Виталий Леонтьев - Выбираем компьютер, ноутбук, планшет, смартфон
– Ну… – замялся новоявленный гений, – домохозяйкам, например. Они в нем рецепты будут хранить…
– А может, ещё барбекю на камешке жарить? – саркастически ухмыльнулся Мур. И, указав выскочке на дверь, вновь уткнулся в изучение графика поставок.
Свою ошибку Мур и его коллеги поняли очень скоро. Но с лихвой наверстали упущенное, «сосватав» свой процессор Intel 8088 компании IBM. Плодом этого романа стал знаменитый компьютер IBM PC, вознёсший на вершины славы Microsoft и Intel… Словом, всех, причастных к его созданию – за исключением самой IBM.
Первый процессор работал на частоте всего 750 кГц. Сегодняшние процессоры от Intel быстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз, а любой домашний компьютер обладает мощностью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полётом космического корабля «Аполлон» к Луне. Недаром тот же Гордон Мур говорил: если бы автомобили развивались так же быстро, как процессоры, то сегодня на одном литре бензина мы могли бы проехать миллион километров, а сам автомобиль было бы дешевле выбросить, чем платить за парковку!
Процессор в компьютере не один: собственным процессором снабжена видеоплата, звуковая плата, множество внешних устройств (например, принтер). И часто по производительности эти микросхемы могут поспорить с главным, Центральным Процессором. Но в отличие от него, все они являются узкими специалистами – один отвечает за обработку звука, другой – за создание трёхмерного изображения. Основное и главное отличие центрального процессора – это его универсальность. При желании (и, разумеется, при наличии необходимой мощности и соответствующего программного обеспечения) центральный процессор может взять на себя любую работу в то время как процессор видеоплаты при всем желании не сможет раскодировать, скажем, музыкальный файл…
Любой современный процессор состоит из сотен миллионов отдельных электронных переключателей-транзисторов, соединённых между собой по специальной схеме. Трудно представить, что такое сложное устройство можно изготовить человеческими руками: легендарный левша – и тот умер бы от зависти!
На самом деле процессоры из отдельных транзисторов, конечно, никто не собирает – это было бы просто невозможно. Для их изготовления используется выращенный по специальной технологии кристалл кремния, в который внесены специальные добавки. После изготовления пластину покрывают тонким слоем диэлектрика – оксида кремния, который в свою очередь покрывается светочувствительным лаком с особыми свойствами – фоторезистом. Затем на этот лак, как на обычную фотоплёнку, переносится со специального фотошаблона схема будущего процессора. Во время экспонирования (засветки с помощью ультрафиолетовых лучей) фоторезист изменяет свои свойства: в зависимости от его типа засвеченные (или наоборот, не засвеченные) участки образуют устойчивый к внешним воздействиям защитный слой. Лак на незащищённых участках впоследствии протравливается, а в образовавшиеся «раны» на теле пластины добавляются специальные примеси, проникающие в кристаллическую решётку кремния. Полупроводниковый слой готов!
Но одним слоем дело не ограничивается: поверх напыления вновь наносится фото резисторный лак – и процесс повторяется снова и снова… Для связи отдельных слоев друг с другом используются ионы металлов: заполняя специально оставленные для них канавки, они образуют металлические дорожки-проводники.
Похоже на слоёный пирог – а если вспомнить, что на каждой пластине помещается множество «клеточек», которые потом превратятся в отдельные процессоры, неудивительно, что такую пластину называют «вафлей»! На завершающем этапе «вафлю» разрезают на отдельные кристаллы: какая-то их часть идёт в брак, а остальные – тестируются и, в зависимости от своего качества, маркируются как процессоры с определённой тактовой частотой.
Можно сказать, что крохи-транзисторы (напомним, что их размер в современном процессоре в тысячу раз тоньше человеческого волоса) наделяют компьютер способностью «думать». Точнее – вычислять, производя определённые математические операции с числами, в которые преобразуется любая поступающая в компьютер информация. Однако это будет не совсем правильно: ведь сами транзисторы способны лишь работать переключателями, пропуская или задерживая бегущий по каналам процессора ток! Поэтому чтобы понять, как процессор может обрабатывать информацию, нам нужно будет познакомиться с основными логическими блоками.
