Геннадий Кондратьев - Железо ПК. Популярный самоучитель
Так что не робеем, читаем медленно и осмысленно. Если что-то непонятно, останавливаемся и перечитываем. И все у нас получится!
Итак, процессором (он же микропроцессор, он же CPU – Central Processing Unit) называется устройство, без которого ни один компьютер работать не может. Выполнение любой задачи на ПК сопровождается множеством математических вычислений, которыми и занимается процессор. Даже когда вы просто слушаете музыку на компьютере, процессор неустанно считает: складывает, умножает и т. д. Поскольку музыка для процессора – всего лишь набор цифр.
Нужно ли говорить, что это довольно сложное устройство. Обычно процессор собирается на небольшой пластине из кремния, на которой размещаются миллиарды (да-да, миллиарды!) транзисторов. Именно эти крошки и выполняют всю работу, связанную с вычислениями.
В большинстве персональных компьютеров процессор крепится непосредственно к материнской плате (мы уже посмотрели, как выглядит соответствующее гнездо на «маме» (см. рис. 3.10)), но иногда (очень редко) он устанавливается на отдельной плате, которая, в свою очередь, подключается к материнской с помощью специального слота.
Теперь поговорим об основных характеристиках процессоров (проще говоря, чем один процессор отличается от другого и по каким признакам определить, какой из них круче). Начнем с уже знакомой вам тактовой частоты.
• Тактовая частота (внутренняя частота) – это количество операций, выполняемых процессором за одну секунду (если сказать очень упрощенно). Давайте разберемся в этом чуть подробнее. Процессор выполняет самые разные программы, только некоторые из которых запускает пользователь. Программы – штука сложная, но на самом деле, с точки зрения процессора, они представляют собой лишь цепочку простейших инструкций.
Простой пример
Сравним процессор с человеком, то есть с вами. Итак, вам дано задание приготовить чай. Это программа, но для вас она означает цепочку элементарных действий: пойти на кухню, взять чайник, подойти к крану, налить воды, подойти к плите, включить газ и т. д. Это и есть простейшие инструкции.
Каждое новое состояние процессора называется тактом (tick). Одни простейшие инструкции выполняются за несколько тактов, а другие – за один. Встречаются процессоры, способные выполнять несколько инструкций за один такт (ну просто «монстры» какие-то!). Количество тактов, необходимых процессору для выполнения той или иной инструкции, определяется его внутренним устройством – архитектурой (по аналогии со строительством, где архитектурой здания называют его строение), а также набором команд (то есть команды какой сложности он умеет выполнять). Бывают процессоры:
– с расширенным набором команд (CISC) – работают со сложными инструкциями, каждая из которых занимает несколько тактов;
– с сокращенным набором команд (RISC) – работают с небольшим количеством самых простых инструкций, каждая их которых выполняется очень быстро, но не приносит значительного результата.
Еще один простой пример
Представьте две строительные площадки, на каждой из которых возводится дом. На одной стройплощадке дом строится из кирпича, на другой – из крупных панелей. Для строительства одного этажа требуется несколько десятков панелей или несколько тысяч кирпичей. Можно сказать, что строительство панельного дома производится с расширенным набором команд (CISC), а кирпичного – с сокращенным (RISC). Результат установки трех-четырех панелей сразу виден, в то время как даже несколько десятков новых кирпичей в кладке можно сразу и не заметить. С другой стороны, добавление одного кирпича в кладку занимает гораздо меньше времени, чем установка одной панели.
Так что, если копнуть глубже, становится ясно, что одной тактовой частоты для сравнения скорости работы процессоров недостаточно. Процессоры с одной и той же тактовой частотой могут по-разному работать с различными программами.
Тем не менее чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее он работает в целом (не рассматривая работу с каждой отдельно взятой программой).
Теперь приведем некоторые другие параметры, характеризующие процессор.
