Тема 2. Процессоры
2.1. Основные характеристики центрального процессора
Устройства обработки информации, которые являются одной из составляющих частей технических средств информатизации, - это процессоры.
Процессор или микропроцессор (МП), или Central Processing Unit (CPU) – это функционально-законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.
Стержень материнской платы - это центральный процессор. Подобные процессоры находятся не только в компьютере, в принципе, процессором оборудована каждая современная стиральная машина или микроволновая печь.
Процессор регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс. Он находится в постоянном взаимодействии с другими элементами материнской платы до тех пор, пока компьютер включен.
Центральный процессор выполняет следующие функции:
- вычисление адресов команд и операндов;
- выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);
- выборку данных из ОП, регистров микропрограммной памяти (МПП) и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
- приём и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
- обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;
- выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков персонального компьютера;
- переход к следующей команде.
Центральный процессор - это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера.
В состав центрального процессора входят:
- устройство управления;
- арифметико-логическое устройство;
- основная память;
- генератор тактовой частоты.
Устройство управления (УУ) – это электронный блок компьютера, включающий в работу устройства, блоки, электронные элементы и цепи в зависимости от содержания текущей команды. Устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств процессора во время её работы.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – это устройство, которое выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.
Регистры служат промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.
Основная (внутренняя) память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ОЗУ – это быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память. В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. Это значит, что когда вы запускаете какую-либо компьютерную программу, находящуюся на диске, она копируется в оперативную память, после чего процессор начинает выполнять команды, изложенные в этой программе.
Часть ОЗУ, называемая «видеопамять», содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране. При отключении питания содержимое ОЗУ стирается. Быстродействие (скорость работы) компьютера напрямую зависит от величины его ОЗУ, которое в современных компьютерах может доходить до 4 Гбайт и больше. В первых моделях компьютеров оперативная память составляла не более 1 Мбайт.
ОЗУ - это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает (энергозависимость).
ПЗУ – это быстрая, энергонезависимая память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в неё один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере.
В ПЗУ находятся:
- тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков;
- программы для управления основными периферийными устройствами -дисководом, монитором, клавиатурой;
- информация о том, где на диске расположена операционная система.
Основная память состоит из регистров.
Регистр - это устройство для временного запоминания информации в оцифрованной (двоичной) форме.
Запоминающим элементом в регистре является триггер - устройство, которое может находиться в одном из двух состояний, одно из которых соответствует запоминанию двоичного нуля, другое - запоминанию двоичной единицы. Триггер представляет собой крошечный конденсатор-батарейку, которую можно заряжать множество раз. Если такой конденсатор заряжен, то он как бы запомнил значение «1», если заряд отсутствует, тогда он запомнил значение «0». Регистр содержит несколько связанных друг с другом триггеров. Число триггеров в регистре называется разрядностью компьютера. Производительность компьютера напрямую связана с разрядностью, которая бывает равной 8, 16, 32 и 64.
Количество разрядов в регистре определяется разрядностью микропроцессора.
Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные.
Регистры общего назначения - это регистры, которые образуют сверхоперативную память и служат для хранения операндов участвующих в вычислениях, а также результатов вычислений.
Операнд - это исходные данные, над которыми производятся различные действия в арифметическом устройстве.
Регистр команд - это регистр, который служит для хранения команды, выполняемой в текущий момент времени.
Счётчик команд – это регистр, указывающий адрес ячейки памяти, где хранится следующая команда.
Кэш-память – это предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память с быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы. С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.
Для пользователей микропроцессор интересен прежде всего своей системой команд и скоростью их выполнения. Система команд микропроцессора представляет собой набор отдельных операций, которые может выполнить процессор данного типа.
Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.
Микроархитектура процессора
Прежде чем приступить к рассмотрению архитектур реальных процессоров, необходимо напомнить основные принципы работы процессоров на основе конструктивной схемы простейшего процессора (рисунок 2.1).
В основе архитектуры любого процессора есть несколько конструктивных элементов:
- кэш команд и данных;
- предпроцессор (Front End);
- постпроцессор, называемый также блоком исполнения команд (Execution Engine).