С логической точки зрения процессор состоит из множества ячеек. Хранить такая ячейка может от 1 до 8 байт информации (комбинация из двух байтов иначе называется «машинным словом»). Впрочем, далеко не все регистры заняты обработкой данных: часть из них, так называемые «адресные» и «сегментные» регистры, занимаются «пропиской» данных в ячейках памяти, другие регистры отвечают за самодиагностику процессора… Словом, внутри каждого «камня» существует целый город, каждый житель которого чётко знает свои обязанности.
Вроде бы все понятно, однако пока что вы не получили ответа на главный вопрос: каким образом процессор взаимодействует с программной начинкой нашего компьютера? Для того чтобы объяснить это взаимодействие, попробуем представить себе компьютер в виде большой кухни, где есть повар, плита и продукты, из которых готовятся блюда. Задачи программы (которая в этой кухне работает поваром) – подготовить данные (продукты) для кулинарной обработки на плите-процессоре. Подобно тому, как повар шинкует и нарезает кубиками овощи, программа переводит данные на язык понятных процессору инструкций. Один большой процесс, будь то сложение двух чисел или воспроизведение музыкальной композиции, разбивается на множество кусочков-операций. На уровне процессора это выглядит просто: «считать информацию, проживающую в памяти по такому-то адресу, переместить её в такой-то регистр». Каждый кусочек информации проходит через своеобразный конвейер, где каждый «рабочий» выполняет только одну простую операцию. На выходе прошедшие через «кулинарную обработку» данные вновь передаются программе-повару которая умело сервирует всю эту стряпню и подаёт её на красивой тарелочке на ваш стол.
Со временем классические процессоры «приросли» дополнительными модулями: сегодня на процессорном кристалле помещаются и отдельный модуль для обработки графики (ещё пять лет назад эту работу выполняла отдельная видеоплата), и дополнительная память… Увеличилось и количество процессорных ядер – теперь на одном кристалле их расположено до нескольких десятков! И все равно один процессор, каким бы могучим он не был, с обработкой информации справиться не в состоянии: для этого ему нужно общаться со множеством других компьютерных устройств: жёстким диском, оперативной памятью и т. д. Для этого в компьютере существует специальная скоростная магистраль, по которой данные передаются к процессору и обратно – она называется «шиной». С её работой мы подробнее познакомимся в главе, посвященной системным платам.
Но все же, когда речь заходит о покупке нового компьютера, то первым делом мы смотрим именно на процессор: от его выбора зависит очень и очень многое! А выбор этот сделать порой не просто: сегодня на рынке можно найти десятки моделей процессоров. И у каждого из них есть свои особенности и отличия в скорости, архитектуре… И, конечно, в цене. Поэтому нам с вами просто необходимо понять, чем же отличаются друг от друга разные процессоры?
Начнём с архитектуры процессоров, а заодно и с производителя. Большая часть современных процессоров для больших компьютеров и ноутбуков – дальние потомки того самого Intel-8088 (и его потомка 80286), которым были укомплектованы легендарные персоналки IBM PC, и сохраняют с последним определённую совместимость по архитектуре. На практике это значит, что на современных компьютерах можно запустить даже старенькую DOS начала 80-х, поскольку система базовых команд у процессоров этой линейки останется неизменной. О да, нынешние процессоры считают гораздо быстрее, и обросли дополнительными «инструкциями» и «расширениями» не хуже, чем дворовая кошка блохами… Но все равно некая совместимость сохраняется. Исходя из этого, процессоры компаний AMD и Intel относят к единому семейству под условным названием х86. Хотя архитектура самих процессоров несколько отличаются, и для каждого из них нужна собственная, отдельная платформа в виде базового набора микросхем на системной плате, с точки зрения программ они практически идентичны, не считая некоторых вспомогательных инструкций.
Если вам необходим игровой компьютер среднего уровня, присмотритесь попристальней к изделиям с логотипом AMD на корпусе. Конечно, процессоры AMD несколько уступают Intel по реальной производительности при той же тактовой частоте – однако это отставание нивелирует серьёзная разница в цене всей «платформы» (процессор плюс системная плата)? А также мощность встроенной графики. Судя по тестам, топовые модели процессоров AMD (в настоящее время – А10-6800К) уступают своим коллегам от Intel около 20 % производительности в общих вычислениях, однако берут своё в графике – тут их производительность, наоборот, выше на треть. С другой стороны, системы для серьёзных вычислений или обработки видео, а также экстремального «гейминга» лучше строить на основе топ-моделей Intel. Если не в видео, ни в игрушках вы не заинтересованы, то все эти виртуальные баталии Intel и AMD вам будут совершенно неинтересны.
