Качество и скорость функционирования персонального компьютера, а также его производительность во многом зависят от процессора. Это становится отчетливо понятно, когда ПК отказывается справляться с теми задачами, которые ставит перед ним пользователь. Выход только один – апгрейдить свой компьютер и искать новый, более производительный и современный процессор. Чтобы покупка не оказалось бесполезной, необходимо отчетливо себе представлять, как выбрать процессор и какими параметрами он должен обладать, чтобы справляться с конкретными задачами. Подобные проблемы становятся и перед теми, кто решил собственноручно собрать себе машину. Попробуем максимально коротко и емко ответить на все вопросы, а также изучить современный рынок и определить лучшие процессоры 2018 года.

Главный предмет споров при выборе процессора – это производитель. На данный момент на рынке конкурируют две компании – AMD и Intel . Споры по поводу того, чья продукция лучше, напоминают вечные дискуссии о iOS и Android, или Canon и Nikon. Поклонники той или иной системы готовы без устали доказывать свою точку зрения, между самими же компаниями постоянно идет «гонка вооружений», поэтому однозначно ответить, какие процессоры лучше, AMD или Intel, невозможно. Кто-то когда-то сказал, что это, как вопрос религии или даже дело привычки.

Мы еще вернемся к вопросу производителя, попробуем разобраться более подробно в их предложениях, но пока отметим, что при выборе процессора все же внимание стоит обращать на его архитектуру, количество ядер, тактовую частоту, объем кэш-памяти и прочие параметры.

Сокет процессора, или Тип разъема

Процессор устанавливается в специальное гнездо на материнской плате, поэтому тип разъема (socket) у них должен совпадать. Разные типы разъемов несовместимы между собой – система, собранная подобным образом, работать не будет. Производители материнских плат указывают, с какими процессорами совместима та или иная модель. Информация доступна в инструкции к материнской плате или на официальных сайтах. Если собираете компьютер сами, то не берите устаревшую материнскую плату: через пару лет, когда захочется провести апгрейд ПК, придется покупать не только новый процессор, но и новую материнскую плату.

Различных видов сокетов насчитывают до 30 видов, многие из них уже считаются устаревшими.

Процессоры Intel сейчас выпускаются с такими сокетами:

Для процессоров AMD актуальны такие сокеты:

FM2/FM2+ – недорогие простые процессоры, которые подойдут для сборки обычных офисных систем и простейших игровых ПК;
AM3+ – один из наиболее распространенных сокетов, на его основе можно собирать системы любой мощности, вплоть до наиболее продвинутых игровых компьютеров;
AM 4 – сокет для самых производительных процессоров, которые используют для сборки профессиональных и игровых ПК;
AM 1 – сокет для самых простых процессоров.

Сокеты LGA1155, LGA775AM3, LGA2011, AM2/+ считаются устаревшими.

Количество ядер и потоков

Ядро процесса – это его сердце, мозг и душа. Первый многоядерный процессор представила миру компания Intel, но до сих пор существует мнение, что идея была украдена у AMD. Не будем ворошить былое – главное, что сегодня одноядерных процессоров уже не найти. Остается разобраться, сколько ядер действительно необходимо.

Если немного упростить, то можно прийти к таким выводам:

2 ядра – вариант для компьютера, который будет использоваться для работы с базовым набором офисных программ, запуска браузера и просмотра видео;
4 ядра – вариант как для офисного использования, так и для запуска средних игрушек. Все зависит от частоты и архитектуры;
6, 8 и 10 ядер – мощные компьютеры для запуска 3D программ и самых современных и требовательных игр. Хороший вариант для геймера.

Учтите, что есть программы, которые не могут распределять нагрузку по ядрам, и они будут работать быстрее на 2-ядерном процессоре с более высокой тактовой частотой, чем на 4-ядерном, но с меньшей частотой.

Обратите внимание, что есть процессоры с виртуальными дополнительными ядрами . Особая технология (Hyper-Threading у Intel, или SMT у AMD) позволяет клонировать каждое физическое ядро , поэтому количество потоков обработки данных не всегда равняется количеству ядер . Если вам говорят о восьмипоточном процессоре, то у него может быть 4 или 8 реальных ядер.

Частота процессора

Многие пользователи наивно полагают, что чем выше тактовая частота, тем лучше и быстрее будет работать компьютер. Это не совсем так, точнее так, но при определенных условиях. Давайте разбираться.

Тактовой частотой называют количество операций, которое процессор выполняет в секунду. Следовательно, чем выше частота, тем быстрее работают «мозги» , а процессор с частотой 3,5 ГГц будет предпочтительнее, чем процессор 2,8 ГГц, к примеру. Это, действительно, так, если речь идет о процессорах одной линейки , где использованы одинаковые ядра.

Производительность зависит не только от частоты, но и от архитектуры процессора и объема кэша, поэтому ориентироваться только лишь на частоту не стоит, но в пределах одной линейки это значимый фактор.

Техпроцесс

Техпроцессом определяется размер транзисторов на процессоре и расстояние между ними. Для нанесения на кремниевую подложку проводников, изоляторов и прочих элементов используется метод фотолитографии. Разрешающая способность используемого оборудования формирует определенный техпроцесс и влияет на размеры транзисторов и расстояние между ними.

Техпроцесс измеряется в нм и чем он меньше, тем больше элементов можно разместить на одной и той же площади. На данный момент самые современный процессоры имеют техпроцесс 14 нм.

Этот параметр очень косвенно влияет на производительность. Гораздо более существенно он отражается на нагреве процессора. Усовершенствование технологий позволяет каждый раз выпускать процессор с меньшим техпроцессом, они меньше греются. Если сравнить процессор старого поколения и новый с одинаковой производительностью, то новый будет меньше греться. Так как в новых моделях производительность повышается, то греются старые и новые «камни» приблизительно одинаково. Таким образом, уменьшение техпроцесса позволяет производителям создавать все более быстрые и производительные процессоры, не повышая степень их нагрева.

Кэш-память

Кэш-память – это встроенная сверхскоростная память, которая помогает хранить и обрабатывать данные между ядрами, оперативной памятью и прочими шинами. По сути, это связующее звено между оперативной памятью и процессором . Благодаря этому буферу можно быстро получать доступ к часто используемым данным. В современных процессорах кэш имеет несколько уровней (как правило, три, реже – два). Чем больше объем памяти на них, тем быстрее будет работать «камень», но это снова-таки справедливо лишь для процессоров одной линейки.

Память по уровням распределяется неравномерно :

L1 – это кэш первого уровня , его объем минимальный (8-128 Кб), зато скорость наиболее высокая. Частота обычно достигает уровня частоты процессора;
L2 – кэш второго уровня , больше по объему (от 128 Кб), чем первый, но медленнее, чем он;
L3 – наиболее емкий, но самый медленный кэш. С другой стороны, даже кэш третьего уровня по скорости опережает оперативную память

Если вам необходимо выбрать процессор для игрового компьютера или для запуска мощных профессиональных программ с высокими требованиями к графике, то лучше брать процессор с максимально возможным объемом памяти третьего уровня (параметр обычно колеблется от 2 до 20 Мб). Эту устоявшуюся истину в последнее время разрушают тесты новых процессоров, которые показывают, что на производительность в играх кэш-память уже практически не влияет. Впрочем, списывать со счетов этот параметр не стоит – хороший объем кэш-памяти ускорит архивацию данных и запись данных с флэш-памяти на жесткий диск.

Интегрированное графическое ядро

Совершенствование технологии производства позволило размещать внутри процессора различные микросхемы, в т.ч. графическое ядро. Главное преимущество подобного решения – отсутствие необходимости отдельно покупать видеокарту. Встраивают в процессор, как правило, достаточно средненькие по возможностям видеокарты, поэтому модели с интегрированным графическим ядром подойдут пользователям, для которых графические возможности вторичны. Это бюджетные процессоры для офисной среды, но видео из интернета, большинство неспецифических программ, обычные игрушки и даже 3D игры начального уровня они потянут.

Если ваша цель – собрать мощный игровой компьютер, то лучше брать процессор без встроенного графического ядра и потом докупать мощную видеокарту. С учетом того, что стоит таковая немало, и многим приходится на нее еще некоторые время копить, то процессор со встроенной видеокартой может быть полезен и в этом случае.

Что такое разрядность процессора, и так ли она важна?

Разрядность процессора показывает, какое количество бит может обработать компьютер за один такт. Этот параметр влияет на производительность. На данный момент чаще всего используются процессоры на 32 и 64 бита, есть и 128-битные процессоры , но их сегмент пока сильно ограничен.

Всегда ли 64-битный процессор лучше 32-битного, и в чем отличия? Если в процессоре 2 ядра, а оперативной памяти используется 2-3 ГБ, то разницу вы не почувствуете. 64-битный процессор при использовании многоядерных процессоров позволяет заметно прибавить производительность при запуске 64-битных приложений. Справедливости ради стоит отметить, что увеличение производительности можно будет заметить не всегда.

Главное преимущественное отличие 64-битных процессоров – это возможность работать с оперативной памятью на 4 ГБ и более. Если у вас в компьютере стоят планки оперативки даже на 8 ГБ, 32-битный процессор будет видеть и использовать только 3,75 ГБ из них.

