Структура процессора внутренняя шина (5 видео)

Содержание

Устройство и основные характеристики центрального процессора
Что такое процессор и как он устроен
Как изготавливают процессоры. Что такое техпроцесс
Понятие архитектуры, ядра, ревизии процессора
Основные характеристики процессора
Что такое сокет
Система охлаждения процессора
Внутренняя шина и регистры процессора
🎥 Видео

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

Устройство и основные характеристики
центрального процессора

Информация о процессоре компьютера, его значении, технологии изготовления, а также о характеристиках, которые необходимо учитывать при его выборе и приобретении.

Видео:Принцип работы процессора на уровне ядраСкачать

Что такое процессор и как он устроен

Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU, разг. – «проц», «камень») – сложная микросхема, являющаяся главной составной частью любого компьютера. Именно это устройство осуществляет обработку информации, выполняет команды пользователя и руководит другими частями компьютера.

Уже много лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Есть, конечно, и другие достойные производители, но до уровня указанных лидеров им далеко.

Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в разработки огромные средства и много сил. Их конкуренция — важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли.

Внешне центральный процессор не представляет собой ничего выдающегося – небольшая плата (где-то 7 х 7 см.) с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Но на самом деле внутри этой коробочки хранится сложнейшая микроструктура из миллионов транзисторов.

Как изготавливают процессоры. Что такое техпроцесс

Основным материалом при производстве процессоров является самый обычный песок, а точнее сказать кремний, коего в составе земной коры около 30%. Из очищенного кремния сначала изготавливают большой монокристалл цилиндрической формы, который разрезают на «блины» толщиной около 1 мм.

Затем с использованием технологии фотолитографии в них создаются полупроводниковые структуры будущих процессоров.

Фотолитография чем-то напоминает процесс печати фотографий с пленки, когда свет, проходя через негатив, действует на поверхность фотобумаги и проецирует на ней изображение.

При изготовлении процессоров своеобразной фотобумагой выступают упомянутые выше кремниевые «блины». Роль света играют ионы бора, разогнанные до огромной скорости высоковольтным ускорителем. Они пропускаются через специальные «трафареты» — системы высокоточных линз и зеркал, вкрапливаются в кремний и создают в нем микроскопическую структуру из множества транзисторов.

Сегодняшние технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 22 нанометра (толщина человеческого волоса — около 50000 нм). Со временем техпроцесс изготовления процессоров станет еще совершеннее. По прогнозам, их транзисторы уменьшатся как минимум до 14 нм.

Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов можно поместить в один процессор, тем он будет производительнее и энергоэффективнее.

Созданная таким образом полупроводниковая структура вырезается из кварцевого «блина» и помещается на текстолит. На обратную его сторону выводятся контакты для обеспечения подсоединения к материнской плате. Сверху кристал защищается от повреждения металлической крышкой (см. рис. выше).

Понятие архитектуры, ядра, ревизии процессора

Процессоры прошли сложную эволюцию и сейчас продолжают развиваться. Производители совершенствуют не только технологию изготовления, но и внутреннюю структуру процессоров. Каждое новое их поколение отличается от предыдущего строением, количеством и характеристиками входящих в их состав элементов.

Процессоры, в которых используются те же базовые принципы строения, называют процессорами одной архитектуры, а эти принципы — архитектурой (микроархитектурой) процессора.

В пределах одной архитектуры процессоры могут существенно отличаться — частотами системной шины, техпроцессом изготовления, размером и структурой внутренней памяти и некоторыми другими особенностями. О таких процессорах говорят, что они имеют разные ядра.

В рамках доработки одного ядра производители могут делать небольшие изменения с целью устранения мелких недочетов. Такие усовершенствования, которые «не тянут» на звание самостоятельных ядер, называют ревизиями.

Архитектурам и ядрам присваиваются определенные имена, а их ревизиям – цифробуквенные обозначения. Например, все модели Intel Core 2 Duo являются процессорами микроархитектуры Intel Core и производились с ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. У каждого из этих ядер были еще и разные ревизии.

Видео:КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

Основные характеристики процессора

• Количество вычислительных ядер.

Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра.

Многоядерность, как способ повышения производительности процессоров, используется с относительно недавнего времени, но признана самым перспективным направлением их развития. Для домашних компьютеров уже существуют процессоры с 8 ядрами. Для серверов на рынке есть 12-ядерные предложения (Opteron 6100). Разработаны прототипы процессоров, содержащие около 100 ядер.

Эффективность вычислительных ядер разных моделей процессоров отличается. Но в любом случае, чем их (ядер) больше, тем процессор производительнее.

Чем больше потоков – тем лучше. Количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер процессора. Так, благодаря технологии Hyper-Threading, 4-ядерный процессор Intel Core i7-3820 работает в 8 потоков и во многом опережает 6-тиядерных конкурентов.

