает, какая операция должна быть выполнена, в то время как остальные поля обычно предоставляют дополнительную информацию, необходимую для операции, такую как операнды. Эти операнды могут быть указаны как постоянное значение (называемое непосредственным значением) или как местоположение значения, которое может быть регистром процессора или адресом памяти, как определено некоторым режимом адресации .

В некоторых конструкциях ЦП декодер команд реализован в виде фиксированной неизменяемой схемы. В других случаях микропрограмма используется для преобразования инструкций в наборы сигналов конфигурации ЦП, которые применяются последовательно в течение нескольких тактовых импульсов. В некоторых случаях память, в которой хранится микропрограмма, может быть перезаписана, что позволяет изменить способ, которым ЦП декодирует инструкции.

Выполнить

После шагов выборки и декодирования выполняется шаг выполнения. В зависимости от архитектуры ЦП это может состоять из одного действия или последовательности действий. Во время каждого действия различные части ЦП электрически соединяются, поэтому они могут выполнять все или часть желаемой операции, а затем действие завершается, обычно в ответ на тактовый импульс. Очень часто результаты записываются во внутренний регистр ЦП для быстрого доступа с помощью последующих инструкций. В других случаях результаты могут быть записаны в более медленную, но менее дорогую и более емкую основную память .

Например, если должна быть выполнена инструкция сложения, входы арифметико-логического блока (ALU) подключены к паре источников операндов (числа, которые должны быть суммированы), ALU настроен на выполнение операции сложения, так что сумма его Входы операндов появятся на его выходе, а выход ALU будет подключен к хранилищу (например, регистру или памяти), который получит сумму. Когда происходит тактовый импульс, сумма будет передана в хранилище, и, если результирующая сумма будет слишком большой (т. Е. Больше, чем размер выходного слова ALU), будет установлен флаг арифметического переполнения.

Структура и реализация

Блок-схема базового однопроцессорного компьютера. Черные линии обозначают поток данных, а красные линии обозначают поток управления; стрелки указывают направления потока.

В схемы ЦП встроен набор основных операций, которые он может выполнять, которые называются набором инструкций . Такие операции могут включать, например, сложение или вычитание двух чисел, сравнение двух чисел или переход к другой части программы. Каждая базовая операция представлена определенной комбинацией битов , известной как код операции машинного языка ; при выполнении инструкций в программе на машинном языке ЦП решает, какую операцию выполнять, «декодируя» код операции. Полная инструкция на машинном языке состоит из кода операции и, во многих случаях, дополнительных битов, которые определяют аргументы для операции (например, числа, которые должны быть суммированы в случае операции сложения). По шкале сложности программа на машинном языке представляет собой набор инструкций на машинном языке, которые выполняет ЦП.

Фактическая математическая операция для каждой инструкции выполняется схемой комбинационной логики в процессоре ЦП, известной как арифметико-логический блок или ALU. Как правило, ЦП выполняет инструкцию, извлекая ее из памяти, используя свой ALU для выполнения операции, а затем сохраняя результат в памяти. Помимо инструкций для целочисленной математики и логических операций, существуют различные другие машинные инструкции, например, для загрузки данных из памяти и их сохранения, операций ветвления и математических операций над числами с плавающей запятой, выполняемых модулем с плавающей запятой ЦП (FPU ).

Устройство управления

Блок управления (CU) — это компонент ЦП, который управляет работой процессора. Он сообщает памяти компьютера, арифметическому и логическому устройству, а также устройствам ввода и вывода, как реагировать на инструкции, отправленные процессору.

Он управляет работой других устройств, обеспечивая синхронизирующие и управляющие сигналы. Большинство компьютерных ресурсов управляется CU. Он направляет поток данных между ЦП и другими устройствами. Джон фон Нейман включил блок управления как часть архитектуры фон Неймана . В современных компьютерных разработках блок управления обычно является внутренней частью ЦП, и его общая роль и работа не изменились с момента его появления.

Арифметико-логическое устройство

Символьное представление ALU и его входных и выходных сигналов

Арифметико-логический блок (ALU) — это цифровая схема в процессоре, которая выполняет целочисленные арифметические и побитовые логические операции. Входами в ALU являются слова данных, с которыми нужно работать (называемые операндами ), информация о состоянии из предыдущих операций и код от блока управления, указывающий, какую операцию выполнить. В зависимости от выполняемой инструкции операнды могут поступать из внутренних регистров ЦП или внешней памяти, или они могут быть константами, генерируемыми самим ALU.

Когда все входные сигналы установлены и распространяются через схему ALU, результат выполненной операции появляется на выходах ALU. Результат состоит как из слова данных, которое может храниться в регистре или памяти, так и из информации о состоянии, которая обычно сохраняется в специальном внутреннем регистре ЦП, зарезервированном для этой цели.

Блок генерации адресов

Блок генерации адресов ( AGU ), иногда также называемый блоком вычисления адресов ( ACU ), представляет собой исполнительный блок внутри ЦП, который вычисляет адреса, используемые ЦП для доступа к основной памяти . За счет того, что вычисления адресов обрабатываются отдельной схемой, которая работает параллельно с остальной частью ЦП, количество циклов ЦП, необходимых для выполнения различных машинных инструкций, может быть уменьшено, что приводит к повышению производительности.

При выполнении различных операций процессорам необходимо вычислять адреса памяти, необходимые для выборки данных из памяти; например, позиции элементов массива в памяти должны быть вычислены до того, как ЦП сможет извлечь данные из фактических мест памяти. Эти вычисления с генерацией адреса включают различные целочисленные арифметические операции , такие как сложение, вычитание, операции по модулю или битовые сдвиги . Часто для вычисления адреса памяти используется более одной машинной инструкции общего назначения, которые не обязательно декодируются и выполняются быстро. Путем включения AGU в конструкцию ЦП вместе с введением специализированных инструкций, использующих AGU, различные вычисления для генерации адресов могут быть выгружены из остальной части ЦП и часто могут быть выполнены быстро за один цикл ЦП.

Возможности AGU зависят от конкретного процессора и его архитектуры . Таким образом, некоторые AGU реализуют и предоставляют больше операций вычисления адресов, в то время как некоторые также включают более сложные специализированные инструкции, которые могут работать с несколькими операндами одновременно. Кроме того, некоторые архитектуры ЦП включают в себя несколько AGU, поэтому одновременно может выполняться более одной операции вычисления адреса, что приводит к дальнейшему повышению производительности за счет использования суперскалярной природы усовершенствованных конструкций ЦП. Например, Intel включает несколько AGU в свои микроархитектуры Sandy Bridge и Haswell , которые увеличивают пропускную способность подсистемы памяти ЦП, позволяя выполнять несколько инструкций доступа к памяти параллельно.

Блок управления памятью (MMU)

Большинство высокопроизводительных микропроцессоров (настольных ПК, портативных компьютеров, серверных компьютеров) имеют блок управления памятью, преобразующий логические адреса в физические адреса ОЗУ, обеспечивая защиту памяти и возможности разбиения на страницы , полезные для виртуальной памяти . Более простые процессоры, особенно микроконтроллеры , обычно не включают MMU.

Кеш

Кэша процессора является кэш — аппаратных средств , используемый центральным процессором (ЦП) от компьютера , чтобы уменьшить среднюю стоимость (время или энергию) для доступа к данным из основной памяти . Кэш — это меньшая, более быстрая память, расположенная ближе к ядру процессора , в которой хранятся копии данных из часто используемых областей основной памяти . Большинство процессоров имеют разные независимые кеши, включая кеши инструкций и данных , где кеш данных обычно организован в виде иерархии большего количества уровней кеширования (L1, L2, L3, L4 и т. Д.).

Все современные (быстрые) процессоры (за некоторыми специализированными исключениями) имеют несколько уровней кешей процессора. Первые процессоры, использовавшие кэш, имели только один уровень кеша; в отличие от более поздних кешей уровня 1, он не был разделен на L1d (для данных) и L1i (для инструкций). Почти все современные процессоры с кешем имеют разделенный кэш L1. У них также есть кэш L2, а для более крупных процессоров — кеш L3. Кэш L2 обычно не разделяется и действует как общий репозиторий для уже разделенного кеша L1. Каждое ядро многоядерного процессора имеет выделенный кэш L2 и обычно не используется совместно между ядрами. Кэш L3 и кеши более высокого уровня являются общими для ядер и не разделяются. Кэш L4 в настоящее время встречается редко и обычно находится в динамической памяти с произвольным доступом (DRAM), а не в статической памяти с произвольным доступом (SRAM), на отдельном кристалле или чипе. Исторически так было и с L1, в то время как более крупные чипы позволяли интегрировать его и, как правило, все уровни кэш-памяти, за возможным исключением последнего уровня. Каждый дополнительный уровень кеша имеет тенденцию быть больше и оптимизироваться по-разному.

Существуют и другие типы кэшей (которые не учитываются в «размере кэша» наиболее важных кэшей, упомянутых выше), например, буфер резервной трансляции (TLB), который является частью блока управления памятью (MMU), который есть у большинства процессоров.

Размер кэшей обычно определяется степенями двойки: 4, 8, 16 и т. Д. КиБ или МиБ (для больших, отличных от L1), хотя IBM z13 имеет кэш инструкций L1 96 КиБ.

Тактовая частота

Большинство процессоров представляют собой синхронные схемы , что означает, что они используют тактовый сигнал для ускорения своих последовательных операций. Тактовый сигнал вырабатывается схемой внешнего генератора, который каждую секунду генерирует постоянное количество импульсов в виде периодической прямоугольной волны . Частота тактовых импульсов определяет скорость, с которой ЦП выполняет инструкции, и, следовательно, чем выше тактовая частота, тем больше инструкций ЦП будет выполнять каждую секунду.

Чтобы обеспечить правильную работу ЦП, период тактовой частоты превышает максимальное время, необходимое для распространения (перемещения) всех сигналов через ЦП. Установив для периода тактовой частоты значение, намного превышающее задержку распространения в наихудшем случае , можно спроектировать весь ЦП и способ перемещения данных по «краям» нарастающего и падающего тактового сигнала. Это дает преимущество значительного упрощения ЦП как с точки зрения дизайна, так и с точки зрения количества компонентов. Однако он также несет в себе недостаток, заключающийся в том, что весь ЦП должен ждать своих самых медленных элементов, хотя некоторые его части намного быстрее. Это ограничение в значительной степени компенсируется различными методами увеличения параллелизма ЦП (см. Ниже).

Однако сами по себе архитектурные улучшения не устраняют всех недостатков глобально синхронных процессоров. Например, тактовый сигнал подвержен задержкам любого другого электрического сигнала. Более высокие тактовые частоты во все более сложных ЦП затрудняют поддержание тактового сигнала в фазе (синхронизированном) во всем устройстве. Это привело к тому, что многие современные ЦП потребовали предоставления нескольких идентичных тактовых сигналов, чтобы избежать задержки одного сигнала, достаточно значительной, чтобы вызвать сбой ЦП. Другая важная проблема, связанная с резким увеличением тактовой частоты, — это количество тепла, рассеиваемого процессором . Постоянно меняющиеся часы заставляют многие компоненты переключаться независимо от того, используются ли они в это время. Как правило, переключаемый компонент потребляет больше энергии, чем элемент в статическом состоянии. Следовательно, с увеличением тактовой частоты увеличивается и потребление энергии, в результате чего ЦП требует большего рассеивания тепла в виде охлаждающих систем ЦП .

Один из методов работы с переключением ненужных компонентов называется синхронизацией , который включает отключение тактового сигнала для ненужных компонентов (эффективное их отключение). Однако это часто считается трудным для реализации и поэтому не находит широкого применения за пределами проектов с очень низким энергопотреблением. Заметный недавний дизайн процессора , который использует обширные часы стробирования является IBM PowerPC -А ксенон используется в Xbox 360 ; Таким образом значительно снижаются требования к электропитанию Xbox 360. Другой метод решения некоторых проблем с глобальным тактовым сигналом — полное удаление тактового сигнала. Хотя удаление глобального синхросигнала значительно усложняет процесс проектирования во многих отношениях, асинхронные (или бесчасовые) конструкции обладают заметными преимуществами в энергопотреблении и рассеивании тепла по сравнению с аналогичными синхронными конструкциями. Хотя это несколько необычно, но целые асинхронные процессоры были построены без использования глобального тактового сигнала. Два известных примеров этого являются ARM совместимый АМУЛЕТ и MIPS совместимые MiniMIPS R3000.

Вместо того, чтобы полностью удалять тактовый сигнал, некоторые конструкции ЦП позволяют некоторым частям устройства быть асинхронными, например, использовать асинхронные ALU в сочетании с суперскалярной конвейерной обработкой для достижения некоторого увеличения арифметической производительности. Хотя не совсем ясно, могут ли полностью асинхронные проекты работать на сопоставимом или более высоком уровне, чем их синхронные аналоги, очевидно, что они, по крайней мере, преуспевают в более простых математических операциях. Это, в сочетании с отличным энергопотреблением и теплоотдачей, делает их очень подходящими для встроенных компьютеров .

Модуль регулятора напряжения

Многие современные ЦП имеют встроенный в кристалл модуль управления питанием, который регулирует подачу напряжения по требованию на схему ЦП, позволяя поддерживать баланс между производительностью и потребляемой мощностью.

Целочисленный диапазон

Каждый CPU представляет числовые значения определенным образом. Например, некоторые ранние цифровые компьютеры представляли числа в виде знакомых десятичных (основание 10) значений числовой системы , а другие использовали более необычные представления, такие как троичное (основание три). Почти все современные процессоры представляют числа в двоичной форме, где каждая цифра представлена некоторой двузначной физической величиной, такой как «высокое» или «низкое» напряжение .

Шестибитное слово, содержащее двоично-закодированное представление десятичного значения 40. Большинство современных ЦП используют размер слова, равный степени двойки, например 8, 16, 32 или 64 бита.

С числовым представлением связаны размер и точность целых чисел, которые может представлять ЦП. В случае бинарного процессора, это измеряется числом бит (значащие цифры двоичного кодированного целого числа) , что процессор может обрабатывать в одной операции, который обычно называют размер слова , битовая шириной , ширина тракта данных , целочисленная точность , или целочисленный размер . Целочисленный размер ЦП определяет диапазон целочисленных значений, с которыми он может напрямую работать. Например, 8-битный ЦП может напрямую манипулировать целыми числами, представленными восемью битами, которые имеют диапазон 256 (2 ⁸ ) дискретных целочисленных значений.

Целочисленный диапазон также может влиять на количество ячеек памяти, которые ЦП может напрямую адресовать (адрес — это целое число, представляющее конкретную ячейку памяти). Например, если двоичный ЦП использует 32 бита для представления адреса памяти, то он может напрямую адресовать 2 ³² ячейки памяти. Чтобы обойти это ограничение и по ряду других причин, некоторые процессоры используют механизмы (например, переключение банков ), которые позволяют адресовать дополнительную память.

