Что такое модульный процессор
Обновлено: 04.07.2024
Процессорный модуль (Processor module) – это разновидность одноплатных компьютеров, относится к встраиваемым компьютерным системам. Представляет собой небольшой модуль, на котором расположены процессор, графический, сетевые и другие необходимые котроллеры, и который может устанавливается на базовую плату различных форм-факторов, как например, ATX или EPIC.
COM Express
SOM (System On Module)
uProcessor модули
Qseven
SMARC
Применение процессорных модулей в приборостроении привело к тому, что схемотехника плат упростилась, унифицировалась. Разработчикам стало легче подбирать основу для новых устройств и, следовательно, ускорился выпуск продукции на рынок.
- производство
- системы автоматизации
- медицина
- военно-промышленный комплекс
- авионика
- энергетика
- тестирование и измерение
Функциональные особенности процессорных модулей
Процессорные модули разделяются по типам ETX, COM-Express, QSeven, SOM, uProcessor и отличаются производительностью, низким энергопотреблением и тепловыделением, так как разработаны для встраиваемых применений, где задачи отвода тепла внутри компактного корпуса являются критичными при выборе типа модуля.
Основным преимуществом систем на процессорных модулях является как раз их модульная конструкция. В целом ряде применений не получается использовать платы стандартных форм-факторов, как например, 3.5” или EPIC, так как размеры платы ограничивают количество поддерживаемых интерфейсов ввода-вывода и не всегда можно вывести все необходимые разъемы на плате. Также со временем платы устаревают и найти подходящее решение к уже существующему корпусу становится очень не просто. Если же использовать процессорный модуль совместно с базовой платой, то здесь вы можете сами выбирать какие разъемы вам необходимо вывести на базовую плату, какого размера должна быть базовая плата и какой процессорный модуль (с каким процессором и чипсетом соответственно) использовать в вашей системе. Если же вы хотите улучшить производительность вашей системы и использовать более новые процессоры, например, то вы просто можете выбрать новый процессорный модуль соответствующего типа и установить его на используемую базовую плату.
Процессорный модуль надежно закрепляется на базовой плате, поэтому системы на основе модульной структуры отлично выдерживают вибрационные нагрузки. Именно этим и обусловлено применение их в военно-промышленном комплексе и авионике, где надежность и работоспособность имеют главенствующее значение.
Встраиваемые решения сегодня требуют не только высокой производительности, но также наличия большого числа портов ввода/вывода в компактном форм-факторе. Малые размеры, надежность, масштабируемость – все это преимущества процессорных модулей. Именно поэтому модульные компьютеры спецификаций COM Express, ETX и Qseven активно применяются на данный момент в различных промышленных и военных системах. Ассортимент компании IPC2U представлен процессорными модулями компаний IEI, ICOP, AXIOMTEK, NEXCOM, ADVANTECH и другими мировыми производителями.
Все, что упрощает замену старых процессоров на новые, идет на пользу как Intel, так и пользователям.
Как оказалось, у представленного в июне на Computex модульного ноутбука Intel NUC Compute Element, есть еще и старший брат.
Если габариты NUC Compute Element не выходят за рамки визитной карточки, то Element по своим размерам очень похож на … NUC, но при этом имеет конструкцию, позволяющую легко вставлять его в разъем.
В силу относительной сложности разборки ПК, снятия процессора и его кулера, а также замены их на новые, упрощение пользователям процесса модернизации их компьютера приобретает для Intel огромное значение, побуждая компанию разрабатывать новые модульные решения. Клиентам предлагается два способа модернизации.
Традиционно производя свои собственные чипсеты и микропроцессоры, в Intel представили еще и сверхкомпактный компьютер NUC (Next Unit of Computing). Эти маленькие внешние ПК, у которых существует множество различных версий, объединяют в себе процессоры Intel с определенным объемом оперативной памяти. Пользователю остается добавить средства хранения и периферийные устройства по своему усмотрению. NUC Hades Canyon, например, был оснащен процессором Kaby Lake-G, разработанным Intel и AMD совместно.
Наряду с развитием NUC у компании имеются и планы выпуска небольших вычислительных карт, которые можно было бы помещать внутрь ПК. Первым таким образцом стала инициатива Compute Card, предложенная в 2017 году и никогда не вызывавшая никаких возражений. Причем если Compute Card включала в свой состав относительно слабенький 5-ваттный процессор, то устройство Compute Element было оснащено уже более мощным процессором, потреблявшим 15 ватт.
Compute Element помогает поместить NUC внутрь ПК. В некотором смысле NUC Compute Element представляет собой внутренности материнской платы в модуле, который вставляется в слот. В Intel считают, что такое нововведение поможет производителям компьютеров использовать одно унифицированное шасси для множества различных конфигураций.
И Compute Element, и Element, по сути, решают одну и ту же задачу: превращают процессор/чипсет/память в легкозаменяемый модуль. Из публикаций AnandTech мы видим, что в гораздо более крупном шасси Element могут скрываться процессор Xeon, а также интерфейсы Thunderbolt, Ethernet, Wi-Fi и USB. Использование процессора Xeon, конечно, предполагает установку модуля в серверы, но ничто не мешает адаптировать все это и к особенностям настольного ПК.
Сам по себе модуль Element представляет собой двухслотовую карту PCIe, которая размещается на пассивной объединительной панели – шасси, слоты которого могут использоваться для подключения внешних процессоров, средств хранения и других периферийных устройств. Element играет роль ПК (или сервера, как в данном случае) и контроллера для поддержки всех перечисленных функций и операционной системы.
Идея заключается в том, что сам Element легко можно снять и заменить, что делает процесс модернизации центрального процессора похожим на замену графической платы – гораздо более простую по сравнению с заменой центрального процессора операцию.
Скорее всего, Element – это все-таки прототип. Неясно, будет ли Intel выпускать Element самостоятельно или же передаст эту задачу кому-то на условиях OEM. Неизвестны ни сроки начала поставок новых модулей, ни их стоимость.
О массовом распространении NUC Compute Element или Element говорить пока не приходится. Однако упрощение модернизации ПК и серверов пойдет на пользу каждому, а не только производителям электронных компонентов. Поэтому имеет смысл и дальше внимательно следить за тем, что предлагают их конструкторы.
Информация о процессоре компьютера, его значении, технологии изготовления, а также о характеристиках, которые необходимо учитывать при его выборе и приобретении.
Содержание:
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.
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.
• Количество потоков.
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.
• Частота процессора.
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.
• Техпроцесс.
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.
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.
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.
Перегрев возможен вследствие низкой эффективности системы охлаждения, выхода ее из строя, засорения пылью, пересыхания термопасты и др.
В этой статье мы рассмотрим, что такое процессор CPU, какие у него функции и из чего он состоит.
В каждом вычислительном устройстве (ПК, смартфон, фотоаппарат) есть центр, который отвечает за правильную работу машины ― процессор.
В широком смысле процессор ― это устройство, которое выполняет вычислительные и логические операции с данными. Чаще всего этот термин используется для обозначения центрального процессора устройства. Расшифровка CPU ― Central Processing Unit (центральное обрабатывающее устройство). Это самая важная часть компьютера. Его мозг. Он выглядит как квадрат размером приблизительно 5x5 см:
С обратной стороны CPU находятся ножки, с помощью которых он крепится к материнской плате:
От мощности центрального процессора зависит скорость обработки команд и продуктивность работы других составляющих компьютера. Например, можно купить современную видеокарту, но она не сможет показать свои возможности, если управляется слабым CPU.
Функции CPU
Какие функции выполняет центральный процессор CPU? Главная функция ― управление всеми операциями компьютера: от простейших сложений чисел на калькуляторе до запуска компьютерных игр. Если рассматривать основные функции центрального процессора подробнее, CPU:
- получает данные из оперативной памяти, выполняет с ними арифметические и логические операции, передаёт их на внешние устройства,
- формирует сигналы, необходимые для работы внутренних узлов и внешних устройств,
- временно хранит результаты выполненных операций, переданных сигналов и других данных,
- принимает запросы от внешних устройств и обрабатывает их.
Из чего состоит CPU
Центральный процессор состоит из 3-х частей:
- Ядро процессора, которое выполняет основную работу. Оно позволяет читать, расшифровывать, выполнять и отправлять инструкции. Ядро состоит из следующих частей:
- Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполняет основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе.
- Устройство управления (УУ). Управляет работой CPU с помощью электрических сигналов. От него зависит согласованность работы всех частей процессора и его связь с внешними устройствами.
Каждое ядро может выполнять только одну задачу, хоть и за долю секунды. Одноядерный процессор выполняет каждую задачу последовательно. Для современного объёма операций этого мало, поэтому ценятся CPU с более чем одним ядром, чтобы выполнять несколько задач одновременно. Например, двухъядерный выполняет две задачи одновременно, трехъядерный ― три и т. д.
- Запоминающее устройство. Это небольшая внутренняя память центрального процессора. Она состоит из регистров и кеш-памяти. В регистрах хранятся текущие команды, данные, промежуточные результаты операции. В кеш-память загружаются часто используемые команды и данные из оперативной памяти. Обратиться в кеш быстрее, чем в оперативную память, поэтому объём кеш-памяти влияет на скорость выполнения запросов.
- Шины ― это каналы, по которым передаётся информация. Они как рельсы для перевозки данных.
Главной характеристикой процессора является производительность. Она зависит от двух параметров: тактовая частота и разрядность.
Тактовая частота ― число выполненных операций в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц — миллион тактов в секунду ) и гигагерцах (ГГц — миллиард тактов в секунду). Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает машина.
Разрядность ― количество информации (байт), которое можно передать за такт. Разрядность процессора бывает 8, 16, 32, 64 бита. Современные процессоры 32-х и 64-битные.
Производители CPU
На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.
Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.
Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.
Читайте также: