Перспективы развития микропроцессоров

Перспективы развития микропроцессоров

Введение

Процесс взаимодействия человека с компьютером насчитывает более чем 40 лет. До недавнего времени этот процесс не мог участвовать только специалисты - инженеры, математики - программисты, операторы. В последние годы произошли кардинальные изменения в области компьютерных технологий. Разработки и реализации микропроцессоров в структуре компьютера появился компактный, удобные персональные компьютеры. Ситуация изменилась, роли пользователя может быть не только специалистом в области компьютерной техники, но и любой человек, будь то студент или домохозяйка, врач или учитель, рабочий или инженер. Часто это явление называется как персональный компьютер. В настоящее время в мире парк персональных компьютеров превышает 20 млн. человек

.Процессор CPU (центральный  процессор, что буквально означает  «центральный процессор») - это основная вычислительная электронный блок компьютера. Это процессор отвечает за обработку всех данных в системе и во всем мире управления аппаратными средствами компьютера.

Внутренняя структура  представляет собой миллионы микроскопических транзисторов, объединенных в единый комплекс - комплекс электрической цепи.

Именно они, как и клетки мозга, а также выполнять все  вычислительные работы.

Транзисторы (переключают электрический ток в чипе) размещены на подложке из чистого кремния, всю конструкцию называют кристаллом или камнем. Кажется удивительным, что число транзисторов на площади размером, с булавочную головку, может достигать 200 миллионов - они такие маленькие.

Процессор является одним  из самых сложных технических  устройств, выпускаемых человеком.

Работа процессора:

Наиболее сложная функциональная единица процессор команд управления устройством. Он содержит:

1. Буфер команд, который хранит одну или несколько очередных команд программы; читает следующие команды из запоминающего устройства, пока выполняется очередная команда, уменьшая время ее выборки из памяти;
2. Дешифратор команд расшифровывает код операции очередной команды и преобразует его в адрес начала микропрограммы, которая реализует исполнение команды;
3. Управление выборкой очередной микрокоманды представляет собой небольшой процессор, работающий по принципу фон Неймана, имеет свой счетчик микрокоманд, который автоматически выбирает очередную микрокоманду из ПЗУ микрокоманд;
4. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микрокоманд – это запоминающее устройство, в которое информация записывается однократно и затем может только считываться; отличительной особенностью  ПЗУ является то., что записанная в него информация сохраняется сколько угодно долго и не требует постоянного питающего напряжения.

Итак, Поступивший от дешифратора  команд адрес записывается в счетчик  микрокоманд устройства выборки, и  начинается процесс обработки последовательности микрокоманд. Каждый разряд микрокоманды связан с одним управляющим входом какого- либо функционального устройства. Так, например, управляющие входы  регистра хранения «Сброс», «запись», «Чтение» соединены с соответствующими разрядами микрокоманды. Общее число  разрядов микрокоманды может составлять от нескольких сотен  до нескольких тысяч и равно общему числу  управляющих входов всех функциональных устройств процессора. Часть разрядов микрокоманды подается на устройство управления выборкой очередной микрокоманды и используется для организации условных переходов и циклов, так как алгоритмы обработки команд могут быть достаточно сложными.

Виды процессоров

Видов процессоров очень много, они производятся для разных целей и разными производителями, поэтому, чтобы понять, что они между собой отличаются, нужно знать их основные характеристики и производительность. Рассмотрим их подробнее.

Итак, самыми важными характеристиками процессора, на которые стоит обратить внимание при выборе.

1. Количество ядер.

Чем больше процессорных ядер, тем большее количество операций он может выполнять в то же время  без потери производительности. Одноядерных  процессоров для персональных компьютеров, сегодня уже не в наличии - эпоха  несколькими ядрами. Это связано  с увеличением количества ядер ведущие производители планируют увеличить мощность обработки в будущем. Сегодня на персональных рабочих станций установлены, как правило, 2-8 ядерный процессор, так и для сервера системы уже существуют и 16-ядерный. В экспериментальных условиях тестируются процессоры, оснащенные более чем 20 ядрами. Увеличение производительности за счет количества ядер особенно выражен при выполнении многозадачной программы, логика которого включено одновременное выполнение нескольких действий. В то время, как одноядерный процессор будет выполнять задачи последовательно, один за другим, многоядерный - делает это параллельно.

Важной характеристикой  является тактовая частота процессора

Эта характеристика указывает  на то, сколько операций выполняет  процессор в единицу времени. Многие привыкли считать, что тактовая частота - это показатель производительности, и чем она выше, тем "шустрее" процессор. Утверждение справедливо, если сравнивать между собой поколения CPU одной марки, однако сопоставлять по этому показателю процессоры разных производителей нельзя - при одинаковой тактовой частоте они работают с  различной скоростью, поскольку  на нее влияют в не меньшей степени и другие характеристики. Например, процессоры марки AMD работают на более низких тактовых частотах, чем Intel, но за один такт производят больше действий.

Следующей характеристикой  является объем кэш-памяти

Кэш процессора это сверхпроизводительная память, где процессор имеет доступ к обрабатываемых данных. Его объем очень мал и не позволяет разместить исполняемую программу целиком, таким образом в кэш загружается только часто используемые данные.

Кэш процессора делится  на 3 уровня. Кэш-память первого уровня является быстрым, но имеет очень малый размер. Кэш второго уровня – немного медленнее первого но объем его больше. Кэш третьего уровня является самым медленным и самым большим по объему. Понятие «медленный» здесь условно, и приводится лишь для сравнения уровней между собой. Объем кэш памяти процессора существенно влияет на его стоимость.

Технология производства или процесса CPU

Эта характеристика показывает размер наименьшего элемента базы транзистора, умещаемого на чипе. Понятно, что элемент меньше, тем больше вы можете разместить их на единице площади, тем самым увеличивая производительность. Единица измерения процесса - нанометры - так что мелкие частицы. Выпущеные в 2011 - 2012 процессоры имеют технологический процесс 22 нанометра, в то время как, например, в 2005 году, производились процессоры по 50-нанометровому технологическому процессу. Таким образом, можно проследить тенденцию развития этой технологии.

Сокет, или процессорный разъем

Расположен на материнской  плате - это непосредственно то место, куда вставляется процессор. Поскольку  материнские платы производятся для определенных, не взаимозаменяемых видов процессоров, их сокеты (от англ. Socket) имеют разные параметры. Например, сокеты для процессоров марок Intel и AMD отличаются полностью, и по форме, и электрически.

Процессоры по типу сокета условно объединяют в классы, то есть, к одному классу относят CPU, одинаковые по форме разъема. Их можно, при условиях поддержки, устанавливать в одну и ту же материнскую плату.

Частота системной  шины и множитель

Характеристика, показывающая скорость обмена данными между процессором  и чипсетом материнской платы. Обозначается аббревиатурой FSB (Front side bus) и измеряется объем данных, передаваемых в единицу времени. Чем выше ФСБ, тем выше производительность компьютера. Больше относится к характеристикам материнской платы, но наряду с частотой системной шины учитывается коэффициент умножения (множитель) процессора - величина, на которую тактовая частота CPU превосходит частоту FSB. Изменение этих двух показателей в сторону увеличения называются разгоном процессора, поскольку это увеличивает его производительность. Однако при этом разгон сокращает срок службы устройств.

Поддержка 64-разрядных  вычислений

Появилась в 2004 году, и с  тех пор стала важным показателем при выборе процессора. Почти все современные процессоры для компьютеров обладают поддержкой 64-бит, что позволяет им использовать оперативную память в размере более 4 ГБ. Еще одна характеристика CPU, позволяющая предотвращать выполнение в операционной системе вредоносного кода. Поддерживается системами Windows, начиная со 2 сервиспака Windows XP..

Архитектура APU

В процессорах последних  поколений часто реализована  архитектура, называемая APU (Accelerated Processing Unit), суть которой заключается в объединении в одном кристалле центрального процессора и графического ядра. Использование этой технологии в целом удешевляет системы, на основе таких процессоров, поскольку отпадает потребность в отдельном видеочипе на материнской плате или видеокарте.