Рис. 2.1. Структурная схема конвейерной обработки «классического» процессора.
Процесс обработки данных состоит из нескольких характерных этапов.
Этап первый. Инструкции и данные забираются из кэша L1 (который разделён на кэш данных и кэш инструкций). Эта процедура называется выборкой.
Этап второй. После этого выбранные из кэша инструкции декодируются в понятные для данного процессора примитивы (машинные команды). Данная процедура называется декодированием.
Этап третий. Далее декодированные команды поступают на исполнительные блоки процессора, выполняются, а результат записывается в оперативную память.
Процессы выборки инструкций из кэша, их декодирование и продвижение к исполнительным блокам осуществляются в предпроцессоре, а процесс выполнения декодированных команд - в постпроцессоре. Таким образом, даже в самом простейшем случае команда проходит как минимум четыре стадии обработки.
Конвейер обработки команд – это стадии обработки команды. В нашем случае конвейер является четырёхступенчатым.
Важно, что каждую из этих ступеней команда должна проходить ровно за один такт. Соответственно для четырёхступенчатого конвейера на выполнение одной команды отводится ровно четыре такта.
Конечно, рассмотренный нами процессор является в определённой мере гипотетическим. В реальных процессорах конвейер обработки команд может быть более сложным и включать большее количество ступеней. Однако сама идеология построения процессора остается неизменной.
Причина увеличения длины конвейера заключается в том, что многие команды являются довольно сложными и не могут быть выполнены за один такт процессора, особенно при высоких тактовых частотах. Поэтому каждая из четырёх стадий обработки команд (выборка, декодирование, выполнение, запись) может состоять из нескольких ступеней конвейера. Собственно, длина конвейера является одной из наиболее значимых характеристик любого процессора.
Всякий процессор, в конечном счёте, должен быть сконструирован таким образом, чтобы за минимальное время выполнять максимальное количество инструкций. Именно количество выполняемых за единицу времени инструкций и определяет производительность процессора.
Существует два принципиально различных подхода к повышению производительности процессора (не считая, конечно, увеличения тактовой частоты).
Суть первого заключается в том, чтобы за счёт уменьшения длины конвейера увеличивать количество исполнительных блоков. Таким образом, по существу, реализуется множество параллельных коротких конвейеров. При этом постпроцессор работает по классической схеме: осуществляет выборку команд, их декодирование и посылку на множество исполнительных блоков.
Такой подход позволяет в полной мере реализовать параллелизм на уровне инструкций (Instruction-Level Parallelism, ILP), когда несколько инструкций выполняются одновременно в различных исполнительных блоках процессора. Важно, что количество ступеней конвейера внутри постпроцессора (исполнительного блока) здесь невелико, поэтому инструкции выполняются за небольшое количество циклов.
Для того, чтобы реализовать параллелизм на уровне инструкций, необходимо, чтобы поступающие на исполнительные блоки команды можно было выполнять параллельно. Однако если, к примеру, для выполнения следующей по порядку инструкции требуется знать результат выполнения предыдущей инструкции (взаимозависимые инструкции), то в этом случае параллельное выполнение невозможно. Поэтому, препроцессор прежде всего проверяет взаимозависимость команд и переупорядочивает их не в порядке поступления (out of order), а так, чтобы их можно было выполнять параллельно. На последних ступенях конвейера инструкции выстраиваются в исходном порядке.
Короткий конвейер, как, впрочем, и длинный, имеет свои сильные и слабые стороны. Чем больше количество ступеней, на которые разбит конвейер, тем меньшее количество работы выполняется на каждой ступени и, следовательно, тем меньше времени требуется для прохождения командой данной ступени. С учётом того, что каждая ступень выполняется за один процессорный такт, длинные конвейеры позволяют повышать тактовые частоты процессора, что невозможно в случае коротких конвейеров.
При коротком конвейере на каждой ступени процессор способен выполнять большее количество работы, однако на прохождение инструкции через каждую ступень конвейера здесь требуется больше времени, что ограничивает повышение тактовой частоты процессора. В этом случае увеличение числа команд, выполняемых за единицу времени, достигается за счёт распараллеливания инструкций и наращивания исполнительных блоков процессора.
