Из чего состоит центральный процессор?

Вступление

Прежде чем начать разбираться, на что влияет количество ядер процессора, хотелось бы сделать небольшое отступление. Еще несколько лет назад разработчики ЦП были уверены в том, что технологии производства, которые так стремительно развиваются, позволят выпускать «камни» с тактовыми частотами до 10 Ггц, что позволит пользователям забыть о проблемах с плохой производительностью. Однако успех достигнут не был.

Как бы ни развивался техпроцесс, что «Интел», что «АМД» уперлись в чисто физические ограничения, которые попросту не позволяли выпускать «процы» с тактовой частотой до 10 Ггц. Тогда и было принято решение сфокусироваться не на частотах, а на количестве ядер. Таким образом, началась новая гонка по производству более мощных и производительных процессорных «кристаллов», которая продолжается и по сей день, но уже не столь активно, как это было на первых порах.

Роль количества ядер, их влияние на производительность

Первоначально ЦП имели только одно ядро. Однако на рубеже XX и XXI веков инженеры пришли к выводу, что стоит увеличить их количество. Это должно было позволить получить более высокую вычислительную мощность, а также позволить обрабатывать несколько задач одновременно.

Но для начала стоит разобраться с главным мифом. Принято считать, что чем больше ядер у процессора, тем больше мощности он будет предлагать. Но на практике все не так просто. Реальное влияние на производительность оказывают и другие факторы – например, тактовая частота, объем кэша, архитектура, количество потоков.

Дополнительные ядра означают, что процессор способен одновременно справляться с большим количеством задач. Однако здесь нельзя забывать об одном: несмотря на популяризацию четырех-, шести- или восьмиядерных процессоров, приложения используют один или два потока

Поэтому количество потоков ядра также важно учитывать

Например, если первый ЦП имеет 2 ядра 4 потока, а второй 4 ядра 4 потока, то разница в производительности будет небольшая. Однако если сравнить первый чип с 4-ядерным 8-поточным, то в данном случае производительность возрастет на 50 %.

Что такое процессор (CPU)?

Процессор, что это вообще такое? Зачем он нужен? За какие задачи он отвечает?

Для большинства неопытных и технически неподготовленных пользователей процессором зачастую выступает весь системный блок в сборе. Но это относительно ошибочное суждение, процессор — это нечто, что сокрыто за стенками корпуса и толстым радиатором с вентилятором для его охлаждения.

Процессор или, как его еще называют, центральный процессор (Central Processing Unit) — это электронное устройство (интегральная схема), которое выполняет и обрабатывает машинные инструкции, код программ (машинный язык) и отвечает за все логические операции, которые протекают внутри вашей операционной системы и системного блока.

Без преувеличения, процессор можно назвать мозгом (или сердцем, это кому как больше нравится) любого компьютера, мобильного устройства или другого периферийного устройства. Да-да, слово процессор применимо не только к вашему системному блоку, но и планшету, смарт-холодильнику, игровой приставке, фотоаппарату и другой электронике.

Внешне процессор выглядит как квадратный (или прямоугольный) элемент или плата, в нижней части которой располагается контактная группа для подключения, в вверху находится сам кристалл процессора, который сокрыт под металлической крышкой, чтобы исключить возможность повреждения хрупкого кристалла процессора, а также крышка помогает при отводе тепла с поверхности кристалла на радиатор системы охлаждения.

Кристалл процессора состоит из кремния. Если точнее, полупроводники, из которых состоит процессор, производятся из кремния. На кремневой пластине кристалла в несколько слоёв располагается несколько триллиардов транзисторов (размер которых составляет порядка ~10 нм в зависимости от используемого техпроцесса при производстве), которые отвечают за все логические операции процессора.

На самом деле это только поверхностное описание того, из чего состоит процессор, и оно предназначено, скорее, для визуализации того, что из себя представляет процессор внутри. На самом деле все намного сложнее. К сожалению, просто и доходчиво объяснить все принципы создания и работы процессора не так просто, здесь потребуются знания как элементарной алгебры, так и продвинутой физики и электротехники, да и большинству пользователей это попросту не нужно.