• Размер кеша 2 и 3 уровней.

Кеш — это очень быстрая внутренняя память процессора, которая используется им как буфер для временного хранения информации, обрабатываемой в конкретный момент времени. Чем кеш больше – тем лучше.

Структура не всех современных процессоров предусматривает наличие кеша 3 уровня, хотя критичным моментом это не является. Так, по результатам многих тестов производительность процессоров Intel Core 2 Quadro, выпускавшихся с 2007 г. по 2011 г. и не имеющих кеша 3 уровня, даже сейчас выглядит достойно. Правда, кеш 2 уровня у них достаточно большой.

Здесь все просто – чем выше частота процессора, тем он производительнее.

• Скорость шины процессора (FSB, HyperTransport или QPI).

Через эту шину центральный процессор взаимодействует с материнской платой. Ее скорость (частота) измеряется в мегагерцах и чем она выше — тем лучше.

Понятие техпроцесса рассматривалось в предыдущем пункте этой статьи. Чем тоньше используемый техпроцесс, тем больше процессор содержит транзисторов, меньше потребляет электроэнергии и меньше греется. От техпроцесса во многом зависит еще одна важная характеристика процессора — TDP.

Termal Design Point — показатель, отображающий энергопотребление процессора, а также количество тепла, выделяемого им в процессе работы. Единицы измерения — Ватты (Вт). TDP зависит от многих факторов, среди которых главными являются количество ядер, техпроцесс изготовления и частота работы процессора.

Кроме прочих преимуществ, «холодные» процессоры (с TDP до 100 Вт) лучше поддаются разгону, когда пользователь изменяет некоторые настройки системы, вследствие чего увеличивается частота процессора. Разгон позволяет без дополнительных финансовых вложений увеличить производительность процессора на 15 – 25 %, но это уже отдельная тема.

В то же время, проблему с высоким TDP всегда можно решить приобретением эффективной системы охлаждения (см. последний пункт этой статьи).

• Наличие и производительность видеоядра.

Последние технические достижения позволили производителям, помимо вычислительных ядер, включать в состав процессоров еще и ядра графические. Такие процессоры, кроме решения своих основных задач, могут выполнять роль видеокарты. Возможностей некоторых из них вполне достаточно для игры в компьютерные игры, не говоря уже о просмотре фильмов, работе с текстом и решении остальных задач.

Если видеоигры — не главное предназначение компьютера, процессор со встроенным графическим ядром позволит сэкономить на приобретении отдельного графического адаптера.

• Тип и максимальная скорость поддерживаемой оперативной памяти.

Эти характеристики процессора необходимо учитывать при выборе оперативной памяти, с которой он будет использоваться. Нет смысла переплачивать за быстрые модули ОЗУ, если процессор не сможет реализовать все их преимущества.

Видео:Процессор под микроскопом. Нанометровое путешествие.Скачать

Что такое сокет

Важным моментом, который нужно учитывать при выборе процессора, является то, для установки в сокет какого типа он предназначен.

Сокет (socket, разъем центрального процессора) – это щелевой или гнездовой разъём на материнской плате, в который устанавливается процессор.

Каждый процессор можно установить только на материнскую плату с подходящим разъемом, имеющим соответствующие размеры, необходимое количество и структуру контактных элементов.

Каждый новый сокет разрабатывается производителями процессоров, когда возможности старых разъемов уже не могут обеспечить нормальную работу новых изделий.

Для процессоров Intel длительное время использовался (и сейчас еще используется) сокет LGA775 (процессоры Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серии 3000, Core 2 Quad). С началом производства линейки новых процессоров были введены сокеты LGA1366, LGA1156, LGA1155 (процессоры i7, i5, i3) и др.

Разъемы для процессоров от AMD за последние годы также изменились — AM2, AM2+, AM3 и т.д. О более ранних сокетах, думаю, смысла вспоминать нет, поскольку компьютеры на их основе – уже раритет.

Если вы задумали модернизировать старый компьютер путем приобретения более производительного процессора, убедитесь, что по сокету он подойдет к вашей старой материнской плате. Иначе однозначно придется менять и ее.

Устанавливать центральный процессор в сокет системной платы нужно аккуратно, чтобы не повредить контакты.

Видео:169 секунд и ты знаешь как работает процессорСкачать

Система охлаждения процессора

Процессор нуждается в надлежащем охлаждении, иначе он может выйти из строя.

Как известно, верхняя поверхность процессора представляет собой металлическую коробку, выполняющую, кроме защитных, еще и теплоотводные функции. Поверх процессора на материнской плате устанавливается система охлаждения. Ее теплоотводные элементы должны плотно прижиматься к поверхности процессора.

Для улучшения передачи тепла с процессора на радиатор системы охлаждения, между ними прокладывается слой термопасты – специального пастообразного вещества с высокой теплопроводностью.