Тепловыделение

Чем более мощный процессор, тем больше он греется. Хорошо, что совершенствование техпроцесса позволяет значительно снизить нагрев. Сегодня для оценки тепловыделения используется величина TDP, Вт. Чем меньше значение, тем меньше тепловыделение. В портативных компьютерах все хорошо просчитано, установлено и работает без дополнительного охлаждения. Если же необходимо собрать очень мощный компьютер, то без встроенного в процессор кулера (такие модели маркируются как BOX, без кулера – OEM) вряд ли получится обойтись.

Если TDP системы 60 Вт и меньше , то может использовать даже комплектная или самая простая система охлаждения. При тепловыделении до 95 Вт лучше брать качественные вентиляторы среднего формата – комплектный не справится. При TDP 125 Вт и более не обойтись без башенного кулера с несколькими медными трубками.

Разблокированный множитель

Если вы собираетесь разгонять процессор, то убедитесь, что это возможно сделать штатными способами. Важно, чтобы функция изменения множителя поддерживалась и материнской платой.

AMD или Intel – что лучше?

Объективного ответа на этот вопрос нет и быть не может. На эту тему создано тысячи страниц в интернете, споры порой превращаются в скандалы с использованием нецензурной брани – так пользователи защищают продукцию любимого производителя. Зачастую все эти споры напоминают попытки выяснить, что лучше, ананас или сосиска – единого мнения тут быть не может.

В каких-то сегментах лучше AMD, в каких-то – Intel, но часто даже эти мнения субъективны, так что при выборе полагайтесь чисто на свое субъективное мнение – мы вам мешать не будем. Ну, а для тех, кто со своим субъективным мнением еще не определился, приведем несколько фактов.

Конкуренция между двумя лидерами бешеная, но считается, что Intel выпускает более производительные процессоры, за которыми AMD не угнаться, а AMD, в свою очередь, предлагает лучшие бюджетные решения. Но и это мнение слишком обобщенное, так как и у Intel есть неплохие недорогие процессоры, а AMD предлагает неплохие топовые решения. По долговечности и надежности продукция обеих компаний на равных.

Чтобы принять решение, какой процессор лучше, AMD или Intel, необходимо четко определить для себя цели и ответить на вопрос, для чего собирается компьютер . Причем количество ядер и частота не всегда определяют производительность – все дело в совершенно разной архитектуре. Поэтому используйте специальные сайты, где можно посмотреть результаты тестов, сравнить с аналогами и увидеть, с какими задачами лучше всего справляется тот или иной процессор.

Мы понимаем, что затрагиваем очень тонкую и спорную тему, но все же, поговорим об общих преимуществах процессоров двух компаний.

Преимущества процессоров Intel :

высокая производительность и быстродействие. Работа с оперативной памятью оптимизирована лучше, чем у AMD;
большое количество игр и программ, которые оптимизированы именно под Intel;
кэш-память второго и третьего уровня зачастую работает на более высоких скоростях, чем на процессорах AMD;
более низкое энергопотребление.

Недостатки процессоров Intel :

более высокая цена;
по многозадачности уступают процессорам AMD, несмотря на то, что при работе с одним процессом выигрывают;
сильная привязка к конкретным сокетам, поэтому при покупке нового процесса придется, скорее всего, менять и материнскую плату.

Недавно произошел настоящий скандал . В процессорах от Intel была выявлена уязвимость , которая позволяет сторонним зловредным программам получить доступ к структуре защищенной части памяти ядра и обнаруживать место хранения конфиденциальной информации. Наши пароли, сообщения, фотографии и данные платежных карт могут быть считаны и использованы злоумышленниками. Устранение этой неисправности и экстренное обновление операционной системы замедлят компьютеры на 20-30%. Пока компания старалась решить конфликт, обнаружилось, что подобная уязвимость есть и в процессорах от AMD .

Преимущества процессоров от AMD :

доступная цена, поэтому многие признают процессоры производителя лучшими по соотношению цена/качество;
многозадачность;
мультиплатформенность;
современные процессоры компании отличаются хорошим потенциалом разгона, так что в плане производительности догоняют Intel.

Недостатки процессоров от AMD :

Лучшие процессоры 2018 года

Лучшие процессоры Intel 2018

Короли производительности, процессоры Intel представлены в разных ценовых категориях. В бюджетной сфере это линейки Celeron и Pentium . Кстати, по производительности они превосходят аналогичные по стоимости процессоры AMD, но уступают им во многозадачности. Для игровых ПК начального уровня и мультимедийных компьютеров подойдут процессоры Core i 3 , для более мощных — Core i 5 , для самых мощных игровых — Core i 7 .

Core i7-7700K

Несмотря на существование более производительных Core i7-6950X, Intel Core i7-7820X, Intel Core i9-7900X и некоторых других, наиболее сбалансированным по цене и качеству можно считать Core i7-7700K. Частота 4,2-4,7 ГГц, в запасе 4 ядра, есть встроенная видеокарта, но для топовых игр ее не хватит, зато с запуском видео в самом высоким разрешении она справится легко. Цена около 400$.

Core i7-6950X Extreme Edition

Стоит неприлично дорого (около 1700$), оснащен 10 ядрами, получил 25 Мб кэша третьего уровня, имеет частоту 3 ГГц, поддерживает технологию Hyper-Threading. Мощь и сила! Впрочем, для сборки игрового компьютера возможностей процессора будет даже многовато. Это решение только для тех, кто использует очень специфические и сильно требовательные программы, и то найти подходящее решение можно и подешевле.

Core i5-7500

Если игровой ПК собрать хочется, а бюджет на покупку процессора скромный, то Core i5-7500 за 200$ — неплохое решение. Производительность, кэш-память третьего уровня (6 Мб против 8 Мб) почти не уступают Core i7-7700K, а при наличии хорошей видеокарты процессор справиться с любой игрой. Есть встроенное графическое ядро, поддерживающее видео с разрешением 4К. 4 ядра работают с частотой 3,4-3,8 ГГц.

Core i3-7100

Два ядра, четыре потока, частота 3,9 ГГц и невысокое энергопотребление в сочетании с доступной ценой (110-170$) делает этот процессор народным любимцем. Пользователи отмечают, что при использовании достаточного количества оперативной и графической памяти этот процессор может потянуть даже те игры, где в требованиях указаны Core i5 и Core i7.

Pentium G4560

В процессоре 2 ядра, но 4 потока, частота 3,5 ГГц. Стоимость около 70$, поэтому если необходимо собрать недорогой игровой ПК, то это неплохой вариант. Сравнивать его с более дорогими решениями нельзя, но при наличии соответствующей видеокарты современные игры на минимальных настройках он потянет, более старые и менее требовательные игры будут вообще летать.

Pentium Haswell

Неплохой вариант для офисного ПК. Тут 2 ядра, интегрированный графический процессор, частота 2,3-3,6 ГГц. Объем кэша третьего уровня – 3 Мб. Тепловыделение небольшое. Стоимость около 85$.

Celeron Skylake

Простенький недорогой процессор для компьютеров, предназначенных для работы с документами, браузером и просмотром видео. Основные характеристики: 2 ядра, частота 2,6-2,9 ГГц, кэш третьего уровня 2 Мб, минимальное тепловыделение, есть графическое ядро. Стоимость 45$.

Лучшие процессоры AMD 2018

Линейка бюджетных процессоров — Sempron, Athlon, Phenom, А4 и А6 . А8 и А10 можно использовать для мультимедиа и несложных игр, серия FX – для игровых компьютеров среднего класса, а Ryzen – это топовые процессоры. Приобрести процессоры AMD можно на сайте : вниманию потенциальных покупателей представлены все современные разработки компании AMD, а также фотоснимки моделей, детальные перечни характеристик, краткие описания и руководства по эксплуатации. Чтобы вам было проще, мы выбрали несколько наиболее интересных моделей, подходящих для разных задач.

Ryzen Threadripper 1920X

Почетное первое место достается процессору из флагманской серии Ryzen – Threadripper 1920X. 12-ядерный «зверь» с тактовой частотой 3,5-4 ГГц попросту не мог остаться за пределами нашего рейтинга. Невероятные 24 потока позволяют максимально эффективно использовать производительную мощность персонального компьютера. Процессор оснащен памятью DDR4 (4 канала) с функцией коррекции ошибок, что гарантирует чрезвычайно высокую скорость передачи данных. Стоимость около 990$.

Ryzen 7 1800X

Второе место тоже достается представителю Ryzen – 7 1800X. От лидера этот процессор отличается отсутствием технологии виртуализации, количеством ядер (их у Ryzen 7 восемь) и, соответственно, потоков (16), а также каналов оперативной памяти. Есть поддержка разблокированного множителя. Данная модель отлично подходит для геймеров – она «тянет» 3D-игры и программы для моделирования даже на максимальных настройках. Стоит около 480$.

Ryzen 5 1600X

В тройке лидеров также оказывается Ryzen 5 1600X – сильный соперник конкурирующего семейства Core i5. Его характеристики – это, прежде всего, 6 ядер/12 потоков, разъем Socket AM4 и два канала оперативной памяти. Частотность – 3,6 ГГц с возможностью разгона до 4 ГГц. Есть поддержка разблокированного множителя. Стоит около 260$.

AMD A10-7860K

На четвертом месте – производительный 4-ядерный процессор, предназначенный для домашних ПК, а также использования в офисах. Модель с интегрированной графикой. Тактовая частота – 3,6 ГГц. Отлично справляется с запуском игр в онлайн-режиме (средние настройки) с хорошим быстродействием и без перегрева аппаратного ПО. Цена около 100$.

AMD FX-6300

Неплохая альтернатива производительным решения от Intel. Процессор работает с 6 ядрами, имеет разблокированный множитель, тактовую частоту 3,5 ГГц с возможностью разгона до 4,1 ГГц. Сокет — Socket AM3+. Производительность хорошая, подходит для игр и требовательных приложений, встроенного графического ядра нет. Стоимость около 85$.

Athlon X4 880K

Замыкает ТОП модель из семейства Athlon 880K – 4-ядерный процессор для домашних ПК. Тактовая частота модели – 4,0-4,2 ГГц. В комплекте с видеокартой Radeon Athlon 880K выдает отличную производительность и демонстрирует все положительные качества продукции AMD. Стоимость 84$.

Есть и более бюджетное решение из этой серии. Athlon X4 860K работает на 4 ядрах, частоте 3,7 ГГц, но здесь нет интегрированного графического ядра. Стоимость 45$.

Писать еще можно очень много, долго приводить аргументы, спорить, тестировать и размышлять. Мы же на этом закругляемся, и оставляем вас наедине со своими мыслями.

C помощью своего арифметико-логического устройства, процессор выполняет математические действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Современные микропроцессоры полностью поддерживают операции с плавающей точкой (с помощью специального арифметического процессора операций с плавающей точкой)
Микропроцессор способен перемещать данные из одного типа памяти в другой
Микропроцессор обладает способностью принимать решение и, на основании принятого им решения, «перепрыгивать», то есть переключаться на выполнение нового набора команд

Микропроцессор содержит:

Address bus (адресную шину). Ширина этой шины может составлять 8, 16 или 32 бита. Она занимается отправкой адреса в память
Data bus (шину данных): шириной 8, 16, 32 или 64 бита. Эта шина может отправлять данные в память или принимать их из памяти. Когда говорят о «битности» процессора, речь идет о ширине шины данных
Каналы RD (read, чтения) и WR (write, записи), обеспечивающие взаимодействие с памятью
Clock line (шина синхронизирующих импульсов), обеспечивающая такты процессора
Reset line (шина стирания, шина сброса), обнуляющая значение счетчика команд и перезапускающая выполнение инструкций

Поскольку информация достаточно сложна, будем исходить из того, что ширина обеих шин — и адресной и шины данных — составляет всего 8 бит. И кратко рассмотрим компоненты этого сравнительно простого микропроцессора:

Регистры A, B и C являются логическими микросхемами, используемыми для промежуточного хранения данных
Address latch (защелка адреса) подобна регистрам A, B и C
Счетчик команд является логической микросхемой (защелкой), способной приращивать значение на единицу за один шаг (если им получена соответствующая команда) и обнулять значение (при условии получения соответствующей команды)
ALU (арифметико-логическое устройство) может осуществлять между 8-битными числами действия сложения, вычитания, умножения и деления или выступать в роли обычного сумматора
Test register (тестовый регистр) является специальной защелкой, которая хранит результаты операций сравнения, производимых АЛУ. Обычно АЛУ сравнивает два числа и определяет, равны ли они или одно из них больше другого. Тестовый регистр способен также хранить бит переноса последнего действия сумматора. Он хранит эти значения в триггерной схеме. В дальнейшем эти значения могут использоваться дешифратором команд для принятия решений
Шесть блоков на диаграмме отмечены, как «3-State». Это буферы сортировки. Множество источников вывода могут быть соединены с проводом, но буфер сортировки позволяет только одному из них (в один момент времени) передавать значение: «0» или «1». Таким образом буфер сортировки умеет пропускать значения или перекрывать источнику вывода возможность передавать данные
Регистр команд (instruction register) и дешифратор команд (instruction decoder) держат все вышеперечисленные компоненты под контролем

На данной диаграмме не отображены линии управления дешифратора команд, которые можно выразить в виде следующих «приказов»:

«Регистру A принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Регистру B принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Регистру C принять значение, поступающее в настоящий момент от арифметико-логического устройства»
«Регистру счетчика команд принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Адресному регистру принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Регистру команд принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Счетчику команд увеличить значение [на единицу]»
«Счетчику команд обнулиться»
«Активировать один из из шести буферов сортировки» (шесть отдельных линий управления)
«Сообщить арифметико-логическому устройству, какую операцию ему выполнять»
«Тестовому регистру принять тестовые биты из АЛУ»
«Активировать RD (канал чтения)»
«Активировать WR (канал записи)»

В дешифратор команд поступают биты данных из тестового регистра, канала синхронизации, а также из регистра команд. Если максимально упростить описание задач дешифратора инструкций, то можно сказать, что именно этот модуль «подсказывает» процессору, что необходимо сделать в данный момент.

Память микропроцессора

Знакомство с , касающимися компьютерной памяти и ее иерархии помогут лучше понять содержание этого раздела.

Выше мы писали о шинах (адресной и данных), а также о каналах чтения (RD) и записи (WR). Эти шины и каналы соединены с памятью: оперативной (ОЗУ, RAM) и постоянным запоминающим устройством (ПЗУ, ROM). В нашем примере рассматривается микропроцессор, ширина каждой из шин которого составляет 8 бит. Это значит, что он способен выполнять адресацию 256 байт (два в восьмой степени). В один момент времени он может считывать из памяти или записывать в нее 8 бит данных. Предположим, что этот простой микропроцессор располагает 128 байтами ПЗУ (начиная с адреса 0) или 128 байтами оперативной памяти (начиная с адреса 128).

Модуль постоянной памяти содержит определенный предварительно установленный постоянный набор байт. Адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, который следует передать шине данных. Когда канал чтения (RD) меняет свое состояние, модуль ПЗУ предоставляет запрошенный байт шине данных. То есть в данном случае возможно только чтение данных.

Из оперативной памяти процессор может не только считывать информацию, он способен также записывать в нее данные. В зависимости от того, чтение или запись осуществляется, сигнал поступает либо через канал чтения (RD), либо через канал записи (WR). К сожалению, оперативная память энергозависима. При отключении питания она теряет все размещенные в ней данные. По этой причине компьютеру необходимо энергонезависимое постоянное запоминающее устройство.

Более того, теоретически компьютер может обойтись и вовсе без оперативной памяти. Многие микроконтроллеры позволяют размещать необходимые байты данных непосредственно в чип процессора. Но без ПЗУ обойтись невозможно. В персональных компьютерах ПЗУ называется базовой системой ввода и вывода (БСВВ, BIOS, Basic Input/Output System). Свою работу при запуске микропроцессор начинает с выполнения команд, найденных им в BIOS.

Команды BIOS выполняют тестирование аппаратного обеспечения компьютера, а затем они обращаются к жесткому диску и выбирают загрузочный сектор. Этот загрузочный сектор является отдельной небольшой программой, которую BIOS сначала считывает с диска, а затем размещает в оперативной памяти. После этого микропроцессор начинает выполнять команды расположенного в ОЗУ загрузочного сектора. Программа загрузочного сектора сообщает микропроцессору о том, какие данные (предназначенные для последующего выполнения процессором) следует дополнительно переместить с жесткого диска в оперативную память. Именно так происходит процесс загрузки процессором операционной системы.

Инструкции микропроцессора

Даже простейший микропроцессор способен обрабатывать достаточно большой набор инструкций. Набор инструкций является своего рода шаблоном. Каждая из этих загружаемых в регистр команд инструкций имеет свое значение. Людям непросто запомнить последовательность битов, поэтому каждая инструкция описывается в виде короткого слова, каждое из которых отражает определенную команду. Эти слова составляют язык ассемблера процессора. Ассемблер переводит эти слова на понятный процессору язык двоичных кодов.

Приведем список слов-команд языка ассемблера для условного простого процессора, который мы рассматриваем в качестве примера к нашему повествованию:

LOADA mem — Загрузить (load) регистр A из некоторого адреса памяти
LOADB mem — Загрузить (load) регистр B из некоторого адреса памяти
CONB con — Загрузить постоянное значение (constant value) в регистр B
SAVEB mem — Сохранить (save) значение регистра B в памяти по определенному адресу
SAVEC mem — Сохранить (save) значение регистра C в памяти по определенному адресу
ADD — Сложить (add) значения регистров A и B. Результат действия сохранить в регистре C
SUB — Вычесть (subtract) значение регистра B из значения регистра A. Результат действия сохранить в регистре C
MUL — Перемножить (multiply) значения регистров A и B. Результат действия сохранить в регистре C
DIV — Разделить (divide) значение регистра A на значение регистра B. Результат действия сохранить в регистре C
COM — Сравнить (compare) значения регистров A и B. Результат передать в тестовый регистр
JUMP addr — Перепрыгнуть (jump) к указанному адресу
JEQ addr — Если выполняется условие равенства значений двух регистров, перепрыгнуть (jump) к указанному адресу
JNEQ addr — Если условие равенства значений двух регистров не выполняется, перепрыгнуть (jump) к указанному адресу
JG addr — Если значение больше, перепрыгнуть (jump) к указанному адресу
JGE addr — Если значение больше или равно, перепрыгнуть (jump) к указанному адресу
JL addr — Если значение меньше, перепрыгнуть (jump) к указанному адресу
JLE addr — Если значение меньше или равно, перепрыгнуть (jump) к указанному адресу
STOP — Остановить (stop) выполнение

Английские слова, обозначающие выполняемые действия, в скобках приведены неспроста. Так мы можем видеть, что язык ассемблера (как и многие другие языки программирования) основан на английском языке, то есть на привычном средстве общения тех людей, которые создавали цифровые технологии.