• Кеш (cache) – небольшое количество памяти, расположенной прямо на пластине процессора и потому очень быстрой (ведь она работает на внутренней частоте процессора). В кеш заносится очередь поступивших команд. Наличие кеша избавляет процессор от необходимости постоянно обращаться за информацией к более медленной (тут, конечно, все познается в сравнении) оперативной памяти и терять время в ожидании ответа от нее. Мало того, в кеш также подгружается часть информации, которая может пригодиться процессору в ближайшее время. Таким образом, процессор как бы предугадывает ваши действия и заранее загружает в кеш данные, которые могут потребоваться ему для выполнения будущих задач. Более продвинутые процессоры имеют двухуровневый кеш: кеш первого уровня (L1) и кеш второго уровня (L2).
Пример, демонстрирующий работу кеша
Представьте, что вы на большом банкете. Вам потребовалась соль, и вы просите одного из участников банкета передать вам солонку. Тот, в свою очередь, передает вашу просьбу соседу, поскольку тоже не может до нее дотянуться. В конечном счете солонка оказывается у вас. Вы посолили блюдо, после чего солонка отправляется в обратный путь. В следующий раз, когда вам понадобилась соль, ситуация повторяется. Рано или поздно вам это надоедает, и вы оставляете солонку у себя (поскольку знаете, что она вам еще понадобится, а соседи уже на вас косо смотрят). Теперь, чтобы взять солонку, вам нужно только протянуть руку. Тот небольшой участок стола, в пределах которого вы можете брать предметы самостоятельно, и есть кеш. Можете воспользоваться этим советом, когда в следующий раз пойдете на банкет. И не забудьте сразу «загрузить в кеш» побольше хлеба и напитков.
Для определения качества процессора по этому параметру действует очень простое правило: чем больше размер кеша, тем лучше.
• Разрядность – количество бит, обрабатываемых процессором за одну операцию. За время развития процессоров их разрядность выросла с 4 до 64 бит (неплохо, правда?). Напомним, что бит – это самый маленький объем информации в цифровых технологиях.
Примечание (ну очень короткое)
1 байт = 8 бит.
• Внешняя шина процессора (Front Side Bus, FSB) – канал связи, по которому процессор взаимодействует с памятью.
Основным ее показателем является, как ни странно, тактовая частота, только на этот раз она называется внешней, или частотой системной шины. Дело в том, что информация по шине передается небольшими порциями (циклами, или тактами). Как и у процессора, тактовая частота показывает количество тактов в единицу времени. Частота современных шин может достигать 1,33 ГГц (хотя пока наиболее распространены процессоры, поддерживающие частоту шины в пределах от 800 до 1066 МГц).
Однако тут есть одна тонкость – помимо разрядности процессора, на скорость работы машины влияет и разрядность (ширина) шины, которая определяет, сколько информации можно передавать по шине за один такт.
Любая шина в компьютере на самом деле состоит из двух: шины данных и шины адреса.
Как вам наверняка уже стало понятно из названия, по шине данных передается сама информация, которую обрабатывает процессор. Легко догадаться, что чем больше разрядов передается за один такт (по шине данных), тем выше производительность процессора.
Примечание
Современные процессоры «вооружены» 64-битной шиной данных, то есть за один такт процессор способен передать 64 бита (8 байт) информации.
С разрядностью шины адреса немного сложнее. Дело в том, что каждый байт памяти компьютера пронумерован. Чтобы процессор получил нужную ему информацию, он должен знать ее адрес. Этот адрес и передается по адресной шине. Ширина адресной шины определяет максимальный номер байта, который может быть затребован процессором, а значит, и максимальное количество оперативной памяти, которое может быть установлено на данный компьютер.
Примечание
При 8-разрядной шине возможна адресация 256 байт (это 28), при 16-разрядной – 64 Кбайт (соответственно 216), а при 32-разрядной – 4 Гбайт (232). Из этих непонятных цифр для простого пользователя следует полезный вывод, что в компьютере, оснащенном современным 64-разрядным процессором, теоретически можно использовать до 18 млн терабайт (264) оперативной памяти! Даже представить трудно…
Разрядность адресной шины напрямую не зависит от разрядности шины данных, так что обычно пишут, например, 32/64. Это означает, что процессор имеет 32-разрядную шину данных и 64-разрядную шину адреса.
