Основные характеристики центрального процессора

Процессор является очень высокотехнологичным устройством, он по праву считается «мозгом» любого компьютера. В одной из предыдущих статей мы с вами подробно рассмотрели устройство центрального процессора (CPU) компьютера. Но, как и любой другой компонент, центральный процессор имеет множество параметров. И сегодня я предлагаю в подробностях рассмотреть характеристики центрального процессора.

Техпроцесс

Итак, техпроцесс. Современные процессоры состоят из огромного числа транзисторов, размещенных на маленьком кремниевом кристалле. Чем больше транзисторов — тем мощнее в итоге получается процессор. Высокой плотности монтажа удается достичь за счет многослойной структуры готового кристалла процессора. Процесс очень напоминает фотолитографию (когда проявляют фотопленку, свет проходит через негатив и создает изображение на фотобумаге).

Современные технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 22 нанометра и даже меньше! Для сравнения, толщина человеческого волоса около 50000 нм.  Со временем техпроцесс будет только уменьшаться, что позволит создавать еще более мощные ЦП, такая тенденция прослеживается уже сейчас. Чем меньше техпроцесс, тем больше транзисторов можно разместить на одном кристалле, и тем мощнее в итоге будет процессор, вот так.

Архитектура

Архитектура напрямую определяет внутреннюю конструкцию процессора (схему кристалла). В рамках одной архитектуры процессоры могут иметь различные характеристики: кэш (об этом ниже), техпроцесс и т.д. Обычно о таких процессорах (с одной архитектурой, но разными характеристиками) говорят, что они имеют разные ядра. По сложившейся традиции компании-производители ЦП дают ядрам различные имена, чтобы было проще ориентироваться.

Примечательно, что компания Intel в качестве названия своих разработок использует географические названия мест (гор, городов, рек), которые находятся неподалеку от места производства. А вот за AMD такого замечено не было...

Например, cpu микроархитектуры Intel Core выпускались с разными ядрами: Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield и др. Ядро микропроцессора определяет его 3 важнейшие характеристики: тактовую частоту, частоту шины FSB и сокет (разъем). Кроме того, сами ядра могут многократно дорабатываться, это называется «ревизии» (степпинги). В процессе таких доработок исправляются недоработки или слабые места в конструкции, уменьшается тепловыделение и энергопотребление.

Ядра

Количество вычислительных ядер — еще одна характеристика, чем оно больше, тем, соответственно, лучше. Все существующие компании-производители процессоров уже давно пошли по пути увеличения количества ядер, размещенных на одном кристалле. На сегодняшний день уже трудно найти модели с количеством ядер менее двух. Многоядерность — как способ повышения производительности признана самым перспективным направлением развития процессоров.

Однако, важно понимать, что эффективность (производительность) работы ядер различных моделей ЦП может существенно отличаться. К тому же, далеко не все существующие на сегодняшний день приложения (особенно старые) оптимизированы для работы с множеством ядер, и по умолчанию могут использовать лишь какое-то одно из них. А поскольку у многих многоядерных cpu тактовая частота каждого ядра меньше, чем у одноядерных моделей, то в таких приложениях даже может наблюдаться снижение производительности.

Впрочем, в большинстве случаев эта проблема легко решается, путем установки специальной программы (CPU control, например), которая позволяет принудительно задействовать все или несколько конкретных ядер, которые вы вольны выбирать сами. К слову, у меня был такой случай, когда некая «Nfs Undercover», казалось бы — 2008 года (когда у многих уже были двухъядерные модели CPU), отказывалась работать со всеми 4 ядрами моего intel core 2 quad q8400 и использовала лишь одно из них, но эта программа все исправила.

Прежде чем продолжить, хотелось бы немного рассказать об основных производителях центральных микропроцессоров. Их, как ни странно, всего 2 — Intel и Amd (прямо как левая и правая палочка «Twix»). И хотя этим двум гигантам по разным оценкам принадлежит порядка 92% всех произведенных на сегодняшний день процессоров, доли этих компаний на рынке совсем не равные, как это может показаться — Intel принадлежит около 75-80%. Остальные 8% продукции — узкоспециализированные ЦП, как, например, для мобильных устройств.

В последнее время доля AMD на рынке микропроцессоров возросла и продолжает расти, за счет игровых приставок Xbox One и PlayStation 4 — где успешно применяются их CPU.

Раз уж мы заговорили про ядра, то будет не лишним упомянуть про такое понятие, как — «многопоточность». Количество ядер процессора и количество потоков не обязательно должно совпадать. Так, например, знаменитый микропроцессор Intel Core i7 с технологией «Hyper-Threading» имеет на «борту» 4 ядра, однако работает в 8 потоков — что дает ему очень хорошую производительность, даже большую, нежели у некоторых 6-ядерных конкурентов.

Многопоточность, в случае с современными 4-ядерными cpu это 8 потоков, позволяет условно разделить обработку приложения на 2 части, то есть обе части приложения выполняются всеми ядрами одновременно (параллельно, если хотите). Такая технология позволяет ощутимо увеличить производительность в некоторых специфичных приложениях, которые «заточены», или другими словами, оптимизированы для этой технологии.

В случае со старыми приложениями, либо просто не оптимизированными для многопоточности, может наблюдаться обратный эффект — снижение производительности. Поэтому в BIOS материнской платы предусмотрена функция отключения гиперпоточности у процессора тогда, когда вам это будет необходимо. Многопоточность будет очень полезна при рендеринге видео или архивации большого объема данных.

Частота CPU

Тактовая частота процессора — количество операций (тактов) в единицу времени, а конкретнее — в секунду. Этот параметр идет «рука об руку» с другой не менее важной характеристикой — частотой шины FSB, о которой речь пойдет чуть ниже, и напрямую от нее зависит. Чем выше частота ЦП — тем он производительней, однако, подобная зависимость прослеживается только в рамках одной «линейки» (или по-другому — модельного ряда, как, например, все cpu intel core 2 quad), поскольку кроме тактовой частоты на производительность влияют ряд других параметров.

Частота шины FSB. Эта шина представляет из себя набор сигнальных линий, по которым данные поступают в микропроцессор, а также выходят из него. Частота этой шины пропорциональна тактовой частоте процессора, а именно — чем выше частота шины, тем более высокой может быть частота процессора в итоге. К слову, некоторые начинающие (и не только) оверклокеры используют этот прием, а именно — поднимают частоту шины FSB («разгоняют» ее), увеличивая тем самым тактовую частоту процессора.

Существует несколько направлений «разгона» процессора компьютера, можно разгонять «по шине», «по множителю», «по напряжению» и т.д.. Разгон «по шине» чреват тем, что одновременно с процессором «разгоняется» и некоторое другое железо компьютера, включая оперативную память, которая может перестать работать при превышении порога максимальной рабочей частоты памяти. Также, если специально не фиксировать в биосе PCI разъемы, то могут «заглючить» видеокарта, sata (жесткие диски) и сетевая карта.

Кэш

Поскольку процессор очень «тесно» общается с ОЗУ, иногда он может простаивать, ожидая данные из нее. Кэш-память — это блок очень быстрой оперативной памяти, который расположен прямо на ядре процессора. Она выступает в роли буфера между ОЗУ и самим процессором, мгновенно записывая и отдавая информацию ему. Существует несколько «уровней» такой памяти: кэш первого уровня L1, L2 и L3. Кэш-память первого уровня считается самой быстрой и по скорости выигрывает у обычной ОЗУ.

Следствием применения кэш-памяти является увеличение быстродействия. Чем больше объем кэша любого уровня — тем лучше. Однако кэш-память первого уровня L1, как правило, обладает небольшим объемом (по современным меркам) — всего до 128 кб. Кэш-память второго уровня L2 выполняет все те же операции, что и L1, однако, обладает худшим быстродействием, но большим объемом (до 16 мб).

В случае с многоядерными процессорами размер кэша первого уровня указывается только для одного ядра. Для кэш-памяти второго уровня указывается суммарный объем.

Чем больше размер кэша, тем больше данных в него можно записать, однако тем медленнее процессор их оттуда будет «доставать». Поэтому и придумали разделение по уровням. Думаю, вы уже догадались, что кэш L3 будет иметь самый большой объем из всех и самое худшее быстродействие. Но по факту, кэш L3 встречается далеко не во всех процессорах, а только в самых мощных дорогих решениях, а также в серверных версиях, где он действительно нужен. Большинство же процессоров имеют только два уровня кэша, коих, впрочем, хватает.

Тепловыделение

TDP (Вт) — показатель, характеризующий тепловыделение (нагрев) процессора во время его работы. По TPD можно косвенно судить об энергопотреблении cpu, но не стоит их приравнивать друг к другу, как это довольно часто бывает, ведь потребляемая мощность процессора тоже измеряется в «Вт». Но процессор не может выделять в виде тепла столько же энергии, сколько к нему подвели, и уж тем более — отдавать больше энергии, то есть вырабатывать ее. Поэтому TDP всегда будет меньше на несколько Ватт.

В случае с мои процессором (core quad q8400) TDP составляет 95 Вт, а энергопотребление — 136 Вт. На величину TDP очень сильно влияет техпроцесс и частота ядра процессора (в меньшей степени). Чем больше техпроцесс (нм), тем сильнее будет греться процессор. То же самое актуально и для частоты. TDP нужен еще для того, чтобы оценить — какой мощности кулер необходимо установить в систему, чтобы обеспечить эффективное охлаждение.

Учтите, что разные производители по разному определяют величину TDP, поэтому сравнение уместно только в рамках одного производителя процессоров.

Видеокарта в процессоре

Кроме обычных нескольких ядер в некоторых моделях процессоров иногда можно встретить еще одно «ядро», отвечающее только за вывод изображения на монитор, то есть — миниатюрная «видеокарта», расположенная прямо внутри ЦП. Как правило, ими оснащаются все «топовые» процессоры и большинство процессоров среднего ценового сегмента.

Конечно, производительность таких видео-ядер не идет ни в какое сравнение с полноценными видеокартами, однако для серфинга в интернете и просмотра фильмов вполне сгодится. Ими обычно комплектуются офисные компьютеры различных организаций, ноутбуки и нетбуки, что позволяет сэкономить на приобретении отдельной дискретной (полноценной) видеокарты.

Прослеживается и такая связь: обычно, чем дороже процессор, тем более производительное видео-ядро в нем установлено. В самых мощных моделях (core i7, например) мощность графического ядра настолько высока, что позволяет играть в современные игры на средних, средне-низких настройках графики, что по уровню вполне соответствует некоторым бюджетным видеокартам.

При всем этом, в процессе построения картинки у процессора отбирается часть вычислительной мощности и резервируется некоторый объем ОЗУ в качестве видеопамяти.

Сокет

Socket cpu представляет из себя разъем (гнездо) на материнской плате компьютера, в который и устанавливается процессор. Соответственно — это «гнездо» должно быть рассчитано на установку в него процессора определенных размеров (длины, ширины) с определенным количеством контактов на нижней части. Если вы планируете сделать апгрейд своего компьютера (поставить более мощный процессор), обязательно посмотрите какие вообще микропроцессоры поддерживает ваша материнская плата.

Подробнее о том, что такое сокет процессора уже упоминалось ранее, поэтому останавливаться на этом здесь подробно не будем. В той же статье мельком упоминалось, что сокет, помимо всего прочего, влияет на тип оперативной памяти (ddr2 или ddr3), который можно установить в материнскую плату. Например, ранее повсеместно применяемый сокет LGA 775 поддерживал только ОЗУ типа ddr2. В общем, разные сокеты соответствуют разным типам процессоров.

Компания AMD делает сокеты с длительной «поддержкой», иными словами, каждое новое поколение их процессоров не всегда требует перехода на другой сокет. С Intel дела обстоят с точностью наоборот — почти каждое новое поколение процессоров выпускается под совершенно другой сокет, из-за чего неизбежно приходится менять еще и материнскую плату.

K

Наличие этой буквы в названии процессора говорит о присутствии разгонного потенциала, то есть, иными словами, в таком процессоре уже с завода идет разблокированный множитель. Это позволяет «разогнать» ЦП без поднятия частоты FSB шины, а лишь за счет выбора коэффициента умножения (множителя). В большинстве cpu (не K) множитель заблокирован на уровне ядра. В моделях K-серии вы вольны сами выбирать значение множителя через BIOS компьютера, тем самым разгоняя ТОЛЬКО процессор, а не все остальное железо.