Производительность центрального процессора характеризуется следующими основными параметрами:
- степень интеграции (показывает количество транзисторов на единицу площади);
- внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных (количество одновременно обрабатываемых бит);
- тактовая частота (частота, с которой процессор выполняет определенные операции) (периодический сигнал, используемый для временного согласования всех синхронных операций в устройствах вычислительной машины).
Основные характеристики центрального процессора:
- тактовая частота (МГц, ГГц);
- частота системной шины;
- объём второго уровня кэш-памяти;
- разрядность шины;
- конструктивное исполнение (Socket 775, Slot A, Socket 938, Socket АМ2, Socket АМ2+);
- технологический процесс производства.
Тактовая частота процессора - это минимальный квант времени, за который процессор выполняет некоторую условную элементарную операцию. Тактовые частоты измеряются в мегагерцах и определяют количественные характеристики производительности компьютерных систем в целом. Чем больше (выше) тактовая частота, тем быстрее работает центральный процессор.
Процессоры оснащаются внутренними схемами умножения базовой тактовой частоты материнской платы и умножают исходную тактовую частоту в несколько раз.
Однако все остальные устройства работают на базовой тактовой частоте. Тактирующий генератор расположен на материнской плате, а тактовая частота центрального процессора определяет его максимальные возможности работать на соответствующей частоте.
Таким образом, тактовая частота процессора - это ещё не всё.
Существует тактовая частота системной шины, которая отвечает за передачу информации от одного устройства к другому. Естественно, что чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет передаваться информация между устройствами. К устройствам также относится и процессор.
Тактовая частота работы процессора и работа системной шины обычно задаётся внешними синхросигналами. Устаревшими считаются частоты системной шины 100/ 300/ 540 МГц. Для современных процессоров стандартными являются частоты системной шины FSB 800/ 1066/ 1333/ 2000/ 3600МГц, HT 2000/ 3600/ 4000 МГц, а собственная частота 2500, 2600, 3000, 3200 ГГц.
Выполнение простейших команд (например, сложение двух операндов из регистров или пересылка операндов в регистрах МП) требует минимально двух периодов тактовых импульсов (для выборки команды и её выполнения). Более сложные команды требуют для выполнения до 10 - 20 периодов тактовых импульсов. Если операнды находятся не в регистрах, а в памяти, дополнительное время расходуется на выборки операндов в регистры и запись результата в память.
Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, поскольку каждая команда выполняется за определённое количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП.
Объём кэш-памяти
Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:
Кэш-память L1 - память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введён в МП i486 и у МП i386SLC);
Кэш-память L2 - память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введён в МП Pentium II). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.
Состав инструкций - перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIW и т. д.).
Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми применимы эти процедуры.
Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились во многих МП, начиная с 286. Но существенное изменение состава инструкций произошло в МП i386 - этот состав далее принят за базовый.
Скорость работы МП определяется не только тактовой частотой, но и набором его команд, их гибкостью, развитой системой прерываний.
В соответствии с законом Мура (сформулированным в 1965 году Гордоном Муром, одним из создателей Intel), CPU удваивает свою мощность и возможности каждые 18 месяцев. Этот закон действует на протяжении уже почти сорока лет.
Однако законы физики ограничивают разработчиков в непосредственном увеличении частоты, и хотя частоты растут каждый год, это не может дать того прироста производительности, что мы используем сегодня. Вот почему инженеры постоянно ищут способ заставить процессор выполнять больше работы за каждый тик. Развитие состоит в расширении шины данных и регистров. Даже 4-битные процессоры способны складывать 32-битные числа, правда, выполнив массу инструкций, а 32-битные процессоры решают эту задачу в одну инструкцию. Большинство сегодняшних процессоров имеют 64-разрядную архитектуру.
Разрядность шины данных микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции, разрядность шины адреса МП определяет его адресное пространство.
Адресное пространство - это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором. Адресное пространство памяти определяется разрядностью адресных регистров и адресной шины МП.
В 8-разрядных МП адресные регистры обычно составлялись из двух 8-разрядных регистров, образуя 16-разрядную шину, адресующую 68 КБ памяти.