Впоследствии производители процессоров научились располагать на печатной плате, помимо самого кристалла процессора, кристалл видеоядра (видеокарты), что позволило исключить необходимость в отдельной дискретной видеокарте для вывода изображения на монитор.

Подводя итог этого блока статьи и что бы дать простой ответ на такой сложный вопрос «Что такое процессор (CPU)» — процессор это сердце любого современного устройства, которое выполняет все основные операции, будь то простое сложение 2+2, набор текста в Microsoft Word или расчет физической модели в Blender.

P.S.

Подробнее о процессорах

Ни тактовая частота, ни просто количество ядер ЦП не являются единственным фактором, определяющим, является ли один ЦП «лучше» другого. Часто это зависит от типа программного обеспечения, которое работает на компьютере, иными словами, от приложений, которые будут использовать процессор.

Один процессор может иметь низкую тактовую частоту, но является четырехъядерным процессором, тогда как другой имеет высокую тактовую частоту, но является двухъядерным процессором. Решение, какой ЦП превзойдет другой, опять же, полностью зависит от того, для чего ЦП используется.

Например, требовательная к ЦП программа редактирования видео, которая лучше всего работает с несколькими ядрами ЦП, будет работать лучше на многоядерном процессоре с низкой тактовой частотой, чем на одноядерном ЦП с высокой тактовой частотой. Не все программное обеспечение, игры и т.д., могут даже использовать больше, чем одно или два ядра, что делает любые более доступные ядра ЦП довольно бесполезными.

Другим компонентом CPU является кеш. Кэш процессора — это временное хранилище для часто используемых данных. Вместо вызова оперативной памяти для этих элементов ЦП определяет, какие данные вы, похоже, продолжаете использовать, предполагает, что вы захотите продолжать их использовать, и сохраняет их в кеше. Кэш быстрее, чем тот что используется в ОЗУ, потому что это физическая часть процессора; Чем больше кеш, тем больше места для хранения такой информации.

Может ли ваш компьютер работать под управлением 32-разрядной или 64-разрядной операционной системы, зависит от размера блоков данных, которые может обрабатывать процессор. К 64-разрядному процессору можно получить доступ к большему объему памяти одновременно, чем к 32-разрядному CPU, поэтому 64-разрядные операционные системы и приложения не могут работать на 32-разрядном процессоре.

Вы можете просмотреть сведения о процессоре компьютера, а также другую информацию об оборудовании с помощью большинства бесплатных инструментов для получения информации о системе.Помимо стандартных процессоров, доступных в коммерческих компьютерах, квантовые процессоры разрабатываются для квантовых компьютеров с использованием науки, лежащей в основе квантовой механики.

Каждая материнская плата поддерживает только определенный диапазон типов процессоров, поэтому всегда обращайтесь к производителю материнской платы, прежде чем делать покупку. Кстати, процессоры не всегда идеальны.

Как работает процессор

Рассмотрим схему, которая описывает весь цикл работы ЦП над определенной задачей.

1. Из некоторой “кучи” команд выбирается та, до которой дошла очередь. Порядок очереди определяется с помощью специального счетчика. Команда берется из определенной ячейки в памяти, а счетчик команд увеличивается на 1 (взяли команду, увеличиваем счетчик на 1, чтобы очередь дошла до следующей);
2. Команда, которая была выбрана, отправляется в устройство управления. УУ считывает адресное поле, выбранной команды из памяти, и полученные операнды направляются в АЛУ на специальные регистры;
3. УУ продолжает читать код команды и распознает операции, которые записаны в коде. Далее выдается сигнал в АЛУ для выполнения найденных операций;
4. На этом этапе происходит вычисление операций в АЛУ и сохранение результата в самом ЦПУ. Если в команде присутствовал адрес ячейки для хранения результата, он будет помещен в нее;
5. Этапы 1-4 повторяются в порядке очереди до тех пор, пока УУ не “наткнется” на команду “стоп”, которая и означает конец инструкций.

На что CPU не влияет

Многие геймеры ошибочно полагают, что ЦП в игровом процессе вообще не задействован, а все события в игре обрабатываются видеокартой. Это не вполне верно: видеоадаптер на ПК отвечает за обработку графики. Однако любое приложение, и игры в этом плане не исключение, требует и других различных вычислений, которые выполняются именно процессором.

Относительно того, сильно ли тактовая частота процессора в компьютере влияет на ФПС и прочие параметры графики, то это, в первую очередь, зависит от самой игры, а точнее от того, насколько хорошо код оптимизирован разработчиками. Вот так навскидку сразу не угадаешь, есть ли резон покупать более мощный ЦП чтобы, улучшить графику: все проверяется «Методом тыка» или тестированием.

Что такое тактовая частота процессора (CPU)?

Из всех технических характеристик процессора наиболее известной среди пользователей является тактовая частота. Но, мало кто из неспециалистов до конца понимает, что это такое. Более подробная информация об этом поможет лучше понимать работу вычислительных систем. Особенно при использовании многоядерных процессоров, имеющих определенные особенности работы, которые далеко не всем известны, но которые следует учитывать при работе компьютера.

В течение длительного времени основные усилия разработчиков были направлены именно на повышение тактовой частоты. Лишь в последнее время наметилась тенденция развития и совершенствования компьютерной архитектуры, увеличения объема кэш памяти, количества ядер процессора. Однако и тактовая частота процессора не остается без внимания.

Что это за параметр — тактовая частота процессора?

Попробуем разобраться, что такое «тактовая частота процессора». Эта величина характеризует количество вычислений, которые процессор может выполнить за одну секунду. Следовательно, процессор с более высокой тактовой частотой обладает и более высокой производительностью, т.е. способен выполнить за определенный промежуток времени большее количество операций.

Большинство современных процессоров имеют тактовую частоту от 1 до 4 ГГц. Эта величина определяется, как произведение базовой частоты и некоторого коэффициента. В частности процессор Intel Core i7 920 имеет собственную тактовую частоту 2660 Гц, которая получается за счет базовой частоты шины 133 МГц и коэффициента 20. Некоторые производители выпускают процессоры, способные разгоняться до большей производительности. Например, Black Edition у AMD и линейка К-серии компании Intel

Стоит отметить, что, не смотря на важность этой характеристики, она не является решающей при выборе компьютера. Тактовая частота лишь частично влияет на производительность процессора

Тактовая частота многоядерных процессоров

Одноядерные процессоры практически канули в Лету, и достаточно редко используются в современных вычислительных устройствах. Это вызвано развитием IT-индустрии, прогресс которой не перестает удивлять. Как же рассчитывается тактовая частота многоядерных процессоров? Даже у специалистов иногда можно встретить ошибочное мнение о том, как вычислить тактовую частоту процессора с двумя и более ядрами. Распространенным заблуждением является, что тактовую частоту надо умножить на количество ядер. Например, 4-ядерный процессор при тактовой частоте 3 ГГц будет иметь интегрированную частоту 12 ГГц, т.е. 4х3=12. Но это не соответствует истине.

Объясним это на простом примере. Возьмем пешехода, идущего со скоростью 4 км/час – это одноядерный процессор с частотой 4 ГГц. А 4-ядерный процессор с тактовой 4 ГГц – это уже 4 пешехода, идущие с той же скоростью 4 км/час. Ведь в этом случае скорость пешеходов не суммируется, и мы не можем говорить, что они перемещаются со скоростью 16 км/час. Мы просто говорим о том, что четыре пешехода идут вместе со скоростью 4 км/час каждый. Эту же аналогию можно отнести и к многоядерному процессору. Таким образом, можно сказать, что 4-ядерный процессор с тактовой частотой 4 ГГц просто обладает четырьмя ядрами, каждое из которых имеет одну и ту же частоту – 4 ГГц. Из этого следует простой и логичный вывод количество ядер процессор влияет только на его производительность, а не увеличивает суммарную тактовую частоту вычислительного устройства.

2.1. Классификация и структура микроконтроллеров

В настоящее время выпускается целый ряд типов микроконтроллеров (МК). Все эти приборы можно условно разделить на три основных класса:

—       8-разрядные МК для встраиваемых приложений;

—       16- и 32-разрядные МК;

—       цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Наиболее распространенным представителем семейства МК являются 8-разрядные приборы. Росту популярности 8-разрядных МК способствует постоянное расширение номенклатуры изделий, выпускаемых такими известными фирмами, как Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel и многими другими.