Работа микропроцессора на примере вычисления факториала

Рассмотрим работу микропроцессора на конкретном примере выполнения им простой программы, которая вычисляет факториал от числа «5». Сначала решим эту задачку «в тетради»:

факториал от 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

На языке программирования C этот фрагмент кода, выполняющего данное вычисление, будет выглядеть следующим образом:

A=1;f=1;while (a

Когда эта программа завершит свою работу, переменная f будет содержать значение факториала от пяти.

Компилятор C транслирует (то есть переводит) этот код в набор инструкций языка ассемблера. В рассматриваемом нами процессоре оперативная память начинается с адреса 128, а постоянная память (которая содержит язык ассемблера) начинается с адреса 0. Следовательно, на языке данного процессора эта программа будет выглядеть так:

// Предположим, что a по адресу 128// Предположим, что F по адресу 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // if a > 5 the jump to 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // loop back to if17 STOP

Теперь возникает следующий вопрос: а как же все эти команды выглядят в постоянной памяти? Каждая из этих инструкций должна быть представлена в виде двоичного числа. Чтобы упростить понимание материала, предположим, что каждая из команд языка ассемблера рассматриваемого нами процессора имеет уникальный номер:

LOADA — 1
LOADB — 2
CONB — 3
SAVEB — 4
SAVEC mem — 5
ADD — 6
SUB — 7
MUL — 8
DIV — 9
COM — 10
JUMP addr — 11
JEQ addr — 12
JNEQ addr — 13
JG addr — 14
JGE addr — 15
JL addr — 16
JLE addr — 17
STOP — 18

// Предположим, что a по адресу 128// Предположим, что F по адресу 129Addr машинная команда/значение0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 12823 12824 3 // CONB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430 831 18 // STOP

Как вы заметили, семь строчек кода на языке C были преобразованы в 18 строчек на языке ассемблера. Они заняли в ПЗУ 32 байта.

Декодирование

Разговор о декодировании придется начать c рассмотрения филологических вопросов. Увы, далеко не все компьютерные термины имеют однозначные соответствия в русском языке. Перевод терминологии зачастую шел стихийно, а поэтому один и тот же английский термин может переводиться на русский несколькими вариантами. Так и случилось с важнейшей составляющей микропроцессорной логики «instruction decoder». Компьютерные специалисты называют его и дешифратором команд и декодером инструкций. Ни одно из этих вариантов названия невозможно назвать ни более, ни менее «правильным», чем другое.

Дешифратор команд нужен для того, чтобы перевести каждый машинный код в набор сигналов, приводящих в действие различные компоненты микропроцессора. Если упростить суть его действий, то можно сказать, что именно он согласует «софт» и «железо».

Рассмотрим работу дешифратора команд на примере инструкции ADD, выполняющей действие сложения:

В течение первого цикла тактовой частоты процессора происходит загрузка команды. На этом этапе дешифратору команд необходимо: активировать буфер сортировки для счетчика команд; активировать канал чтения (RD); активировать защелку буфера сортировки на пропуск входных данных в регистр команд
В течение второго цикла тактовой частоты процессора команда ADD декодируется. На этом этапе арифметико-логическое устройство выполняет сложение и передает значение в регистр C
В течение третьего цикла тактовой частоты процессора счетчик команд увеличивает свое значение на единицу (теоретически, это действие пересекается с происходившим во время второго цикла)

Каждая команда может быть представлена в виде набора последовательно выполняемых операций, которые в определенном порядке манипулируют компонентами микропроцессора. То есть программные инструкции ведут ко вполне физическим изменениям: например, изменению положения защелки. Некоторые инструкции могут потребовать на свое выполнение двух или трех тактовых циклов процессора. Другим может потребоваться даже пять или шесть циклов.

Микропроцессоры: производительность и тенденции

Количество транзисторов в процессоре является важным фактором, влияющим на его производительность. Как было показано ранее, в процессоре 8088 на выполнение одной инструкции требовалось 15 циклов тактовой частоты. А чтобы выполнить одну 16-битную операцию, уходило и вовсе порядка 80 циклов. Так был устроен умножитель АЛУ этого процессора. Чем больше транзисторов и чем мощнее умножитель АЛУ, тем больше всего успевает сделать процессор за один свой такт.

Многие транзисторы поддерживают технологию конвейеризации. В рамках конвейерной архитектуры происходит частичное наложение выполняемых инструкций друг на друга. Инструкция может требовать на свое выполнение все тех же пяти циклов, но если процессором одновременно обрабатываются пять команд (на разных этапах завершенности), то в среднем на выполнение одной инструкции потребуется один цикл тактовой частоты процессора.

Во многих современных процессорах дешифратор команд не один. И каждый из них поддерживает конвейеризацию. Это позволяет выполнять более одной инструкции за один такт процессора. Для реализации этой технологии требуется невероятное множество транзисторов.

64-битные процессоры

Хотя массовое распространение 64-битные процессоры получили лишь несколько лет назад, они существуют уже сравнительно давно: с 1992 года. И Intel, и AMD предлагают в настоящее время такие процессоры. 64-битным можно считать такой процессор, который обладает 64-битным арифметико-логическим устройством (АЛУ), 64-битными регистрами и 64-битными шинами.

Основная причина, по которой процессорам нужна 64-битность, состоит в том, что данная архитектура расширяет адресное пространство. 32-битные процессоры могут получать доступ только к двум или четырем гигабайтам оперативной памяти. Когда-то эти цифры казались гигантскими, но миновали годы и сегодня такой памятью никого уже не удивишь. Несколько лет назад память обычного компьютера составляла 256 или 512 мегабайт. В те времена четырехгигабайтный лимит мешал только серверам и машинам, на которых работают большие базы данных.

Но очень быстро оказалось, что даже обычным пользователям порой не хватает ни двух, ни даже четырех гигабайт оперативной памяти. 64-битных процессоров это досадное ограничение не касается. Доступное им адресное пространство в наши дни кажется бесконечным: два в шестьдесят четвертой степени байт, то есть что-то около миллиарда гигабайт. В обозримом будущем столь гигантской оперативной памяти не предвидится.

64-битная адресная шина, а также широкие и высокоскоростные шины данных соответствующих материнских плат, позволяют 64-битным компьютерам увеличить скорость ввода и вывода данных в процессе взаимодействия с такими устройствами, как жесткий диск и видеокарта. Эти новые возможности значительно увеличивают производительность современных вычислительных машин.

Но далеко не все пользователи ощутят преимущества 64-битной архитектуры. Она необходима, прежде всего, тем, кто занимается редактированием видео и фотографий, а также работает с различными большими картинками. 64-битные компьютеры по достоинству оценены ценителями компьютерных игр. Но те пользователи, которые с помощью компьютера просто общаются в социальных сетях и бродят по веб-просторам да редактируют текстовые файлы никаких преимуществ этих процессоров, скорее всего, просто не почувствуют.

По материалам computer.howstuffworks.com

Современного потребителя электроники очень сложно удивить. Мы уже привыкли к тому, что наш карман законно занимает смартфон, в сумке лежит ноутбук, на руке послушно отсчитывают шаги «умные» часы, а слух ласкают наушники с активной системой шумоподавления.

Забавная штука, но мы привыкли носить с собой не один, а сразу два, три и более компьютеров. Ведь именно так можно назвать устройство, у которого есть процессор . И вовсе неважно, как выглядит конкретный девайс. За его работу отвечает миниатюрный чип, преодолевший бурный и стремительный путь развития.

Почему мы подняли тему процессоров? Все просто. За последние десять лет произошла настоящая революция в мире мобильных устройств.

Между этими устройствами всего 10 лет разницы. Но Nokia N95 тогда нам казалась космическим девайсом, а на ARKit сегодня мы смотрим с определенным недоверием

А ведь все могло бы сложиться иначе и потрепанный Pentium IV так бы и остался пределом мечтаний рядового покупателя.

Мы постарались обойтись без сложных технических терминов и рассказать, как работает процессор, и выяснить, за какой архитектурой будущее.

1. С чего все началось

Первые процессоры были абсолютно не похожи на то, что вы можете видеть, приоткрыв крышку системного блока вашего ПК.

Вместо микросхем в 40-е годы XX века использовались электромеханические реле , дополненные вакуумными лампами. Лампы выполняли роль диода, регулировать состояние которого можно было за счет понижения или повышения напряжения в цепи. Выглядели такие конструкции так:

Для работы одного исполинского компьютера нужны были сотни, иногда тысячи процессоров. Но, при этом, вы не смогли бы запустить на таком компьютере даже простенький редактор, как NotePad или TextEdit из штатного набора Windows и macOS. Компьютеру банально не хватило бы мощности.

2. Появление транзисторов

Первые полевые транзисторы появились еще в 1928 году. Но мир изменился лишь после появления так называемых биполярных транзисторов , открытых в 1947-м.

В конце 40-х физик-экспериментатор Уолтер Браттейн и теоретик Джон Бардин разработали первый точечный транзистор. В 1950 его заменил первый плоскостной транзистор, а в 1954 году небезызвестный производитель Texas Instruments анонсировал уже кремниевый транзистор.

Но настоящая революция наступила в 1959 году, когда ученый Жан Энри разработал первый кремниевый планарный (плоский) транзистор, который стал основой для монолитных интегральных схем.

Да, это немного сложно, поэтому давайте копнем немного глубже и разберемся с теоретической частью.

3. Как работает транзистор

Итак, задача такого электрического компонента как транзистор заключается в управлении током. Проще говоря, этот немного хитрый переключатель, контролирует подачу электричества.

Основное преимущество транзистора перед обычным переключателем в том, что он не требует присутствия человека. Т.е. управлять током такой элемент способен самостоятельно. К тому же, он работает намного быстрее, чем вы бы самостоятельно включали или отключали электрическую цепь.

Из школьного курса информатики вы, наверняка, помните, что компьютер «понимает» человеческий язык за счет комбинаций всего двух состояний: «включено» и «выключено». В понимании машины это состояние "0" или "1".

Задача компьютера заключается в том, чтобы представить электрический ток в виде чисел.

И если раньше задачу переключения состояний выполняли неповоротливые, громоздкие и малоэффективные электрические реле, то теперь эту рутинную работу взял на себя транзистор.

С начала 60-х транзисторы стали изготавливать из кремния, что позволило не только делать процессоры компактнее, но и существенно повысить их надежность.

Но сначала разберемся с диодом

Кремний (он же Si – "silicium" в таблице Менделеева) относится к категории полупроводников, а значит он, с одной стороны, пропускает ток лучше диэлектрика, с другой, – делает это хуже, чем металл.

Хочется нам того или нет, но для понимания работы и дальнейшей история развития процессоров придется окунуться в строение одного атома кремния. Не бойтесь, сделаем это кратко и очень понятно.

Задача транзистора заключается в усилении слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

У атома кремния есть четыре электрона, благодаря которым он образует связи (а если быть точным – ковалентные связи) с такими же близлежащими тремя атомами, формируя кристаллическую решетку. Пока большинство электронов находятся в связи, незначительная их часть способна двигаться через кристаллическую решетку. Именно из-за такого частичного перехода электронов кремний отнесли к полупроводникам.

Но столь слабое движение электронов не позволило бы использовать транзистор на практике, поэтому ученые решили повысить производительность транзисторов за счет легирования , а проще говоря – дополнения кристаллической решетки кремния атомами элементов с характерным размещением электронов.

Так стали использовать 5-валентную примесь фосфора, за счет чего получили транзисторы n-типа . Наличие дополнительного электрона позволило ускорить их движение, повысив пропуск тока.

При легировании транзисторов p-типа таким катализатором стал бор, в который входят три электрона. Из-за отсутствия одного электрона, в кристаллической решетке возникают дырки (выполняют роль положительного заряда), но за счет того, что электроны способны заполнять эти дырки, проводимость кремния повышается в разы.

Предположим, мы взяли кремниевую пластину и легировали одну ее часть при помощи примеси p-типа, а другую – при помощи n-типа. Так мы получили диод – базовый элемент транзистора.

Теперь электроны, находящиеся в n-части, будут стремится перейти в дырки, расположенные в p-части. При этом n-сторона будет иметь незначительный отрицательный, а p-сторона – положительный заряды. Образованное в результате этого «тяготения» электрическое поле –барьер, будет препятствовать дальнейшему перемещению электронов.

Если к диоду подключить источник питания таким образом, чтобы "–" касался p-стороны пластины, а "+" – n-стороны, протекание тока будет невозможно из-за того, что дырки притянутся в минусовому контакту источника питания, а электроны – к плюсовому, и связь между электронами p и n стороны будет утеряна за счет расширения объединенного слоя.

Но если подключить питание с достаточным напряжением наоборот, т.е. "+" от источника к p-стороне, а "–" – к n-стороне, размещенные на n-стороне электроны будут отталкиваться отрицательным полюсом и выталкиваться на p-сторону, занимая дырки в p-области.

Но теперь электроны притягивает к положительному полюсу источника питания и они продолжаются перемещаться по p-дыркам. Это явление назвали прямым смещением диода .

Диод + диод = транзистор

Сам по себе транзистор можно представить как два, состыкованных друг к другу диода. При этом p-область (та, где размещены дырки) у них становится общей и именуется «базой».

У N-P-N транзистора две n-области с дополнительными электронами – они же «эмиттер» и «коллектор» и одна, слабая область с дырками – p-область, именуемая «базой».

Если подключить источник питания (назовем его V1) к n-областям транзистора (независимо от полюса), один диод получит обратное смещение и транзистор будет находиться в закрытом состоянии .

Но, как только мы подключим еще один источник питания (назовем его V2), установив "+" контакт на «центральную» p-область (базу), а "–" контакт на n-область (эмиттер), часть электронов потечет по вновь образованной цепи (V2), а часть будет притягиваться положительной n-областью. В результате, электроны потекут в область коллектора, а слабый электрический ток будет усилен.

Выдыхаем!

4. Так как все-таки работает компьютер?

А теперь самое главное .

В зависимости от подаваемого напряжения, транзистор может быть либо открыт , либо закрыт . Если напряжение недостаточное для преодоления потенциального барьера (того самого на стыке p и n пластин) – транзистор будет находится в закрытом состоянии – в состоянии «выключен» или, говоря языком двоичной системы – "0".
При достаточно напряжении транзистор открывается, а мы получаем значение «включен» или "1" в двоичной системе.
Такое состояние, 0 или 1, в компьютерной индустрии назвали «битом».

Т.е. мы получаем главное свойство того самого переключателя, который открыл человечеству путь к компьютерам!

В первом электронном цифровом вычислителе ЭНИАК, а проще говоря – первом компьютере, использовалось около 18 тысяч ламп-триодов. Размер компьютера был сопоставим с теннисным кортом, а его вес составлял 30 тонн.

Для понимания работы процессора нужно понять еще два ключевых момента.

Момент 1 . Итак, мы определились с тем, что такое бит . Но с его помощью мы можем лишь получить две характеристики чего-либо: или «да» или «нет». Для того, чтобы компьютер научился понимать нас лучше, придумали комбинацию из 8 битов (0 или 1), которую прозвали байтом .

Используя байт можно закодировать число от нуля до 255. Используя эти 255 чисел – комбинаций нулей и единиц, можно закодировать все что угодно.

Момент 2. Наличие чисел и букв без какой-либо логики нам бы ничего не дало. Именно поэтому появилось понятие логических операторов .

Подключив всего два транзистора определенным образом, можно добиться выполнения сразу нескольких логических действий: «и», «или». Комбинация величины напряжения на каждом транзисторе и тип их подключения позволяет получить разные комбинации нулей и единиц.

Стараниями программистов значения нулей и единиц, двоичной системы, стали переводить в десятичную для того, чтобы мы могли понять, что именно «говорит» компьютер. А для ввода команд привычные нами действия, вроде ввода букв с клавиатуры, представлять в виде двоичной цепи команд.

Проще говоря, представьте, что есть таблица соответствия, скажем, ASCII, в которой каждой букве соответствует комбинация 0 и 1. Вы нажали кнопку на клавиатуре, и в этот момент на процессоре, благодаря программе, транзисторы переключились таким образом, чтобы на экране появилась та самая, написанная на клавише буква.

Это довольно примитивное объяснение принципа работы процессора и компьютера, но именно понимание этого позволяет нам двигаться дальше.

5. И началась транзисторная гонка

После того, как в 1952 году британский радиотехник Джеффри Дамер предложил размещать простейшие электронные компоненты в монолитном кристалле полупроводника, компьютерная индустрия сделал семимильный шаг вперед.

От интегральных схем, предложенных Дамером, инженеры быстро перешли на микрочипы , в основе которых использовались транзисторы. В свою очередь, нескольких таких чипов уже образовывали сам процессор .

Разумеется, что размеры таких процессоров мало чем схожи с современными. К тому же, вплоть до 1964 года у всех процессоров была одна проблема. Они требовали индивидуального подхода – свой язык программирования для каждого процессора.

1964 год IBM System/360. Компьютер, совместимый с универсальным программным кодом. Набор инструкций для одной модели процессора мог использоваться и для другой.
70-e годы. Появление первых микропроцессоров. Однокристальный процессор от Intel. Intel 4004 – 10 мкм ТП, 2 300 транзисторов, 740 КГц.
1973 год Intel 4040 и Intel 8008. 3 000 транзисторов, 740 КГц у Intel 4040 и 3 500 транзисторов при 500 кГц у Intel 8008.
1974 год Intel 8080. 6 мкм ТП и 6000 транзисторов. Тактовая частота около 5 000 кГц. Именно этот процессор использовался в компьютере Altair-8800. Отечетсвенная копия Intel 8080 – процессор КР580ВМ80А, разработанный Киевским НИИ микроприборов. 8 бит.
1976 год Intel 8080 . 3 мкм ТП и 6500 транзисторов. Тактовая частота 6 МГц. 8 бит.
1976 год Zilog Z80. 3 мкм ТП и 8500 транзисторов. Тактовая частота до 8 МГц. 8 бит.
1978 год Intel 8086 . 3 мкм ТП и 29 000 транзисторов. Тактовая частота около 25 МГц. Система команд x86, которая используется и сегодня. 16 бит.
1980 год Intel 80186 . 3 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Тактовая частота – до 25 МГц. 16 бит.
1982 год Intel 80286. 1,5 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Частота – до 12,5 МГц. 16 бит.
1982 год Motorola 68000 . 3 мкм и 84 000 транзисторов. Этот процессор использовался в компьютере Apple Lisa.
1985 год Intel 80386 . 1,5 мкм тп и 275 000 транзисторов.Частота – до 33 МГц в версии 386SX.

Казалось бы, продолжать список можно было бы до бесконечности, но тут инженеры Intel столкнулись с серьезной проблемой.

6. Закон Мура или как чипмейкерам жить дальше

На дворе конец 80-х. Еще в начале 60-х один из основателей компании Intel Гордон Мур формулировал так называемый «Закон Мура». Звучит он так:

Каждые 24 месяца количество транзисторов, размещенных на кристалле интегральной схемы, удваивается.

Назвать этот закон законом сложно. Вернее будет окрестить его эмпирическим наблюдением. Сопоставив темпы развития технологий, Мур сделал вывод, что может сформироваться подобная тенденция.

Но уже во время разработки четвертого поколения процессоров Intel i486 инженеры столкнулись с тем, что уже достигли потолка производительности и больше не могут разместить большее количество процессоров на той же площади. На тот момент технологии не позволяли этого.

В качестве решения был найден вариант с использованием рядом дополнительных элементов:

кэш-памяти;
конвейера;
встроенного сопроцессора;
множителя.

Часть вычислительной нагрузки ложилась на плечи этих четырех узлов. В результате, появление кэш-памяти с одной стороны усложнило конструкцию процессора, с другой – он стал значительно мощнее.

Процессор Intel i486 состоял уже из 1,2 млн транзисторов, а максимальная частота его работы достигла 50 МГц.

В 1995 году к разработке присоединяется компания AMD и выпускает самый быстрый на тот момент i486-совместимый процессор Am5x86 на 32-битной архитектуре. Изготавливался он уже по 350 нанометровому техпроцессу, а количество установленных процессоров достигло 1,6 млн штук. Тактовая частота повысилась до 133 МГц.

Но гнаться за дальнейшим наращиванием количества установленных на кристалле процессоров и развитии уже утопической архитектуры CISC (Complex Instruction Set Computing) чипмейкеры не решились. Вместо этого американский инженер Дэвид Паттерсон предложил оптимизировать работу процессоров, оставив лишь самые необходимые вычислительные инструкции.

Так производители процессоров перешли на платформу RISC (Reduced Instruction Set Computing]. Но и этого оказалось мало.

В 1991 году выходит 64-битный процессор R4000, работающий на частоте 100 МГц. Через три года появляется процессор R8000, а еще через два года – R10000 с тактовой частотой вплоть до 195 МГц. Параллельно развивался рынок SPARC-процессоров, особенностью архитектуры которых стало отсутствие инструкций умножения и деления.

Вместо борьбы за количество транзисторов, производители чипов стали пересматривать архитектуру их работы . Отказ от «ненужных» команд, выполнение инструкций в один такт, наличие регистров общего значения и конвейеризация позволили оперативно наращивать тактовую частоту и мощность процессоров, не извращаясь с количеством транзисторов.

Вот лишь некоторые из появившихся с период с 1980 по 1995 год архитектур:

SPARC;
ARM ;
PowerPC;
Intel P5;
AMD K5;
Intel P6.

В их основе лежала платформа RISC, а в некоторых случаях и частичное, совмещенное использование CISC-платформы. Но развитие технологий вновь подталкивало чипмейкеров продолжить наращивание процессоров.

В августе 1999 года на рынок выходе AMD K7 Athlon, изготовленный по 250 нанометровому техпроцессу и включающий 22 млн транзисторов. Позднее планку подняли до 38 млн процессоров. Потом до 250 млн.

Увеличивался технологический процессор, росла тактовая частота. Но, как гласит физика, всему есть предел.

7. Конец транзисторных соревнований близко

В 2007 году Гордон Мур выступил с весьма резким заявлением:

Закон Мура скоро перестанет действовать. Устанавливать неограниченное количество процессоров до бесконечности невозможно. Причина тому - атомарная природа вещества.

Невооруженным глазом заметно, что два ведущих производителям чипов AMD и Intel последние несколько лет явно замедлили темпы развития процессоров. Точность технологического процесса выросла всего до нескольких нанометров, но размещать еще больше процессоров невозможно.

И пока производители полупроводников грозятся запустить многослойные транзисторы, проводя параллель с 3DNand памятью, у упершейся в стену архитектуры x86 еще 30 лет назад появился серьезный конкурент.

8. Что ждет «обычные» процессоры

«Закон Мура» признан недействительным еще с 2016 года. Об этом официально заявил крупнейший производитель процессоров Intel. Удваивать вычислительную мощность на 100% каждые два года чипмейкеры больше не состоянии.

И теперь у производителей процессоров есть несколько малоперспективных вариантов.

Первый вариант – квантовые компьютеры . Попытки построить компьютер, который использует для представления информации частицы, уже были. В мире существует несколько подобных квантовых устройств, но они способны справляться лишь с алгоритмами небольшой сложности.

К тому же, о серийном запуске подобных устройств в ближайшие десятилетия не может идти и речи. Дорого, неэффективно и… медленно!

Да, квантовые компьютеры потребляют намного меньше энергии, чем их современные коллеги, но при этом работать они будут медленнее до тех пор, пока разработчики и производители комплектующих не перейдут на новую технологию.

Второй вариант – процессоры со слоями транзисторов . О данной технологии всерьез задумались и в Intel, и в AMD. Вместо одного слоя транзисторов планируют использовать несколько. Похоже, что в ближайшие годы вполне могут появится процессоры, в которых будут важны не только количество ядер и тактовая частота, но и количество транзисторных слоев.

Решение вполне имеет право на жизнь, и таким образом монополистам удастся доить потребителя еще пару десятков лет, но, в конце концов, технология опять-таки упрется в потолок.

Сегодня же, понимая стремительное развитие ARM-архитектуры, Intel провела негромкий анонс чипов семейства Ice Lake. Процессоры будут изготавливаться по 10-нанометровому технологическому процессу и станут основой для смартфонов, планшетов и мобильных устройств. Но произойдет это в 2019 году.

9. Будущее за ARM

Итак, архитектура x86 появилась в 1978 году и относится к типу платформы CISC. Т.е. сама по себе она предполагает наличие инструкций на все случаи жизни. Универсальность – главный конек x86.

Но, в тоже время, универсальность сыграла с этими процессорами и злую шутку. У x86 есть несколько ключевых недостатков:

сложность команд и откровенная их запутанность;
высокое потребление энергии и выделение теплоты.

За высокую производительность пришлось попрощаться с энергоэффективностью. Более того, над архитектурой x86 сейчас трудятся две компании, которых можно смело отнести к монополистам. Это Intel и AMD. Производить x86-процессоры могут только они, а значит и правят развитием технологий только они.

В тоже время разработкой ARM (Arcon Risk Machine) занимаются сразу несколько компания. Еще в 1985 году в качестве основы для дальнейшего развития архитектуры разработчики выбрали платформу RISC.

В отличие от CISC, RISC предполагает разработку процессора с минимально необходимым количеством команд, но максимальной оптимизацией. Процессоры RISC намного меньше CISC, более энергоэффективны и просты.

Более того, ARM изначально создавался исключительно как конкурент x86. Разработчики ставили задачу построить архитектуру, более эффективную чем x86.

Еще с 40-х годов инженеры понимали, что одной из приоритетных задач остается работа над уменьшением габаритов компьютеров, а, в первую очередь - самих процессоров. Но вряд ли почти 80 лет назад кто-либо мог предположить, что полноценный компьютер будет меньше спичечного коробка.

Архитектуру ARM в свое время поддержала компания Apple, запустив производство планшетов Newton на базе семейства ARM-процессоров ARM6.

Продажи стационарных компьютеров стремительно падают, в то время как количество ежегодно реализуемых мобильных устройств уже исчисляется миллиардами. Зачастую, помимо производительности, при выборе электронного гаджета пользователя интересуют еще несколько критериев:

мобильность;
автономность.

x86 архитектура сильна в производительности, но стоит вам отказаться от активного охлаждения, как мощный процессор покажется жалким на фоне архитектуры ARM.

10. Почему ARM – неоспоримый лидер

Вряд ли вы будете удивлены, что ваш смартфон, будь то простенький Android или флагман Apple 2016 года в десятки раз мощнее полноценных компьютеров эпохи конца 90-х.

Но во сколько мощнее тот же айфон?

Само по себе сравнение двух разных архитектур – штука очень сложная. Замеры здесь можно выполнить лишь приблизительно, но понять то колоссальное преимущество, что дает построенные на ARM-архитектуре процессоры смартфона, можно.

Универсальный помощник в таком вопросе – искусственный тест производительности Geekbench. Утилита доступна как на стационарных компьютерах, так и на Android и iOS платформах.

Средний и начальный класс ноутбуков явно отстает от производительности iPhone 7. В топовом сегменте все немного сложнее, но в 2017 году Apple выпускает iPhone X на новом чипе A11 Bionic.

Там, уже знакомая вам архитектура ARM, но показатели в Geekbench выросли почти вдвое. Ноутбуки из «высшего эшелона» напряглись.

А ведь прошел всего один год.

Развитие ARM идет семимильными шагами. Пока Intel и AMD год за годом демонстрируют 5 – 10% прирост производительности, за тот же период производители смартфонов умудряются повысить мощность процессоров в два – два с половиной раза.

Скептически настроенным пользователям, которые пройдутся по топовым строчкам Geekbench лишь хочется напомнить: в мобильных технологиях размер – это то, что прежде всего имеет значение.

Установите на стол моноблок с мощным 18-ядерный процессором, который «в клочья разрывает ARM-архитектуру», а затем положите рядом iPhone. Чувствуете разницу?

11. Вместо вывода

Объять 80-летнюю историю развития компьютеров в одном материале невозможно. Но, прочитав данную статью, вы сможете понять как устроен главный элемент любого компьютера – процессор, и чего стоит ждать от рынка в последующие годы.

Безусловно, Intel и AMD буду работать над дальнейшим наращиванием количества транзисторов на одном кристалле и продвигать идею многослойных элементов.

Но нужна ли вам как покупателю такая мощность?

Вряд ли вас не устраивает производительность iPad Pro или флагманского iPhone X. Не думаю, что вы недовольны производительностью расположившейся на кухне мультиварки или качеством картинки на 65-дюймовом 4K-телевизоре. А ведь во всех этих устройствах используются процессоры на ARM-архитектуре.

Windows уже официально заявила, что с интересом смотрит в сторону ARM. Поддержку этой архитектуры компания включила еще в Windows 8.1, а ныне активно работает над тандемом с ведущим ARM-чипмейкером Qualcomm.

На ARM успела посмотреть и Google – операционная система Chrome OS поддерживает эту архитектуру. Появились сразу несколько дистрибутивов Linux, которые также совместимы с данной архитектурой. И это только начало.

И лишь попробуйте на минутку представить, каким приятным будет сочетание энергоэффективного ARM-процессора с графеновым аккумулятором. Именно эта архитектура позволит получить мобильные эргономичные гаджеты, которые смогут диктовать будущее.

Сердцем компьютера называют процессор (processor), являющийся его основным обрабатывающим данные устройством. Деталь имеет вид набора микросхем и отвечает за вычислительные процессы. Как выбрать процессор для компьютера – важнейший вопрос при покупке техники. От производительности данной детали во многом зависит общая скорость работы системы. Чтобы не сожалеть о своем приобретении, выбирайте комплектующие с учетом их характеристик.

Основные характеристики процессора

Производитель. Выделяют двух основных конкурентов, выпускающих процессоры для компьютеров – это AMD и Intel. Вторая фирма считается лидером, разрабатывающим сверхсовременные технологии. Главное преимущество компании АМД перед Интел – относительно низкие цены. Причем продукция первой уступает второй в производительности незначительно (в среднем, на 10%), но стоимость имеет ниже в 1,5-2 раза.
Что такое тактовая частота процессора? Этот параметр определяет, сколько операций способно выполнить устройство за секунду. На что влияет частота процессора: высокий показатель данной характеристики обещает быструю обработку данных компьютером. Параметр считается одним из важнейших при выборе устройства. Как узнать частоту в ОС Windows: необходимо вызвать правой клавишей мыши меню свойств на значке «Мой компьютер».
Количество ядер. Этот показатель влияет на число программ, которые возможно запустить на ПК без потери его производительности. Устаревшие модели компьютеров оснащены четырехъядерными или двухъядерными процессорами. Новые устройства, выпущенные в течение последних лет, имеют 6- и 8-ядерные детали. Однако если программное обеспечение оптимизировано под двухъядерный ПК, большее число ядер не ускорит его работу. На коробке детали можно увидеть буквенно-числовую маркировку, расшифровка которой предоставит данные о количестве ядер.
Частота системной шины. Характеристика говорит о скорости потоков входящей или исходящей информации. Чем выше показатель, тем быстрее осуществляется обмен информацией.
Кэш-память. Большую роль в работе ПК играет кэш процессора, который имеет вид высокоскоростного блока памяти. Деталь располагается непосредственно на ядре и необходима для повышения производительности. Благодаря ей обработка данных происходит быстрее, чем в случае с оперативной памятью. Есть 3 уровня кэш-памяти – от L1 до L3. Первые два имеют небольшие объемы, но уверенно выигрывают третьи, предусматривающие большую вместительность – за счет скорости работы.
Тип разъема (сокет). Данная характеристика не считается первостепенной, однако имеет определенную актуальность при выборе устройства. Сокет – это «гнездо» в материнской плате, в которое помещается процессор, поэтому оно должно быть совместимо с выбранной деталью. К примеру, если сокет имеет маркировку АМЗ, необходим соответствующий разъем на материнской плате. Последние модели оснащены современными типами «гнезд» и зачастую имеют улучшенные характеристики (частота шин и другие).
Энергопотребление и охлаждение. Мощные современные устройства оказывают негативное влияние на энергопотребление компьютера. Чтобы избежать перегрева деталей и их поломки, используют специальные вентиляторы (кулеры). Для используют показатель TDP, указывающий на количество тепла, необходимого в отводе. На основе этой величины подбирается определенная модель системы охлаждения.

Чем отличаются AMD от Intel

Часто задаваемым вопросом среди желающих приобрести процессор является: «Что лучше АМД или Интел?». Главным отличием является технология гиперпрочности и увеличенный вычислительный конвейер, которыми обладают модели Intel. Благодаря этому устройства быстрее выполняют ряд задач: архивируют файлы, проводят кодировку видео, выполняют прочие задачи. Детали от AMD не хуже справляются с перечисленными заданиями, но тратят на это больше времени. Каждый определяет сам: какой процессор лучше Интел или АМД.

Чтобы упростить выбор, ознакомьтесь с достоинствами продукции обоих производителей. Сравнение процессоров AMD и Intel:

Преимущества Интел	Преимущества АМД
Высокая скорость работы ПК	Оптимальное соотношение цены и качества
Экономичное энергопотребление	Стабильность работы системы
Высокая производительность в играх	Многозадачность
Многопоточность Core i7 и i3 дает дополнительную производительность	Возможность ускорить работу процессов на 5-20%
Прекрасно настроенная работа с оперативной памятью	Мультиплатформенность (возможность собрать ПК из деталей разных поколений фирмы АМД)

Какой процессор выбрать для компьютера

Ответ на поставленный вопрос зависит от тех задач, которые должен будет выполнять ПК. Так, при выборе игрового компьютера внимание стоит уделить модели видеокарты, поскольку графический адаптер несет ответственность за поддержку определенных технологий и уровня производительности в играх. Однако без правильно подобранного центрального процессора видеокарта не раскроет своего потенциала. Для работы с другими программами или использования ПК в офисе подходят менее требовательные детали.

Для игр

Как выбрать процессор для игрового компьютера? К «геймерскому» ПК предъявляется ряд требований. Устройство должно уметь обрабатывать как минимум четыре потока данных. Результаты тестов доказали, что технология Intel Hyper-Treading увеличивает число кадров в секунду. Специалисты считают оптимальными для игрового ПК модели Интел Core i5. Детали от АМД показывают меньшую производительность. Если в линейке от Интел со своими задачами справляются 4-ядерные устройства, то их конкуренты показывают такой же результат с 8-ядерными аналогами. Какой процессор выбрать для игр?

Топ устройств для игр:

Intel Core-i5 Ivy Bridge (четырехъядерный);
Intel Core i5-4440 Haswell (четырехъядерный);
AMD FX-8350 Vishera (восьмиядерный).

Для использования дома или в офисе

Браузеры и другие необходимые для офисной работы программы нуждаются во внушительном объеме оперативной памяти, но практически не нагружают жесткий диск и процессор. Поэтому выбирать лучше компьютер с большим объемом памяти. Однако производительностью процессора тоже пренебрегать не стоит. Согласно результатам тестирования, удачным решением станут модели из линеек Intel Core i3 или i5.

Список бюджетных устройств для офиса:

Intel Celeron G1820;
AMD ATHLON II X2 255;
AMD ATHLON II X4 750K;
AMD A8-6600K.

Для работы с требовательными программами

К данной категории относятся детали, функция которых – обеспечивать быструю работу требовательных программ, к примеру, видео-, графических редакторов и др. Устройства такого типа относятся к дорогим комплектующим и отличаются максимальным быстродействием. Эта категория процессоров часто интересует геймеров, которые хотят добиться лучшего качества изображения во время игры.

Обзор лучших устройств для требовательных программ:

AMD FX-8350 (8-ядерный). Идеально подходит для игр и других программ, рассчитанных на . Отличается быстродействием и оправданной ценой.
Интел i7-4770 (4-ядерный). Запускает игры на максимально высоких настройках, работает быстро, идеально оптимизирован для видеокарт от Интел.

Рейтинг лучших процессоров для ПК 2019 года

Intel Core i7-990x. Идеален для игрового ПК последнего поколения. Устройство предназначено для разъема 1366, оснащено 6 ядрами, имеет частоту в 3,46 гГц и 12 мегабайтами кэш-памяти. Примерная стоимость: 38 000 р.
Intel Core i7-3970X Extreme Edition. Одна из самых популярных моделей. Оснащена 6 ядрами, имеет 15 Мб кэш-памяти и 3,5 гГц тактовой частоты. Отлично работает с любыми новыми требовательными играми и программами. Примерная стоимость: 46 000 р.
Intel Core i5-4690K. Недорогая модель покажет прекрасные результаты в плане быстродействия. Если сравнить i5-4690K с другими устройствами, оно выгодно выделяется благодаря соотношению цены/качества. Процессор оснащен кэш-памятью третьего уровня, имеет 3,5 гГц тактовой частоты и 4 ядра. Примерная стоимость: 22 000 р.
AMD FX-9370. Самый мощный процессор AMD имеет новый сокет АМ3+ и 8 ядер, развивающих максимальную частоту до 4,4 гГц. Модель оборудована 8 Мб кэш-памяти, что позволяет улучшить работу ПК и использовать любые программы, игры. Примерная стоимость: 20-22 000 р.
Intel Xeon E3-1230 v3. Четырехъядерное устройство относится к четвертому поколению процессоров от Интел. Оно оснащено сокетом типа 1150, который считается лучшим среди существующих. Тактовая частота Xeon E3-1230 v3 – 3,3гГц, объем памяти кэш равен 8 Мб. Примерная стоимость: 22 000 р.

Таблица тестов процессоров 2015 года

Чтобы понять, как выбрать процессор для компьютера, следует ознакомиться с результатами их тестирования. Устройства проходят испытания на базе ОС Windows 7 (64-bit). Для этого подбираются определенные программы, чтобы раскрыть потенциал многопоточности, определить, есть ли поддержка технологий AMD Turbo CORE (динамического разгона) и Intel Turbo Boost Technology, возможно ли использовать новые SIMD. Результаты испытания выражаются в процентах от производительности самого быстрого среди существующих устройств, имеющего 100% результат.

Сводная таблица производительности процессоров:

Название	Результат
Intel Core i7-5930K BOX
Intel Core i7-4960X Extreme
Intel Core i7-4960X Extreme BOX
Intel Core i7-5820K BOX
Intel Core i7-4790K
Intel Core i7-4790K BOX
Intel Core i7-4790
Intel Core i7-4790 BOX

Intel Core i7-4820K BOX
Intel Xeon E3-1240 V2

Intel Xeon E3-1230 V2

При желании приобрести процессор вам стоит изучить его характеристики. К примеру, в погоне за частотой, многие забывают об особенностях ядра конкретного изготовителя, что негативно влияет на производительность компьютера. Чтобы остаться удовлетворенным покупкой, необходимо учесть параметры устройства и его совместимость с другими деталями. Узнайте, как выбрать подходящий процессор для компьютера, посмотрев предложенное видео.

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 руководит 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, определяется скоростью сопоставления данных и соответствующих команд для их обработки. Основными характеристиками, отличающими различные виды процессоров, являются тактовая частота, разрядность и размер внутренней кэш – памяти.

От чего зависит производительность

Тактовая частота

Тактовая частота, измеряющаяся в мегагерцах (МГц) это количество выполняемых операций в секунду. Однако по факту, выполнение одной операции может быть разделено на несколько тактов, при этом возможно фактическое снижение ее значения. Однако при мощности современных процессоров незначительное снижение тактовой частоты в ходе выполнения сложных операций совершенно незаметно.

Разрядность

От этого параметра зависит, поддерживает ли процессор только 32-битные приложения или допускает использование 64–битных. Большинство современных процессоров поддерживают 64–битную архитектуру. Подобное разделение влияет на количество доступной оперативной памяти (до 4 ГБ в 32-битных и от 4 ГБ в 64-битных системах) а также на внутренние параметры, которые редко учитываются рядовыми пользователями и имеют значение только для специалистов, например, разработчиков программного обеспечения.

От объема внутренней кэш – памяти зависит скорость обмена информацией между процессором и другими устройствами, установленными на компьютере. Чем больше это значение, тем быстрее происходит обмен.

Итак, как же выбрать процессор для нового компьютера. Если вы решили собрать новый системный блок, в первую очередь стоит обратить внимание на марку CPU, так как от этого напрямую зависит тип характеристики основных устройств, главное из которых .

От этих параметров напрямую зависит быстродействие будущей системы. Существует также различие по количеству вычислительных ядер процессоров. Так, многоядерные процессоры – это устройства, в едином корпусе которых установлены более одного ядра. Это позволяет существенно увеличить быстродействие компьютера.

При выборе того или иного компонента ПК, необходимо точно ответить на один вопрос. Для чего компьютер будет использоваться в будущем? Только после этого стоит определяться с производителем, ценой и функционалом CPU. При полной замене системы, мы советуем не экономить сильно и выбирать компоненты на основании текущего состояния на рынке. Такой подход сэкономит деньги в будущем, поскольку сбалансированный и технологически новый компьютер прослужит дольше и будет справляться со своими функциями продолжительное время.

Какой лучше купить

На сегодняшний день главными производителями процессоров являются Intel и AMD. Процессоры от Intel отличаются более высоким качеством и производительностью, однако при этом достаточно дороги, что не всегда оправдано, например, при покупке бюджетных моделей. Для установки продукции Intel используются материнские платы, оснащенные следующими типами сокетов: 478, 775 для устаревших моделей и 1155, 1156, 1366 для новейших процессоров серии I3, I5 и I7.

Однако следует сказать, что процессоры использующие 478 сокет уже сильно устарели и практически не используются, так как их мощности уже недостаточно для выполнения современных задач. По причине морального устаревания постепенно уходит в прошлое 775 сокет, хотя некоторые процессоры этой линейки позволяют решать большинство современных задач.

Процессоры от AMD отличаются достаточно выгодным соотношением цена/качество, однако при этом некоторые модели, склонны к излишнему перегреву. Несмотря на технологическое отставание, и не всегда высокое качество, продукция AMD пользуется неплохим спросом на российском рынке, что обусловлено, в первую очередь, именно низкой по сравнению с главным конкурентом ценой. Для установки процессоров от AMD используются материнские платы, оснащенные сокетами AM2, AM 2+ и AM3 для новейших процессоров.

Установка процессора

И вот, выбор сделан и процессор приобретен. Далее необходима установка процессора на материнскую плату. Обратите особое внимание, что при установке процессора необходимо соблюдать особую осторожность, так как всего лишь одно неверное движение может повлечь серьезные повреждения оборудования. Прежде всего, необходимо разместить материнскую плату на какой-либо поверхности в устойчивом положении. У различных моделей материнских плат разные механизмы крепления процессора, но как правило для доступа к сокету необходимо несильно надавить на специальный рычажок и отвести его в сторону.

На современных материнских платах для установки процессора предусмотрены специальные направляющие, поэтому вставить процессор неправильно практически невозможно. Однако на более ранних моделях это может вызвать затруднения, так как не всегда можно с первого взгляда определить направление установки. Не включайте компьютер, если полностью не уверены в правильности установки процессора! Неправильно расположенный в сокете процессор скорее всего сгорит.

После установки приведите специальный рычажок на материнской плате в исходное положение. Далее необходимо установить элемент системы охлаждения процессора – кулер. Помните, что перед этим необходимо нанести на сам процессор и на контактную пластину кулера тонкий слой специального состава, увеличивающего эффективность охлаждения – термопасты.

Для кулеров существуют различные зажимы, обеспечивающие плотное прилегание контактной пластины к самому процессору. Крепление может осуществляться за счет винтов, специальных зажимов или крепления куллера к материнской плате с помощью составной пластины.

Убедитесь, что контактная пластина кулера плотно прилегает к процессору, в противном случае возможен перегрев и как следствии выгорание не только самого CPU, но и материнской платы.

Замена процессора

Если Вас перестала устраивать производительность компьютера, то скорее всего происходит это именно по причине недостаточной мощности ЦП. Это можно компенсировать установкой дополнительных плат оперативной памяти, увеличив ее объем, однако при этом рассчитывать на качественное увеличение производительности системы не нужно.

Перед установкой нового процессора необходимо убедиться, что материнская плата оснащена соответствующим сокетом и допускает использование данной модели ЦП.

Для корректной работы некоторых моделей на устаревших материнских платах может потребоваться обновление BIOS. При установке нового устройства нужно соблюдать крайнюю осторожность, так как неосторожное движение может привести к повреждению оборудования!

Для начала необходимо аккуратно отсоединить кулер, расположенный на сокете материнской платы и извлечь процессор. Затем поместить новое устройство в гнездо, покрыть тонким слоем термопасты внешнюю часть процессора и установить кулер на место. В случае замены центрального процессора, остальные комплектующие, как правило, не требуют обновления и продолжают работать в штатном режиме. постарается поможет с подбором процессора под любой компьютер, задавайте вопросы в комментариях.