Процессоры с большим размером слова требуют большего количества схем и, следовательно, физически больше, стоят больше и потребляют больше энергии (и, следовательно, выделяют больше тепла). В результате в современных приложениях обычно используются более мелкие 4- или 8-разрядные микроконтроллеры , хотя доступны процессоры с гораздо большими размерами слова (например, 16, 32, 64 и даже 128-разрядные). Однако, когда требуется более высокая производительность, преимущества большего размера слова (большие диапазоны данных и адресные пространства) могут перевешивать недостатки. ЦП может иметь внутренние пути к данным короче, чем размер слова, чтобы уменьшить размер и стоимость. Например, даже несмотря на то, что набор команд IBM System / 360 был 32-битным, у System / 360 Model 30 и Model 40 были 8-битные пути данных в арифметико-логическом блоке, так что 32-битное сложение требовало четырех циклов, по одному на каждые 8 бит операндов, и, хотя набор команд серии Motorola 68000 был 32-битным набором команд, Motorola 68000 и Motorola 68010 имели 16-битные пути данных в арифметико-логическом устройстве, так что 32-битное сложение потребовало двух циклов.

Чтобы получить некоторые преимущества, предоставляемые как более низкой, так и более высокой битовой длиной, многие наборы инструкций имеют разную разрядность для целочисленных данных и данных с плавающей запятой, что позволяет процессорам, реализующим этот набор инструкций, иметь разную разрядность для разных частей устройства. Например, набор команд IBM System / 360 был в основном 32-битным, но поддерживал 64-битные значения с плавающей запятой для обеспечения большей точности и диапазона чисел с плавающей запятой. Модель 65 System / 360 имела 8-битный сумматор для десятичной и двоичной арифметики с фиксированной запятой и 60-битный сумматор для арифметики с плавающей запятой. Во многих более поздних конструкциях ЦП используется аналогичная смешанная разрядность, особенно когда процессор предназначен для универсального использования, когда требуется разумный баланс возможностей целых чисел и чисел с плавающей запятой.

Параллелизм

Модель субскалярного процессора, в котором для выполнения трех инструкций требуется пятнадцать тактовых циклов.

Описание основных операций ЦП, предложенное в предыдущем разделе, описывает простейшую форму, которую может принимать ЦП. Этот тип ЦП, обычно называемый субскалярным , работает и выполняет одну инструкцию с одним или двумя частями данных за раз, то есть меньше одной инструкции за такт ( IPC <1 ).

Этот процесс приводит к неэффективности субскалярных процессоров. Поскольку одновременно выполняется только одна инструкция, весь ЦП должен дождаться завершения этой инструкции, прежде чем перейти к следующей инструкции. В результате субскалярный ЦП «зависает» на командах, выполнение которых требует более одного тактового цикла. Даже добавление второго исполнительного модуля (см. Ниже) не сильно улучшает производительность; Вместо того, чтобы зависать один путь, теперь зависают два пути и увеличивается количество неиспользуемых транзисторов. Эта конструкция, в которой ресурсы выполнения ЦП могут работать только с одной инструкцией за раз, может достичь только скалярной производительности (одна инструкция за такт, IPC = 1 ). Однако производительность почти всегда субскалярная (менее одной инструкции за такт, IPC <1 ).

Попытки достичь скалярной и более высокой производительности привели к появлению множества методологий проектирования, которые заставляют ЦП вести себя менее линейно и более параллельно. Говоря о параллелизме в процессорах, обычно используются два термина для классификации этих методов проектирования:

Каждая методология отличается как способами реализации, так и относительной эффективностью, которую они обеспечивают для увеличения производительности ЦП для приложения.

Параллелизм на уровне инструкций

Базовый пятиступенчатый конвейер. В лучшем случае этот конвейер может поддерживать скорость выполнения одной инструкции за такт.

Один из простейших методов, используемых для достижения повышенного параллелизма, — это начать первые шаги выборки и декодирования инструкций до того, как завершится выполнение предыдущей инструкции. Это простейшая форма техники, известной как конвейерная обработка инструкций , которая используется почти во всех современных процессорах общего назначения. Конвейерная обработка позволяет выполнять более одной инструкции в любой момент времени, разбивая путь выполнения на отдельные этапы. Это разделение можно сравнить с конвейерной линией, на которой инструкция выполняется более полной на каждом этапе, пока она не выйдет из конвейера выполнения и не будет удалена.

Однако конвейерная обработка действительно создает возможность ситуации, когда результат предыдущей операции необходим для завершения следующей операции; состояние, часто называемое конфликтом зависимости данных. Чтобы справиться с этим, необходимо проявить дополнительную осторожность, чтобы проверить такие условия и задержать часть конвейера команд, если это произойдет. Естественно, для этого требуются дополнительные схемы, поэтому конвейерные процессоры более сложны, чем субскалярные (хотя и не очень). Конвейерный процессор может стать почти скалярным, что сдерживается только остановками конвейера (инструкция тратит более одного такта на этапе).

Простой суперскалярный конвейер. Посредством выборки и отправки двух инструкций за один раз можно выполнить максимум две инструкции за такт.

Дальнейшее усовершенствование идеи конвейерной обработки команд привело к разработке метода, который еще больше снижает время простоя компонентов ЦП. Конструкции , которые , как говорят, суперскалярными включают в себя длинный конвейер команд и несколько идентичных исполнительных блоки , такие , как нагрузки магазина единицы , арифметико-логических устройства , блоки с плавающей точкой и блоки генерации адреса . В суперскалярном конвейере несколько инструкций считываются и передаются диспетчеру, который решает, могут ли инструкции выполняться параллельно (одновременно). Если да, то они отправляются доступным исполнительным модулям, что дает возможность одновременного выполнения нескольких инструкций. В общем, чем больше инструкций суперскалярный ЦП может отправить одновременно ожидающим исполнительным модулям, тем больше инструкций будет выполнено в данном цикле.

Большая часть трудностей при разработке суперскалярной архитектуры ЦП заключается в создании эффективного диспетчера. Диспетчер должен иметь возможность быстро и правильно определять, могут ли инструкции выполняться параллельно, а также отправлять их таким образом, чтобы сохранять занятыми как можно больше исполнительных модулей. Для этого требуется, чтобы конвейер команд заполнялся как можно чаще, и возникает потребность в суперскалярных архитектурах для значительных объемов кэша ЦП . Это также делает методы предотвращения опасностей, такие как прогнозирование ветвлений , спекулятивное выполнение , переименование регистров , выполнение вне очереди и транзакционная память, критически важными для поддержания высокого уровня производительности. Пытаясь предсказать, какое ответвление (или путь) займет условная инструкция, ЦП может минимизировать количество раз, которое весь конвейер должен ждать, пока условная инструкция не будет завершена. Спекулятивное выполнение часто обеспечивает умеренное повышение производительности за счет выполнения частей кода, которые могут не понадобиться после завершения условной операции. Выполнение вне очереди несколько изменяет порядок, в котором выполняются инструкции, чтобы уменьшить задержки из-за зависимостей данных. Также в случае одного потока инструкций, нескольких потоков данных — в случае, когда необходимо обработать много данных одного типа — современные процессоры могут отключать части конвейера, так что, когда одна инструкция выполняется много раз, ЦП пропускает фазы выборки и декодирования и, таким образом, значительно увеличивает производительность в определенных случаях, особенно в очень монотонных программных движках, таких как программное обеспечение для создания видео и обработки фотографий.

В случае, когда часть ЦП является суперскалярной, а часть — нет, часть, которая не является суперскалярной, страдает от потери производительности из-за остановок планирования. Intel P5 Pentium имел два суперскалярных ALU, которые могли принимать по одной инструкции за такт каждый, но его FPU не мог принимать одну инструкцию за такт. Таким образом, P5 был целочисленным суперскаляром, но не суперскаляром с плавающей запятой. Преемник архитектуры Intel P5, P6 , добавил суперскалярные возможности к своим функциям с плавающей запятой и, следовательно, позволил значительно повысить производительность инструкций с плавающей запятой.

Как простая конвейерная обработка, так и суперскалярная конструкция увеличивают ILP ЦП, позволяя одному процессору завершать выполнение инструкций со скоростью, превышающей одну инструкцию за такт. Большинство современных ЦП являются, по крайней мере, несколько суперскалярными, и почти все ЦП общего назначения, разработанные в последнее десятилетие, являются суперскалярными. В последующие годы часть внимания при разработке компьютеров с высоким уровнем ILP была перенесена с аппаратного обеспечения ЦП на его программный интерфейс, или ISA . Стратегия очень длинного командного слова (VLIW) приводит к тому, что некоторая часть ILP становится подразумеваемой непосредственно программным обеспечением, уменьшая объем работы, которую CPU должен выполнять для повышения ILP, и тем самым уменьшая сложность проекта.

Параллелизм на уровне задач

Другая стратегия достижения производительности — параллельное выполнение нескольких потоков или процессов . Эта область исследований известна как параллельные вычисления . В таксономии Флинна эта стратегия известна как множественный поток инструкций, множественный поток данных (MIMD).

Одной из технологий, используемых для этой цели, была многопроцессорная обработка (MP). Первоначальная разновидность этой технологии известна как симметричная многопроцессорная обработка (SMP), когда небольшое количество процессоров совместно используют согласованное представление о своей системе памяти. В этой схеме каждый ЦП имеет дополнительное оборудование для постоянного обновления памяти. Избегая устаревших представлений о памяти, центральные процессоры могут взаимодействовать с одной и той же программой, а программы могут переноситься с одного процессора на другой. Чтобы увеличить количество взаимодействующих процессоров сверх горстки, в 1990-х годах были введены такие схемы, как неоднородный доступ к памяти (NUMA) и протоколы согласованности на основе каталогов . Системы SMP ограничены небольшим количеством процессоров, в то время как системы NUMA были построены с тысячами процессоров. Первоначально многопроцессорность была построена с использованием нескольких дискретных процессоров и плат для реализации взаимосвязи между процессорами. Когда процессоры и их взаимосвязь реализованы

▷ Как выбрать процессоры — в ✔ E-katalog.ru ✔ , советы по выбору, характеристики в каталоге процессоров

Комплектуется кулером

Наличие кулера в комплекте поставки процессора. Подобная комплектация удобна тем, что пользователю не нужно отдельно искать подходящий кулер: комплектная система охлаждения изначально совместима с процессором и ее эффективность соответствует тепловыделению CPU.

Серия

Серия, к которой относится процессор.

Серия обычно объединяет чипы, схожие по общему уровню, характеристикам, особенностям и назначению — например, бюджетные процессоры с низким энергопотреблением, модели среднего уровня с расширенными графическими возможностями, и т. п. Выбор процессора удобнее всего начать именно с определения серии, которая вам оптимально подойдет; правда, стоит учесть, что чипы одной серии могут относится к разным поколениям.

Вот самые популярные серии процессоров от Intel:

— Celeron. Процессоры бюджетного уровня, наиболее простые и недорогие десктопные чипы потребительского уровня от Intel, с соответствующими характеристиками. Могут сочетать CPU со встроенным графическим модулем.

— Pentium. Серия бюджетных настольных процессоров от Intel, несколько более продвинутая, чем Celeron.

— Core i3. Серия процессоров начального и среднего уровня, наиболее бюджетная серия в семействе Core ix. Выполнены на основе двухъядерной архитектуры, имеют кэш третьего уровня и встроенный графический процессор.

— Core i5. Серия процессоров среднего класса как вообще, так и в семействе Core ix. Архитектура двух- либо четырехъядерная, имеют кэш третьего уровня, многие модели также оснащены встроенным графическим чипом.

— Core i7. Серия пр…оизводительных процессоров; до появления линейки i9 в мае 2017 года были самыми продвинутыми в семействе Core ix. Имеют не менее 4 ядер (в топовых решениях — до 8), объемный кэш 3 уровня и встроенную графику.

— Core i9. Высокопроизводительные настольные процессоры, представленные в 2017 году; самая продвинутая серия Core ix и самая мощная линейка десктопных CPU на момент выпуска. Имеют от 10 ядер (от 6 в мобильных версиях).

— Xeon. Серия производительных процессоров, предназначенных прежде всего для серверов. Хорошо подходят для работы в многопроцессорных системах. Количество ядер составляет 2, 4 либо 6, многие модели имеют кэш третьего уровня.

Наиболее популярные в наше время серии процессоров AMD включают Fusion, A-Series, Athlon, FX, Ryzen 3, Ryzen 5, Ryzen 7, Ryzen 9, Ryzen Threadripper, EPYC.

— A-Series. Серия так называемых гибридных процессоров от AMD, называемых также APU — Accelerated Processing Unit. Представляют собой в основном высококлассные решения с продвинутой интегрированной графикой, возможности которой в некоторых моделях сравнимы с дискретными видеокартами. В частности, для новейших процессоров A-Series заявлена возможность полноценной работы с многими популярными онлайн-играми на максимальных настройках.

— EPYC. Серия профессиональных процессоров от AMD, предназначенных преимущественно для серверов; позиционируются, в частности, как решения, оптимизированные для применения в облачных сервисах. Построены на микроархитектуре Zen, так же, как и настольные Ryzen (см. ниже).

— FX. Семейство высококлассных производительных процессоров от AMD, первая в мире серия, представившая восьмиядерный процессор для ПК. Впрочем, есть и относительно скромные четырехъядерные. Еще одна особенность — жидкостное охлаждение, штатно входящее в комплект поставки некоторых моделей: классического воздушного бывает недостаточно с учётом высокой мощности и соответствующего TDP (см. ниже).

— AMD Fusion. Все семейство процессоров Fusion изначально было создано как устройства с интегрированной графикой, объединяющие в одном чипе центральный процессор и видеокарту; такие чипы называют APU — Accelerated Processing Unit, а их графическая производительность нередко сравнима с недорогими дискретными видеокартами. Современные процессоры Fusion имеют маркировку с буквой А и четным числом — от А4 до А12; чем больше число — тем более продвинутой является серия.

— Athlon. Сама по себе маркировка Athlon используется во многих семействах процессоров от AMD, в том числе окончательно устаревших. В наше время под данным названием могут подразумеваться как Athlon X4, так и «обычные» Athlon с уточнением кодового названия — обычно Bristol Ridge или Raven Ridge. Все эти CPU рассчитаны в основном на системы потребительского уровня. При этом чипы X4 были выпущены в 2015 году и позиционируются как сравнительно недорогие и в то же время производительные решения под сокет FM+. Процессоры Athlon Bristol Ridge появились в 2016 году и стали последней серией «атлонов» на основе микроархитектуры Excavator (28-нм техпроцесс). Следующее поколение, Raven Ridge, использовало уже микроархитектуру Zen, представившую ряд ключевых улучшений — в частности, 14-нм техпроцесс и поддержку многопоточности. Обе этих серии относятся к среднему уровню.

— Ryzen 3. Третья по счету серия процессоров от AMD, построенных на микроархитектуре Zen (после Ryzen 7 и Ryzen 5). Первые чипы этой серии были выпущены летом 2017 года и стали самыми бюджетными решениями среди всех Ryzen. Выпускаются они по тем же технологиям, что и старшие серии, однако в Ryzen 3 деактивирована половина вычислительных ядер. Тем не менее, данная линейка включает довольно производительные устройства, рассчитанные в том числе на игровые конфигурации и рабочие станции.