Современные МК обладают, как правило, рядом отличительных признаков:

—       модульная организация, при которой на базе одного процессорного ядра (центрального процессора) проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом и типом памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации;

—       использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким образом, МК представляет собой законченную систему обработки данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных магистралей адреса и данных не предполагается;

—       использование типовых функциональных периферийных модулей (таймеры, процессоры событий, контроллеры последовательных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных производителей;

—       расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров специальных функций МК.

При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат процессорное ядро, одинаковое для всех МК данного семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей.

Структура модульного МК приведена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Модульная организация МК

Процессорное ядро включает в себя:

—       центральный процессор;

—       внутреннюю контроллерную магистраль (ВКМ) в составе шин адреса, данных и управления;

—       схему синхронизации МК;

—       схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного энергопотребления, начального запуска (сброса) и т.д.

Изменяемый функциональный блок включает в себя

—       модули памяти различного типа и объема,

—       порты ввода/вывода,

—       модули тактовых генераторов (Г),

—       таймеры.

В относительно простых МК модуль обработки прерываний входит в состав процессорного ядра. В более сложных МК он представляет собой отдельный модуль с развитыми возможностями. В состав изменяемого функционального блока могут входить и такие дополнительные модули как компараторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и другие. Каждый модуль проектируется для работы в составе МК с учетом протокола ВКМ. Данный подход позволяет создавать разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства.

Типы процессоров

Основной компанией, выпускающей ЦП для ПК, является компания Intel. Первым процессором для ПК был процессор $8086$. Следующей моделью была $80286$, далее $80386$, со временем цифру $80$ стали опускать и ЦП стали называть тремя цифрами: $286$, $386$ и т.д. Поколение процессоров часто называют семейством $x86$. Выпускаются и другие модели процессоров, например, семейства Alpha, Power PC и др. Компаниями-производителями ЦП также являются AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments.

В названии процессора часто можно встретить символы $X2$, $X3$, $X4$, что означает количество ядер. Например в названии Phenom $X3$ $8600$ символы $X3$ указывают на наличие трех ядер.

Итак, основными типами ЦП являются $8086$, $80286$, $80386$, $80486$, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III и Pentium IV. Celeron является урезанным вариантом процессора Pentium. После названия обычно указывается тактовая частота ЦП. Например, Celeron $450$ обозначает тип ЦП Celeron и его тактовую частоту – $450$ МГц.

Процессор нужно устанавливать на материнскую плату с соответствующей процессору частотой системной шины.

В последних моделях ЦП реализован механизм защиты от перегрева, т.е. ЦП при повышении температуры выше критической переходит на пониженную тактовую частоту, при которой потребляется меньше электроэнергии.

Определение 2

Если в вычислительной системе несколько параллельно работающих процессоров, то такие системы называются многопроцессорными.

Работа микропроцессора на примере вычисления факториала

факториал от 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

На языке программирования C этот фрагмент кода, выполняющего данное вычисление, будет выглядеть следующим образом:

Когда эта программа завершит свою работу, переменная f будет содержать значение факториала от пяти.

Компилятор C транслирует (то есть переводит) этот код в набор инструкций языка ассемблера. В рассматриваемом нами процессоре оперативная память начинается с адреса 128, а постоянная память (которая содержит язык ассемблера) начинается с адреса 0. Следовательно, на языке данного процессора эта программа будет выглядеть так:

Теперь возникает следующий вопрос: а как же все эти команды выглядят в постоянной памяти? Каждая из этих инструкций должна быть представлена в виде двоичного числа. Чтобы упростить понимание материала, предположим, что каждая из команд языка ассемблера рассматриваемого нами процессора имеет уникальный номер:

• LOADA — 1
• LOADB — 2
• CONB — 3
• SAVEB — 4
• SAVEC mem — 5
• ADD — 6
• SUB — 7
• MUL — 8
• DIV — 9
• COM — 10
• JUMP addr — 11
• JEQ addr — 12
• JNEQ addr — 13
• JG addr — 14
• JGE addr — 15
• JL addr — 16
• JLE addr — 17
• STOP — 18

Будем считать эти порядковые номера кодами машинных команд (opcodes). Их еще называют кодами операций. При таком допущении, наша небольшая программа в постоянной памяти будет представлена в таком виде:

Как вы заметили, семь строчек кода на языке C были преобразованы в 18 строчек на языке ассемблера. Они заняли в ПЗУ 32 байта.

