Характеристики процессоров ПК

Выполнил ст.гр. 114322 Рудинский С.Г.  «Характеристики процессоров ПК»

Министерство  образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Факультет транспортных коммуникаций

Кафедра проектирование дорог

 

Оглавление

 

Введение

Процессор –  это основной элемент компьютера, с помощью которого обрабатывается информация, находящаяся как в  собственной памяти, так и в  памяти других устройств. Помимо этого, он так же руковолит работой других устройств. Чем мощнее процессор, тем быстрее работает компьютер в целом.

Работа различных  приложений основана на выполнении определенной последовательности команд и данных, размещенных в так называемых регистрах процессора. Мощность, и как следствие быстродействие компьютера, оперделяется скоростью сопоставления данных и соответствующих команд для их обработки. Основными характеристиками,отличающими различные виды процессоров, являются тактовая частота, объем кэш-памяти, многоядерность, техпроцесс и сокет процессора.

Многоядерность процессора

Эта характеристика, последние несколько лет, является одной из наиболее важных в сфере  центральных процессоров, но не решающей, как я уже упоминал выше. Уже  давно прошла эра одноядерных  процессоров, поэтому сейчас стоит выбирать многоядерные процессоры (одноядерные еще надо постараться найти). Соответственно, количество ядер нужно подбирать, под конкретные задачи. К примеру, для простеньких задач в виде офисных приложений и сёрфинга в интернете, двухъядерного процессора хватит более чем полностью.

А вот для  таких задач как профессиональная работа с графикой, понадобится процессор  с 4 или 8 ядрами – многое решает конкретная модель процессора и специфика задач. 
- На первых порах развития процессоров, все старания по повышению производительности процессоров были направлены в сторону наращивания тактовой частоты, но с покорением новых вершин показателей частоты, наращивать её стало тяжелее, так как это сказывалось на увеличении TDP процессоров. Поэтому разработчики стали растить процессоры в ширину, а именно добавлять ядра, так и возникло понятие многоядерности.

Ещё буквально 6-7 лет назад, о многоядерности процессоров практически не было слышно. Нет, многоядерные процессоры от той же компании IBM существовали и ранее, но появление первого двухъядерного процессора для настольных компьютеров, состоялось лишь в 2005 году, и назывался данный процессор Pentium D. Также, в 2005 году был выпущен двухъядерник Opteron от AMD, но для серверных систем.

В данной статье, мы не будем подробно вникать в  исторические факты, а будем обсуждать  современные многоядерные процессоры как одну из характеристик CPU. А главное – нам нужно разобраться с тем, что же даёт эта многоядерность в плане производительности для процессора и для нас с вами.

Увеличение  производительности за счёт многоядерности

Принцип увеличения производительности процессора за счёт нескольких ядер, заключается в разбиении выполнения потоков (различных задач) на несколько ядер. Обобщая, можно сказать, что практически каждый процесс, запущенный у вас в системе, имеет несколько потоков.

Сразу оговорюсь, что операционная система может  виртуально создать для себя множество потоков и выполнять это все как бы одновременно, пусть даже физически процессор и одноядерный. Этот принцип реализует ту самую многозадачность Windows (к примеру, одновременное прослушивание музыки и набор текста).

Возьмём для примера антивирусную программу. Один поток у нас будет сканирование компьютера, другой – обновление антивирусной базы (мы всё очень упростили, дабы понять общую концепцию).

И рассмотрим, что же будет в двух разных случаях:

а) Процессор одноядерный. Так как два потока выполняются у нас одновременно, то нужно создать для пользователя (визуально) эту самую одновременность выполнения. Операционная система, делает хитро: происходит переключение между выполнением этих двух потоков (эти переключения мгновенны и время идет в миллисекундах). То есть, система немного «повыполняла» обновление, потом резко переключилась на сканирование, потом назад на обновление. Таким образом, для нас с вами создается впечатление одновременного выполнения этих двух задач. Но что же теряется? Конечно же, производительность. Поэтому давайте рассмотрим второй вариант.

б) Процессор многоядерный. В данном случае этого переключения не будет. Система четко будет посылать каждый поток на отдельное ядро, что в результате позволит нам избавиться от губительного для производительности переключения с потока на поток (идеализируем ситуацию). Два потока выполняются одновременно, в этом и заключается принцип многоядерности и многопоточности. В конечном итоге, мы намного быстрее выполним сканирование и обновление на многоядерном процессоре, нежели на одноядерном. Но тут есть загвоздочка – не все программы поддерживают многоядерность. Не каждая программа может быть оптимизирована таким образом. И все происходит далеко не так идеально, насколько мы описали. Но с каждым днём разработчики создают всё больше и больше программ, у которых прекрасно оптимизирован код, под выполнение на многоядерных процессорах.

Нужны ли многоядерные процессоры? Повседневная резонность

При выборе процессора для компьютера (а именно при размышлении о количестве ядер), следует определить основные виды задач, которые он будет выполнять.

Точкой старта можно назвать двухъядерные процессоры, так как нет смысла возвращаться к одноядерным решениям. Но и двухъядерные процессоры бывают разные. Это может быть не «самый» свежий Celeron, а может быть Core i3 на Ivy Bridge, точно так же и у АМД – Sempron или Phenom II. Естественно, за счёт других показателей производительность у них будет очень отличаться, поэтому нужно смотреть на всё комплексно и сопоставлять многоядерность с другими характеристиками процессоров.

К примеру, у Core i3 на Ivy Bridge, в  наличии имеется технология Hyper-Treading, что позволяет обрабатывать 4 потока одновременно (операционная система  видит 4 логических ядра, вместо 2-ух физических). А тот же Celeron таким не похвастается.

Но вернемся непосредственно  к размышлениям относительно требуемых  задач. Если компьютер необходим  для офисной работы и серфинга в интернете, то ему с головой  хватит двухъядерного процессора.

Когда речь заходит об игровой производительности, то здесь, чтобы комфортно чувствовать себя в большинстве игр необходимо 4 ядра и более. Но тут всплывает та самая загвоздочка: далеко не все игры обладают оптимизированным кодом под 4-ех ядерные процессоры, а если и оптимизированы, то не так эффективно, как бы этого хотелось. Но, в принципе, для игр сейчас оптимальным решением является именно 4-ых ядерный процессор.

На сегодняшний  день, те же 8-ми ядерные процессоры AMD, для игр избыточны, избыточно именно количество ядер, а вот производительность не дотягивает, но у них есть другие преимущества. Эти самые 8 ядер, очень сильно помогут в задачах, где необходима мощная работа с качественной многопоточной нагрузкой. К таковой можно отнести, например рендеринг (просчёт) видео, или же серверные вычисления. Поэтому для таких задач необходимы 6, 8 и более ядер. Да и в скором времени игры смогут качественно грузить 8 и больше ядер, так что в перспективе, всё очень радужно.

Подводя небольшие  итоги, еще раз отмечу, что преимущества многоядерности проявляются при  «увесистой» вычислительной многопоточной  работе. И если вы не играете в  игры с заоблачными требованиями и не занимаетесь специфическими видами работ требующих хорошей вычислительной мощи, то тратиться на дорогие многоядерные процессоры, просто нет смысла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техпроцесс  процессора

 

Техпроцесс  производства напрямую не влияет на производительность процессора при выполнении задач, но и тут есть одно «но». Увеличение тактовой частоты или любые другие архитектурные изменения, невозможны без вноса изменений в текущий техпроцесс, так как в пределах одного семейства процессоров на одном техпроцессе, запас на наращивание тактовой частоты ограничен. В 2011-2012 годах были выпущены процессоры с техпроцессом 22нм, и всё идёт к уменьшению данных показателей. По сути 22 нм - это ширина базы транзисторов, на которых преимущественно построены процессоры. Логичен тот факт, что чем меньше будет ширина базы транзистора, то тем больше их можно будет «впихнуть» на кристалл, а значит - производительность процессора увеличится. На данный момент процессоры AMD имеют в своем распоряжении техпроцесс 32нм, интел - 22 нм.

-Несмотря на то, что  техпроцесс напрямую не влияет  на производительность процессора, мы все равно будем упоминать  его  как характеристику процессора, так как именно техпроцесс влияет на увеличение производительности процессора, за счет конструктивных изменений. Хочу отметить, что техпроцесс, является общим понятием, как для центральных процессоров, так и для графических процессоров, которые используются в видеокартах.

Основным элементом  в процессорах являются транзисторы  – миллионы и миллиарды транзисторов. Из этого и вытекает принцип работы процессора. Транзистор, может, как  пропускать, так и блокировать  электрический ток, что дает возможность логическим схемам работать в двух состояниях – включения и выключения, то есть во всем хорошо известной двоичной системе (0 и  1).

Техпроцесс – это, по сути, размер транзисторов. А основа производительности процессора заключается именно в  транзисторах. Соответственно, чем размер транзисторов меньше, тем их больше можно разместить на кристалле процессора.

Новые процессоры Intel выполнены  по техпроцессу 22 нм. Нанометр (нм) –  это 10 в -9 степени метра, что является одной миллиардной частью метра. Чтобы вы лучше смогли представить насколько это миниатюрные транзисторы, приведу один интересный научный факт: « На площади среза человеческого волоса, с помощью усилий современной техники, можно разместить 2000 транзисторных затворов!»

Если брать  во внимание современные процессоры, то количество транзисторов, там уже давно перевалило за 1 млрд.

Ну а техпроцесс у первых моделей начинался совсем не с нанометров, а с более объёмных величин, но в прошлое мы возвращаться не будем.

Примеры техпроцессов графических  и центральных процессоров

Сейчас мы рассмотрим парочку последных техпроцессов, которые использовали известные  производители графических и центральных процессоров.

1. AMD (процессоры):

- техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести Trinity, Bulldozer, Llano. К примеру, у процессоров Bulldozer, число транзисторов составляет 1,2 млрд., при площади кристалла 315 мм2.

- техпроцесс 45 нм. К таковым можно отнести процессоры Phenom и Athlon. Здесь примером будет Phemom, с числом транзисторов 904 млн. и площадью кристалла 346 мм2.

2. Intel:

- техпроцесс 22 нм. По 22-нм нормам построены процессоры Ivy Bridge (Intel Core ix - 3xxx). К примеру Core i7 – 3770K, имеет на борту 1,4 млрд.  транзисторов, с площадью кристалла 160 мм2, видим значительный рост плотности размещения.

- техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести процессоры Sandy Bridge (Intel Core ix – 2xxx). Здесь же, размещено 1,16 млрд. на площади 216 мм2.

Здесь четко  можно увидеть, что по данному  показателю, Intel явно обгоняет своего основного  конкурента.

3. AMD (ATI) (видеокарты):

- техпроцесс 28 нм. Видеокарта Radeon HD 7970

4. Nvidia:

- техпроцесс 28 нм.  Geforce GTX 690

 

 

 

 

 

 

Тактовая  частота

Наиболее известная  характеристика процессоров – это  тактовая частота. Частотой процессора определяется количество производимых вычислений в единицу времени  и от неё напрямую зависит производительность процессора. Частота современных  центральных процессоров колеблется от 1 до 4 ГГц, но не стоит смотреть только на тактовую частоту процессора, следует обращать внимание и на другие параметры. Безусловно частота процессора до сих пор является важным параметром, рекомендую почитать полную статью по данной характеристике.

Если брать  сугубо специфические характеристики процессоров, то тактовая частота является наиболее известным параметром. Поэтому необходимо конкретно разобраться с этим понятием. Также, в рамках данной статьи, мы обсудим понимание тактовой частоты многоядерных процессоров, ведь там есть интересные нюансы, которые знают и учитывают далеко не все.

Достаточно  продолжительное время разработчики делали ставки именно на повышение  тактовой частоты, но со временем, "мода" поменялась и большинство разработок уходят на создание более совершенной  архитектуры, увеличения кэш-памяти и развития многоядерности, но и про частоту никто не забывает.

Что же такое тактовая частота процессора?

Для начала нужно  разобраться с определением «тактовая  частота». Тактовая частота показывает нам, сколько процессор может  произвести вычислений в единицу времени. Соответственно, чем больше частота, тем больше операций в единицу времени может выполнить процессор. Тактовая частота современных процессоров, в основном, составляет 1,0-4ГГц. Она определяется умножением внешней или базовой частоты, на определённый коэффициент. Например, процессор Intel Core i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20, в результате чего тактовая частота равна 2660 МГц.

Частоту процессора можно увеличить в домашних условиях, с помощью разгона процессора. Существуют специальные модели процессоров от AMD и Intel, которые ориентированы на разгон самим производителем, к примеру Black Edition у AMD и линейки К-серии у Intel.

Хочу отметить, что при покупке процессора, частота  не должна быть для вас решающим фактором выбора, ведь от нее зависит  лишь часть производительности процессора.

Понимание тактовой частоты (многоядерные процессоры)