— Ryzen 5. Серия процессоров от AMD, построенная на микроархитектуре Zen. Вторая по счету серия на этой архитектуре, выпущенная в апреле 2017 года как более доступная альтернатива чипам Ryzen 7. Чипы Ryzen 5 имеют несколько более скромные рабочие характеристики (в частности, меньшую тактовую частоту и, в некоторых моделях, объем кэша L3). В остальном они полностью аналогичны «семеркам» и также позиционируются как высокопроизводительные чипы для игровых и рабочих станций. Подробнее см. «Ryzen 7» ниже.

— Ryzen 7. Первая серия процессоров от AMD, построенная на микроархитектуре Zen. Была представлена в марте 2017 года. В целом чипы Ryzen (всех серий) продвигаются как высококлассные решения для геймеров, разработчиков, графических дизайнеров и видеоредакторов. Одним из главных отличий Zen от предыдущих микроархитектур стало использование одновременной многопоточности (см. «SMT (многопоточность)»), за счет чего было значительно увеличено количество операций за такт при той же тактовой частоте. Помимо этого, каждое ядро получило собственный блок вычислений с плавающей точкой, увеличилась скорость работы кэш-памяти первого уровня, а объем кэша L3 в Ryzen 7 штатно составляет 16 МБ.

— Ryzen 9. Серия, представленная в 2019 году с выпуском чипов третьего поколения Matisse на микроархитектуре Zen. Как и все Ryzen, предназначается в основном для высокопроизводительных игровых и рабочих станций, геймерских систем и ПК энтузиастов; при этом данная серия стала топовой среди всех «райзенов», потеснив с этой позиции Ryzen 7. К примеру, первые модели Ryzen 9 имели 12 ядер и 24 потока, в более поздних это количество было увеличено до 16/32 соответственно.

— Ryzen Threadripper. Серия высокопроизводительных процессоров от AMD, позиционируемая как «решения для игр и творчества»: по утверждению производителей, чипы Threadripper специально разработаны для высокопроизводительных геймерских систем и рабочих станций. Имеют от 8 ядер и поддерживают многопоточность.

Помимо серий, современные процессоры делятся также на поколения, по времени выпуска. При этом одно поколение включает несколько серий, а одна серия может выпускаться в пределах нескольких поколений. Подробнее об этом см. «Кодовое название».

Кодовое название

Данный параметр характеризует, во-первых, техпроцесс (см. выше), во-вторых, некоторые особенности внутреннего устройства процессоров. Новое (или хотя бы обновленное) кодовое название вводится на рынок вместе с каждым новым поколением CPU; чипы одной архитектуры являются «ровесниками», но могут относиться к разным сериям (см. выше). При этом одно поколение может включать как одно, так и несколько кодовіх названий.

Вот наиболее распространенные на сегодняшний день кодовые названия Intel:
Skylake (6-е поколение), Kaby Lake (7-е поколение), Skylake-X (7-е поколение), Kaby Lake-X (7-е поколение), Coffee Lake (8-е поколение), Coffee Lake Refresh (9-е поколение), Skylake-X Refresh (9-е пок.), Cascade Lake-X(10-е поколение) и Comet Lake(10-е поколение).

Для AMD этот список включает Zen Summit, Zen Raven, Zen+ Pinnacle, Zen+ Picasso, Zen2 Matisse, Zen2 Renoir и Zen3 Vermeer.

Разъем (Socket)

Тип разъема (сокета) для установки процессора на материнской плате. Для нормальной совместимости необходимо, чтобы CPU и «материнка» совпадали по типу сокета; перед покупкой того и другого этот момент стоит уточнять отдельно

Для процессоров Intel на сегодня актуальны следующие сокеты: 1150, 1155, 1356, 2011, 2011 v3, 2066, 1151, 1151 v2, 3647, 1200.

В свою очередь, процессоры AMD оснащаются такими типами разъемов:AM3/AM3+, FM2/FM2+, AM4, TR4/TRX4.

Кол-во ядер

Количество физических ядер, предусмотренное в конструкции процессора. Ядро — это часть процессора, отвечающая за выполнение одного потока команд; соответственно, наличие нескольких ядер позволяет CPU работать одновременно с несколькими задачами, что положительно сказывается на производительности. А во многих современных процессорах возможно даже выполнение нескольких потоков на одном ядре; подробнее об этом см. «Кол-во потоков (threads)».

Обычно ядер — четное количество; трехъядерная архитектура встречается относительно редко и является скорее исключением, а одноядерные чипы практически полностью вышли из употребления. В настольных процессорах 2 ядра, как правило, характерны для бюджетных моделей и недорогих решений среднего класса, 4 ядра уже свойственно для среднего уровня, 6 ядер, 8-ядерные и более — для продвинутого, включая процессоры для серверов и рабочих станций. В то же время стоит учитывать, что фактические возможности CPU определяются не только данным параметром, но и другими характеристиками — прежде всего серией и поколением / архитектурой (см. соответствующие пункты). Не редкостью являются ситуации, когда, к примеру, более продвинутый и/или новый двухъядерный процессор оказывается мощнее, чем четырёхъядерный чип более скромной серии или более ранней архитектуры. Так что сравнив…ать CPU по количеству ядер имеет смысл только в пределах одной серии и поколения.

Кол-во потоков

Количество потоков команд, которое процессор может выполнять одновременно.

Изначально каждое физическое ядро (см. «Кол-во ядер») предназначалось для выполнения одного потока команд, и число потоков соответствовало количеству ядер. Однако в наше время существует немало процессоров, поддерживающие технологии многопоточности Hyper-threading или SMT (см. ниже) и способные выполнять сразу два потока на каждом ядре. В таких моделях количество потоков получается вдвое больше количества ядер — например, в четырехъядерном чипе будет указано 8 потоков.

В целом большее число потоков, при прочих равных, положительно сказывается на быстродействии и эффективности, однако повышает стоимость процессора.

Hyper-threading

Поддержка процессором функции Hyper-threading.

Hyper-threading фактически представляет собой вариант одновременной многопоточности (SMT), разработанный компанией Intel и применяемый в её чипах с 2002 года. Данная технология используется для оптимизации нагрузки на каждое физическое ядро процессора. Её ключевой принцип (упрощённо) заключается в том, что каждое такое ядро определяется системой как 2 логических ядра — например, двухъядерный процессор система «видит» как четырёхъядерный. При этом каждое физическое ядро постоянно переключается между двумя логическими ядрами, по сути — между двумя потоками команд: когда в одном потоке возникает задержка (например, в случае ошибки или в ожидании результата предыдущей инструкции), ядро не простаивает, а приступает к выполнению второго потока команд. Благодаря такой технологии уменьшается время отклика процессора, а в серверных системах — увеличивается стабильность при большом количестве подключённых пользователей.

В процессорах AMD аналогичная функция применяется под оригинальным названием SMT (см. ниже).

SMT (многопоточность)

Поддержка процессором технологии одновременной многопоточности (SMT).

В широком смысле термин SMT охватывает все варианты одновременной многопоточности, однако компания Intel применяет для своих процессоров обозначение «Hyper-threading» (см. выше). Поэтому на рынке обозначение SMT встречается только в чипах AMD; впервые подобные процессоры были представлены в 2017 году в рамках микроархитектуры Zen. Основная цель SMT заключается в том, чтобы максимально устранить простаивания ядер процессора («пустые циклы», когда не выполняется никаких действий). Достигается это следующим образом: физическое ядро процессора «видится» компьютером как два логических ядра, каждое их которых работает со своим потоком команд. Когда в одном из потоков возникает задержка (например, при ожидании результата запроса) — система переключается на другой поток, заполняя паузу и не позволяя ядру простаивать. Благодаря этому повышается фактическое количество инструкций за такт, что даёт значительный прирост скорости и производительности без изменения тактовой частоты (к примеру, для серии Ryzen заявлено увеличение количества инструкций за такт на 40% по сравнению с предыдущим поколением чипов AMD).

Тактовая частота

Количество тактов за секунду, которое выдаёт процессор в штатном рабочем режиме. Тактом называется отдельный электрический импульс, используемый для обработки данных и синхронизации процессора с остальными компонентами компьютерной системы. Различные операции могут требовать как долей такта, так и нескольких тактов, однако в любом случае тактовая частота является одним из основных параметров, характеризующих производительность и скорость работы процессора — при прочих равных характеристиках процессор с более высокой тактовой частотой будет быстрее работать и лучше справляться со значительными нагрузками. В то же время стоит учитывать, что фактическая производительность чипа определяется не только тактовой частотой, но и рядом других характеристик — начиная от серии и архитектуры (см. соответствующие пункты) и заканчивая количеством ядер и поддержкой специальных инструкций. Так что сравнивать по тактовой частоте имеет смысл только чипы со схожими характеристиками, относящиеся к одной серии и поколению.

Частота TurboBoost / TurboCore

Максимальная тактовая частота процессора, достигаемая при работе в режиме разгона Turbo Boost или Turbo Core.

Название «Turbo Boost» используется для технологии разгона, используемой компанией Intel, «Turbo Core» — для решения от AMD. Принцип действия в обоих случаях один: если некоторые ядра не задействованы или работают под нагрузкой ниже максимальной, процессор может перебрасывать на них часть нагрузки с загруженных ядер, повышая таким образом вычислительную мощность и производительность. Работа в таком режиме характерна повышением тактовой частоты, она и указывается в данном случае.

Отметим, что речь идёт о максимально возможной тактовой частоте — современные CPU способны регулировать режим работы в зависимости от ситуации, и при относительно невысокой нагрузке фактическая частота может быть ниже максимально возможной. Об общем значении данного параметра см. «Тактовая частота».

Частота TurboBoost Max 3.0

Тактовая частота процессора при работе в режиме разгона TurboBoost Max 3.0.

Данный режим является своеобразной надстройкой над оригинальным Turbo Boost (см. выше). Основной принцип его работы заключается в том, что самые критичные и «тяжеловесные» задачи отправляются для выполнения на самые быстрые и незагруженные ядра процессора. За счёт этого обеспечивается дополнительная оптимизация работы CPU и повышается его быстродействие. Как и в обычном режиме Turbo Boost, тактовая частота при использовании данной функции увеличивается, поэтому её указывают отдельно.

Техпроцесс

Техпроцесс, по которому изготовлен CPU. Указывается по размеру отдельных полупроводниковых элементов (транзисторов), из которых состоит процессор. Чем меньше этот размер, тем более продвинутым является чип: уменьшение техпроцесса снижает тепловыделение и энергопотребление, а также позволяет предусмотреть на том же кристалле большее количество транзисторов. В свете этого развитие CPU идет именно в сторону уменьшения техпроцесса.

Сегодня на рынке центральных процессоров, кроме современных 14 нм и 22 нм , все еще можно встретить 28 нм и 32 нм. А также появляются более высококлассные модели на 7 нм

Тест Passmark CPU Mark

Результат, показанный процессором в тесте Passmark CPU Mark.

Passmark CPU Mark — комплексный тест, который проверяет не только игровые возможности CPU, но и его производительность в других режимах, на основании чего и выводит общий балл; по этому баллу можно довольно достоверно оценить процессор в целом.

Модель IGP

Модель интегрированного видеоядра, установленного в процессоре. Подробнее о самом ядре см. «Интегрированная графика». А зная название модели графического чипа, можно найти его подробные характеристики и уточнить производительность процессора по работе с видео.

Что касается конкретных моделей, то в процессорах Intel используются, в частности, HD Graphics 510, HD Graphics 530, HD Graphics 610, HD Graphics 630, UHD Graphics 610 и UHD Graphics 630. Чипы AMD, в свою очередь, могут нести видеокарты Radeon R5 series, Radeon R7 series и Radeon RX Vega.

1-го уровня L1

Объём кэша 1 уровня (L1), предусмотренного в процессоре.

Кэш — промежуточный буфер памяти, в который при работе процессора записываются наиболее часто используемые данные из оперативной памяти. Это ускоряет доступ к ним и положительно сказывается на быстродействии системы. Чем больше объём кэша — тем больше данных может в нём храниться для быстрого доступа и тем выше быстродействие. Кэш 1 уровня имеет наибольшее быстродействие и наименьший объём — до 128 Кб. Он является неотъемлемой частью любого процессора.

2-го уровня L2

Объём кэша 2 уровня (L2), предусмотренного в процессоре.

Кэш — промежуточный буфер памяти, в который при работе процессора записываются наиболее часто используемые данные из оперативной памяти. Это ускоряет доступ к ним и положительно сказывается на быстродействии системы. Чем больше объём кэша — тем больше данных может в нём храниться для быстрого доступа и тем выше быстродействие. Объём кэша 2 уровня может достигать 12 МБ, такой кэш имеет абсолютное большинство современных процессоров.

3-го уровня L3

Объём кэша 3 уровня (L3), предусмотренного в процессоре.

Кэш — промежуточный буфер памяти, в который при работе процессора записываются наиболее часто используемые данные из оперативной памяти. Это ускоряет доступ к ним и положительно сказывается на быстродействии системы. Чем больше объём кэша — тем больше данных может в нём храниться для быстрого доступа и тем выше быстродействие. Кэш 3 уровня имеет наименьшее быстродействие и наибольший объём — до 24 МБ; такой кэш обязательно имеется в наиболее продвинутых и производительных моделях, однако есть немало процессоров и без него.

Частота системной шины

Частота системной шины, поддерживаемая процессором, фактически — тактовая частота, на которой происходит обмен данными между процессором и остальной системой.

Данный параметр является ключевым для определения общей тактовой частоты CPU (см. выше): эта частота равняется частоте системной шины, помноженной на множитель (см. ниже).

Тепловыделение (TDP)

Максимальное количество тепла, выделяемое процессором при работе в штатном режиме. Этот параметр определяет требования к системе охлаждения, необходимой для нормальной работы процессора, поэтому иногда его называют TDP — thermal design power, буквально «мощность температурной (охлаждающей) системы». Проще говоря, если процессор имеет тепловыделение в 60 Вт — для него необходима система охлаждения, способная отвести как минимум такое количество тепла. Соответственно чем ниже TDP — тем ниже требования к системе охлаждения. Низкие значения TDP (до 50 Вт) особенно критичны для ПК, в которых нет возможности установить мощные системы охлаждения — в частности, систем в компактных корпусах, куда мощный кулер попросту не поместится.

Поддержка инструкций

Поддержка процессором различных наборов дополнительных команд. Это могут быть инструкции, оптимизирующие работу процессора в целом либо с приложениями определённого типа (например, мультимедийными, или 64-разрядными), предотвращающие запуск на компьютере определённого рода вирусов и т.п. У каждого производителя имеется свой ассортимент инструкций для процессоров.

Множитель

Коэффициент, на основании которого выводится значение тактовой частоты процессора. Последняя вычисляется путём умножения множителя на частоту системной шины (см. Частота системной шины). Например при частоте системной шины 533 МГц и множителе 4 тактовая частота процессора будет составлять приблизительно 2,1 ГГц.

Свободный множитель

Возможность изменять значение множителя (см. Множитель) процессора по собственному желанию. В отличии от оверклокинга («разгона») в его классическом понимании, часто связанного со взломом настроек процессора, свободный множитель даёт возможность «легально» и довольно легко менять тактовую частоту процессора — чаще всего это реализуется через настройки BIOS. При этом не стоит забывать, что увеличенная частота работы процессора требует соответствующей эффективности системы его охлаждения.

Макс. рабочая температура

Максимальная температура, при которой процессор способен эффективно продолжать работу — при нагреве выше этой температуры большинство современных процессоров отключаются, дабы избежать неприятных последствий перегрева (вплоть до сгорания чипа). Чем выше максимальная рабочая температура — тем менее процессор требователен к системе охлаждения, однако мощность охлаждения в любом случае не должна быть ниже TDP (см. Тепловыделение (TDP)).

Макс. объем

Максимальный объем оперативной памяти (RAM), с которым процессор может корректно работать.

Чем больше объем «оперативки» — тем более высокие мощности требуются для корректной работы с ней. Соответственно, любой процессор неизбежно будет ограничен по данному параметру. Впрочем, даже сравнительно скромные современные CPU могут иметь весьма внушительные максимальные объемы RAM, исчисляемые десятками гигабайт. Так, наиболее популярные процессоры с поддержкой оперативки 64 ГБ и 128 ГБ.

Макс. частота DDR3

Наибольшая частота модулей оперативной памяти стандарта DDR3, с которыми совместим процессор.

Более высокая частота модулей памяти, с одной стороны, увеличивает скорость их работы, с другой — выдвигает повышенные требования к вычислительной мощности процессора. Поэтому современные CPU имеют ограничения по частоте «оперативки». Что же касается DDR3, то это один из наиболее распространённых современных типов RAM; он постепенно вытесняется более продвинутым DDR4, однако всё ещё весьма популярен.

Макс. частота DDR4

Наибольшая частота модулей оперативной памяти стандарта DDR4, с которыми совместим процессор.

Стандарт DDR4 был представлен в 2010 году (окончательная версия — в 2012) как наследник популярного DDR3.

Число каналов

Максимальное количество каналов, поддерживаемое процессором при работе с оперативной памятью.

Простейшим режимом для современных ПК является одноканальный (когда весь объём RAM воспринимается как единый массив). Он поддерживается всеми процессорами и материнскими платами. Однако чаще всего встречаются «материнки» на 2 канала, а в более продвинутых моделях это число может достигать 4. Многоканальный режим значительно повышает производительность, однако требует применения специализированных комплектующих, включая процессоры с поддержкой соответствующего числа каналов.

Центральный процессор — Википедия. Что такое Центральный процессор

Intel Core i7 2600K Socket LGA1155, вид сверху, термораспределительная защитная крышка и текстолитовая платформа
Intel Xeon E7440, кристалл с очищенной поверхностью (видна 45 нм литография) в сравнении с размером теплораспределительной крышки для него
Intel Core i7 2600K Socket LGA1155, вид снизу, контактные площадки текстолитовой платформы

Центра́льный проце́ссор (ЦП; также центра́льное проце́ссорное устро́йство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и мини-компьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где, помимо вычислительного устройства, на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода-вывода, таймеры и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.

История

История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.

Первым этапом, затронувшим период с 1940-х по конец 1950-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом, с середины 1950-х до середины 1960-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платы, устанавливаемые в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом, наступившим в середине 1960-х годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, затем, по мере развития технологии, стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Четвёртым этапом, в начале 1970-х годов, стало создание, благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.

Сейчас слова «микропроцессор» и «процессор» практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё, по крайней мере, 10—15 лет, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Тем не менее, центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции.

Переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые проникли почти в каждый дом.

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц^[1] и стоил 300 долл.

Далее его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен дешевый 8088, упрощенная версия 8086, с 8-разрядной шиной данных.

Затем последовала его модификация, 80186.

В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти.

Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в допо

Что такое процессор, центральный процессор, CPU?

В наши дни процессоры играют особую роль только в рекламе, всеми силами стараются убедить, что именно процессор в компьютере является решающим компонентом, особенно такой производитель как Intel. Возникает вопрос: что такое современный процессор, да и вообще, что такое процессор?

Долгое время, а если быть точнее, то вплоть до 90 х годов производительность компьютера определял именно процессор. Процессор определял всё, но сегодня это не совсем так.

Не всё определяется центральным процессором, а процессоры от Intel не всегда предпочтительны чем от AMD. В последнее время заметно возросла роль других компонентов компьютера, а в домашних условиях процессоры редко становятся самым узким местом, но также, как и другие компоненты компьютера нуждаются в дополнительном рассмотрение, по тому что без него не может существовать ни одна вычислительная машина. Сами процессоры давно не удел нескольких видов компьютера, так как и разнообразие компьютеров стало больше.

Что такое центральный процессор

Процессор (центральный процессор) — это очень сложная микросхема обрабатывающая машинный код, отвечающая за выполнение различных операций и управление компьютерной периферии.

Для краткого обозначения центрально процессора принята аббревиатура — ЦП, а также очень распространено CPU — Central Processing Unit, что переводится как центральное обрабатывающее устройство.

Использование микропроцессоров

Такое устройство как процессор интегрируется практически в любой электронной техники, что говорить о таких устройствах как телевизор и видеоплейер, даже в игрушках, а смартфоны сами по себе уже являются компьютерами, хоть и отличающимися по конструкции.

Так и в персональном компьютере, да и всей компьютерной системе центральный процессор не является единственным. Видеоплата является ярким представителем устройства имеющего свой собственный микрочип процессора GPU (Graphics Processing Unit) – графический процессор.

Такое устройство как МФУ также имеет управляющий микрочип. Отличие таких устройств в том, что они занимаются управлением определённой функции, это является одним из их отличий от центрального процессора.

Как устроен процессор

Сам процессор состоит из десятка миллионов транзисторов, а может уже и больше, при помощи которых собраны отдельный логические схемы, находящиеся в специальном кремниевом корпусе. Именно из-за кристалла кремния очень часто его называют «Камень».

В основе внутренних схем процессора лежит арифметико-логическое устройство, внутренняя память (регистры), и кеш-память (сверх память), которые в свою очередь образуют ядро процессора, а также схемы для управления всеми операциями и схемы управления с внешними устройствами – шинами.

Разрядность процессора

Входная информация представленная данными и командами в процессор попадает через внешние шины. Обработка данных происходит в соответствие с командами в арифметико-логическом устройстве, а результат выводится при помощи устройств вывода. Чем больше разрядность всех схем процессора, тем большее количество информации возможно ему обработать за единицу времени. Делая вывод можно понять, что от разрядности центрального процессора на прямую зависит производительности компьютерной системы в целом.

Хорошим примером станет один из первых микропроцессоров для IBM PC 80286, которые были 16 разрядными. Следующая же модель процессора стала уже 32 разрядной, а 64 разрядные процессоры для ПК появились в 2014 году. Данная разрядность и по сей день остаётся основной разрядностью и используется в производстве в современных процессорах.

Тактовая частота процессора

Важную роль играет кроме разрядности процессора так называемая тактовая частота, на которую сам процессор и рассчитан. Единицей измерения тактовой частоты является мегагерц (МГц).

Один мегагерц – это миллион тактов в секунду. Соответственно 1000 мегагерц или 1 гигагерц — это миллиард тактов в секунду. Случайный из фрагментов информации участвующий в вычислительной операции, центральный процессор выполняет за один такт, из этого следует, что чем тактовая частота выше, тем процессор быстрее сможет, обрабатывает поступающие в него данные.

В принципе, работа компьютера возможна и на низких частотах, но дело в том, что процессор тратит на обработку гораздо больше времени, а вот при более высокой тактовой его частоте процессор работает быстрее.

Современней процессоры работают в разы быстрее чем их предок Intel 80286 – процессор, используемый в первом персональном компьютере.

Количество ядер процессора

Без сомнения, что сегодняшние компьютеры являются многозадачными, то есть, не обделены способностью выполнять несколько операций одновременно. Хотя до недавнего времени работа одной запущенной программы блокировала работу других, то есть была вытесняющей. При помощи быстрого переключения между задачами, рядовому пользователя очень часто казалось, что якобы его компьютер работает параллельно с несколькими программами.

На самом деле в недалёком прошлом параллельное использование операций или более распространённый термин – многозадачность, обеспечивали только много процессорные системы, но они предназначались для корпоративной вычислительной техники и соответственно не мало стояли. Только с появлением двухъядерных процессоров можно было понять, что такое истинная многозадачность. Читайте о том, как узнать число ядер и тактовую частоту процессора.

Несколько ядер центрального процессора могут совершенно разные задачи выполнять независимо друг от друга. Если компьютер выполняет только одну задачу, то и её выполнение ускоряется за счёт распараллеливания типовых операций. Производительность может приобрести довольно чёткую черту.

Коэффициент внутреннего множителя частоты

Сигналы циркулировать внутри кристалла процессора, могут на высокой частоте, хотя обращаться с внешними составляющим компьютера на одной и тоже частоте процессоры пока не могут. В связи с этим частота, на которой работает материнская плата одна, а частота работы процессора другая, более высока.

Частоту, которую процессор получает от материнской платы можно назвать опорной, он же в свою очередь производит её умножение на внутренний коэффициент, результатом чего и является внутренняя частота, называющаяся внутренним множителем.

Возможности коэффициента внутреннего множителя частоты очень часто используют оверлокеры для освобождения разгонного потенциала процессора.

Кеш-память процессора

Данные для последующей работы процессор получает из оперативной памяти, но внутри микросхем процессора сигналы обрабатываются с очень высокой частотой, а сами обращения к модулям ОЗУ проходят с частотой в разы меньше.

Высокий коэффициент внутреннего множителя частоты становится эффективнее, когда вся информация находится внутри него, в сравнение например, чем в оперативной памяти, то есть с наружи.

В процессоре немного ячеек для обработки данных, называемые регистрами, в них он обычно почти ничего не хранит, а для ускорения, как работы процессора, так и вместе с ним компьютерной системы была интегрирована технология кеширования.

Кешем можно назвать небольшой набор ячеек памяти, в свою очередь выполняющих роль буфера. Когда происходит считывание из общей памяти, копия появляется в кеш-памяти центрального процессора. Нужно это для того, чтобы при потребности в тех же данных доступ к ним был прямо под рукой, то есть в буфере, что увеличивает быстродействие.

Кеш-память в нынешних процессорах имеет пирамидальный вид:

Кеш-память 1-го уровня – самая наименьшая по объёму, но в тоже время самая быстрая по скорости, входит в состав кристалла процессора. Производится по тем же технологиям, что и регистры процессора, очень дорогая, но это стоит её скорости и надёжности. Хоть и измеряется сотнями килобайт, что очень мало, но играет огромную роль в быстродействие.

Кеш-память 2-го уровня – так же, как и 1-го уровня расположена на кристалле процессора и работает с частотой его ядра. В современных процессорах измеряется от сотен килобайт до нескольких мегабайт.

Кеш-память 3-го уровня медленнее предыдущих уровней этого вида памяти, но является быстродейственней оперативной памяти, что немаловажно, а измеряется десятками мегабайт.

Размеры кеш-память 1-го и 2-го уровней влияют как на производительность, так и на стоимость процессора. Третий уровень кеш-памяти — это своеобразный бонус в работе компьютера, но не один из производителей микропроцессоров им пренебрегать не спешит. Кеш-память 4-го уровня существует и оправдывает себя лиши в многопроцессорных системах, именно поэтому на обыкновенно компьютере его найти не удастся.

Разъём установки процессора (Soket)

Понимание того, что современные технологии не на столько продвинуты, что процессор сможет получать информацию на расстояние, не переменно он должен крепиться, крепиться к материнской плате, устанавливаться в неё и с ней взаимодействовать. Это место крепление называется Soket и подойдёт только для определённого типа или семейства процессоров, которое у разных производителей тоже различны.

Что такое процессор: архитектура и технологический процесс

Архитектура процессора – это его внутреннее устройство, различное расположение элементов так же обуславливает его характеристики. Сама архитектура присуща целому семейству процессоров, а изменения, внесённые и направленные на улучшения или исправления ошибок, имеют название степпинг.

Технологический процесс определяет размер комплектующих самого процессора и измеряется в нанометрах (нм), а меньшие размеры транзисторов определяют меньший размер самого процессора, на что и направлена разработка будущих CPU.

Энергопотребление и тепловыделение

Само энергопотребление на прямую зависит от технологии, по которым производятся процессоры. Меньшие размеры и повышенные частоты прямо пропорционально обуславливают энергопотребление и тепловыделение.

Для понижения энергопотребления и тепловыделения выступает энергосберегающаяавтоматическая система регулировки нагрузки на процессор, соответственно при отсутствии в производительности какой-либо необходимости. Высокопроизводительные компьютеры в обязательном порядке имеют хорошую системы охлаждения процессора.

Подводя итоги материала статьи — ответа на вопрос, что такое процессор:

Процессоры наших дней имеют возможность многоканальной работы с оперативной памятью, появляются новые инструкции, в свою очередь благодаря которым повышается его функциональный уровень. Возможность обработки графики самим процессором обеспечивает понижение стоимости, как на сами процессоры, так и благодаря им на офисные и домашние сборки компьютеров. Появляются виртуальные ядра для более практичного распределения производительности, развиваются технологи, а вместе с ними компьютер и такая его составляющая как центральный процессор.

Что такое центральный процессор | BeginPC.ru

Центральный процессор (ЦП) представляет собой сложную микросхему с миллионами транзисторов и множеством контактов занимающуюся обработкой машинного кода компьютерных программ. Центральное процессорное устройство (ЦПУ или CPU) является мозгом всей компьютерной системы, производя арифметические и логические операции с данными, поэтому на жаргоне его часто называют «проц» или «мозг».

Поэтому от производительности центрального процессора в первую очередь зависит скорость работы всего компьютера. Его выбору стоит уделить пристальное внимание особенно если планируется использовать требовательное к ресурсам программное обеспечение. В настольных компьютерах процессор является легкосъемным и может быть заменен на другой, поддерживаемый материнской платой, в случае апгрейда системы или выхода его из строя.

Среди основных характеристик центрального процессора стоит отметить следующие:

Архитектура (микроархитектура) — принципы внутреннего устройства ЦПУ определяющие количество, характеристики, расположение его внутренних элементов. Определенная архитектура используется в целом семействе процессоров, однако внутри семейства обычно есть несколько подгрупп архитектур отличающиеся какими-нибудь характеристиками от остальных. Эти подгруппы принято называть ядрами. Поскольку процесс не стоит на месте и в ядра вносят различные изменения, направленные на повышение эффективности или исправление ошибок, то чтобы отличить разные версии друг от друга ввели понятие ревизии ядра или степпинг. На примере процессора Intel это выглядит так: микроархитектура Nehalem ядро Bloomfield модель Intel Core i7-920 степпинг SLBEJ (D0).

Техпроцесс — технологический процесс, используемый при производстве процессора. Определяет размеры получающихся транзисторов составляющих центральный процессор. Единицей измерения является нанометр (нм). Чем меньше размеры транзисторов, тем меньше размеры всего ЦПУ, меньше тепловыделение и выше может быть частота. Скоро производители упрутся в физические пределы уменьшения, и тогда придется переходить на принципиально новые типы процессоров.

Тактовая частота — если по простому, то количество операций в единицу времени, которое может выполнить процессор. Непосредственно влияет на производительность CPU следовательно, чем выше частота быстрее работает центральный процессор. Напрямую сравнивать частоту можно только внутри одного ядра, так как на производительность влияет множество других факторов.

Сокет — разъем на материнской плате компьютера предназначенный для установки центрального процессора. Подходит только для строго определенного типа процессоров и характеризуется количеством контактов и производителем CPU. Так же физически не позволяет установить процессор неподходящего типа. Сокет является ограничивающим фактором при апгрейде процессора.

Количество ядер — центральный процессор может содержать в себе несколько ядер в одном корпусе, тогда его называют многоядерным. Ядром ЦПУ является главная часть, определяющая основные характеристики процессора и занимающаяся непосредственно вычислениями. Наличие нескольких ядер облегчает выполнение нескольких параллельных задач одновременно, так же при должной оптимизации компьютерной программы значительно увеличивает скорость работы в ней. Например, современные игры, обработка видео, архивирование, 3D-моделирование и многие другие положительно отзываются на наличие нескольких ядер. Так же существуют технологии создания нескольких виртуальных ядер из одного физического. Однако надо понимать, что увеличение количества ядер не приводит к пропорциональному росту производительности процессора, а на некоторых задачах возможно даже ухудшение по сравнению с одноядерным вариантом. Все зависит от возможности выполнять данную задачу несколькими параллельными потоками и насколько грамотно это реализовано в конкретном программном обеспечении. Многоядерность является наиболее перспективным путем повышения производительности на сегодняшний день.

Кэш — высокоскоростная память, интегрированная прямо в центральный процессор. Служит буфером между оперативной памятью компьютера и собственно вычислительным блоком процессора. Обеспечивает увеличение производительности за счет гораздо более высокой скорости работы. Кэш бывает трех уровней: L1, L2, L3. Чем больше объем кэша, тем быстрее работает ЦП при прочих равных условиях.

Тепловыделение — количество теплоты, выделяемое при работе центральным процессором. Это тепло необходимо отводить с помощью системы охлаждения центрального процессора для поддержания его температуры в оптимальном диапазоне. Важный параметр, так как если система охлаждения будет не справляться, то процессор будет перегреваться вплоть до принудительного выключения компьютера. Особенно актуально при разгоне и в маленьких корпусах.

Основными производителями центральных процессоров для персональных компьютеров являются компании Intel и AMD. Процессоры этих компаний не взаимозаменяемые. В случае апгрейда компьютера, выбирать новый процессор нужно исходя из поддерживаемых данной материнской платой компьютера.

Как узнать процессор, используемый в компьютере

Вам может потребоваться узнать, какой процессор стоит в компьютере, чтобы определить возможность установки какой-нибудь сложной программы или игры. Так же эта информация нужна при апгрейде компьютера. Можно получить эти сведения несколькими способами.

Самый простой и быстрый способ это выяснить щелкнуть правой кнопкой мыши на иконке «Компьютер» расположенной на рабочем столе и выбрать пункт «Свойства». Среди прочего будет указан производитель, модель и тактовая частота процессора. Более подробную информацию включающую остальные характеристики процессора такие как ядро, техпроцесс, сокет, степпинг, кэш и так далее можно узнать с помощью специальных программ. Рекомендуем воспользоваться простой и удобной программой CPU-Z показывающей множество полезной информации о вашей системе. Данные о центральном процессоре собраны на вкладке CPU.

Как узнать, сколько ядер в процессоре

Эту информацию можно тоже получить разными путями. Проще всего запустить Диспетчер задач и на вкладке «Быстродействие» посмотреть количество столбцов в графике «Хронология загрузки ЦП». Запустить Диспетчер задач проще всего комбинацией клавиш Ctrl+Shift+Esc на клавиатуре. На рисунке ниже мы видим общий процент загрузки четырехъядерного процессора и для каждого ядра в отдельности.

Так же количество ядер процессора можно узнать в программах показывающих информацию о системе, например в вышеприведенной программе CPU-Z.

Поскольку производительность всего компьютера в наибольшей степени зависит от производительности ЦП, то именно он обычно является первым кандидатом на замену в старом компьютере. Однако если вы не собираетесь одновременно менять и материнскую плату, то ваш выбор жестко ограничен процессорным разъемом (сокетом) материнской платы. Более того даже если сокет на материнке и у процессора совпадают это еще не значит, что вы можете его установить. Иногда материнская плата поддерживает не все модели процессоров с данным процессорным разъемом или поддерживает только с обновленной прошивкой. Узнать точный перечень поддерживаемых материнской платой центральных процессоров можно в спецификациях на сайте производителя материнской платы.

Вот мы и рассмотрели, что такое центральный процессор, его основные характеристики, влияющие на производительность и как их можно узнать.

Главная — UserBenchmark

Лучшие предложения сегодня

Проверьте скорость вашего ПК менее чем за минуту.

1,336,758 Компоненты 180,263,634 Контрольные показатели 2,786,686 Голосов

Ryzen 5 5600X — это процессор начального уровня серии 5000 с лучшим соотношением цены и качества.5600X — это шестиядерный 12-поточный процессор с базовой тактовой частотой 3,7 ГГц, увеличивающейся до 4,6 ГГц. Он имеет 35 МБ кеш-памяти и рейтинг TDP 65 Вт. Кулер включен в рекомендованную розничную цену в размере 300 долларов США, но дешевые послепродажные кулеры (например, GAMMAXX 400 за 20 долларов) намного более эффективны и, следовательно, заслуживают обновления. Примечательно, что новая архитектура AMD Zen 3 значительно улучшила одноядерную производительность и уменьшила задержку памяти, что привело к значительному преимуществу в эффективной скорости по сравнению с ее предшественником, 3600X.В прошлом году маркетологи AMD обеспечили значительные продажи процессоров серии 3000, несмотря на 15% -ный дефицит производительности по сравнению с более дешевыми компонентами Intel. Игры, конкретные сцены, настройки программного / аппаратного обеспечения и выбор конкурирующего оборудования часто выбирались чересчур, не разглашались и не согласовывались от одного продукта к другому. Теперь, когда AMD фактически достигла высочайшего уровня производительности и доли рынка, их маркетинговые механизмы сосредоточены на повышении цен. Пользователи, которые не хотят платить надбавку за маркетинг, должны изучить Intel i5-9600K за 190 долларов США, который в сочетании с 2060 Super обеспечивает более высокий EFps в четырех из пяти самых популярных сегодня игр.Выделяя сбережения на более высокий уровня GPU приведет к бесспорно превосходного игрового ПК. ^{[ ноя ’20 CPUPro ]}

Домашняя страница

Корзина пуста

Список категорий

KitchenAid

Самый популярный KitchenAid

Посуда KitchenAid

KitchenAid Черная посуда

Посуда для крема KitchenAid

KitchenAid Красная посуда

Запасные части для смесителя KitchenAid

Детали, общие для большинства моделей

Детали смесителя KitchenAid по модели

Подъемная головка — KSM90, K45, KSM150

Запасные части K45 и K45SS

KSM150 и 5KSM150 Запасные части

KSM90 и 5KSM90 Запасные части

Professional 5qt — K5, K50, KSM50

KPM5 Запасные части

KP26

KB25

KSM45

KPM5

KSM90

KSM150

KSM75

KPM50

KD2661

K5SS

KSM5

кг25

KT2651

K45SS

KSM100

KV25

KSM156

кН15

KSM50

KSM120

KN15E1X

KM25G0X

KSM90, KSM103, KSM110

Как собрать 8-ядерный игровой ПК из дешевых серверных компонентов

Хотите усовершенствованный компьютер для игр или редактирования видео с двумя процессорами Intel Xeon менее чем за 200 долларов? Детали есть, но найти и собрать их может быть сложно.В этой статье рассказывается, на что следует обратить внимание и где найти вышедшее из употребления серверное оборудование, которое станет отличной игровой платформой или рабочей станцией.

Если вы ищете что-то менее мощное, ознакомьтесь с нашим руководством о том, как собрать свой собственный компьютер.

Как собрать свой ПК

Очень приятно собрать свой собственный компьютер; а также устрашающий. Но сам процесс на самом деле довольно прост. Мы расскажем вам обо всем, что вам нужно знать.

К сожалению, есть некоторые оговорки.Во-первых, это старые процессоры server , а это значит, что им нужны более старые материнские платы и специальная оперативная память. Несмотря на дешевизну, они, вероятно, годами интенсивно использовались, что привело к их износу. Их долговременная надежность может оказаться бесполезной. Во-вторых, если вам нужна производительность, сравнимая с сегодняшними настольными системами, вам понадобится двухъядерная материнская плата (что не то же самое, что двухъядерный процессор).

Линус из TechTips Линуса создал видео на эту тему:

В то время как Линус использует более жесткий подход (он даже не заботится о чемодане), у меня есть несколько дополнительных советов по созданию собственного оборудования из тлеющих, выбрасываемых серверных компонентов.

Детали Junkatron своими руками

Самый простой способ скатать собственный ПК из серверных частей — купить сервер целиком.Весь сервер предлагает 100% совместимость компонентов (самая большая проблема и проблема), а также более низкую стоимость. С другой стороны, доставка может быть очень дорогой, и это ограничит ваш выбор видеокарты. Если какой-либо компонент выходит из строя, серверу также могут потребоваться проприетарные компоненты для замены. Большинство пользователей, не имеющих доступа к вышедшему из употребления серверу, вероятно, в конечном итоге купят запчасти по меню.

Пять наиболее важных компонентов — в порядке важности — это материнская плата , корпус , ОЗУ , блок питания и центральный процессор (ЦП).Хотя все эти части важны для производительности и межкомпонентной совместимости, я перечисляю ЦП в последнюю очередь, потому что, как только вы выберете другие компоненты, о ЦП придумают позже.

Видеокарта — единственная деталь, которую мы не решаем, поскольку серверные машины обычно не имеют дискретных карт, но вы можете прочитать о том, как выбрать лучший графический процессор для вашей системы, а затем приобрести новый или подержанный, используя примечания в этом руководстве, которые ограничивают ваш выбор (например, размер материнской платы и корпуса).Имейте в виду, что приличный графический процессор будет стоить дороже, чем вся система. Что-то вроде NVIDIA GTX 750Ti, вероятно, является наиболее подходящим вариантом, поскольку оно энергоэффективно, недорого и легко устанавливается в большинстве случаев, хотя вы также можете использовать AMD Radeon R7 360 и не терять из-за него сон.

Материнская плата

Выбор правильной материнской платы определяет остальную часть вашей сборки, включая корпус, блок питания, оперативную память и процессор.Основное преимущество выбора более старой серверной материнской платы заключается в том, что она может включать в себя два разъема ЦП вместо стандартного одного разъема на материнской плате настольного компьютера ATX. Не путайте количество ЦП с количеством ядер процессора. Серверные материнские платы могут предлагать два физических процессора , которые повышают производительность в играх с помощью готовящегося к выпуску интерфейса прикладного программирования (API) DirectX 12 (DX12), который более эффективно использует несколько процессорных ядер. Если DX12 или AMD Mantle будут использоваться в будущих играх, 8-ядерная система Intel сможет обеспечить производительность на уровне последних двух- и четырехъядерных процессоров или даже превзойти их.

Однако, прежде чем выбрать процессор, вы должны сначала выбрать материнскую плату, которая определяет совместимость сокета процессора.Производители настоятельно рекомендуют Supermicro — они, как правило, предлагают лучшую совместимость с операционной системой и часто работают с Linux и Windows 7. Многие из них даже могут быть обновлены до Windows 10. Однако существует множество плат Supermicro с другим процессором. Розетки. Разъем ЦП определяет тип процессора, который вы можете использовать.

Разъемы ЦП : Два наиболее подходящих разъема включают разъем LGA771 поколения Core 2 Duo и разъем LGA1366 поколения Nehalem.LGA771 использует оперативную память DDR2 или FB-DIMM, тогда как LGA1366 использует DDR3. И LGA771, и LGA1366 имеют двухпроцессорную конфигурацию. На фото ниже представлена двухпроцессорная материнская плата LGA1366 E-ATX Supermicro:

Скорости PCIe : большинство сокетов LGA771 и LGA1366 поддерживают скорости x8 и x16 PCIe.Однако материнские платы не предназначены для установки полноразмерного графического процессора PCIe. Это требует, чтобы пользователи либо нашли короткие графические процессоры PCIe, либо измерили материнскую плату, чтобы определить, поместится ли их выбранный графический процессор внутрь платы.

Если вы можете найти материнскую плату с еще прикрепленными процессорами, также убедитесь, что в комплект входит комбинация радиатор-вентилятор.Поиск совместимых с сервером радиаторов может быть дорогостоящим.

Я настоятельно рекомендую держаться подальше от материнских плат, извлеченных из готовых модулей.К ним относятся любые серверы Dell PowerEdge, HP Proliant или другие подобные серверные сборки, в которых используются проприетарные компоненты, если только вы не покупаете серверный блок целиком, включая корпус и блок питания.

Вот краткий контрольный список:

Измерьте материнскую плату, чтобы убедиться, что она подходит к вашему корпусу.
Попробуйте купить материнскую плату, которая продается вместе с процессором и оперативной памятью, что позволяет вам проверить, работает ли плата, без необходимости покупать дополнительные процессоры и оперативную память. Вам не нужно делать этот шаг, если вы знаете, что делаете.
Не все серверные материнские платы имеют форму E-ATX. Supermicro также продает ряд материнских плат ATX, которые должны поместиться в большинство корпусов ATX.
Supermicro предоставляет список своих серверных материнских плат. Ищите платы форм-фактора ATX с разъемами LGA1366 или LGA771.

Дело

Я перечисляю случай на втором месте, потому что многие материнские платы могут иметь нестандартные форм-факторы, в том числе расширенный ATX (E-ATX).К сожалению, новые корпуса E-ATX могут быть дорогими и часто предлагают не больше слотов PCIe, чем обычная материнская плата ATX. Это потому, что платы E-ATX имеют тенденцию работать глубже, а не шире, что подходит для сервера или рабочей станции, но не для игровой машины или машины для редактирования видео. К счастью, материнские платы для серверов выпускаются в форм-факторах E-ATX и ATX.

Вот пример корпуса E-ATX на Amazon:

Он огромен и в первую очередь рассчитан на втискивание большого количества жестких дисков.Я не рекомендую покупать корпус E-ATX, если у вас уже нет серверной материнской платы: некоторые материнские платы с форм-фактором E-ATX даже не поместятся в корпусе E-ATX.

Почему бы вместо этого не выбрать один из этих лучших корпусов для ПК?

