В зависимости от типа используемого цпу один комплект центрального процессорного устройства

Обновлено: 04.07.2024

Один комплект центрального компьютера (основной и резервный процессоры) может управлять 150 логическими объектами (фактический объект станции в программе компьютера), 1000 IPU объектами (стрелки, светофоры, обмотки реле, контакты реле и др.). Такое количество объектов соответствует, примерно, станции с 40 - 60 стрелками. При необходимости запроектировать станцию с большим количеством стрелок, система может быть расширена путём подключения к центральному компьютеру ещё нескольких компьютеров.

При этом емкость системы характеризуется следующими параметрами:

· максимальное количество петель связи на один компьютер - 12;
· максимальное количество концентраторов в каждой петле связи -15;
· максимальное количество ОК на петлю связи - 32;
· максимальное количество объектных контроллеров, подключаемых к одному концентратору - 8.

МПЦ Ebilock-950 состоит из следующих основных составных частей:

1.2.1.1 управляющая и контролирующая система (автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП), электромеханика (АРМ ШН), пункта технического обслуживания вагонов (АРМ ПТО), местного управления стрелками (АРМ МУ);
1.2.1.2 система обработки зависимостей централизации (центральное процессорное устройство - ЦП);
1.2.1.3 система объектных контроллеров (интерфейсные устройства к напольным объектам СЦБ) и концентраторы связи с устройствами электропитания, размещаемые в релейных помещениях, модулях контейнерного типа (МОК);
1.2.1.4 управляемые и контролируемые объекты СЦБ (стрелочные электроприводы, светофоры, переезды, рельсовые цепи и др.);
1.2.1.5 стативы с релейным оборудованием, генераторами и приемниками рельсовых цепей, трансформаторами и т.п.;
1.2.1.6 петли связи с концентраторами между центральным процессором и объектными контроллерами;
1.2.1.7 устройства электропитания (первичные и вторичные источники);
1.2.1.8 устройств защиты (заземлений, разрядников, предохранителей, устройств контроля сопротивления изоляции монтажа, встроенных в объектные контроллеры и индивидуальных);
1.2.1.9 кабельные сети, состоящие из кабелей от объектных контроллеров к стрелочным электроприводам и светофорам и кабелей к рельсовым цепям, переездам и другим напольным устройствам СЦБ;
1.2.1.10 устройства диагностики МПЦ, позволяющие локализовать отказы комплектующих элементов до отдельной печатной платы, что упрощает процесс устранения таких отказов.
1.2.1.11 Управление устройствами, включенными в МПЦ, осуществляется с автоматизированного рабочего места дежурного по станции (АРМ ДСП), устроенного на базе типовой ПЭВМ. Работа устройств МПЦ контролируется по отображению состояния объектов на дисплее АРМ ДСП. Управление объектами осуществляется дежурным по станции с помощью клавиатуры и мыши АРМ ДСП. Диагностика объектов МПЦ и контроль их технических параметров осуществляются с помощью автоматизированного рабочего места электромеханика (АРМ ШН). Это же АРМ позволяет анализировать протокол действий дежурного по станции и результаты работы МПЦ.
1.2.1.12 Центральная обрабатывающая система (центральный процессор) состоит из двух компьютеров, обеспечивающих логику действия МПЦ и условия безопасности движения поездов. Один компьютер постоянно находится в работе, второй - в горячем резерве. Так как передача информации с основного компьютера на резервный компьютер осуществляется непрерывно, включение его в работу, в случае выхода из строя основного, происходит без остановки работы МПЦ. Оба компьютера связаны через петли связи с концентраторами связи, соединёнными с объектными контроллерами. При переключении компьютеров происходит автоматическая перекоммутация петель связи. Главная цель ЦП состоит в обработке данных таким образом, чтобы предотвратить выполнение опасных команд от системы управления. ЦП обеспечивает:
- · трансформацию команд от системы управления в приказы, которые безопасным образом передаются стрелкам, сигналам и другим устройствам;
- · замыкание объектов в маршруте;
- · искусственное и автоматическое размыкание маршрутов;
- · другие функции централизации.
Основной и резервный компьютеры ЦП через модемы и посредством четырех проводного (на одну петлю) (2*2) или волоконно-оптического кабеля последовательно связаны с концентраторами связи, размещенными в модулях и/или на центральном посту. Система связи построена таким образом, что при обрыве кабеля в одном месте информация продолжает поступать на каждый концентратор с разных направлений.
- 1.2.1.13 Релейная аппаратура размещается на типовых стативах в релейном помещении поста МПЦ, в горловинах - в модулях контейнерного типа. Релейная часть оборудования - это увязки с блокировкой по каждому пути прилегающих перегонов, рельсовые цепи, кодирование, увязки с другими устройствами и системами.
- 1.2.1.14 В МПЦ с децентрализованным размещением оборудования модули объектных контроллеров устанавливаются в горловинах станции в местах, наиболее приближённых к напольным объектам. В МОК располагаются концентраторы связи, объектные контроллеры, релейная часть аппаратуры рельсовых цепей, кодирования, обдувки стрелок, увязки с переездами и другими устройствами и системами, а также устройства электроснабжения.
- 1.2.1.15 Система объектных контроллеров является частью системы МПЦ. Данная система осуществляет взаимодействие между компьютерной частью централизации с релейными устройствами и напольным оборудованием.
ОК делятся на следующие типы:
- · сигнальный,
- · стрелочный,
- · релейный для включения ответственных функций,
- · релейный для включения неответственных функций.
Объектные контроллеры МПЦ Ebilock - 950 позволяют использовать отечественные рельсовые цепи, светофоры, электроприводы, другие напольные устройства СЦБ и реле и дают возможность осуществлять увязки со всеми существующими системами автоблокировки, переездной сигнализации, кодирования рельсовых цепей, САУТ, очисткой стрелок и другими системами.

Процессорное устройство централизации представляет собой IPU950 компьютер централизации и состоит из пары одинаковых компьютеров, для создания так называемых левого и правого процессорных устройств. В сдвоенной конфигурации одно устройство работает в оперативном режиме, второе - в режиме горячей замены. Структура процессорного устройства (см. рисунок 2) включает в себя: системные аппаратные средства (ILC951), системное программное обеспечение (OS950), программное обеспечение сервисного процессорного устройства (SPU950), программное обеспечение безопасного процессорного устройства (FSPU950) и программное обеспечение модуля ввода/вывода (IOM950).

Логика централизации представляет собой пакет программного обеспечения, содержащий правила централизации и специфический для каждой из станций состав оборудования и таблицу маршрутов.

АРМ ШН представляет собой рабочее место электромеханика.

Система объектных контроллеров контролирует и управляет напольными устройствами.

Локальный АРМ ДСП представляет собой рабочее место дежурного по станции.

Вспомогательные программы используются автономно для создания программ централизации и специфических данных и не являются частью компьютерной централизации.

Обычно промышленный контроллер состоит из: центрального процессора, сетевых интерфейсов, модулей памяти и различных устройств ввода-вывода.

В состав процессорного модуля ПЛК входят следующие комплектующие: микропроцессор или ЦПУ (центральное процессорное устройство), часы реального времени, запоминающие устройства и watchdog.

К основным характеристикам микропроцессора относятся: тактовая частота, разрядность, поддержка портов для различных устройств ввода-вывода, архитектура, параметры работоспособности при определенных температурных диапазонах, выполнение операций с плавающей точкой, уровень потребляемой мощности.

Показатели производительности микропроцессоров с одинаковой архитектурой пропорциональны тактовой частоте. В большинстве контроллеров применяются микропроцессоры реализованные на RISC (Reduced Instruction Set Computing) архитектуре, которые имеют сокращенное количество команд. В этом случае микропроцессор использует определенное число команд, обладающих одинаковой длиной, и множество регистров. Благодаря сокращенному набору команд можно создавать компиляторы с большими показателями эффективности, а так же конвейер процессора, который за один такт может выдать результат выполнения действий одной из команд.

Промышленным контроллерам, имеющим дело с интенсивной математической обработкой данных, необходим математический сопроцессор (вспомогательный процессор, выполняющий операции с плавающей точкой) или же использование сигнальных процессоров, выполняющих математические операции на протяжении одного такта. Благодаря сигнальным процессорам достигается серьезное ускорение выполнения операций свертки или быстрого преобразования Фурье.

Емкость памяти характеризуется количеством переменных, которые можно обработать за время функционирования ПЛК. Время доступа к памяти микропроцессора – один из наиболее существенных показателей, способных ограничить быстродействие. Из-за этого происходит деление памяти на уровни иерархии, с учетом частоты и скорости использования, имеющихся в ней данных Иерархия памяти – это еще один существенный показатель архитектуры процессора, позволяющий снизить уровень возможного отрицательного воздействия медленной памяти на скорость работы микропроцессора.

Основные типы памяти промышленных контроллеров (ПЛК):
- ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;
- ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;
- Набор регистров.
Набор регистров - самые быстродействующие элементы памяти, так как их использует АЛУ (арифметико-логическое устройство) для выполнения простейших команд процессора. ПЗУ применяется как место хранения информации, которая редко подвергается изменению – операционная система, загрузчик, драйверы устройств, либо исполняемый модуль какой-либо программы. ОЗУ хранит в себе непосредственно данные подвергающиеся многократному изменению в период работы контроллера. К примеру, информация о проведении диагностики, отображаемые на дисплее переменные, значения тегов, промежуточные вычисления, выводимые на графики данные. В роли ПЗУ (ROM - Read Only Memory), как правило, выступает перепрограммируемая электрически стираемая память (EEPROM - Electrically Erasable Programmable ROM). Кстати, флеш-память по сути - разновидность EEPROM. Принцип действия её заключается в хранении определенного заряда в конденсаторе, который образован подложкой МОП-транзистора и плавающим затвором. Главная особенность флеш памяти – её абсолютная энергонезависимость, т.е. возможность сохранения данных при отсутствии питания. Обновление данных во флеш-памяти происходит не отдельно взятыми ячейками, а за счет применения больших блоков. Все ПЗУ обладают большим недостатком - низким уровенем быстродействия.

Количество циклов ввода информации во флеш-память ограничено всего несколькими десятками тысяч раз. Современными микропроцессорами в качестве ОЗУ применяется статическая память (SRAM - Static Random Access Memory), динамическая память (DRAM- Dynamic Random Access Memory), и синхронная динамическая память (SDRAM - Synchronous DRAM). Выполнение SRAM происходит на триггерах, которые способны хранить информацию неограниченно долгое время при условии наличия питания. Динамическая память промышленного контроллера сохраняет принадлежащие ей данные на конденсаторах, из-за чего требуется периодическая перезарядка конденсаторов. Основным недостатком триггерной памяти является высокий уровень стоимости и отношения цены к емкости. Это связано с тем, что на одном кристалле помещается относительно небольшое число триггеров. К достоинствам можно отнести высокий уровень быстродействия, исчисляемый гигагерцами, в то время как конденсаторная память не может преодолеть планку в несколько сотен герц. Все виды оперативной памяти отличаются тем, что при отсутствии питания все имеющаяся в них информация не сохраняется. Именно поэтому в некоторых типах ПЛК используется батарейное питание, позволяющее сохранить работоспособность системы при условии кратковременного прерывания питания системы.

В модульных и моноблочных промышленных контроллерах используется параллельная шина, позволяющая обмениваться информацией с модулями ввода-вывода, благодаря чему быстродействие опроса значительно выше в сравнении с последовательной шиной. Виды параллельных шин: VME, PCI, ISA, CXM, ComactPCI, PC/104. Последовательная же шина, например RS-485 необходима для подключения удаленных модулей ввода-вывода.

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.

Центральный процессор, или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit — CPU) — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. ЦПУ имеет размеры 5*5*0,3 см, устанавливается на материнской плате. На процессоре установлен большой радиатор, охлаждаемый вентилятором ( cooler ). Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

Двуядерный процессор фирмы Intel

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

Адресная шина. У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее распространены на сегодняшний день в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

Основные параметры процессоров

Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров имели рабочее напряжение 5В, а в настоящее время оно составляет менее 3В. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры были 4-разрядными. Современные процессоры семейства Intel Pentium являются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины).

В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше производительность процессора. Первые процессоры могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня рабочие частоты, некоторых процессоров уже превосходят 500 МГц.

Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня ее предел составляет 100-133 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и более.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.

История и производители процессоров

Процессор, CPU — центральное процессорное устройство, «мозг» персонального компьютера, отвечает за обработку информации на основе организации вычислительных процессов согласно набору предустановленных команд.

Основные характеристики центрального процессора

На производительность (быстродействие) центрального процессора влияет широкий ряд параметров. Мы рассмотрим основные характеристики CPU, что касается остальных свойств продукта – они имеют глубокий технический подтекст.

Тактовая частота

Тактовая частота процессора измеряется в мега-, гигагерцах (МГц, ГГц) и подразумевает под собой количество тактов (вычислений) в секунду. Как правило, тактовая частота процессора, пропорциональна частоте шины (FSB). Чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность. 1 МГц равен 1 миллиону тактов в секунду и соответственно 1 миллиард операций в секунду для 1 ГГц.

Частота шины

Тактовая частота (в МГц), с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной материнской платы (например, для загрузки/выгрузки данных из/в оперативную память).

Множитель

Коэффициент умножения, на основании которого производится расчет конечной тактовой частоты процессора, методом умножения частоты шины (FSB) на коэффициент (множитель). Например, частота шины (FSB) составляет 200 МГц, а множитель равен 20, получаем тактовую частоту процессора: 200 * 20 = 4 ГГц. Путем изменения множителя, можно изменять рабочую частоту процессора. Для этого материнская плата должна поддерживать разгон системы (overclocking), а процессор иметь разблокированный множитель (линейка Black Edition).

Разрядность

Кэш-память

Интегрированная кэш-память L3 в сочетании с быстрой системной шиной формирует высокоскоростной канал обмена данными с ОЗУ. Кэш-память третьего уровня обычно присутствует в серверных процессорах или специальных линейках для настольных ПК.

Определяет большинство параметров центрального процессора: тип сокета, диапазон рабочих частот и частоту работы FSB. Ядро процессора характеризуется следующими параметрами: техпроцесс, объем кэша L1 и L2, напряжение на ядре и тепловыделение. В рамках одной линейки могут существовать процессоры с разными ядрами.

Техпроцесс

Масштаб технологии (мкм), которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей процессора. Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров элементов способствуют улучшению характеристик процессоров. Для сравнения, у ядра Willamette, выполненного по техпроцессу 0.18 мкм — 42 миллиона элементов, а у ядра Prescott, техпроцесс 0.09 мкм — 125 миллионов.

Напряжение

Этот параметр указывает напряжение (В), которое необходимо процессору для работы и характеризует энергопотребление. Параметр особенно важен при выборе процессора для мобильной, нестационарной системы.

Тепловыделение

Мощность (Вт), 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».

Тип сокета

Разъём для установки процессора на материнской плате. Как правило, тип сокета характеризуется разным количеством ножек и зависит от производителя процессора. К примеру, современные процессоры Intel используют сокет LGA1156 и LGA1366, процессоры AMD — сокеты AM3, AM4 и FM2+.

P.S. При выборе процессора не стоит полагаться на его тактовую частоту. Производительность процессора зависит от ряда приведенных показателей.

Читайте также: