Полная версия

Главная arrow Менеджмент arrow Информационные технологии в менеджменте (управлении)

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Центральный процессор (микропроцессор)

Электронное устройство, предназначенное для исполнения команд программы, называют центральным процессором (Central Processing Unit, CPU). Его важнейшими характеристиками являются:

  • • архитектура (например, х86, ARM);
  • • разрядность (длина регистров в битах: 16, 32, 64);
  • • тактовая частота (в мегагерцах и гигагерцах, Мгц (Mhz), Ггц (Ghz));
  • • размер кэша трех уровней LI, L2, L3 (измеряется в Кб, Мб);
  • • число ядер (шт.);
  • • наличие или отсутствие графического ядра, GPU;
  • • энергоэффективность.

В совокупности они определяют такие интегральные характеристики процессоров, как применимость и быстродействие.

У каждого типа процессоров имеется свой набор инструкций, т.е. своя система команд. В настоящее время преобладает архитектура микропроцессоров х86 (LA-32, LA-64 – Intel-архитектура 32- и 64-разрядная соответственно). Название х86 подчеркивает, что процессор функционирует с системой команд, основы которой были заложены в процессоре Intel 8086 – процессоре первого персонального компьютера IBM.

Числа 32 и 64 показывают длину регистров процессора в битах. Регистр – сверхбыстрая память, расположенная внутри процессора и используемая при выполнении команд, для хранения операндов, формирования результатов арифметических и логических операций, хранения адресов, указателей и индексов, индикации текущего состояния процессора и др.

Прикладное программное обеспечение и драйверы устройств, написанные в расчете на 64-разрядные процессоры, не могут использоваться на 32-разрядных машинах и в 32-разрядных операционных системах. Ко многим старым устройствам драйверы под 64-разрядные системы не выпускаются, что делает старое оборудование (например, сканеры) непригодным к использованию. Это следует принимать во внимание при приобретении новой техники.

Наиболее известными производителями микропроцессоров архитектуры х86 являются компании Intel (около 80% рынка) и AMD (около 20% рынка).

Применимость процессоров показывает, в каких устройствах они могут эффективно использоваться. Так, стационарные компьютеры и ноутбуки с их модификациями работают под управлением процессоров с системой команд х86. Не являются исключением даже "элитные" компьютеры компании Apple MacBook Pro и MacBook Air.

В мобильной технике доминируют микропроцессоры архитектуры ARM. Компания Intel еще только пытается войти в этот сегмент рынка со своими новыми процессорами Atom.

Применимость процессоров во многом зависит от такой, на первый взгляд, простой характеристики как энергоэффективность, которая, на самом деле, исключительно важна для мобильных устройств, поскольку определяет длительность использования устройства в автономном режиме без подзарядки и срок службы аккумуляторов. Косвенно она измеряется показателем TDP – расчетная мощность системы охлаждения (ватт).

Для того чтобы можно было понять важнейшую характеристику процессора – скорость выполнения команд – необходимо рассмотреть типичные стадии исполнения одной машинной команды:

  • 1) выборка из памяти;
  • 2) декодирование (распознавание);
  • 3) подготовка операндов – извлечение данных из памяти в регистры;
  • 4) исполнение;
  • 5) запись результата в память.

На практике число стадий может достигать нескольких десятков. Так, в Pentium число стадий приближалось к 30.

Скорость перехода от одного этапа цикла исполнения команды к другому определяется тактовым генератором, который вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой и измеряется в герцах. 1 Гц – одно колебание в секунду. Например: 4,77 Мгц – Intel 8086, 3,2 Ггц – Intel Core i7, ARM Cortex – в районе 1 Ггц.

Экспериментальным путем были достигнуты частоты более 4 Ггц, но массовые образцы процессоров пока эту величину не превышают.

Таким образом, тактовая частота – косвенная характеристика скорости исполнения команд. На самом деле процессор тратит несколько тактов на выполнение одной команды. Кроме тактовой частоты на скорость работы влияют: кэширование у конвейеризация, многоядерность, которые позволяют за счет согласования скорости работы процессора и памяти, а также распараллеливания этапов выполнения отдельных команд и всего вычислительного процесса в целом существенно увеличить производительность процессора. Стремясь ускорить работу процессора, инженеры постоянно стремятся уменьшить число тактов, затрачиваемых на одну команду, и достигли в данном направлении немалых успехов за счет использования наработок, сделанных при проектировании суперкомпьютеров.

Современные микропроцессоры относят к классу суперскалярных процессоров (RISC-процессоров), которые в среднем за один такт исполняют несколько команд. В среднем – потому, что в каждый момент времени на вычислительном конвейере нескольких ядер исполнятся много команд, которые находятся на разных стадиях исполнения. В RISC-процессорах используется несколько декодеров, несколько исполнительных устройств, конвейеризация, кэширование и распараллеливание вычислительного процесса, в том числе с активным использованием предсказателей переходов и объединением нескольких заведомо линейных команд в одну. Управление последовательностью исполнения команд осуществляется самим процессором. RISC-процессоры зародились в 1960-е–1970-е гг. при разработке суперкомпьютеров и были востребованы в микропроцессорах в конце 1980-х – начале 1990-х гг. Современные процессоры х86 используют технологию RISC, преобразовывая обычные команды в наборы RISC-команд.

Новейшим является семейство процессоров Intel с названием Ivy Bridge. Оно было анонсировано в апреле 2012 г. и относится к известному типу Core i3/5/7, но выполнено не но 32нм, как предыдущее, а по 22нм технологическому процессу. Семейство имеет очень много модификаций в зависимости от состава включаемых компонент, поэтому при приобретении компьютера необходимо интересоваться его составом. Максимальное число ядер – 6, кэш L3 составляет 20 Мб, частота работы с памятью – 1600 Мгц. В 2013 г. выпущена новая модификация процессора с 12 ядрами, кэшем L3 в 30 Мб и частотой работы с памятью 1866 Мгц.

Для нового семейства процессоров характерно:

  • • пониженное тепловыделение (в среднем на 1/3, минимально до 35 ватт и даже до 13 ватт в модификациях для ультрабуков). Наряду с быстродействием данная характеристика процессора очень важна. Чем меньше процессор потребляет энергии, тем дольше компьютер работает от аккумуляторов и тем больше их срок службы;
  • • управляемость частотой процессора без перезагрузки компьютера в зависимости от эффективности системы охлаждения за счет программного изменения множителя частоты (ранее это было невозможно). Поднимая и опуская тактовую частоту в зависимости от ситуации, можно программно влиять на энергопотребление и нагрев процессора;
  • • более высокая производительность интегрированного графического ядра (производительность повышена приблизительно на 60%. Процессоры предыдущего семейства также могли иметь графические ядра, что позволяло обходиться без видеокарты, но их производительность существенно уступала графическим картам NVIDIA и Radeon. Рост производительности позволяет использовать на ультрабуках большее число приложений, но еще не позволяет превращать их в игровые компьютеры, так как встроенное ядро по производительности пока в несколько раз ниже видеокарт);
  • • наличие аппаратного датчика случайных чисел (используется в криптографии, играх);
  • • повышенная защита от "неправомерных" действий прикладных программ.

Рассматривая процессоры, нельзя не остановиться на процессорах архитектуры ARM, играющих колоссальную роль в современном цифровом мире. Они широко используются в мобильных телефонах (90%), плеерах, игровых консолях, планшетах, маршрутизаторах, контроллерах жестких дисков и в других устройствах, где требуются компактность и малое энергопотребление. Их разработчик – компания ARM Limited (Advanced RISC Machine) – не производит процессоры сама, но лицензирует их другим фирмам, в том числе таким известным компаниям, как Apple (процессоры А4, А5, А6), Samsung (Exynos), NVIDIA (Tegra), Sony Ericsson др. Так, планшет iPad функционирует под управлением процессора типа ARM, планшет Microsoft Surface выпускается в двух модификациях – с процессором ARM и процессором Intel Core i5 (Surface Pro).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>