RAM

Как упоминалось ранее, материнская плата определяет, какой тип оперативной памяти вы используете.К сожалению, почти для всех серверных материнских плат DDR2 требуется либо ECC DDR2, либо ECC-зарегистрированная DDR2, либо FB-DIMM RAM. FB-DIMM отличается от модулей памяти DDR2 форм-фактором, и это ограничивает совместимость со специальными материнскими платами. Вот пример того, чем DDR2 отличается от накопителя FB-DIMM:

Вы заметите, что они не совместимы по контактам .Поэтому очень важно выбрать правильную оперативную память. ОЗУ FB-DIMM не помещается в разъем DDR2; Накопитель DDR2-ECC поместится в гнездо DDR2, но, вероятно, не будет работать с материнской платой, если не поддерживает память ECC.

В то время как ОЗУ DDR2 почти ничего не стоит, особенно для накопителей на 1 или 2 ГБ, память ECC и FB-DIMM, как известно, ненадежна и имеет более высокие задержки, чем RAM без ECC (что плохо).Помимо всего прочего, ECC RAM может быть очень требовательной к тому, с какой материнской платой она работает. Самый простой способ гарантировать совместимость — это приобрести материнскую плату с оперативной памятью . Кроме того, вы можете проверить утвержденный список совместимости оперативной памяти материнской платы на веб-сайте производителя.

Помните о следующих советах:

ОЗУ необходимо использовать парами.
ОЗУ ECC DDR2 отличается от ОЗУ DDR с регистром ECC. Большинство серверных плат используют зарегистрированную DDR2, а не только ECC, но это зависит от материнской платы.
ОЗУ ECC DDR2 несовместимо по выводам с ОЗУ FB-DIMM. Проверьте вашу материнскую плату на совместимость.
Не смешивайте и не подбирайте куски RAM.
Оперативная память DDR2 и FB-DIMM предназначена для материнских плат с разъемом LGA771.
DDR3 предназначена для материнских плат с разъемом LGA1366.

Последнее замечание : ОЗУ DDR3 значительно проще в использовании, поскольку вся память DDR3 имеет один и тот же форм-фактор, независимо от возможностей сервера. Тем не менее, для многих серверных материнских плат по-прежнему требуется память ECC, которая может стоить дороже, чем RAM без ECC. Точно так же проверьте утвержденный список совместимости оперативной памяти материнской платы, прежде чем что-либо покупать.

Блок питания

Выбор источника питания также может быть проблемой.Для тех, кто не в курсе, прочитайте, как выбрать идеальный блок питания. Обратите особое внимание на общей мощности вашей сборки и количество выводов питания процессора , необходимых для материнской платы.

Материнские платы с двумя сокетами требуют больше энергии, чем платы с одним сокетом.Часто на материнской плате имеется 8-контактный разъем питания процессора. Это означает, что блок питания также должен иметь 8-контактный (4 + 4), а не обычный 4-контактный разъем питания процессора, хотя вы можете купить переходной кабель. Что касается нагрузочной способности, большинство блоков питания мощностью 600 Вт подойдут для двухпроцессорной сборки. Однако для большей стабильности вам может потребоваться избыточная мощность. Эти старые серверные платы могут быть очень энергоемкими. Вы также должны учитывать требования к питанию вашей видеокарты.

Если у вас под рукой старый (и мощный) блок питания, вам следует подумать о его повторном использовании: Могу ли я повторно использовать свой старый блок питания?

Я рекомендую использовать калькулятор мощности eXtreme Outer Vision, чтобы определить, может ли ваш блок питания обеспечить достаточную мощность.

Процессор и вентилятор радиатора

И процессор, и вентилятор радиатора определяются материнской платой (как установить радиатор процессора).Для сокетов LGA771 и LGA1366 доступны четыре типа процессоров. Это:

Ядро: производственный процесс 65 нм.Разъем LGA771. Это самая медленная из четырех архитектур.
Penryn: усадка сердечника под давлением 45 нм. Разъем LGA771.
Nehalem: Новая архитектура, основанная на 45-нм производственном процессе. Разъем LGA1366.
Westmere: Усадка Nehalem под давлением по 32-нм производственному процессу. Разъем LGA1366. Уэстмир самый быстрый.

Архитектуры Penryn или Core дешевле. Тем не менее, я бы сказал, что Westmere или Nehalem предлагают лучшую экономию, поскольку они используют оперативную память DDR3 и сокет LGA1366, что значительно упрощает (и удешевляет) поиск вентиляторов радиатора. Особый интерес представляет то, что Nehalem-EP и Westmere-EP могут включать в себя процессоры hexacore (и выше). Они стоят намного дороже, чем четырехъядерные, но позволяют создать собственную 12-ядерную машину.К сожалению, не все из них используют стандартные серверные сокеты, и их настройка может увеличить проблемы совместимости. Не рекомендую использовать что-либо выше четырехъядерного.

На что следует обратить внимание:

Материнские платы с двумя сокетами требуют одинаковых процессоров.Не покупайте двухъядерный и четырехъядерный ЦП (разница между двухъядерными и четырехъядерными ЦП) и не ожидайте, что они будут работать вместе.
Серверные платы LGA771 могут не поставляться с подходящим монтажным кронштейном для радиатора-вентилятора. Для этого может потребоваться (как предлагает Линус) монтажный кронштейн DIY в стиле MacGuyver. Тем не менее, читатель MakeUseOf, Duke2k, сообщил мне, что на eBay доступны подходящие скобы для задней панели для LGA771.
Радиаторы на серверах предназначены для перекрестного потока (воздух движется через радиатор) и могут не включать в себя надлежащий вентилятор процессора.

Мест для покупок

eBay — самое простое и удобное место для покупки бывшей в употреблении электроники в Интернете.Он также позволяет выполнять отфильтрованный поиск, а также инструменты для определения истинной рыночной цены любой старой серверной материнской платы, процессора или накопителя ОЗУ. С другой стороны, цены могут быть немного выше, чем вы ожидали, и если какая-либо деталь не работает, возврат к продавцу может быть затруднен. Альтернативы eBay существуют, но я не использовал многие из них.

Университетский ИТ-центр : Многие колледжи и университеты продают свое бывшее в употреблении компьютерное оборудование после модернизации, часто за бесценок по сравнению с первоначальной стоимостью.К сожалению, они предлагают студентам и преподавателям первые деньги. Но если вы в настоящее время или преподаватель, университет часто является универсальным центром для получения полной серверной системы по дешевке. Некоторые университеты даже продают свое бывшее в употреблении серверное оборудование через Интернет. Попробуйте поискать в Интернете ключевые слова, такие как название вашего колледжа и «излишки» или «аукцион».

Открытые аукционы : Многие государственные и местные органы власти также продают с аукциона свою излишнюю электронику.Аукцион — хороший способ дешево приобрести целый сервер, так как вам не нужно платить за доставку. Но по моему опыту, публичные аукционы, как правило, беспорядочные и неорганизованные. Я рекомендую покупать в университете, а не на открытом аукционе.

ServeTheHome предоставляет действительно отличный поток для отслеживания цен на процессоры Xeon.Хотя цена на подержанный LGA2011 (гораздо более новый разъем) в последнее время резко упала, они все еще не так дешевы, как процессоры LGA1366 и LGA771.

Стоит ли собирать компьютер из ненужного?

Я бы сказал да, но только при условии, что вы любите возиться с компьютерами и хотите иметь хороший бюджетный проект, чтобы занять себя.

Не забудьте также проверить настройки для оптимизации вашего ПК для игр с помощью нашего руководства.

Изображение предоставлено: установка ОЗУ Алексеем Лазуковым через Shutterstock, FB-DIMM и DDR2 от Дмитрия P0

Надеемся, вам понравятся товары, которые мы рекомендуем! MakeUseOf имеет филиал
партнерские отношения, поэтому мы получаем долю дохода от вашей покупки.Это не повлияет на
цена, которую вы платите, и помогает нам предлагать лучшие рекомендации по продуктам.

6 малоизвестных мест для загрузки уникальных бесплатных электронных книг

Ищете другие места для скачивания бесплатных электронных книг? Давайте посетим один из лучших книжных форумов, сайт старой криминальной литературы, и откроем для себя классику.

Об авторе

Каннон Ямада
(Опубликовано 323 статей)

Каннон — технический журналист (BA) с опытом работы в области международных отношений (MA) с акцентом на экономическое развитие и международную торговлю.Его страсть — гаджеты китайского производства, информационные технологии (например, RSS), а также советы и рекомендации по повышению производительности.

Ещё от Kannon Yamada

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

Еще один шаг…!

Подтвердите свой адрес электронной почты в только что отправленном вам электронном письме.

История современного графического процессора, часть 3

Падение 3Dfx и восстание двух гигантов

На рубеже веков графическая промышленность стала свидетелем дальнейшей консолидации.

На профессиональном рынке iXMICRO полностью отказался от графики, в то время как NEC и Hewlett-Packard выпустили свои последние продукты, серии TE5 и VISUALIZE FX10 соответственно. Evans & Sutherland также расстались с продажей своей линейки RealVision, чтобы сосредоточиться на системах планетарной и полнокупольной проекции.

На рынке потребительской графики ATI объявила о приобретении ArtX Inc. в феврале 2000 года за 400 миллионов долларов на складе. ArtX разрабатывал графический процессор под кодовым названием Project Dolphin (впоследствии получивший название «Flipper») для Nintendo GameCube, что значительно увеличило чистую прибыль ATI.

Графический процессор ATI GameCube

Также в феврале компания 3dfx объявила о сокращении персонала на 20%, затем сразу же перешла к покупке Gigapixel за 186 миллионов долларов и получила IP-адрес компании для рендеринга на основе тайлов.

Между тем, S3 и Nvidia урегулировали свои непогашенные патентные иски и подписали семилетнее соглашение о перекрестном лицензировании.

Примерно с апреля по май VIA взяла на себя контроль над S3, которая сама только что завершала процесс реструктуризации после приобретения Number Nine. В рамках реструктуризации S3 компания объединилась с Diamond Multimedia в результате обмена акциями на сумму 165 миллионов долларов. Подразделение High-End профессиональной графики Diamond, FireGL, было выделено в SONICblue и позже продано ATI в марте 2001 года за 10 миллионов долларов.

3DLabs приобрела Intergraph’s Intense3D в апреле, в то время как последние партии 3dfx разыгрались ближе к концу года, несмотря на то, что 2000 год начался с обещания лучшего будущего, так как долгожданный Voodoo 5 5500 приближался к своему дебюту в июле. Последняя закончила торговлей ударами с GeForce 256 DDR и выиграла битву с высоким разрешением.

Если когда-то 3dfx был олицетворением необработанной производительности, то его сильные стороны в то время заключались в качестве полноэкранного сглаживания изображения.

Но там, где когда-то 3dfx был олицетворением чистой производительности, его сильные стороны в то время заключались в качестве полноэкранного сглаживания изображения.Voodoo 5 представила технологию T-буфера в качестве альтернативы трансформации и освещению, по сути, беря несколько визуализированных кадров и объединяя их в одно изображение. Это давало слегка размытое изображение, которое при запуске в последовательности кадров сглаживало движение анимации.

Технология

3dfx стала предшественником многих улучшений качества изображения, наблюдаемых сегодня, таких как мягкие тени и отражения, размытие при движении, а также размытие глубины резкости.

Лебединая песня

3dfx, Voodoo 4 4500, появилась 19 октября после нескольких задержек — в отличие от 4200 и 4800, которые так и не были выпущены.Изначально карта была запланирована на весну в качестве конкурента TNT2 от Nvidia, но в итоге вместо этого она пошла против культовой GeForce 256 DDR компании, а также гораздо более производительной GeForce 2 GTS и ATI Radeon DDR.

14 ноября компания 3dfx объявила, что с опозданием прекращает производство и продажу видеокарт собственных марок, о чем ходили слухи в течение некоторого времени, но в значительной степени со скидкой. Масла в огонь подлили новости о том, что будущие материнские платы Pentium 4 не будут поддерживать 3.Требуется сигнализация 3V AGP Voodoo 5 series.

Voodoo5 5500 AGP бокс арт

Предсмертный звон прозвучал месяц спустя для 3dfx, когда Nvidia приобрела ее портфель интеллектуальной собственности за 70 миллионов долларов плюс один миллион обыкновенных акций. Несколько интернет-сообразителей позже отметили, что команда дизайнеров 3dfx, которая перешла на Nvidia, в конце концов отомстила и реализовала свой потенциал, поставив неэффективный графический чип NV30, на котором с опозданием работают карты FX 5700 и FX 5800.

Эра Nvidia против ATI начинается

Перед появлением Voodoo 5 ATI объявила Radeon DDR как «самый мощный графический процессор, когда-либо созданный для настольных ПК». Предварительный просмотр карты уже был обнародован 25 апреля, и только через двадцать четыре часа Nvidia ответила анонсом GeForce 2 GTS (GigaTexel Shader). Последняя включала версию NVIDIA Pixel Tapestry Architecture от ATI под названием Nvidia Shading Rasterizer, позволяющую применять такие эффекты, как зеркальное затенение, объемный взрыв, преломление, волны, смешение вершин, теневые объемы, отображение рельефа и отображение высот для каждого пикселя. базис через оборудование.

Считалось, что эта функция была применена в предыдущем чипе NV10 (GeForce 256), но оставалась отключенной из-за аппаратной ошибки. GTS также последовал за ATI Charisma Engine, позволив графическому процессору поддерживать все вычисления преобразования, отсечения и освещения. Тем не менее, ATI пошла еще дальше, создав скининг вершин для более плавного перемещения полигонов и интерполяцию по ключевым кадрам, где разработчики разработали начальную и конечную сетку для анимации, а ядро Charisma рассчитало промежуточные сетки.

ATI Radeon DDR

;

ATI Radeon DDR в конечном итоге поступила в розничную продажу в августе 2000 года. Благодаря превосходной реализации T&L и поддержке некоторых из предстоящих функций DirectX 8, Radeon DDR вместе с GeForce 2 GTS открыли использование выходов DVI за счет интеграции поддержки для интерфейс в самом чипе. Однако выход DVI чаще встречается на OEM-картах, поскольку в розничной продаже обычно присутствуют разъемы VIVO.

Одним из недостатков Radeon DDR является то, что платы поставляются с пониженной частотой ядра и памяти с обещанных 200 МГц и 183 МГц соответственно.К тому же драйверы снова оказались неоптимальными при запуске. Были проблемы с 16-битным цветом и проблемы совместимости с наборами микросхем VIA, но это не помешало карте доминировать среди конкурентов при разрешениях выше 1024x768x32. Цена в 399 долларов за версию с 64-мегабайтной памятью намного выше, чем у 349-399 долларов за 64-мегабайтную версию GeForce 2 GTS, которую она превзошла с отрывом от 10 до 20% в тестах и помогла ATI сохранить позицию номер один на рынке графики над Nvidia .

Nvidia тоже не делала так плохо для себя.Компания сообщила о чистой прибыли в 98,5 млн долларов за финансовый год при рекордной выручке в 735,3 млн долларов, в значительной степени обусловленной ее стратегией сегментации рынка, выпуском упрощенной версии карты MX в июне и модели Ultra с более высокой тактовой частотой в августе. Последний опередил Radeon с точки зрения производительности, но также стоил 499 долларов. Модель Pro прибыла в декабре.

Помимо выпуска карты GeForce 2 любой ценовой категории, от бюджетной MX до профессиональной линейки Quadro 2, Nvidia также выпустила свой первый мобильный чип в виде GeForce2 Go.

К началу 2001 года рынок графики для ПК состоял из дуополии дискретных видеокарт, причем обе они в дополнение к Intel поставляли подавляющее большинство наборов микросхем для интегрированной графики.

Поскольку в ноябре 3dfx находился в предсмертной агонии, Imagination Tech (бывшая VideoLogic) и ST Micro попытались удовлетворить потребности рынка больших объемов бюджетных средств с помощью PowerVR серии 3 KYRO. Обычно цена варьируется от 80 до 110 долларов в зависимости от фреймбуфера памяти, карта представляет собой хорошее соотношение цены и качества в играх с разрешением 1024×768 или ниже.Он стал бы более популярным, если бы GeForce2 MX появился позже или не был бы так агрессивен по цене ~ 110 долларов.

KYRO II прибыл в апреле 2001 года с более высокой тактовой частотой по сравнению с оригиналом и изготовлен ST Micro по меньшему 180-нм техпроцессу. Но снова карта столкнулась с жесткой конкуренцией со стороны GeForce 2 MX. Nvidia переименовала карту в MX200 и снизила ее цену на 40%, добавив карту MX400 с более высокой тактовой частотой по той же цене, что и Kyro II.

Когда PowerVR не удалось обеспечить стимул к разработке игр для рендеринга на основе тайлов, и ST Micro закрыла свой графический бизнес в начале 2002 года, Imagination Technologies перешла с настольной графики на мобильную и применила этот опыт в графике системы на кристалле.Они лицензировали Series 5 / 5XT / 6 для использования с процессорами на базе ARM на рынках ультрапортативных устройств и смартфонов.

Между тем, Matrox и S3 / VIA держались за маржу традиционных рынков.

Основываясь на успехах, достигнутых с серией GeForce 2, Nvidia представила 27 февраля 2001 года GeForce 3 по цене от 339 до 449 долларов.Карта стала новым королем горы, но на самом деле она проявила себя только в (тогда) крайнем разрешении 1600×1200, желательно с применением полноэкранного сглаживания.

Стандартная карта GeForce 3 от Nvidia

Первоначальные драйверы содержали ошибки, особенно в некоторых играх OpenGL. Что действительно принесла новая GeForce, так это DirectX 8, мультисэмплинг AA, quincunx AA (в основном 2xMSAA + размытие постпроцесса), 8-кратная анизотрофная фильтрация, а также непревзойденная способность обрабатывать 8xAF + трилинейную фильтрацию и программируемый вершинный шейдер, который позволял для более точного управления движением полигональной сетки и более плавной последовательности анимации.

Также была поддержка LMA (Lightspeed Memory Architecture) — в основном версия HyperZ от Nvidia — для отсечения пикселей, которые в конечном итоге будут скрыты за другими на экране (отсечение Z-окклюзии), а также сжатия и распаковки данных для оптимизации использования полосы пропускания ( Z сжатие).

Наконец, Nvidia реализовала алгоритмы балансировки нагрузки как часть того, что они назвали Crossbar Memory Controller, который состоял из четырех независимых субконтроллеров памяти в отличие от стандартного одиночного контроллера, что позволило более эффективно маршрутизировать входящие запросы к памяти.

Nvidia NV2A внутри Microsoft Xbox

В линейку продуктов Nvidia позже была добавлена NV2A, производная от GeForce 3 с атрибутами GeForce4, которая использовалась в игровой консоли Microsoft Xbox.

На тот момент Nvidia контролировала 31% рынка графики, против 26% у Intel и 17% у ATI.

Поскольку Nvidia дополнила линейку GF3 разогнанными моделями Ti 200 и разогнанными моделями Ti 500, ATI поспешила нарастить поставки Radeon 8500. Карта была построена на базе графического процессора R200 с использованием 150-нанометрового процесса TSMC (тот же, что и в GeForce 3 NV20. ).Чип был анонсирован в августе, и его с нетерпением ждали, так как Джон Кармак из id Software сказал, что он будет запускать новый Doom 3 «вдвое лучше», чем GeForce 3.

Официальный анонс R8500 от ATI вызвал не меньший энтузиазм. Но реальность сработала, как только карта была выпущена в октябре и показала себя в играх на уровне разогнанного GF3 Ti 200. Незаконченные драйверы и отсутствие работающего сглаживания Smoothvision сильно повлияли на R8500 в первом раунде обзоров.К началу праздничного сезона второй раунд обзоров показал, что драйверы в определенной степени повзрослели и повысили производительность R8500 по сравнению с Ti 200 и стандартным GF3.

Снимок сравнения характеристик

	Частота ядра (МГц)	Пиксельные конвейеры	Скорость заполнения (Мпикс / с	Текстурных блоков на пиксельный конвейер	Скорость заполнения (мегатекселей / с)	Частота памяти (МГц)	Разрядность шины памяти (бит)	Пропускная способность памяти (ГБ / с)
GeForce3 Ti 200	175	4	700	2	1400	400	128	6.4
GeForce3	200	4	800	2	1600	460	128	7,4
GeForce3 Ти 500	240	4	960	2	1920	500	128	8.0
Radeon 64 МБ DDR	183	2	366	3	1100	366	128	5,9
Radeon 8500	275	4	1100	2	2200	550	128	8.8

Очень конкурентоспособная цена и лучший набор функций (качество 2D-изображения, воспроизведение видео, производительность при сглаживании), тем не менее, сделали карту достойным конкурентом GF3 и Ti 500.

Продажи

ATI за год упали до 1,04 миллиарда долларов, так как компания зафиксировала чистый убыток в размере 54,2 миллиона долларов. Компания начала предоставлять партнерам по платам лицензии на создание и продажу графических плат, переориентировав свои ресурсы на проектирование и изготовление микросхем.

Плата ATI Xilleon

ATI также представила Set-Top-Wonder Xilleon, платформу для разработки, основанную на Xilleon 220 SoC, которая обеспечила полный процессор, графику, ввод-вывод, видео и аудио для телевизионных приставок, интегрированных в проекты цифрового телевидения.

В дополнение к Xilleon, ATI приобрела NxtWave Communications за 20 миллионов долларов в июне 2002 года. Компания специализировалась на цифровой обработке сигналов и приложениях для телеприставок и наземных цифровых решений.

Не отставая от цикла выпуска продуктов, Nvidia выпустила GeForce 4 в феврале 2002 года.Три детали MX, три мобильные части на основе моделей MX и две высокопроизводительные модели Titanium (Ti 4400 и Ti 4600) составили начальную линейку, созданную по 150-нм техпроцессу TSMC. GeForce 4 была фактически готова к выпуску двумя месяцами ранее, но запуск был отложен, чтобы не съесть продажи GeForce 3 в праздничный сезон.

Карты серии MX предназначались для бюджетного сегмента, но они все еще мало впечатляли, поскольку были основаны на старой архитектуре GeForce 2.Добавлен декодер MPEG2, но карты вернулись к поддержке DirectX 7.0 / 7.1 как более ранняя линейка GF2 MX. Цена в 99–179 долларов отражает сокращенный набор функций.

С другой стороны, модели Titanium показали отличные характеристики и в некоторых случаях смогли увеличить производительность на 50% по сравнению с GeForce3 Ti 500. Ti 4600 стал лидером производительности в одночасье, легко избавившись от Radeon 8500, в то время как Ti 4200 показал результат. 199 долларов представляют собой карту с лучшим соотношением цены и качества.

Но затем появилась Radeon 9700 Pro, которая сразу же отправила все остальные карты в статус запуска.

ATI Radeon 9700 Pro (FIC A97P)

Графический процессор ATI R300, разработанный командой, которая изначально составляла ядро ArtX, показал впечатляющие результаты и очень быстро появился. Это была первая поддержка DirectX 9.0 и, соответственно, первая архитектура, поддерживающая шейдерную модель 2.0, вершинный шейдер 2.0 и пиксельный шейдер 2.0. Другие заметные достижения: это вторая серия графических процессоров с поддержкой AGP 8x — первой была линейка SiS Xabre 80/200/400 — и реализация первого пакета графических процессоров с перевернутым кристаллом.

О корпусах флип-чипов для графических процессоров: Графические чипы предыдущих поколений и другие ИС использовали монтаж проводом. При использовании этого метода микросхема устанавливается на плату, а логические блоки находятся под металлическими слоями, контактные площадки которых соединяются тонкими проводами, расположенными по краям микросхемы, для припайки шариков или контактов на нижней стороне. Flip-chip устраняет компонент провода через точки контакта (обычно паяные в виде сетки из шариков) непосредственно на «вершине» микросхемы, которая затем переворачивается или «переворачивается», так что точки пайки непосредственно контактируют с подложкой или печатная плата.Затем микросхема подвергается локальному нагреву (оплавлению) для расплавления припоя, который затем образует соединение с нижележащими точками контакта платы.

ATI дополнила линейку в октябре, добавив не Pro 9700 по цене 299 долларов для тех, кто не может расстаться с 399 долларами за топовую модель. Между тем, более дешевые модели 9500 Pro (199 долларов) и 9500 (179 долларов) достигли основных сегментов рынка, а FireGL Z1 / X1 занял место в категории 550-950 долларов для профессиональной графики. All-In-Wonder 9700 Pro (449 долларов) также был добавлен в декабре.

Продажи

ATI, вероятно, упали, когда было обнаружено, что многие карты можно модифицировать для их более дорогих аналогов. Примеры этого включали возможность превратить карту 9500 в 9700, используя ее эталонную плату (с полным набором трассировок памяти), или 9800 Pro в ее аналог XT. Для последнего был доступен патч драйвера, чтобы проверить, примет ли он мод, который состоял из впаивания резистора или использования карандаша для настройки графического процессора и микросхемы управления напряжением памяти.Жесткие модификации также включали обновление различных моделей 9800 до FireGL X2, в то время как исправленный / Omega драйвер имел возможность превратить 9800 SE 256MB за $ 250 в 9800 Pro 256MB за $ 499.

Помимо дискретной графики, ATI также представила интегрированную графику для настольных ПК и наборы микросхем. К ним относятся A3 / IGP 320, предназначенные для работы в паре с процессорами AMD, RS200 / IGP 330 и 340 для чипов Intel, а также серия мобильных устройств U1 / IGP 320M для платформ AMD и RS200M для Pentium 4-M. Все они были дополнены южными мостами ATI, в частности IXP200 / 250.

SiS представила линейку Xabre в период между выпуском GeForce4 и R300. Карты всегда были медленнее, чем предложения Nvidia и ATI по той же цене, и им мешало отсутствие конвейеров вершинных шейдеров. Это привело к сильной зависимости от драйверов и разработчиков игр для получения максимальной отдачи от программной эмуляции, что позволило SiS оставаться в стороне от дискретной трехмерной графики для настольных ПК.

Линия Xabre также реализовала «Turbo Texturing», где частота кадров была увеличена за счет резкого снижения качества текстур и отсутствовала анизотрофная фильтрация.Все это мало способствовало тому, чтобы рецензенты полюбили карты.

Линия Xabre была последней под знаменем SiS, поскольку компания выделила свое графическое подразделение (переименованное в XGI) и через пару месяцев в июне объединилась с Trident Graphics.

Первая из серии FX от Nvidia появилась 27 января 2003 года с печально известным «Dustbuster» FX 5800 и немного более быстрым (читай: менее медленным) FX 5800 Ultra. По сравнению с действующим чемпионом, ATI Radeon 9700 Pro (и не-Pro), FX был намного громче, он давал худшее качество анизотрофной фильтрации (AF) и производительность сглаживания (AA) и в целом был намного медленнее.ATI была так далеко впереди, что карта Radeon 9700 второго уровня, выпущенная пятью месяцами ранее, комфортно обогнала Ultra и была на 100 долларов дешевле (299 долларов против 399 долларов).

Команда дизайнеров 3dfx, которая перешла в Nvidia, отомстила и реализовала свой потенциал, поставив неэффективный графический чип NV30 с опозданием.

Предполагалось, что чип NV30 дебютирует в августе, примерно в то же время, что и Radeon 9700, но рост числа проблем и высокий уровень дефектов в 130-нм техпроцессе TSMC Low-K сдерживали Nvidia.Некоторые круги также утверждали, что у компании не хватает инженерных ресурсов, и многие из них связаны с микросхемой консоли Xbox NV2A, APU SoundStorm, а также с наборами микросхем материнских плат.

Стремясь продвинуться вперед, Nvidia предприняла проект по производству нескольких микросхем серии FX по более традиционному 130-нанометровому процессу IBM из фторосиликатного стекла (FSG) с низким K.

ATI обновила свою линейку видеокарт в марте, начиная с 9800 Pro, с графическим процессором R350, который по сути представлял собой R300 с некоторыми улучшениями в инструкции к кэшированию и сжатию Hyper-Z.

В апреле последовали RV350 и RV280. Первый из них, найденный внутри Radeon 9600, был построен с использованием того же процесса TSMC 130nm low-K, который использовала Nvidia. Между тем, RV280, питающий Radeon 9200, был немногим больше, чем RV250 Radeon 9000 с поддержкой AGP 8x. .

Графический процессор Xbox 360 (ATI C1 / Xenos)

В том же месяце ATI и Nintendo подписали технологическое соглашение, которое в конечном итоге приведет к созданию голливудского графического процессора для консоли Nintendo Wii.ATI совершила второй переворот в консоли в августе, когда Microsoft заключила с ними контракт на поставку графического процессора Xbox 360.

Всего через три с половиной месяца после бесславного дебюта FX 5800, Nvidia сделала еще один снимок с NV35 (FX 5900 и FX 5900 Ultra). Новый драйвер Detonator FX значительно улучшил АА и АФ, почти не уступая по качеству решению ATI. Однако 5900 добился того, чего не смог 5800. Она выбила ATI Radeon 9800 Pro с позиции самой быстрой видеокарты, хотя при цене 499 долларов за штуку немногие действительно воспользовались бы этим преимуществом.

Как и ожидалось, ATI вернула себе право хвастаться в сентябре, выпустив 9800 XT. Превосходная поддержка драйверов — в основном с некоторыми играми DX9 — также сделала XT в целом лучшей картой, чем аналог Nvidia, гарантируя, что ATI завершила год с короной производительности. 9700 Pro осталась выдающейся основной платой, а FX 5700 Ultra за 199 долларов выиграла в ценовом сегменте ниже 200 долларов.

ATI вернулась с прибылью в 35,2 миллиона долларов в 2003 году после убытка в размере 47,5 миллиона долларов в 2002 году.В значительной степени это произошло из-за более высоких продажных цен на доминирующие карты 9800 и 9600. Между тем, Nvidia сохранила 75% рынка недорогого DirectX 9, благодаря популярности FX 5200.