В 32-разрядных МП используются 24- и 32-разрядные адресные регистры, адресующие от 16 МБ до 4 ГБ памяти. В 64-разрядных МП используются 32- и 64-разрядные адресные регистры, адресующие до 10 ГБ памяти.
Конструктивное исполнение подразумевает те физические разъёмные соединения, в которые устанавливается МП, и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разные разъёмы имеют разную конструкцию (Slot - щелевой разъём, Socket - разъём-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются различные сигналы и рабочие напряжения.
Современные процессоры отличаются большим разнообразием конструктивов (конструктивным исполнением).
Типы корпусов процессоров:
- корпус PGA;
- корпус FC-PGA;
- корпус FC-PGA2;
- корпус FC-LGA4;
- корпус OLGA;
- корпус PPGA;
- корпус S.E.C.C.;
- корпуса S.E.C.C.2.
Корпус PGA (Pin Grid Array) - это корпус для процессоров, которые имеют штырьковые контакты, вставляемые в разъём. Для улучшения теплопроводности корпус PGA содержит медный стержень с никелевым покрытием в верхней части процессора. Контакты в нижней части микросхемы расположены в шахматном порядке. Кроме того, контакты расположены таким образом, что процессор можно вставить в разъем единственным способом. Корпус PGA используется с процессором Intel Xeon, имеющим 603-контактный разъём.
В современных процессорах контакты расположены в шахматном порядке. В зависимости от материала корпуса выделяют три варианта исполнения:
- PPGA (Plastic PGA), имеет пластиковый корпус;
- CPGA (Ceramic PGA), имеет керамический корпус;
- OPGA (Organic PGA), имеет корпус из органического материала.
Существуют следующие модификации корпуса PGA:
- корпус FCPGA (Flip-Chip PGA) - в данном корпусе открытый кристалл процессора расположен на верхней части корпуса.
- FCPGA2 (Flip-Chip PGA 2) это корпус отличается от FCPGA наличием теплораспределителя, закрывающего кристалл процессора.
- μFCPGA (Micro Flip-Chip PGA) – это компактный вариант корпуса FCPGA.
- μPGA (Micro PGA) – это компактный вариант корпуса FCPGA2.
Некоторые процессоры, выполненные в корпусе PGA:
- 80386DX - 132-контактный CPGA.
- 80486DX, 80486SX - 168-контактный CPGA.
- Pentium - 296-контактный CPGA, 321-контактный CPGA или PPGA.
- Pentium Pro- 387-контактный SPGA.
- Pentium MMX, 6x86 - 321-контактный CPGA или PPGA.
- Celeron - 370-контактный PPGA, FCPGA или FCPGA2, 423-контактный FCPGA2, 478-контактный μPGA.
- Pentium III - 370-контактный PPGA, FCPGA или FCPGA2.
- Pentium 4 - 423-контактный FCPGA2, 478-контактный μPGA.
- Athlon - 462-контактный керамический или органический FCPGA.
- Duron - 462-контактный керамический или органический FCPGA.
- Sempron - 462-контактный FCPGA, 754-контактный FCPGA2, 939-контактный FCPGA2, 940-контактный FCPGA2.
- Athlon 64 - 754-контактный FCPGA2, 939-контактный FCPGA2, 940-контактный FCPGA2.
- Opteron - 940-контактный FCPGA2, 1207-контактный FCPGA2
BGA (Ball Grid Array) - представляет собой корпус PGA, в котором штырьковые контакты заменены на шарики припоя. Предназначен для поверхностного монтажа. Чаще всего используется в мобильных процессорах, чипсетах и современных графических процессорах. Существуют следующие варианты корпуса BGA:
Корпус FCBGA (Flip-Chip BGA) - в данном корпусе открытый кристалл процессора расположен на верхней части корпуса, изготовленного из органического материала.
Корпуса μBGA (Micro BGA) и μFCBGA (Micro Flip-Chip BGA) - это компактные варианты корпуса.
Корпус FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array) – это корпус, в котором используются микросхемы типа «перевёрнутый кристалл» с матрицей штырьковых выводов, которые вставляются в разъём.
