В подавляющем большинстве персональных компьютеров используются процессоры, совместимые с процессорами семейства х86 компании Intel. Модели 8086, 286, 386 и 486 были популярны в 1980-х годах, но сегодня представляют лишь
Современные чипсеты выполняют множество различных функций к подробно будут рассмотрены далее.
исторический интерес. Дальнейшим развитием семейства х86 стал появившийся в 1993 году процессор Intel Pentium, затем модели Pentium II/III/IV. С 2006 года компания Intel выпускает процессоры, основанные на архитектуре Intel Core 2, которые являются наиболее популярными на момент выхода книги. Для установки в недорогие компьютеры выпускается процессор Celeron, который являет собой упрощенный вариант соответствующей модели Pentium II/III/IV или Core 2.
В 1980-х годах компания Intel была безоговорочным монополистом на рынке процессоров, но постепенно она утрачивала этот статус в конкурентной борьбе с компанией AMD, а к 2005 году процессоры от AMD даже превосходили по производительности процессоры Intel. С выходом процессоров семейства Core 2 компания Intel вернула себе статус лидера, но процессоры AMD сохранили свою долю в бюджетном сегменте рынка.
Компания AMD начинала с выпуска процессоров, полностью совместимых с Intel 386,486 и Pentium и устанавливаемых в те же разъемы. Позже AMD разработала собственные процессоры Athlon и Duron, а на момент выхода книги основными моделями процессоров AMD являлись Athlon 64/Х2 и новый многоядерный процессор Phenom. Для дешевых компьютеров компания AMD выпускает процессор Sempron.
Современный процессор — это микросхема с несколькими сотнями выводов, которая устанавливается в специальный разъем на системной плате; сверху на нем закрепляется радиатор с вентилятором для охлаждения (его также называют кулером). На рис. 1.2 показан фрагмент системной платы с процессором и кулером, а на рис. 1.3 те же устройства, но в разобранном состоянии. Установка процессора в разъем требует особой осторожности и аккуратности и обычно подробно описана в инструкции к системной плате.
Работа процессора заключается в последовательном выполнении команд из оперативной памяти, и чем больше команд успевает выполнить процессор за секунду, тем выше производительность компьютера в целом. Скорость работы процессора зависит от нескольких параметров: тактовой частоты, количества ядер, объема кэш-памяти и некоторых других. Рассмотрим все параметры процессоров более подробно.
Частота FSB. Для обмена данными с другими устройствами процессор использует шину FSB (Front Side Bus). Во всех современных системах используются технологии, умножающие скорость обмена данными по системной шине, и частота FSB может указываться уже с учетом умножения. Например, для процессора Intel Core 2 Duo Е6600 реальная частота FSB составляет 266,6 МГц, а поскольку в большинстве процессоров семейства Intel Core 2 используется четырехкратное умножение частоты FSB, то эффективное значение будет равно 266,6 хА = 1066 МГц, Именно такое значение вы можете встретить в технических характеристиках процессоров и прайс-листах компьютерных магазинов.
Частота FSB. Для обмена данными с другими устройствами процессор использует шину FSB (Front Side Bus). Во всех современных системах используются технологии, умножающие скорость обмена данными по системной шине, и частота FSB может указываться уже с учетом умножения. Например, для процессора Intel Core 2 Duo Е6600 реальная частота FSB составляет 266,6 МГц, а поскольку в большинстве процессоров семейства Intel Core 2 используется четырехкратное умножение частоты FSB, то эффективное значение будет равно 266,6 хА = 1066 МГц, Именно такое значение вы можете встретить в технических характеристиках процессоров и прайс-листах компьютерных магазинов.
Для большинства процессоров AMD Athlon 64/Х2 и AMD Phenom частота FSB составляет 200 МГц, а для обмена данными с чипсетом используется шина HT (Hyper Transport), которая работает на частотах, в несколько раз превышающих частоту FSB.
Множитель, или коэффициент умножения. Ядро центрального процессора работает на тактовой частоте, являющейся произведением частоты FSB на коэффициент умножения. Например, для уже упомянутого процессора Intel Core 2 Duo Е6600 частота FSB — 266,6 МГц, множитель — 9, в результате тактовая частота будет равна 2400 МГц.
Тактовая частота. Параметр, показывающий реальную частоту работы ядра процессора, которая для современных процессоров может находиться в диапазоне 1,5-4 ГГц. Тактовая частота определяется умножением частоты внешней шины процессора (FSB) на коэффициент умножения.
Поскольку тактовая частота процессора зависит от шины FSB, есть возможность заставить его работать с большей скоростью, изменив частоту FSB. Эта операция называется разгоном и будет подробно рассмотрена в гл. 17.
Количество ядер. Поскольку тактовые частоты современных процессоров приблизились к физическому пределу, для повышения их производительности применяется объединение нескольких процессорных ядер в одном корпусе. На момент написания книги процессоры с одним ядром (одноядерные) устанавливались только в самые дешевые компьютеры, в большинстве новых компьютеров использовались двуядерные процессоры, а наиболее производительные системы собирались на основе четырехъядерных процессоров.
Тип ядра и степпинг. Современные процессоры умеют выполнять за один такт сразу несколько команд, и этот показатель постоянно увеличивается. При одинаковых значениях тактовой частоты и количестве ядер процессоры с более современной архитектурой будут работать быстрее. Например, процессор Celeron 420 с тактовой частотой 1600 МГц работает приблизительно в два раза быстрее старых моделей Celeron с частотами 1700-2000 МГц.
Конструкция процессоров и технология их производства постоянно совершенствуются, и одна модель может иметь несколько версий исполнения. Для обозначения внутренней архитектуры процессора разработчики придумывают их ядрам кодовые названия. Например, процессор AMD Sempron 2500+ раньше выпускался на ядре с кодовым названием Thoroughbrcd-B и имел следующие параметры: частота FSB — 166 МГц, множитель — 10,5, реальная частота — 1750 МГц. Позже эта же модель процессора выпускалась на ядре Palermo, и его характеристики несколько изменились: частота FSB — 200 МГц, множитель — 7, реальная частота — 1400 МГц. Процессоры на более новых ядрах, как правило, обладают лучшими характеристиками, но они и более дорогие.
Одна и та же версия ядра может претерпеть несколько модификаций, связанных с небольшими усовершенствованиями и исправлением ошибок. Модификации
одного и того же ядра называют степпжгами; процессор с более высоким степ-пингом обычна работает стабильнее своих предшественников и меньше греется.
Объем кэш-памяти. Процессор работает значительно быстрее, чем оперативная память, и при обращении к ней ему приходится некоторое время ожидать результата. Чтобы уменьшить время ожидания, непосредственно на кристалле процессора устанавливается небольшой объем очень быстрой памяти, называемой кэш-памятью. Она содержит данные, наиболее часто используемые процессором, и обычно работает на его тактовой частоте. Специальные алгоритмы для кэш-памяти позволяют своевременно подгружать нужные процессору данные из оперативной памяти, что увеличивает производительность системы.
Современные процессоры имеют двухуровневую организацию интегрированной кэш-памяти. У кэш-памяти первого уровня (L1) наивысшая скорость и небольшой объем (обычно 16-64 Кбайт). Кэш-память второго уровня (L2) обладает несколько меньшим быстродействием, а ее объем может составлять от 128 Кбайт до нескольких мегабайт в зависимости от модели процессора. В некоторых процессорах также встречается кэш-память третьего уровня (L3) объемом от 1 Мбайт.
Название и номер модели (рейтинг). При маркировке современных процессоров обычно указывают название модели, по которому можно определить принадлежность процессора к определенному семейству, количество ядер и числовой рейтинг производительности, который позволяет сравнить скорость работы процессоров. Например, маркировка AMD Athlon 64 Х2 4800 обозначает процессор фирмы AMD семейства Athlon 64, который является дву-ядерным (Х2) и имеет рейтинг производительности 4800. При маркировке процессоров могут указываться и дополнительные параметры, например тип разъема для установки, частота FSB, объем кэш-памяти L2 и др.
Тип разъема, или форм-фактор. Каждая модель процессора устанавливается в разъем соответствующего типа и с соответствующим количеством контактов. Приведу перечень наиболее популярных процессорных разъемов последнего десятилетия:
• Socket 370 — для Pentium II/III, Celeron;
• Socket 478 — для Pentium 4, Celeron;
• LGA 775 — для всех процессоров семейства Intel Core 2, а также Pentium 4/ D/E, Celeron D;
• Socket A (462) — для Athlon XP, Duron и некоторых моделей Sempron;
• Socket 754 — для»5етргоп, Athlon 64;
• Socket 939 — для Athlon 64/FX/X2;
• Socket 940 — для Athlon FX;
• Socket AM2 — для новых моделей Athlon 64/FX/X2, Sempron и процессоров Phenom.