При подборе системы охлаждения процессора нужно учитывать его TDP (рассматривалось выше в пункте о характеристиках процессора).

Процессоры обычно продаются в так называемом боксовом варианте поставки, когда в комплект входит штатная система охлаждения – боксовый куллер. Но иногда эффективность такого куллера является недостаточной (например, если был произведен разгон и частота процессора, а следственно и его TDP, возросла).

Нормальная температура работы процессора — до 50 градусов Цельсия (при пиковых нагрузках возможно чуть больше). Средства измерения температуры встроены в центральный процессор. При помощи специальных программ температуру можно отслеживать в режиме реального времени (например, программой SpeedFan).

Современный процессор устроен так, что при достижении им критичной температуры он отключается и не включается, пока не остынет. Это позволяет предупредить его повреждение под воздействием высокой температуры.

Читайте также: Сколько весит шина грузового автомобиля в среднем

Перегрев возможен вследствие низкой эффективности системы охлаждения, выхода ее из строя, засорения пылью, пересыхания термопасты и др.

Видео:Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

Внутренняя шина и регистры процессора

Термины- характеристики современных процессоров

Ядро
Название ядра в процессоре.
Ядро — это главная часть центрального процессора (CPU). Оно определяет большинство параметров CPU, прежде всего — тип сокета (гнезда, в которое вставляется процессор), диапазон рабочих частот и частоту работы внутренней шины передачи данных (FSB). Ядро процессора характеризуется следующими параметрами: технологический процесс, объем внутреннего кэша первого и второго уровня, напряжение и теплоотдача (насколько сильно будет нагреваться процессор). Прежде чем покупать CPU с тем или иным ядром, необходимо удостовериться, что ваша материнская плата сможет работать с таким процессором. В рамках одной линейки могут существовать CPU с разными ядрами. Например, в линейке Pentium IV присутствуют процессоры с ядрами Northwood, Prescott, Willamette.

Внутренняя шина и регистры процессора

Хоть процессор и получает данные из оперативной памяти с помощью некоторой ширины, это не значит, что внутри он может обрабатывать данные такой же разрядности.

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров.

Регистр — это по существу ячейка памяти внутри процессора. Разрядность регистров определяет характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых процессором. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-разрядными регистрами этого делать не могут.

Кроме того, в зависимости от структуры регистров различают два основных типа процессоров:

RISC — Reduced (Restricted) Instruction Set Computer — процессоры (компьютеры) с сокращенной системой команд. Эти процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения; их система команд отличается относительной простотой.

В результате аппаратная реализация такой архитектуры позволяет с небольшими затратами выполнять эти инструкции за минимальное (в пределе 1) число тактов синхронизации.

CISC — Complete Instruction Set Computer — процессоры с полным набором инструкций, к которым относится и семейство х86. Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций.

Практически во всех современных процессорах внутренние регистры являются 32-разрядными (исключения Itanium от Intel и Hammer от AMD).

Шина- это магистраль, связывающая некоторые компоненты компьютера между собой.

Электрически шина — это провода, обеспечивающие передачу электрического сигнала. Естественно характеризовать шину скоростью, с которой по ней могут передаваться данные.

Шина данных процессора

Одной из самых общих характеристик процессора является разрядность его шины данных и шины адреса.

Когда говорят о шине процессора, обычно имеют ввиду шину данных, которая является набором соединений, для передачи и приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных по ней передается за определенный интервал времени, и тем быстрее она работает.

Разрядность шины данных подобна количеству полос автомагистрали — чем больше полос, тем больше поток машин, чем шире шина данных, тем больше данных за одинаковые промежутки времени по ней передается.

В процессоре 286 для приема и передачи двоичных данных используется 16 соединений, поэтому их шина данных считается 16-разрядной.

У 32-х разрядных процессоров (например, 486), таких соединений вдвое больше, поэтому за единицу времени они передают и получают вдвое больше данных, чем 16-и разрядные процессоры — разумеется, эффективность выше.

Современные процессоры (начиная с Pentium) имеют 64-х разрядную шину данных, поэтому они могут передавать в системную память по 64 бита за один такт. Такая реализация позволяет ускорить обмен данными между быстрым процессором и относительно медленным ОЗУ при неизменной рабочей частоте последнего за счёт повышения пропускной способности шины данных.

Разрядность шины данных процессора определяет также разрядность банка памяти. Это значит, что, например, 32-х разрядный процессор (например, 486) считывает из памяти и записывает в память 32 бита одновременно.

Процессоры класса Pentium и выше считывают и записывают при операциях с памятью 64 бита одновременно.

В современных процессорах внешняя шина данных 64-разрядная, а регистры и внутренняя шина процессора по-прежнему 32-разрядны. В современном процессоре (например, Pentium) для обработки информации, поступающей по внешней 64-разрядной шине данных, существует два обрабатывающих ее 32-разрядных блока, называемых конвейерами.

Такой процессор напоминает два объединенных в одном корпусе 32-разрядных процессора, а 64-разрядная внешняя шина данных позволяет быстрее наполнить регистры процессора.

Такая архитектура, применяющая для обработки поступивших данных несколько конвейеров, называется суперскалярной и применяется сегодня во всех современных процессорах

Шина адреса

Шина адреса представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. По каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов шины) используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором.

Например: процессор 8086 имел адресную шину 20 бит. Тогда он мог адресовать байт оперативной памяти, т.е. 1 Мбайт.

Таким образом, максимальный объем оперативной памяти, поддерживаемой процессором 8086, составляет 1 Мбайт.

286-ой процессор имел адресную шину равную 24 битам, адресуя, таким образом, уже 16 Мбайт. Современные процессоры имеют адресную шину равной 36 бит, что соответствует поддерживаемой оперативной памяти объемом 64 Гбайт!

Процессор Pentium 4 имеет разрядность 64/32, и его адресное пространство составляет 64 Гб.

Шины данных и адреса независимы, и разработчики микросхем выбирают их разрядность по своему усмотрению. Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: разрядность шины данных определяет возможности процессора быстро обмениваться информацией, разрядность адресной шины определяет объем поддерживаемой процессором памяти.

Многоядерная архитектура

Количество ядер

Новая технология изготовления процессоров позволяет разместить в одном корпусе более одного ядра. Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора. Например, в линейке Core 2 Duo используются двухъядерные процессоры, а в модельном ряду Core 2 Quad — четырехъядерные.

Мультиядерность в текущем понимании Intel – это один из трех возможных вариантов:

1. Независимые процессорные ядра, каждое со своей кэш-памятью, расположены на одном кристалле и просто используют общую системную шину. Это — 90-нанометровый Pentium D на ядре Smithfield.

2. Похожий вариант – когда несколько одинаковых ядер расположены на разных кристаллах, но объединены вместе в одном корпусе процессора (многочиповый процессор). Это 65-нанометровое поколение процессоров семейств Pentium и Xeon на ядрах Presler и Dempsey.

3. Ядра могут быть тесно переплетены между собой на одном кристалле и использовать некоторые общие ресурсы кристалла (скажем, шину и кэш-память). Таким является Itanium на ядре Montecito.

«Классическая» двухпроцессорная система с двухъядерными процессорами

Организация «системы в целом» у Intel столь же традиционна, сколь и устройство двухъядерного процессора. В ней есть несколько «равноправных» центральных процессоров (как правило, разделяющих общую шину); есть оперативная память и есть разной степени быстродействия периферия.

Весь этот комплект объединяется в единое целое специальным коммуникационным процессором – «северным мостом» (Northbridge) чипсета. Через него проходят все потоки данных, которые только зарождаются в компьютере.

Образно говоря, если «процессоры» — это «головы» компьютера, то северный мост – это его сердце.

Подобный «централизованный» подход, во-первых, отличается относительной простотой, а во-вторых, удобен тем, что в нём каждый компонент компьютера получается узкоспециализированным, и поддающимся модернизации независимо от других компонентов.

• APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) – одна из важнейших схем любого компьютера. Это схема, занимающаяся сбором и обработкой возникающих в компьютере прерываний.

(Как работает? Нажал пользователь клавишу на клавиатуре – контроллер клавиатуры зафиксировал это событие, занес код нажатой клавиши в свою встроенную память – и сгенерировал прерывание – выдал по специальной линии сигнал-запрос с просьбой прервать выполнение текущей программы и обработать событие «нажата клавиша на клавиатуре»).

Это «классическая» задача Interrupt Controller-ов: они позволяют процессору не терять зря время, регулярно опрашивая каждое из устройств на предмет того, «а не случилось ли там чего-нибудь за последние 10 мс».

Но задачи IC не ограничиваются только этим: помимо аппаратных существуют еще и программные прерывания (exceptions), которые генерирует не периферия, а сам процессор – в случае возникновения какой-либо нештатной ситуации.

Реакция на каждое из прерываний задается вектором прерываний – набором адресов в памяти, описывающих «что делать дальше» процессору в случае возникновения прерывания: какие функции (обработчики прерывания) ему в этом случае необходимо выполнять.

• DMA (Direct Memory Access) – это своеобразный «альтернативный процессор», который занимается в чипсете обработкой «фоновых» задач, связанных с периферией.

• GART (Graphical Address Relocation Table) появился в компьютерах одновременно с шиной AGP: это небольшая схема, которая обеспечивает графическому ускорителю доступ к системной памяти процессора.

Её задачи – реализация механизма виртуальной памяти для GPU, то есть отображение «линейного» адресного пространства, с которым работает ускоритель, на «реальное», произвольным образом «перетасованное» с «обычными данными».