Соединяем всё вместе

То, как соеди­ня­ют­ся меж­ду собой тран­зи­сто­ры в про­цес­со­ре, назы­ва­ет­ся про­цес­сор­ной архи­тек­ту­рой. У каж­до­го поко­ле­ния и моди­фи­ка­ции про­цес­со­ров своя архи­тек­ту­ра. Все про­из­во­ди­те­ли дер­жат в сек­ре­те тон­ко­сти архи­тек­ту­ры, пото­му что от это­го может зави­сеть ско­рость рабо­ты или сто­и­мость производства.

Так как тран­зи­сто­ров мно­го, а свя­зей меж­ду ними нуж­но сде­лать нема­ло, то посту­па­ют так: нано­сят токо­про­во­дя­щий слой, ста­вят фильтр и закреп­ля­ют про­вод­ни­ки в нуж­ном месте. Потом слой диэлек­три­ка и сно­ва токо­про­во­дя­щий слой. В резуль­та­те выхо­дит бутер­брод из про­вод­ни­ков, кото­рые друг дру­гу не меша­ют, а тран­зи­сто­ры полу­ча­ют нуж­ные соединения.

Токо­про­во­дя­щие дорож­ки круп­ным пла­ном. На фото они уже в несколь­ко сло­ёв и не меша­ют друг другу. 

Дополнительные устройства компьютера

Всё, о чём я выше рассказал необходимо для работы системного блока, а теперь давайте рассмотрим дополнительные устройства компьютера, которые расширяют его возможности и добавляют функционал.

Внешний жесткий диск

В отличие от HDD, внешний жесткий диск переносной. Если HDD и SSD нужно установить в корпус и закрепить его там, то внешний подключается всего одним USB проводом. Это очень удобно на все случаи жизни, которые не имеет смысла описывать. Внешний HDD это как флешка, только с большим количеством памяти.

Источник бесперебойного питания

Абсолютно каждый компьютер боится перепадов напряжения, я бы даже сказал больше чем какая-либо другая техника. Источник бесперебойного питания обеспечит стабильное напряжение и убережёт ваш БП от скачков.

Напряжение может прыгать по разным причинам, и не всегда это заметно. Например, если у вас слабая проводка, то во время включения другой техники в доме напряжение может прыгнуть. Или же у соседей что-то мощное… В общем, я настоятельно рекомендую всем использовать безперебойник.

ТВ тюнер

ТВ тюнер – это специальная микросхема, которая позволяет смотреть ТВ на компьютере. Тут скорее, как и в случае с дисководом – ещё работает, но уже не актуально. Чтоб смотреть ТВ на компьютере, не обязательно вставлять специальные платы, у нас теперь есть IPTV и в моем блоге есть целый раздел, посвященный этой теме.

Арифметико-логическое устройство

Вернемся к этапу выполнения команд. Сразу отметим, что он отличается для всех трех вышеупомянутых типов команд, поэтому давайте рассмотрим каждый их них.

Самыми простыми для понимания являются арифметические команды. Эти команды отправляются в арифметическо-логическое устройство (ALU) для последующей обработки. Устройство представляет собой цепь, которая чаще всего работает с двумя значениями, отмеченными сигналом, и выдает результат. 

Представьте себе обычный калькулятор. Для любого вычисления вы вводите значения, выбираете необходимую арифметическую операцию и получаете результат. Арифметическо-логическое устройство (ALU) работает по похожему принципу. Тип операции зависит от опкода команды, который управляющий автомат отправляет в ALU и которое в дополнение к базовой арифметике может производить со значениями такие битовые операции, как AND, OR, NOT и XOR. Кроме того, арифметическо-логическое устройство выводит информацию о проведенном вычислении для управляющего автомата (например, оказалось ли оно положительным, отрицательным, равным нулю или вызвало переполнение).  

Несмотря на то, что арифметическо-логическое устройство чаще всего связано именно с арифметическими операциями, оно находит свое применение и в инструкциях памяти или перехода. Например, если процессору нужно вычислить адрес памяти, заданный в результате прошлого вычисления, либо в случае необходимости вычислить переход для добавления в счетчик программ, если инструкция того требует (пример: «если предыдущий результат отрицателен, перейти на 20 команд вперед»). 

Без банковской карты

Возможности IPTV-проигрывателей

В настоящий момент существует большое количество проигрывателей, которые могут настоящим многофункциональным IPTV проигрывателем. Есть программы, которые позволяют просто слушать музыку или просматривать видео контент, а есть специализированные IPTV плееры. И все же, в качестве проигрывателя сгодится любая программа, которая умеет загружать данные по заданному URL, работать с плейлистами и таким образом транслировать видео.

Перенос Яндекс.Ключа

Процессорные ядра

Некоторые устройства используют одноядерный процессор, в то время как другие могут иметь двухъядерный (или четырехъядерный и т.д.) Процессор. Работа двух процессорных блоков, работающих синхронно, означает, что центральный процессор может одновременно выполнять две команды каждую секунду, что значительно повышает производительность.

Некоторые CPU могут виртуализировать два ядра для каждого доступного физического ядра — метод, известный как Hyper-Threading. Виртуализация означает, что ЦП с четырьмя ядрами может функционировать так, как если бы он имел восемь, а дополнительные виртуальные ядра ЦП называются отдельными потоками. Физические ядра, тем не менее, работают лучше, чем виртуальные.

Если разрешить процессор, некоторые приложения могут использовать многопоточность. Если под потоком понимается единый элемент компьютерного процесса, то использование нескольких потоков в одном ядре ЦП означает, что большее количество инструкций можно понять и обработать одновременно. Некоторые программы могут использовать эту функцию на более чем одном ядре ЦП, что означает, что одновременно может обрабатываться еще больше задач.

Что такое микропроцессоры?

Компьютер, большой и не очень, функционально (в упрощенной форме) может быть представлен в виде блок-схемы, состоящей из трех основных частей:

• Центрального процессорного устройства (ЦПУ), которое выполняет необходимые логические и арифметические операции, используя регистры (память микропроцессора), и контролирует синхронизацию и общую работу всей системы.
• Устройств ввода-вывода, которые служат для подачи данных в ЦПУ (к ним относятся коммутаторы, аналого-цифровые преобразователи, устройства чтения карт памяти, клавиатура, накопители на жестких дисках и т. д.) и вывода результатов вычислений (светодиоды, дисплеи, цифроаналоговые преобразователи, принтеры, плоттеры, линии связи и т. д.). Так подсистема ввода-вывода позволяет компьютеру общаться с внешним миром. Такие устройства также называются периферийными.
• Памяти, в которой хранятся команды (программа) и данные. Обычно состоит из ОЗУ (памяти с произвольным доступом) и ПЗУ (постоянной, предназначенной только для чтения).

Микропроцессор является интегральной схемой, предназначенной для работы в качестве ЦПУ микрокомпьютера.

Принципы работы процессора

ЦП работает под управлением программы, которая находится в оперативной памяти.

АЛУ получает данные и выполняет указанную операцию, записывая результат в один из свободных регистров.

Текущая команда находится в специальном регистре команд. При работе с текущей командой значение так называемого счетчика команд увеличивается, который затем указывает на следующую команду (исключением может быть только команда перехода).

Команда состоит из записи операции (которую нужно выполнить), адресов ячеек исходных данных и результата. По указанным в команде адресам берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала помещается в регистр, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.

См. также

При обработке фотографий и видео

При работе с изображениями нагрузка влияет от используемого софта: оборудованный всеми «свистелками» Фотошоп будет нагружать систему сильнее, а его бесплатный аналог Paint NET, в котором по умолчанию удалены все лишние функции — меньше. В среднем, независимо от операции, нагрузка на ЦП редко превышает 25%.

Обработка видео — более ресурсоемкий процесс. В пиковые моменты нагрузка может достигать 40–50%. Речь идет о монтаже и прокрутке нарезанных кусков. Во время рендеринга загруженность «камня» может превышать 75%.