Source DirectX 9.0 Effects Trailer, показанный во время презентации ATI Radeon 9800 XT и 9600 XT

Недавно созданная XGI выпустила преемника Xabre поэтапно в период с сентября по ноябрь. Переименованная в Volari, линейка карт варьировалась от V3 за 49 долларов до Duo V8 Ultra с двумя графическими процессорами.V3 был фактически ребрендингом Blade XP4 от Trident и частью DX 8.1, в то время как остальная часть серии (V5 и V8) была разработана на основе предыдущего SiS Xabre и имела поддержку DX9.0.

По большей части, все модели были плохо поставлены, за исключением V3 начального уровня, который предлагал производительность, равную GeForce FX 5200 Ultra и Radeon 9200. Duo V8 Ultra был на ~ 20% выше, чем Radeon 9800. Pro 128 МБ, но производительность на уровне 9600XT или ниже.

Еще одна компания, вернувшаяся в настольную графику, была S3. К сожалению, покупатели теперь обычно рассматривают настольную графику как две скачки, и S3 не был одним из них.

Линия Volari от

XGI сохранилась с 8300 в конце 2005 года, которая была более или менее на одном уровне с Radeon X300SE / GeForce 6200 за 49 долларов, а также с Z9 / Z11 и XP10. В октябре 2010 года компания была реабсорбирована обратно в SiS.

Еще одна компания, вернувшаяся в настольную графику, была S3.После того, как графическое подразделение было продано VIA за 208 миллионов долларов плюс 60 миллионов долларов долга компании, реструктурированное предприятие сосредоточилось в основном на проектах по производству чипсетов.

Карты

DeltaChrome для настольных ПК были анонсированы в январе, но в проверенной временем моде на S3 первые модели S4 и S8 не начали появляться в розничных продажах до декабря. На новых картах было представлено большинство обязательных вещей 2003 года; Поддержка DirectX 9, 16x AF, поддержка HD 1080p и поддержка портретного режима.

К сожалению, покупатели теперь обычно рассматривают настольную графику как две скачки, и S3 не был одним из них.В то время как S3 стремилась сохранить конкурентоспособность, ATI и Nvidia поддерживали друг друга, стремясь достичь постоянно растущих уровней производительности и качества изображения.

В 2005 году на смену DeltaChrome пришла компания GammaChrome.

Nvidia и ATI продолжили в 2005 году свои поэтапные запуски. Первая представила свою первую карту GDDR3 в марте как FX 5700 Ultra, за ней последовала серия GeForce 6 с линейкой high-end 6800. Первоначальная линейка включала 6800 (299 долларов), GT (399 долларов), Ultra (499 долларов) и разогнанный вариант, известный как Ultra Extreme (549 долларов), в противовес ATI X800 XT Platinum Edition.Последний был продан избранной группой партнеров по надстройке.

6800 Ultra 512MB был добавлен 14 марта 2005 года и продан по невероятной цене в 899 долларов — BFG добавила разогнанную версию за 999 долларов. Среднечастотный диапазон был хорошо реализован в серии 6600 в сентябре.

Набор функций

Nvidia для серии 6000 включал поддержку DirectX 9.0c, шейдерную модель 3.0 (хотя карты никогда не могли полностью использовать это), механизм декодирования и воспроизведения PureVideo от Nvidia и поддержку SLI — IP-множитель производительности для нескольких GPU, который был приобретен у 3dfx.

Возвращение к старой функции: SLI

Там, где реализация 3dfx привела к тому, что каждый процессор отвечал за альтернативное сканирование строк, Nvidia решала эту проблему несколькими разными способами. Компания реализовала рендеринг с разделением кадров (SFR), при котором каждый графический процессор отображал верхнюю или нижнюю половину кадра, альтернативный рендеринг кадра (AFR), чтобы графические процессоры отображали кадры по очереди, а в некоторых случаях драйвер просто отключал SLI в зависимости от того, игра поддерживает эту функцию.Эта последняя функция была неудачной на раннем этапе разработки драйверов.

Хотя технология была анонсирована в июне, для нее требовалась материнская плата с набором микросхем nForce4, чтобы можно было установить несколько графических процессоров, и они не начали поступать в розничные продажи в больших количествах до конца ноября. Подливая масла в огонь, первые выпуски водителей, где они спорадические (в лучшем случае), вплоть до следующего года.

В то время как Nvidia SLI была анонсирована в июне 2004 года, необходимые материнские платы nForce4 не поступали в розничную продажу в количестве до ноября, а первоначальные выпуски драйверов были спорадическими до следующего года.

Обзоры того времени в целом отражали текущую производительность, показывая, что две карты более низкого уровня (например, 6600 GT SLI, которую можно было купить за 398 долларов) обычно равнялись одной карте энтузиаста при более низком разрешении и качестве изображения. Однако при самых высоких разрешениях и с применением антиалиасинга настройки с одной картой по-прежнему преобладали. Производительность CrossFire SLI и ATI была столь же неустойчивой, как и сейчас, от идеального масштабирования до полного отсутствия работы.

Партнеры

Nvidia по платам сразу же увидели маркетинговые возможности в обновленной технологии: Gigabyte предложила двойную карту 6600 GT SLI (3D1), затем двойную 6600 (3D1-XL) и 6800 GT (3D1-68GT).Эти карты требовали не только чипсета nF4, но и материнской платы Gigabyte.

Среди высокопроизводительных видеокарт с одним графическим процессором 6800 Ultra и X800 XT / XT PE были довольно равномерно сопоставимы как по цене, так и по производительности. Но у них были свои проблемы. Последняя прибыла в мае и страдала от ограничений на поставку на протяжении всего производственного цикла, в то время как флагманская модель 6800 Ultra от Nvidia очень поздно прибыла в августе и также страдала от ограничений с поставками в зависимости от региона распространения, поскольку карта была доступна только проценту партнеров по плате.

6800 GT в целом превзошел X800 Pro с ценой 399 долларов, а 6600 GT — с ценой в 199 долларов.

Острая конкуренция с Nvidia в том году не оказала отрицательного влияния на чистую прибыль ATI, поскольку прибыль достигла пика в 204,8 миллиона долларов за год при выручке почти в 2 миллиарда долларов.

Одна странность, связанная с хорошо принятым 6600 GT, заключалась в том, что он изначально был выпущен как карта PCI Express, в то время, когда PCI-E был функцией только Intel для материнских плат, разработанных для процессоров Pentium 4.Эти чипы обычно отставали по игровой производительности от предложений AMD, которые, конечно, использовали шину данных AGP.

Серия 7000 от Nvidia начала сходить с конвейеров задолго до того, как серия 6000 завершила свой модельный ряд. 7800 GTX прибыл на полные пять месяцев до того, как уменьшенная спецификация материалов (BoM) 6800 GS увидела свет. Первая итерация серии 7800 была основана на графическом процессоре G70 по 110-нм техпроцессу TSMC, но быстро уступила место серии 7900 на базе G71, созданной по 90-нм техпроцессу TSMC.

Хотя соглашение об именах изменилось с «NV» на «G», последние были архитектурно связаны с серией NV40 GeForce 6000. И хотя G70 лишь незначительно больше, чем NV40-45, при площади 334 мм², G70 имеет дополнительные восемьдесят миллионов. транзисторов (всего 302 миллиона), добавив на треть больше вершинных конвейеров и на 50% больше пиксельных конвейеров. В большинстве случаев замена G70 производилась в течение девяти месяцев, а в случае GS и GTX 512MB этот показатель составлял 3 и 4 месяца соответственно.

На начальном уровне 7100 GS продолжила использование TurboCache (способность платы использовать часть системной памяти), которая была представлена в GeForce 6200 TC предыдущего поколения.

Nvidia GeForce 7800 GTX

;

На другом конце спектра, 7800 GTX 256MB поступит в продажу 22 июня с рекомендованной розничной ценой в 599 долларов, хотя его реальная розничная цена во многих случаях была выше. ATI вернула себе корону с одним графическим процессором, выпустив X1800 XT, но Nvidia ответила на это с помощью 512-мегабайтной версии 7800 GTX тридцать пять дней спустя и быстро вернула себе титул.

Два месяца спустя ATI выпустила X1900 XTX, который уступил флагману Nvidia. Эта конкретная гонка на графические мощности привела к тому, что обе карты были оценены в 650 долларов. Одним из побочных эффектов видеокарт, перешедших на буфер кадра 512 МБ, стало то, что игры в разрешении 2560×1600 с 32-битным цветом и высоким уровнем качества изображения теперь стали возможны через двухканальный DVI.

Оригинальный дизайн CrossFire от ATI
требуется с помощью внешнего Y-кабеля

ATI анонсировала свою технологию Crossfire с несколькими картами в мае 2005 г. и сделала ее доступной в сентябре, выпустив чипсет Xpress 200 Crossfire Edition и плату X850 XT Crossfire Master.Из-за одноканального TMDS разрешение и частота обновления изначально были ограничены 1600 x 1200 при 60 Гц, но вскоре его заменит двухканальный TMDS для 2560 x 1600.

В отличие от решения Nvidia, в котором две идентичные карты обмениваются данными через мостовой соединитель, ATI реализовала мастер-карту с приемником TMDS, который принимал входные данные от подчиненной карты через внешний ключ и композитный чип Xilinx.

Как и SLI от Nvidia, CrossFire предлагает альтернативный рендеринг кадров (AFR) и рендеринг с разделением кадров (SFR), а также технику рендеринга под названием SuperTiling.Последний предлагал повышение производительности в некоторых приложениях, но он не работал с OpenGL и не поддерживал ускоренную обработку геометрии. Как и SLI, Crossfire столкнулась со своими проблемами, связанными с драйверами.

ATI намеревалась подготовить свои карты на базе R520 — их первые карты с шейдерной моделью 3.0 — к июню-июлю, но позднее обнаружение ошибки в библиотеке ячеек привело к 4-месячной задержке.

Первоначальные запуски включали X1800 XL / XT с ядром R520, бюджетные карты X1300, использующие RV515 с практически четвертью графических конвейеров R520, и X1600 Pro / XT на основе RV530, который был похож на RV515. но с более высоким соотношением шейдеров и вершин конвейера к TMU и ROP.

Из-за первоначальной задержки с R520, GPU и его производные были заменены всего через три с половиной месяца серией X1900 на базе R580, в которой использовался новый 80-нм техпроцесс TSMC. Продолжая развертывание, половина ресурсов графического конвейера ушла на RV570 (X1650 GT / XT и X1950 GT / Pro), в то время как уменьшенный RV530 стал RV535, питающим X1650 Pro, а также X1300 XT.

Выручка ATI выросла до рекордных 2,2 млрд долларов за год, самого высокого уровня в истории компании, благодаря поставкам графических процессоров Xenos для Xbox 360.Однако чистая прибыль упала до 16,9 миллиона долларов.

Выручка ATI выросла до рекордных 2,2 миллиарда долларов в 2005 году, самого высокого показателя за всю историю компании, благодаря поставкам графических процессоров Xenos для Xbox 360. Чистая прибыль, однако, упала до 16,9 миллиона долларов.

На этом этапе любой запуск видеокарты, не основанной на графическом процессоре Nvidia или ATI, был встречен с некоторым любопытством, если не с энтузиазмом. Такова была сцена, когда обновленная графическая линейка S3 дебютировала в ноябре.

Chrome S25 и S27 обещали хорошую игровую производительность, основанную на их высоких тактовых частотах, но предоставили продукт в основном не на должном уровне.Первоначальная цена в 99 долларов (S25) и 115 долларов (S27) поставила карты в конкуренцию с Nvidia 6600 / 6600GT и ATI X1300Pro / X1600Pro, но ни одна из карт S3 не выдержала конкуренции ни в чем, кроме энергопотребления. Это небольшое преимущество испарилось, когда ATI / AMD и Nvidia обратились к HTPC и рыночному сегменту начального уровня, фактически уничтожив последующие серии Chrome 400 и 500 от S3.

Дополнительной проблемой для S3 было то, что стоимость создания карт приводила к минимальной прибыли.Компании требовались большие объемы продаж на рынке, на котором доминируют два поставщика. HTC должна была приобрести S3 в июле 2012 года за 300 миллионов долларов, что первоначально рассматривалось как рычаг воздействия в отдельных юридических спорах между HTC и S3 с Apple.

Nvidia и ATI продолжали привлекать внимание прессы в 2006 году.

ATI приобрела Macrosynergy, проектно-конструкторский центр в Шанхае с персоналом, работающим в Калифорнии и ранее входившим в группу XGI. Затем в мае компания купила BitBoys за 44 миллиона долларов.

Между тем, первый набег Nvidia на одноплатные продукты с двумя GPU произошел в марте, вслед за ATI, 3dfx и XGI. 7900 GX2 поместит две пользовательские платы, по сути, неся пару 7900 GTX с пониженной тактовой частотой. Но Asustek не стала ждать решения Nvidia с двумя графическими процессорами и выпустила собственный вариант — Extreme N7800GT Dual (900 долларов США, сборка 2000 единиц), который вместо этого сочетал в себе два графических процессора 7800 GT.

Эта карта пробудила интерес Asus к платам с двумя графическими процессорами ограниченного выпуска и, возможно, укрепила отношение Nvidia к партнерам по платам, поскольку продукты Asustek при запуске были взяты из своих эталонных моделей.

На массовом массовом рынке 7600 GT и GS продемонстрировали солидную производительность и замечательную долговечность, в то время как ATI X1950 XTX и Crossfire возглавили топовые тесты для энтузиастов для видеокарт с одним GPU. X1900 XT и GeForce 7900 GT были довольно равномерно сопоставимы в верхнем мейнстриме.

Дэвид Ортон из ATI и Эктор Руис из AMD официально объявляют об историческом слиянии

После двадцати одного года работы в качестве независимой компании ATI была выкуплена AMD 25 октября 2006 г. по общей цене 5 долларов.4 миллиарда — поделены между 1,7 миллиарда драмов, 2,5 миллиарда долларов, взятых в долг у кредитных организаций, 57 миллионами акций драмов и 11 миллионами опционов / ограниченных акций на сумму 1,2 миллиарда долларов. На момент выкупа около 60-70% доходов ATI от набора микросхем / IGP приходилось на партнерство с материнскими платами на базе Intel.

Через две недели после выкупа ATI Nvidia открыла эру унифицированных шейдерных архитектур для компьютерной графики.

Когда значительная часть рынка наборов микросхем Intel IGP перешла на Nvidia, рыночная доля резко упала.Логика покупки заключалась в том, чтобы, казалось бы, быстро перейти к технологии графических процессоров, а не использовать 5,4 миллиарда долларов для разработки собственной интеллектуальной собственности AMD и добавления лицензионных технологий там, где это необходимо. В то время AMD стремилась к быстрому внедрению Torrenza и связанных с ней проектов Fusion.

Через две недели после выкупа ATI Nvidia открыла эру унифицированных шейдерных архитектур для компьютерной графики. Графический процессор Xenos от ATI для Xbox 360 уже представил унифицированную архитектуру для консолей.

Эта статья — третья из четырех статей. В четвертом и последнем разделе мы подведем итоги, после разработки продуктов Radeon под крылом AMD, продолжающегося соперничества между процессорами GeForce и Radeon, перехода к потоковой обработке и того, что ждет в ближайшем будущем для графических процессоров. .