Позволяет современным 3D-ускорителям использовать не только свою видеопамять, но и «основную» системную память компьютера.

Кэширование

Кэширование — это использование дополнительной быстродействующей памяти для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней (обозначаются L1, L2 и L3 — от Level 1, Level 2 и Level 3). Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши первого уровня часто делаются многопортовыми.

Читайте также: Размер зимних шин для шевроле ланос

Процессоры AMD K8 умели производить одновременно 64-битные запись и чтение, либо два 64-битных чтения за такт.

AMD K8L может производить два 128-битных чтения или записи в любой комбинации.

Процессоры Intel Core 2 могут производить 128-битные запись и чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большую латентность доступа, но его можно сделать значительно больше по объему.

Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё-же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Объем кэша L1(от 8 до 128 Кб)

Объем кэш-памяти первого уровня.

Кэш-память первого уровня — это блок высокоскоростной памяти, расположенный прямо на ядре процессора. В него копируются данные, извлеченные из оперативной памяти.

Сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора за счет более высокой скорости обработки данных (обработка из кэша быстрее, чем из оперативной памяти). Емкость кэш-памяти первого уровня невелика и исчисляется килобайтами. Обычно «старшие» модели процессоров обладают большим объемом кэша L1.
Для многоядерных моделей указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра.

Объем кэша L2 (от 128 до 12288 Кб)
Объем кэш-памяти второго уровня.
Кэш-память второго уровня — это блок высокоскоростной памяти, выполняющий те же функции, что и кэш L1, однако имеющий более низкую скорость и больший объем.

Если вы выбираете процессор для ресурсоемких задач, то модель с большим объемом кэша L2 будет предпочтительнее.
Для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэш-памяти второго уровня.

Объем кэша L3 (от 0 до 16384 Кб)
Объем кэш-памяти третьего уровня.
Интегрированная кэш-память L3 в сочетании с быстрой системной шиной формирует высокоскоростной канал обмена данными с системной памятью.

Как правило, кэш-памятью третьего уровня комплектуются только CPU для серверных решений или специальные редакции «настольных» процессоров. Кэш-памятью третьего уровня обладают, например, такие линейки процессоров, как Intel Pentium 4 Extreme Edition, Xeon DP, Itanium 2, Xeon MP и прочие.

Частота шины
Частота шины данных (Front Side Bus, или FSB). Шина данных — это набор сигнальных линий для передачи информации в процессор и из него.
Частота шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера.
В современных процессорах Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 используется технология Quad Pumping, которая позволяет передавать четыре блока данных за один такт. При этом эффективная частота шины увеличивается в четыре раза. Для указанных процессоров в поле «Частота шины» приводится эффективная, то есть увеличенная в четыре раза, частота шины.
В процессорах компании AMD Athlon 64 и Opteron использована технология HyperTransport. Она позволяет процессору и оперативной памяти взаимодействовать эффективнее, что положительно сказывается на общей производительности системы.

Коэффициент умножения (от 6.0 до 30.0).

Значение коэффициента умножения процессора, на основании которого производится расчет конечной тактовой частоты процессора.
Тактовая частота процессора вычисляется как произведение частоты шины (FSB) на коэффициент умножения. Например, частота шины (FSB) составляет 533 Mhz, коэффициент умножения — 4.5, получаем: 533*4.5= 2398,5 Mгц. Это и будет тактовой частотой работы процессора. Почти у всех современных процессоров данный параметр является заблокированным на уровне ядра и не поддается изменению.
В современных процессорах Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 используется технология Quad Pumping, которая позволяет передавать четыре блока данных за один такт, при этом эффективная частота шины увеличивается в четыре раза.

Для указанных процессоров в поле «Частота шины» приводится эффективная, то есть увеличенная в четыре раза, частота шины. Для получения физической частоты шины нужно эффективную частоту разделить на четыре.

Максимальная рабочая температура (от 54.8 до 105 C)
Допустимая максимальная температура поверхности процессора, при которой возможна нормальная работа.
Температура процессора зависит от его загруженности и от качества теплоотвода. В холостом режиме и при нормальном охлаждении температура процессора находится в пределах 25-40°C, при высокой загруженности она может достигать 60-70 градусов.
Для процессоров с высокой рабочей температурой рекомендуются мощные системы охлаждения.

Напряжение на ядре (от 0.65 до 1.75 В)
Номинальное напряжение питания ядра процессора.
Этот параметр указывает напряжение, которое необходимо процессору для работы (измеряется в вольтах). Он характеризует энергопотребление процессора и особенно важен при выборе CPU для мобильной, нестационарной системы.

Поддержка 3DNow
Поддержка технологии 3DNow!.
3DNow! — это технология, представляющая собой набор из 21 дополнительной команды. Она предназначена для улучшенной обработки мультимедийных приложений. Эта характеристика относится только к процессорам производства компании AMD.

Поддержка AMD64/EM64T
Поддержка технологии AMD64 или EM64T.
Процессоры с 64-битной архитектурой могут одинаково эффективно работать как со старыми 32-битными приложениями, так и с 64-битными, которые становятся в последнее время все более популярными.

Примеры линеек с 64-битной архитектурой: AMD Athlon 64, AMD Opteron, Core 2 Duo, Intel Xeon 64 и прочие.

Процессоры с поддержкой 64-битной адресации работают с оперативной памятью свыше 4 Гб, что недоступно традиционным 32-битным CPU. Для использования преимуществ 64-битных процессоров необходимо, чтобы ваша операционная система была адаптирована к ним.
Реализация 64-битных расширений в процессорах AMD называется AMD64, в моделях от Intel — EM64T.

Поддержка HT
Поддержка технологии Hyper-Threading (HT).
Технология Hyper-Threading, разработанная компанией Intel, позволяет процессору выполнять параллельно два потока команд (или две части программы).

Это значительно повышает эффективность выполнения специфических приложений, связанных с аудио- и видеоредактированием, 3D-моделированием и т.п., а также работы в многозадачном режиме.

Однако в некоторых приложениях использование этой технологии может приводить к обратному эффекту, поэтому при необходимости ее можно отключить.

Поддержка NX Bit
NX Bit представляет собой технологию, которая может предотвращать исполнение вредоносного кода некоторых видов вирусов. Она поддерживается в операционной системе Windows XP и во всех 64-битных операционных системах.

Поддержка SSE2
Технология SSE2 включает в себя набор команд, разработанных компанией Intel в дополнение к своим предыдущим технологиям SSE и MMX. Эти команды позволяют добиться существенного прироста производительности в приложениях, оптимизированных под SSE2. Данную технологию поддерживают практически все современные модели.

Поддержка SSE3
SSE3 — технология, представляющая собой набор из 13 новых команд, призванных улучшить производительность процессора в ряде операций потоковой обработки данных.

Поддержка SSE4
SSE4 — технология, представляющая собой набор из 54 новых команд. Они призваны увеличить производительность процессора в работе с медиаконтентом, в игровых приложениях, задачах трехмерного моделирования.

Поддержка Virtualization Technology
Virtualization Technology позволяет запускать на одном компьютере несколько операционных систем одновременно. Таким образом, с помощью виртуализации одна компьютерная система может функционировать как несколько виртуальных систем.

Сокет
Тип сокета — разъема для установки процессора на материнской плате. Как правило, тип сокета характеризуется количеством ножек и производителем процессора. Разные сокеты соответствуют разным типам процессоров.
Современные процессоры Intel используют сокет LGA775 и LGA1366, процессоры AMD — сокеты AM2 и AM2+.

Тепловыделение (от 10 до 165 Вт)
Величина тепловыделения процессора.
Тепловыделение — это мощность, которую должна отводить система охлаждения, чтобы обеспечить нормальную работу процессора. Чем больше значение этого параметра, тем сильнее греется процессор при работе.
Процессор с низким тепловыделением легче охлаждать, и, соответственно, его можно сильнее разогнать.
Однако следует обратить внимание, что производители процессоров по-разному измеряют тепловыделение, поэтому их сравнение корректно только в рамках одного производителя

Техпроцесс
Техпроцесс — это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей процессора (эти цепи состоят из соединенных соответствующим образом между собой транзисторов). Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению характеристик процессоров.

Для сравнения, у ядра Willamette, выполненного по техпроцессу 0.18 мкм — 42 миллиона транзисторов, а у ядра Prescott, техпроцесс 0.09 мкм — 125 миллионов.

Частота процессора (от 900 до 3800 МГц)
Тактовая частота процессора.
Тактовая частота — это количество тактов (операций) процессора в секунду. Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины (FSB). Как правило, чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность. Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку, помимо частоты, на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L2), наличие и частота кэша третьего уровня (L3), наличие специальных инструкций и другие.

Шина EV -6( AMD )

Шина компании Advanced Micro Devices (AMD). Для обмена с системной памятью.

По словам основателя и исполнительного директора (CEO или Chief Executive Officer) компании Джерри Сандерса (Jerry Sanders), процессор К7 , выпушенный в 1999 году в картридже, физически совместим (то есть, имеет такое же количество и расположение контактов) с патентованным разъемом Slot 1 компании Intel. При этом новый разъем компании AMD (рабочее название — Slot A) не будет электрически совместим со Slot 1, то есть AMD не собирается нарушать патенты Intel. В качестве системной шины К7 будет использовать шину ввода/вывода процессора Alpha 21264 (внутреннее название EV-6) компании Digital Equipment.

Что же представляет собой эта шина?

EV-6 уже работает на частоте 333 MHz,.

По этому показателю EV-6 более чем в три раза превосходит 100-мегагерцовые шины Socket 7 и Р6. Кроме того, хотя спецификация EV-6 не определяет специальной шины для обмена с кэшем L2, разработчики могут добавлять ее при необходимости — так, например, «верхние» модели процессора Digital 21264 имеют 128-разрядную дополнительную шину, что в два раза «шире», чем у Pentium II.

Возникает вопрос: как удалось заставить EV-6 работать на такой частоте, если переход даже с 66 MHz на 100MHz сопряжен с громадными техническими сложностями. Дело в том, что EV-6, в общем-то, не является шиной в привычном понимании этого слова.

Читайте также: Как обозначаются шины ранфлет ханкук

EV-6 же представляет собой просто 64-битный канал обмена между процессором и чипсетом. Каждый процессор в многопроцессорной системе должен иметь свою шину EV-6.

Обмен с системной памятью, PCI и AGP осуществляется чипсетом, причем каждая шина может работать на своей частоте.

Преимущества EV-6 очевидны. Поскольку главным «узким местом» современных процессоров является обмен с системной памятью, повышенная пропускная способность позволит уменьшить время простоя процессора при заполнении линии кэша.

Но при этом просто взять, и поднять частоту шины, увеличив, таким образом, ее пропускную способность весьма непросто. Нужно быть готовым к тому, что имеющееся оборудование наверняка не будет работать с новой частотой шины, и придется разрабатывать новое оборудование.

Второй способ увеличить пропускную способность канала обмена в приведенном выше примере еще более прост! Нужно просто добавить еще один (или несколько) проводов, по которым передаются данные! При этом частота остается той же, имеющееся оборудование будет работать, а передача данных происходит параллельно по двум или нескольким проводам. В таком случае говорят об увеличении ширины шины. Если в случае одного провода за один такт периодического сигнала передают один бит, то в случае, когда шина состоит из N проводов, за один такт можно передать N бит, поэтому ширину шины измеряют в битах, а физически это соответствует количеству проводов в шине, использующихся для передачи данных. Итак, говорят о разрядности шины и измеряют ее в битах. Чем больше разрядность, чем больше и пропускная способность шины.

Самой первой шиной для подключения плат расширения была разработанная для самых первых РС шина, названная XT-Bus (еще ее иногда называют ISA8). Это была восьмиразрядная шина, а частота, на которой она работала, составляла всего лишь 4,77 МГц.

Столь малая частота работы шины XT-Bus объясняется тем, что и процессор в самом первом компьютере IBM PC работал на частоте 4,77 МГц. Естественно, даже теоретическая пропускная способность такой шины 1байт х 4,77МГц = 4,77Мбайт/с (а реальная производительность шины заметно меньше), не может надолго удовлетворить потребности в пропускной способности, поэтому

для новых систем в 1984 году была разработана модификация шины XT-Bus, названная ISA.

Шина ISA была 16-разрядной, в отличии от своей восьмиразрядной предшественницы, кроме того частота шины ISA была поднята примерно до 8 МГц. Таким образом, пропускная способность новой шины увеличилась по сравнению с XT-Bus почти вчетверо.

В ситуации, когда нужно разработать новую шину для подключения внешних устройств, всегда есть два пути.

Путь первый — разработать с нуля новую шину, новый разъем, новую логику работы не имея необходимости тащить за собой недостатки прошлого.

И путь второй — разработать новую шину как улучшение предыдущей, сохранив при этом совместимость. Именно второй путь обычно и избирают, если только имеется техническая возможность сделать это.

Дело в том, что разработав и внедрив

новую шину, не совместимую со старой, производитель не вызовет особой радости у пользователя, который, купив новую материнскую плату и процессор, убедится, что все прочие платы расширения, которыми он пользовался ранее, теперь можно выбросить, так как установить их в новый компьютер нельзя. И шина ISA — это улучшенная XT-Bus, сохранившая с XT-Bus совместимость. Естественно, эта совместимость выражается и в организации логики обмена по шине, и в разъеме. Т.е. шина ISA является совместимой с XT-Bus в том смысле, что старую XT-Bus плату можно установить в разъем ISA и она при этом будет работать. Итого: в разъем ISA можно вставить как 16-разрядную, специально разработанную для ISA плату, так и старую, разработанную для XT-Bus плату.

Но, разумеется, новая шина удовлетворяет потребности только лишь некоторое время. И затем снова встает вопрос о разработке новой шины для подключения плат расширения. В 1988 году такие фирмы, как Wyse, AST Research, Tandy, Compaq, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson предложили 32 — битное расширение шины ISA, так называемую шину EISA .

Поскольку дальше удлинять разъем ISA было некуда, разработчики нашли оригинальное решение: новые контакты были размещены между контактами шины ISA и не были доведены до края разъема. Специальная система выступов на разъеме и щелей в EISA-картах позволяла им глубже заходить в разъем и подсоединяться к новым контактам. (Правда, утверждают, что при большом желании можно запихнуть и ISA-карту так, чтобы она замкнула EISA-контакты). Т.е. разъем EISA содержал дополнительные контакты, которые и обеспечивали 32 — битное расширение в глубине. И в разъем EISA можно было вставлять как обычные ISA платы, т.е. обеспечивалась совместимость, так и специально разработанные EISA платы. Однако архитектура EISA не прижилась.

Фактически переступив через EISA, индустрия использовала следующую разработку, шину, которая называлась локальная шина VESA , или VL-Bus — VESA Local Bus.

Разъем шины VESA состоял из разъема ISA и еще одного блока, обеспечивавшего дополнительные контакты, которые позволяли реализовать по шине VESA 32-битный обмен. Кроме того, разъем VESA работал не на частоте 8 МГц, а на частоте процессора, установленного в системе, что в то время составляло 25-50 МГц! Таким образом, шина была вдвое шире (в смысле разрядности :)), чем ISA, да еще и работала на частоте, в несколько раз большей, обеспечивая огромный рывок вперед по пропускной способности!

Эпоха последовательных шин

Итак, ни для кого не секрет что в наше время, идеальный внешний интерфейс, так или иначе, является последовательным. Прошли времена многожильных центрониксов, и толстенных (обухом не перешибешь) SCSI шлангов — фактически, наследия еще до PC-шных времен.

Переход происходил медленно, но верно: сначала клавиатура и мышь, затем модем, затем, через годы и годы — сканеры и принтеры, видеокамеры, цифровые фотоаппараты. USB, IEE1394, USB 2.

На данный момент, вся потребительская внешняя периферия перебралась на последовательные соединения. Преимущества очевидны — в наше время выгоднее заложить максимум функциональности в чип, нежели иметь дело с избыточными объемами контактов, шлангами с сотней проводов внутри, недешевыми пайкой, экранированием, разводкой и медью.

Сформулируем преимущества последовательных шин и интерфейсов:

1. Выгодный перенос все большей части практической реализации шины на кремний, что облегчает отладку, повышает гибкость и сокращает время разработки;

2. Перспектива органично использовать в будущем иные носители сигнала, например оптические;

3. Экономия пространства и снижение сложности монтажа;

4. Проще реализовывать горячие подключения и динамическую конфигурацию в любом смысле;

5. Возможность выделять гарантированные каналы;

6. Переход от разделяемых шин с арбитражем и непредсказуемыми прерываниями, неудобными для надежных/критических систем к более предсказуемым соединениям точка-точка;

7. Лучшая с точки зрения затрат и более гибкая с точки зрения топологии масштабируемость;

В будущем же следует ожидать массового перехода на беспроводные шины.

Обсудим все преимущества на конкретном примере — новой стандартной системной шине PCI Express, массовое распространение которой на сегмент PC и средних/малых серверов уже наблюдается.

PCI Express

· Последовательная системная шина общего назначения;

· Имя — PCI Express, на стадии проектирования была также известна как 3GIO (Ввод-вывод третьего поколения), причем оба названия (3GIO и PCI Express) являются зарегистрированными торговыми марками;

· Дата рождения — 22 июля 2002 года — опубликована базовая спецификация протокола и сигнального уровня, а также базовая спецификация и энергопотребление карт и разъемы;

· Фактически — совокупность независимых самостоятельных последовательных каналов передачи данных;

· Сигнальный уровень 0.8 вольт. Каждый канал состоит из двух дифференциальных сигнальных пар (необходимо только 4 контакта):

· Используется избыточное защищенное от помех кодирование — каждый байт при передаче представляется десятью битами;

· Пропускная способность 2.5 Гигабита (250 МБ) в секунду для одного канала в каждом направлении одновременно (полный дуплекс), однако, следует учесть, что эффективная скорость передачи данных за вычетом избыточного кодирования составляет 2 Гигабита (200 МБ) ровно;

· Стандартизированы 1, 2, 4, 8, 16 и 32 канальные варианты (до 6.4 эффективных Гигабайт в секунду соответственно, при передаче в одну сторону и вдвое больше при передаче в обоих направлениях). При передаче данных они передаются параллельно (но не синхронно) по всем доступным каналам:

· Вся контрольная информация передается по тем же линиям что и данные, используется стек протоколов, из нескольких уровней, включая маршрутизацию данных:

· Стандарт предусматривает и альтернативные носители сигнала, такие как оптические волноводы;

· Возможность динамического подключения и конфигурации устройств;

· Возможность распознавания и использования альтернативных (улучшенных) протоколов обмена.