Микросхемы перевернуты, благодаря чему кристалл или часть процессора, составляющая компьютерную микросхему, находится в верхней части процессора и легко доступна. Благодаря доступности кристалла, устройство для рассеивания тепла можно приложить непосредственно к кристаллу и этим добиться более эффективного охлаждения микросхемы. Для повышения производительности посредством разделения в корпусе сигналов питания и заземления, процессоры FC-PGA снабжены внешними конденсаторами и резисторами в нижней части процессора, в области расположения конденсаторов (центр процессора). Контакты в нижней части микросхемы расположены в шахматном порядке. Кроме того, контакты расположены таким образом, что процессор можно вставить в разъем единственным способом.
Корпус FC-PGA2 подобен типу корпусов FC-PGA, за исключением того, что их процессоры также снабжены интегрированным теплоотводом (IHS). Интегрированный теплоотвод присоединяется непосредственно к кристаллу процессора во время производства.
Корпус FC-LGA4 используется с процессором Pentium 4 разработанным для разъёма LGA775. FC-LGA4 – это краткое обозначение Flip Chip Land Grid Array 4. FC (Flip Chip – «перевёрнутый кристалл») означает, что кристалл процессора расположен над подложкой на противоположной контактам LAND стороне.
LGA (LAND Grid Array) –это означает, что данный корпус с матрицей контактных площадок, т.е. обозначение способа соединения кристалла с подложкой, а 4 – это номер модификации корпуса.
LGA представляет собой корпус PGA, в котором штырьковые контакты заменены на контактные площадки. Может устанавливаться в специальное гнездо, имеющее пружинные контакты, либо устанавливаться на печатную плату. В зависимости от материала корпуса выделяют два варианта исполнения:
- CLGA (Ceramic LGA) - имеет керамический корпус;
- PLGA (Plastic LGA) - имеет пластиковый корпус;
- OLGA (Organic LGA) - имеет корпус из органического материала.
Существует компактный вариант корпуса OLGA с теплораспределителем, имеющий обозначение FCLGA4.
Некоторые процессоры, выполненные в корпусе FCLGA4:
- Ultra SPARC II - 787-контактный CLGA.
- Pentium II - 528-контактный PLGA (помещённый на печатную плату).
- Pentium III - 495-контактный OLGA (помещённый на печатную плату), 570-контактный OLGA (помещённый на печатную плату).
- Pentium 4, Pentium D, Core 2 Duo - 775-контактный FCLGA4/
Корпус PPGA («Plastic Pin Grid Array», т.е. пластиковая матрица штырьковых выводов – это корпус для процессоров, который имеют штырьковые контакты, вставляемые в разъём. Для улучшения теплопроводности корпус PPGA содержит медный теплорассеиватель с никелевым покрытием в верхней части процессора. Контакты в нижней части микросхемы расположены в шахматном порядке. Кроме того, контакты расположены таким образом, что процессор можно вставить в разъем единственным способом. Корпус PPGA используется с устаревшими процессорами Intel Celeron, имеющими 370-контактный разъём.
Корпуса SECC (Single Edge Contact Cartridge) - это полностью закрытый картридж с теплоотводной пластиной, обеспечивающей тепловой контакт между корпусом картриджа и процессором). Для соединения с системной платой процессор вставляется в разъём (slot). Вместо контактных разъёмов он содержит позолоченные контакты, используемые процессором для передачи и получения сигналов. Корпус SECC покрыт металлической оболочкой, которая закрывает всю верхнюю часть картриджа. Вид снизу картриджа – теплопроводящая пластина, выполняющая функции теплоотвода. Внутри корпуса SECC большинство процессоров содержит печатную плату, называемую подложкой, которая связывает между собой процессор, кэш-память второго уровня и контактный контур шины. Корпус морально устарел, использовался с процессорами Intel Pentium II с 242-контактными разъемами, а также процессорами Pentium II Xeon и Pentium III Xeon с 330-контактными разъемами.
Корпус SECC2 (Single Edge Contact Cartridge) – это картридж без теплоотводной пластины, подобен корпусу SECC, за исключением того, что SECC2 имеет меньший объём оболочки и не содержит теплопроводящую пластину. Корпус морально устарел.
Корпус MMC (Mobile Module Connector) - это картридж с открытым кристаллом процессора, предназначенный для мобильных компьютеров.
Технологический процесс производства (проектная норма процессора) определяет в первую очередь структурный размер тех элементов, из которых состоит процессор. В частности, от технологического процесса производства напрямую зависят размеры транзисторов и их характеристики (длина затвора, время переключения, энергопотребление и т.д.). В конечном счёте, технологическим процессом производства определяется общее количество транзисторов в процессоре, разгонные возможности, максимальная тактовая частота, энергопотребление и тепловыделение процессора.
В целом же производительность процессора не зависит от проектной нормы. Не так давно процессоры производились по 0,18-микронному технологическому процессу, все современные процессоры выпускаются по 90-, 60- и 45-нанаметровой технология.
В настоящее время технология производства центральных процессоров с высокой производительностью предусматривает их работу на очень высоких тактовых частотах (до 3 ГГц и больше), вследствие чего устройства необходимо принудительно охлаждать. Для принудительного охлаждения процессоров используются пассивные системы в виде радиаторов и активные системы в виде радиаторов с вентиляторами.
Рабочее напряжение также является фактором пригодности материнской платы для установки МП.
Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году фирмой Intel (США) - МП 4004. В настоящее время разными фирмами выпускается много десятков различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры фирмы Intel и Intel-подобные, выпускаемые фирмой AMD.
Большое значение в общей технологии производства компьютерных систем имеет вопрос согласования возможностей и внутренних интерфейсов центрального процессора и набора интегральных микросхем - чипсета, на базе которого построена материнская плата. Правильное их сочетание может резко повысить общую производительность, и наоборот. Поэтому рекомендуется устанавливать на материнские платы процессоры, указанные в руководстве фирмы-производителя платы.
Компьютеры, содержащие процессоры, поддерживающие систему команд Intel x86 (фирм Intel, AMD, Cyrix, Transmeta), на которых может исполняться операционная система Microsoft Windows, называются Wintel-компьютерами (от Windows и Intel).
Тип архитектуры, как правило, определяется фирмой-производителем оборудования. Все крупнейшие фирмы, производящие электронное оборудование для Wintel-совместимых компьютеров и выпускающие свои типы центральных процессоров, вносят изменения в базовую архитектуру процессоров серии Intel x86 или разрабатывают свою. С типом архитектуры тесно связан набор поддерживаемых команд или инструкций и их расширений. Эти два параметра, в основном, определяют качественный уровень возможностей персонального компьютера и в большой степени - уровень его производительности.
Все современные процессоры имеют специальные системы команд, дополняющие набор инструкций Intel x86. Они рассчитаны на обработку графической и видеоинформации. Набор ММХ (MultiMedia extension) поддерживается всеми х86-совместимыми процессорами.
Сопроцессор - это специальный арифметический процессор, который служит для выполнения арифметических операций с плавающей точкой. В отличие от центрального процессора, он не управляет системой, а ждет команду CPU на выполнение арифметических вычислений и формирование результатов. Разработчики фирмы Intel были уверены, что по сравнению с CPU, арифметический сопроцессор может уменьшить время выполнения арифметических операций, таких как умножение и возведение в степень, на 80% и более. Скорость выполнения сложения и вычитания, как правило, остается без изменения.
Сопроцессор полностью называется математическим сопроцессором или Numeric Processing Unit (NPU) или Floating Point Processing Unit (FPU).
Наличие сопроцессора на материнской плате не является обязательным, поэтому на его месте может оказаться пустой разъем для дальнейшей установки сопроцессора. Исключением являются все CPU 486DX и выше, т.к. в них сопроцессор интегрирован прямо в CPU.
В первую очередь область применения сопроцессоров - научно-технические приложения, связанные с выполнением большого количества арифметических операций. Обычно сопроцессор ускоряет работу любой программы - даже программы обработки текстов, так как работа с текстовыми блоками и модулями требует сложных вычислений. Также сопроцессор существенно ускоряет обработку графических изображений.