Цифра в названии разъема обозначает количество контактов. Установить процессор в непредназначенный для него разъем нельзя, даже если различие всего в один контакт.
Напряжение питания ядра. Ядро современного процессора питается довольно низким напряжением, порядка 1,2-1,7 В. Для каждой модели есть свое паспортное значение этого напряжения, которое обычно задается автоматически. Ручная регулировка иногда используется при разгоне, но это может привести к перегреву процессора и выходу его из строя.
Тепловыделение. Поскольку процессоры работают на очень высоких частотах, они могут обладать большим тепловыделением, достигающим до 100 Вт и более. Для обозначения потребляемой процессором мощности используется параметр TDP (Thermal Design Power). Производители процессоров используют различные технологии снижения энергопотребления. В наиболее экономичных моделях удается снизить тепловыделение до 20-30 Вт, что особенно важно для ноутбуков.
Эксплуатация процессора невозможна без системы охлаждения, в качестве которой используются массивные радиаторы с установленными на них вентиляторами.
Для современных процессоров характерен набор дополнительных функций и технологий, расширяющих их возможности.
Процессоры AMD в зависимости от модели могут поддерживать различные технологии.
3DNowl, SSE, SSE2, SSE3. Наборы дополнительных инструкций для процессора, ускоряющих работу с мультимедиа и большими объемами данных.
Cool’n’Quiet. Технология энергосбережения, требующая поддержки со стороны операционной системы (не ниже Windows ХР SP2), которая «заставляет* процессор снизить тактовую частоту, если его нагрузка невелика.
NX-bit (No Execute). Технология защиты компьютера от вирусов, запрещающая запуск кода из области данных. Поддерживается операционной системой не ниже Windows ХР SP2.
AMD64. Технология, позволяющая выполнять 64-битныс инструкции, то есть устанавливать 64-разрядные операционные системы.
AMD virtualization (AMD-V). Аппаратная поддержка одновременной работы нескольких виртуальных машин на одном компьютере. Для реализации этой
технологии понадобится специальная программа — менеджер виртуальных машин, которая будет распределять ресурсы компьютера между несколькими операционными системами. Наличие этой технологии совсем необязательно для установки и запуска виртуальных машин, однако она повышает эффективность работы с ними.
У процессоров Intel дополнительные функции и технологии похожи.
ММХ, SSE, SSE2, SSE3. Наборы инструкций для процессора, ускоряющих работу с мультимедиа и большими объемами данных.
Технология НТ (Hyper-Threading Technology).Технология, позволяющая выполнять несколько потоков команд одновременно, использовалась только в некоторых процессорах семейства Pentium IV.
ТМ1 (Thermal Monitor 1) и ТМ2 (Thermal Monitor 2). Технология защиты процессора от перегрева. В режиме ТМ1 процессор пропускает несколько рабочих тактов при достижении критической температуры, а в режиме ТМ2 снижается его тактовая частота.
Enhanced Halt State. Режим пониженного энергопотребления, активирующийся при поступлении на процессор команды Halt, то есть если нет полезных задач.
EIST (Enhanced Intel SpeedStep Technology).Технология энергосбережения, аналогичная CooPn’Quiet, динамически изменяющая с помощью операционной системы тактовую частоту процессора.
XD (Execute Disable Bit). Технология, запрещающая запуск кода из области данных, аналогичная NX-bit.
ЕМТ64. Технология, аналогичная AMD64, позволяющая выполнять 64-битные инструкции.
Intel Trusted Execution. Новая технология защиты от вредоносных программ на аппаратном уровне, которую поддерживают новые модели процессоров семейства Core 2. Для ее реализации требуется поддержка со стороны процессора, чипсета (наличие доверенного платформенного модуля ТРМ) и операционной системы.
VT (Virtualization Technology). Аппаратная поддержка одновременной работы нескольких виртуальных машин на одном компьютере, аналогичная AMD-V.
