Процесори зсередини

Питання: Архітектура процесора - що це?
відповідь: Термін "архітектура процесора" в даний час не має однозначного тлумачення. З точки зору програмістів, під архітектурою процесора мається на увазі його здатність виконувати певний набір машинних кодів. Більшість сучасних десктопних CPU відносяться до сімейства x86, або Intel-сумісних процесорів архітектури IA32 (архітектура 32-бітових процесорів Intel). Її основа була закладена компанією Intel в процесорі i80386, проте в наступних поколіннях процесорів вона була доповнена і розширена як самої Intel (введені нові набори команд MMX, SSE, SSE2 і SSE3), так і сторонніми виробниками (набори команд EMMX, 3DNow! І Extended 3DNow !, розроблені компанією AMD). Однак розробники комп`ютерного заліза вкладають в поняття "архітектура процесора" (іноді, щоб остаточно не заплутатися, використовується термін "мікроархітектура") дещо інший сенс. З їх точки зору, архітектура процесора відображає основні принципи внутрішньої організації конкретних сімейств процесорів. Наприклад, архітектура процесорів Intel Pentium позначалася як Р5, процесорів Pentium II і Pentium III - Р6, а популярні в недавньому минулому Pentium 4 відносилися до архітектури NetBurst. Після того, як компанія Intel закрила архітектуру Р5 для сторонніх виробників, її основний конкурент - компанія AMD була вимушена розробити власну архітектуру - К7 для процесорів Athlon і Athlon XP, і К8 для Athlon 64.

Питання: Які процесори краще, 64-бітові або 32-бітові? І чому?
відповідь: Досить вдале 64-бітове розширення класичної 32-бітової архітектури IA32 було запропоновано в 2002 році компанією AMD (спочатку називалося x86-64, зараз - AMD64) в процесорах сімейства К8. Через деякий час компанією Intel було запропоновано власне позначення - EM64T (Extended Memory 64-bit Technology). Але, незалежно від назви, суть нової архітектури одна і та ж: розрядність основних внутрішніх регістрів 64-бітових процесорів подвоїлася (з 32 до 64 біт), а 32-бітові команди x86-коду отримали 64-бітові аналоги. Крім того, за рахунок розширення розрядності шини адрес обсяг адресується процесором, істотно збільшився.

І все. Так що ті, хто очікує від 64-бітових CPU скільки-небудь істотного приросту продуктивності, будуть розчаровані - їх продуктивність в переважній більшості сучасних додатків (які в масі своїй заточені під IA32 і навряд чи в найближчому майбутньому будуть перекомпіліровать під AMD64 / EM64T) практично та ж, що і у старих добрих 32-бітових процесорів. Весь потенціал 64-бітової архітектури може розкритися лише у віддаленому майбутньому, коли в масових кількостях з`являться (а може, і не з`являться) додатки, оптимізовані під нову архітектуру. У будь-якому випадку, найбільш ефективний перехід на 64-біта буде для програм, що працюють з базами даних, програм класу CAD / CAE, а також програм для роботи з цифровим контентом.

Питання: Що таке процесорний ядро?
відповідь: У рамках однієї і тієї ж архітектури різні процесори можуть досить сильно відрізнятися один від одного. І відмінності ці втілюються в різноманітних процесорних ядрах, що володіють певним набором строго обумовлених характеристик. Найчастіше ці відмінності втілюються в різних частотах системної шини (FSB), розмірах кеша другого рівня, підтримці тих чи інших нових систем команд або технологічних процесах, за якими виготовляються процесори. Нерідко зміна ядра в одному і тому ж сімействі процесорів спричиняє за собою заміну процесорного роз`єму, з чого випливають питання подальшої сумісності материнських плат. Однак в процесі вдосконалення ядра, виробникам доводиться вносити в нього незначні зміни, які не можуть претендувати на "власна назва". Такі зміни називаються ревізіями ядра і, найчастіше, позначаються цифробуквене комбінаціями. Однак в нових ревізіях одного і того ж ядра можуть зустрічатися досить помітні нововведення. Так, компанія Intel ввела підтримку 64-бітової архітектури EM64T в окремі процесори сімейства Pentium 4 саме в процесі зміни ревізії.

Питання: В чому полягає перевага двоядерних процесорів перед одноядерними?
відповідь: Найзначнішою подією 2005 року стало поява двоядерних процесорів. До цього часу класичні одноядерні CPU практично повністю вичерпали резерви зростання продуктивності за рахунок підвищення робочої частоти. Каменем спотикання стало не тільки дуже високе тепловиділення процесорів, що працюють на високих частотах, але і проблеми з їхньою стабільністю. Так що екстенсивний шлях розвитку процесорів на найближчі роки був замовлений, і їх виробникам волею-неволею довелося освоювати новий, інтенсивний шлях підвищення продуктивності продукції. Самою спритнішою на ринку десктопних CPU, як завжди, виявилася Intel, першої анонсувала двоядерні процесори Intel Pentium D і Intel Extreme Edition. Втім, AMD з Athlon64 X2 відстала від конкурента буквально на лічені дні. Безсумнівним достоїнством двух`ядернік першого покоління, до яких відносяться вищеназвані процесори, є їх повна сумісність з існуючими системними платами (природно, досить сучасними, на яких доведеться тільки оновити BIOS). Друге покоління двоядерних процесорів, зокрема, Intel Core 2 Duo, "вимагає" спеціально розроблених для них чіпсетів і зі старими материнськими платами не працює.

Відео: Знімаємо кришку процесора АМД

Не слід забувати, що, на сьогоднішній день для роботи з двоядерними процесорами більш-менш оптимізовано в основному тільки професійне ПО (включаючи роботу c графікою, аудіо- та відео даними), тоді як для офісного або домашнього користувачем іншої процесорний ядро ​​іноді приносить користь, але набагато частіше є мертвим вантажем. Користь від двоядерних процесорів в цьому випадку видно неозброєним поглядом тільки тоді, коли на комп`ютері запущені будь-які фонові завдання (перевірка на віруси, програмний фаєрвол і т.п.). Що стосується приросту продуктивності в існуючих іграх, то він мінімальний, хоча вже з`явилися перші ігри популярних жанрів, повноцінно використовують переваги від використання другого ядра.

Втім, якщо сьогодні стоїть питання вибору процесора для ігрового ПК середнього або верхнього цінового діапазону, то, в будь-якому випадку, краще віддати перевагу двоядерний, а то і 4-ядерний процесор трохи більше високочастотного одноядерними аналогу, так як ринок неухильно рухається в сторону мультиядерних систем і оптимізованих паралельних обчислень. Така тенденція буде пануючою в найближчі роки, так що частка ПО, оптимізованого під декілька ядер, буде неухильно зростати, і дуже скоро може настати момент, коли мультиядерність стане нагальною потребою.

Відео: Пристрій процесора

Питання: Що таке кеш?
відповідь: У всіх сучасних процесорах є кеш (по-англійськи - cache) - масив надшвидкісний оперативної пам`яті, що є буфером між контролером порівняно повільної системної пам`яті і процесором. У цьому буфері зберігаються блоки даних, з якими CPU працює в поточний момент, завдяки чому істотно зменшується кількість звернень процесора до надзвичайно повільній (в порівнянні зі швидкістю роботи процесора) системної пам`яті. Тим самим помітно збільшується загальна продуктивність процесора.

При цьому в сучасних процесорах кеш давно не є єдиним масивом пам`яті, як раніше, а розділений на кілька рівнів. Найбільш швидкий, але відносно невеликий за обсягом кеш першого рівня (що позначається як L1), з яким працює ядро ​​процесора, найчастіше ділиться на дві половини - кеш інструкцій і кеш даних. З кешем L1 взаємодіє кеш другого рівня - L2, який, як правило, набагато більше за обсягом і є змішаним, без поділу на кеш команд і кеш даних. Деякі десктопні процесори, за прикладом серверних процесорів, також часом обзаводяться кешем третього рівня L3. Кеш L3 зазвичай ще більше за розміром, хоча і дещо повільніше, ніж L2 (за рахунок того, що шина між L2 і L3 вужча, ніж шина між L1 і L2), проте його швидкість, в будь-якому випадку, незрівнянно вище, ніж швидкість системної пам`яті.

Відео: Системний блок зовні і зсередини

Кеш буває двох типів: ексклюзивний і не ексклюзивний кеш. У першому випадку інформація в кешах всіх рівнів чітко розмежована - в кожному з них міститься виключно оригінальна, тоді як в разі не ексклюзивного кешу інформація може дублюватися на всіх рівнях кешування. Сьогодні важко сказати, яка з цих двох схем більш правильна - і в тій, і в іншій є як мінуси, так і плюси. Ексклюзивна схема кешування використовується в процесорах AMD, тоді як і ексклюзивна - в процесорах Intel.

Питання: Що таке процесорна шина?
відповідь: Процесорна (інакше - системна) шина, яку найчастіше називають FSB (Front Side Bus), являє собою сукупність сигнальних ліній, об`єднаних за своїм призначенням (дані, адреси, управління), які мають певні електричні характеристики і протоколи передачі інформації. Таким чином, FSB виступає в якості магістрального каналу між процесором (або процесорами) і всіма іншими пристроями в комп`ютері: пам`яттю, відкритий, жорстким диском і так далі. Безпосередньо до системної шини підключений тільки CPU, інші пристрої під`єднуються до неї через спеціальні контролери, зосереджені в основному в північному мосту набору системної логіки (чіпсета) материнської плати. Хоча можуть бути і виключення - так, в процесорах AMD сімейства К8 контролер пам`яті інтегрований безпосередньо в процесор, забезпечуючи, тим самим, набагато більш ефективний інтерфейс пам`ять-CPU, ніж рішення від Intel, що зберігають вірність класичним канонам організації зовнішнього інтерфейсу процесора. Основні параметри FSB деяких процесорів наведені в табл

Процесори компанії Intel використовують системну шину QPB (Quad Pumped Bus), що передає дані чотири рази за такт, тоді як системна шина EV6 процесорів AMD Athlon і Athlon XP передає дані два рази за такт (Double Data Rate). В архітектурі AMD64, респонденти користуються послугами компанії AMD в процесорах лінійок Athlon 64 / FX / Opteron, застосований новий підхід до організації інтерфейсу CPU - тут замість процесорної шини FSB і для сполучення з іншими процесорами використовуються: високошвидкісна послідовна (пакетна) шина HyperTransport, побудована за схемою Peer -to-Peer (точка-точка), що забезпечує високу швидкість обміну даними при порівняно низькою латентності.

Джерело: 3dnews.ru