Как ни странно, но запись и обработка звука отнимает еще больше мощностей. Конечно, при условии, что вы не используете внешнюю звуковую карту, которая берет на себя часть нагрузки. В целом, при обработке звука загруженность ЦП на 70–80% скорее норма, чем исключение.

Память микропроцессора

подробностями

Выше мы писали о шинах (адресной и данных), а также о каналах чтения (RD) и записи (WR). Эти шины и каналы соединены с памятью: оперативной (ОЗУ, RAM) и постоянным запоминающим устройством (ПЗУ, ROM). В нашем примере рассматривается микропроцессор, ширина каждой из шин которого составляет 8 бит. Это значит, что он способен выполнять адресацию 256 байт (два в восьмой степени). В один момент времени он может считывать из памяти или записывать в нее 8 бит данных. Предположим, что этот простой микропроцессор располагает 128 байтами ПЗУ (начиная с адреса 0) или 128 байтами оперативной памяти (начиная с адреса 128).

Модуль постоянной памяти содержит определенный предварительно установленный постоянный набор байт. Адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, который следует передать шине данных. Когда канал чтения (RD) меняет свое состояние, модуль ПЗУ предоставляет запрошенный байт шине данных. То есть в данном случае возможно только чтение данных.

Из оперативной памяти процессор может не только считывать информацию, он способен также записывать в нее данные. В зависимости от того, чтение или запись осуществляется, сигнал поступает либо через канал чтения (RD), либо через канал записи (WR). К сожалению, оперативная память энергозависима. При отключении питания она теряет все размещенные в ней данные. По этой причине компьютеру необходимо энергонезависимое постоянное запоминающее устройство.

Более того, теоретически компьютер может обойтись и вовсе без оперативной памяти. Многие микроконтроллеры позволяют размещать необходимые байты данных непосредственно в чип процессора. Но без ПЗУ обойтись невозможно. В персональных компьютерах ПЗУ называется базовой системой ввода и вывода (БСВВ, BIOS, Basic Input/Output System). Свою работу при запуске микропроцессор начинает с выполнения команд, найденных им в BIOS.

Команды BIOS выполняют тестирование аппаратного обеспечения компьютера, а затем они обращаются к жесткому диску и выбирают загрузочный сектор. Этот загрузочный сектор является отдельной небольшой программой, которую BIOS сначала считывает с диска, а затем размещает в оперативной памяти. После этого микропроцессор начинает выполнять команды расположенного в ОЗУ загрузочного сектора. Программа загрузочного сектора сообщает микропроцессору о том, какие данные (предназначенные для последующего выполнения процессором) следует дополнительно переместить с жесткого диска в оперативную память. Именно так происходит процесс загрузки процессором операционной системы.

Скачать по прямой ссылке или торрент файл

Подбор высоты строки/ширины столбца объединенной ячейки

Цикл выполнения команд — Декодирование

Когда процессор получает команду, ему нужно точно определить тип этой команды. Данный процесс называется декодированием. Каждая команда обладает особым набором битов, опкодом, который дает возможность процессору распознать ее тип. Примерно по тому же принципу работает распознавание компьютером различных расширений файлов. К примеру, .jpg и .png — форматы изображений, но каждый из них обрабатывает данные по-разному, поэтому компьютеру и нужно точно распознавать их тип.

Стоит отметить, что сложность декодирования может зависеть от того, насколько продвинутой является архитектура набора команд процессора. У архитектуры RISC-V, к примеру, несколько десятков команд, а у x86 — несколько тысяч. У типичного процессора Intel x86 процесс декодирования является одним из сложнейших и занимает огромное количество памяти. Чаще всего процессоры декодируют команды, связанные с памятью, арифметическими вычислениями и переходом. 

4. Mackintosh – 700 руб.

6 и 8 ядер

Ну и последний сегмент многоядерников — процессоры с шестью и восемью ядрами. Их основное предназначение, в принципе, точно такое же, как и у ЦП выше, только вот нужны они там, где обычные «четверки» не справляются. Кроме этого, на базе «камней» с 6 и 8 ядрами строят полноценные профильные компьютеры, которые будут «заточены» под определенную деятельность, например, монтаж видео, 3Д-программы для моделирования, рендеринг готовых тяжелых сцен с большим количеством полигонов и объектов и т. д.

Помимо этого, такие многоядерники очень хорошо себя показывают в работе с архиваторами или в приложениях, где нужны хорошие вычислительные возможности. В играх, которые оптимизированы под многопоточность, равных таких процессорам нет.

Кремний

Почти все про­цес­со­ры, кото­рые про­из­во­дят­ся в мире, дела­ют­ся на крем­ни­е­вой осно­ве. Это свя­за­но с тем, что у крем­ния под­хо­дя­щая внут­рен­няя атом­ная струк­ту­ра, кото­рая поз­во­ля­ет делать мик­ро­схе­мы и про­цес­со­ры прак­ти­че­ски любой конфигурации.

Самый доступ­ный источ­ник крем­ния — песок. Но крем­ний, кото­рый полу­ча­ет­ся из пес­ка, на самом пер­вом эта­пе недо­ста­точ­но чистый: в нём есть 0,5% при­ме­сей. Может пока­зать­ся, что чисто­та 99,5% — это кру­то, но для про­цес­со­ров нуж­на чисто­та уров­ня 99,9999999%. Такой крем­ний назы­ва­ет­ся элек­трон­ным, и его мож­но полу­чить после цепоч­ки опре­де­лён­ных хими­че­ских реакций.

Когда цепоч­ка закан­чи­ва­ет­ся и оста­ёт­ся толь­ко чистый крем­ний, мож­но начи­нать выра­щи­вать кристалл.

На что влияет процессор

А теперь детальнее о том, чем занят в видеоиграх ЦП и какие параметры он однозначно вычисляет.

Взаимодействие игровых объектов

За основу берется движок и физика игры. Например, в «серьезных» игрушках процессор рассчитывает, например, траекторию полета пули и нанесенные повреждения исходя из параметров цели и используемого оружия — проникающего урона и типа боеприпасов, используемых улучшений, точки попадания, уровня защиты и т.д.

А вот в какой-нибудь казуалке процессор дает команду убрать ряд из трех камушков одного цвета.

Обработка команд

Пожалуй, самый требовательный к вычислительной мощности процесс. В зависимости от игры пользователь может использовать различные устройства — мышь, клавиатуру, игровой руль, штурвал, джойстик или геймпад.

И если задержек в отрисовке нет, так как видеокарта отлично справляется со своей задачей, то при недостаточной мощности процессора могут наблюдаться лаги и задержка реакции между вводом команды и ее выполнением.

Генерация случайных событий и объектов

Во многих играх есть своеобразная «фишка» — случайно встреченный НПС(не игровой персонаж) может дать какое-нибудь интересное задание, при быстром перемещении по миру на вашего персонажа могут напасть бандиты, в разных местах игрового мира появляются рандомные предметы. Реализовано это благодаря процессору, который использует генератор случайных чисел.

Поведение НПС

Хотя НИПы действуют по заранее написанным скриптам, в современных играх они создают иллюзию живого мира. Например, гипотетический кузнец днем будет работать в мастерской, вечером пойдет в корчму пропустить кварту эля и сыграть пару партий в «Гвинт», а ночью вернется домой и ляжет спать.

Также неигровые персонажи могут реагировать на поведение вашего героя: толпа разбежится, если вы достанете оружие и кого-то лишите жизни, однако тотчас прибегут стражники и предложат немного отдохнуть в городской тюрьме.

Надо отметить, что в случае с НПС не происходят события, которые бы не увидел протагонист. Например, городские сплетницы будут молчать, пока ваш герой не пройдет мимо — только тогда они «по секрету» начнут обсуждать сплетни, о которых вы непременно должны узнать.

Заключение

Ну, вот друзья мы с вами кратко рассмотрели основные части персонального компьютера. Надеюсь, статья оказалась для вас полезной, интересной и поможет вам узнать это чудо техники поближе.

Ведь без компьютера сложно представить нашу жизнь сегодня и в будущем, так как все описанные выше устройства установлены у многих дома и помогают им в общении с друзьями, родственниками, а также в работе или учебе.

А работать уверенно и без страха за этим чудом техники вам помогут 25 бесплатных уроков компьютерной грамотности.

И для закрепления полученной информации рекомендую посмотреть вот это видео: