Центральный процессор (стр. 2 )

Имеются и другие виды усовершенствования работы процессоров. Каждая из улучшает работу компьютера, и эти улучшения вводятся в новые типы процессоров. Первые компьютеры выполняли одну операцию за несколько тактов. Современные за один такт выполняют несколько операций. То есть, от поколения процессоров к следующему поколению улучшается структура процессора и не всегда эти улучшения имеют свое название или имеют название, которое интересно только специалистам.

Сказать как именно и на сколько процентов изменения улучшают работу очень трудно, так как имеется много видов программ. Некоторые требуют больше операций ввода-вывода с жестких дисков, некоторые имеют один вид преобладающих операций, другие обладают иными возможностями, поэтому когда сравнивают процессоры, то их тестируют на разных видах программ, например, графических, игровых и т. д. и потом усредняют по определенным критериям. Кроме того, имеет большое значение, какие другие устройства (материнская плата, в том числе чипсет, видеоподсистема и пр.) установлены на тестируемом компьютере, что может давать разницу в несколько десятков процентов. Некоторые вопросы сравнения процессоров рассмотрим ниже.

В этой главе будут рассматриваться процессоры серии х86, основанные на принципах работы моделей компаний Intel, AMD, Cyrix и других, функционирующих в персональных компьютерах. Так как эти процессоры имеют сходные характеристики, то они рассматриваются на основе процессоров компании Intel, которая до сих пор занимает лидирующие позиции в разработке и производстве центральных процессоров.

Под словом процессор будем понимать центральный процессор, который, как вытекает из названия, является основным в компьютере. Он производит основные вычисления и управляет работой системной шины по передаче данных между различными устройствами компьютера. Каждый процессор новой версии может обрабатывать те же программы, с которыми работал старый процессор, а после установки процессора не требуется использования драйверов и нового математического обеспечения.

Типы процессоров. Основной компанией, которая выпускает центральные процессоры для персональных компьютеров, является компания Intel. Практически все персональные компьютеры начинают отсчет времени с появления первого процессора 8086. И хотя в то время выпускались и другие виды процессоров, именно эта модель стала завоевывать популярность как среди производителей устройств для них, так и среди пользователей. В качестве примера можно привести компьютер компании Apple, который имеет несколько иную модель процессора и не получила такого широкого распространения в силу ее закрытой системы.

Следующая модель называлась 80286, затем 80386, со временем цифра 80 стали опускать и процессоры стали называть тремя цифрами: 286, 386, 486. Поэтому часто поколение разработанных процессоров называют семейством х86. В настоящее время выпускаются и другие модели процессоров, например, семейства Alpha, Power PC и другие, но они не используются в тех компьютерах, которые рассматриваются в этой книге, хотя некоторые из них могут выполнять прикладные задачи, например, с использованием Windows NT.

Первые модели центрального процессора Intel помогала внедрить другим компаниям, в том числе и AMD, что способствовало распространению центральных процессоров семейства х86. Чтобы использовать 386 процессор, компания AMD добилась через суд разрешения на клонирование (то есть копирование) этого типа, но ей было запрещено использовать разработки компании Intel в следующих поколениях процессоров. Поэтому AMD стала разрабатывать следующие модели процессоров собственными силами и некоторые модели были довольно удачными, например, 486 с тактовой частотой 133 Мгц. Со временем обе компании стали разрабатывать новые виды и копировать удачные решения друг у друга. Для упрочения своих позиций компании создают новые возможности, так, компания AMD разработала систему 3DNow!, и хотя компания Intel до сих пор занимает лидирующие позиции в производстве центральных процессоров, рынок дешевых компьютеров постепенно в течение нескольких последних лет переходит к другим компаниям. В ходе этого состязания продукция компаний дешевеет и процессоры становятся все производительнее, а падение цен на процессоры происходит несколько раз в год, что выгодно потребителям.

Типы процессоров

Основными характеристиками процессоров является частота и количество разрядов, по которым можно адресовать данные. Частота измеряется в герцах, и чем больше она, тем быстрее работает процессор. Один герц обозначает один цикл в секунду и обычно указывается скорость работы в килогерцах (Кгц или 1 000 циклов в секунду), или мегагерцах (Мгц или 1 000 000 циклов в секунду), или гегагерцах (Ггц равен 1 000 000 циклов в секунду). Повышение разрядности улучшает производительность компьютера. Рассмотрим основные типы процессоров, которые могут быть: 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III и Pentium IV. Celeron обозначает урезанный вариант процессора Pentium. После названия обычно приводится тактовая частота процессора, например, Celeron 450, что обозначает тип процессора (Celeron) и тактовую частоту (450 Мгц), на которой он работает.

Количество обрабатываемых данных одновременно. Одной из характеристик процессора является количество данных, обрабатываемых за один такт. Чем больше данных может быть обработано, тем выше производительность у процессора, тем быстрее они обрабатываются. В первых процессорах серии 8086 процессор обрабатывал по 16 бит данных. Эта характеристика непосредственно связана с размером регистров внутри ЦП. Если размер регистров 16 бит, то центральный процессор обрабатывает 16 бит одновременно. Характеристики других процессоров этой серии можно посмотреть далее в этой главе.

Другой главной характеристикой процессора является количество данных, которыми он может обмениваться с внешними устройствами или пропускная способность шины. Отметим, что оперативная память является внешним устройством для процессора. При этом, чем больше данных одновременно будет отправлено/получено, тем выше производительность процессора. Эта характеристика определяется количеством линий системной шины для одновременной передачи данных. Чем их больше, тем больше данных может быть передано. В первых процессорах было от 8 до 16 подобных линий, затем 32, а для связи с оперативной памяти - 64.

С появлением новых видов процессоров действует эвристическое правило Гордона Мура (одного из основателей компании Intel), которое гласит, что каждое десятилетие количество элементов в процессоре увеличивается в 100 раз, а цены на процессоры за полтора года падают в два раза.

Каждый новый вид процессора имел преимущества перед предыдущими моделями. Как правило, это касается его быстродействия, например, вводятся новые виды команд, скажем, ММХ для того, чтобы повысить производительность процессора при работе с графикой (как правило, это нужно для игровых программ). Кроме того, могут вводиться новые элементы в сам процессор (например, кэш внутри процессора), которые не меняют принципов работы процессора, но обеспечивают его повышенную производительность.

Компьютеры 486 серии имели тактовую частоту 25 и 33 Мгц. В первых моделях Pentium основные частоты составляли 50, 60, 66 Мгц. Современные компьютеры выпускаются с частотами 100 и 133 Мгц и выше. В силу того, что процессор работает на собственной частоте, превышающей частоту системной шины, вводится умножающий коэффициент, который свидетельствует о количестве тактов, производимых процессором за один такт системной шины. Например, процессор Pentium 120 имеет тактовую частоту 120 Мгц, а частоту системной шины 60 Мгц, то есть за один такт системной шины произойдет два такта у процессора. Этот коэффициент может быть не целым числом, например, у процессора Pentium 166 частота процессора составляет 166 Мгц, а частота системной шины 66 Мгц, то есть умножающий коэффициент равен 2,5. В этом случае за два такта системной шины происходит 5 тактов центрального процессора.

Рассмотрим основные виды процессоров.

8086. Первым процессором для серии персональных компьютеров был процессор, который назывался 8086 и был создан в 1978 году. Часто компьютеры с этим процессором называют PC XT (произносится как пи си икс ти). Данный процессор имеет внутреннюю и внешнюю разрядность для данных - 16, для адреса - 20 разрядов и так­товую частоту от 4,77 до 10 Мгц (мегагерц). Внутренняя разрядность означает, с какой разрядностью выполняются логические и арифметические операции. Внешняя разрядность обозначает количество разрядов, по которым процессор может адресовать данные по внешней шине (216= 64 Кб). Она разделяется на: шину данных, то есть количество линий, по которым передаются данные, и шину адреса, - количество линий, по которым передаются адреса. Благодаря сегментной организации памяти (один сегмент равен 64 Кб, а количество непересекающихся сегментов равно 16) можно адресовать значительное количество памяти, которая в 8086 процессорах достигала 1 Мб (или 220 = 1 Мб). Одна операция выполнялась за несколько тактовых операций, поэтому общая производительность составляла менее 1 млн. операций в сек.

Следующий пара­метр - тактовая частота работы процессора. Чем она больше, тем быстрее работает процессор. Например, если тактовая частота одного процессора равняется 10 Мгц, а другого 4,7, то первый работает в 10/4.7=2.12 раза быстрее. Это относится только к процессорам, так как производительность самого персонального компьютера в целом зависит от многих параметров. Однако одним из основных как раз и является частота процессора. Иногда компьютер с процессором большей частоты работает медленнее, чем с меньшей. Это происходит из-за того, что другие характеристики значительно хуже, но это встречается довольно редко и в дальнейшем будет более подробно описано. Если имеется старый тип компьютера, то модернизировать его невыгодно, так как придется менять очень много устройств, поэтому проще приобрести новый компьютер.

Далее в тексте приведены основные типы процессоров, при этом год их выпуска указан приблизительно, так как дата выпуска является условной и может означать: дату, когда был разработан процессор, когда выпущен тестовый экземпляр или когда начался его массовый выпуск.