Схемотехника / Опорні конспекти / Модуль 2 / 2.6-к Основні параметри та хар-ки МП
.pdfТема 2.6: Основні параметри та характеристики мікропроцесора.
Мета: Ознайомити з основними параметрами роботи та характеристиками процесора.
Перелік питань для вивчення.
1.Основні категорії процесорів.
2.Основні параметри та характеристики процесорів:
1)робоча напруга процесора;
2)робоча тактова частота;
3)розрядність процесора;
4)кількість ядер;
5)частота шини та коефіцієнт внутрішнього множення;
6)розмір кеш-пам'яті;
7)форм-фактор процесора.
1. Основні категорії процесорів.
Оскільки процесор є основним пристроєм ЕОМ, то його характеристики в цілому визначають ефективність використання та призначення даного комп’ютера.
Чому вибір моделі процесора для виконання конкретних задач є відповідальною та непростою справою?
По-перше, є різні виробники процесорів.
По-друге, кожен виробник має свої сімейства та покоління процесорів. По-третє, серед кожного покоління є ціла низка моделей процесорів.
Серед такого розмаїття нелегко вибрати потрібний процесор за принципом «якість-ціна». Для полегшеннявибору виробники та продавці виділяютьтри основні категорії процесорів:
1)«офісна категорія» (низька ціна). Ці процесори призначені для роботи з програма-
ми загального призначення;
2)«домашня категорія» (середня ціна). Це універсальні процесори для виконання різноманітних задач на домашніх комп'ютерах;
3)«мультимедійна або ігрова категорія» (висока ціна). Високопродуктивні проце-
сори для опрацювання відео, тривимірної графіки та комп'ютерних ігор.
Дана класифікація є досить умовною.
Наприклад, існують мобільні процесори для ноутбуків та серверні процесори спеціального призначення.
Звичайно, ефективність та продуктивність роботи процесора визначається насамперед не його категорією та ціною, а параметрами та технічними характеристиками.
2. Основні параметри та характеристики процесорів.
1) Робоча напруга процесора.
Робочу напругу процесора забезпечує материнська плата. З розвитком процесорної техніки відбувалося поступове зниження робочої напруги. Перші моделі процесорів сімейства х86 мали робочу напругу 5В. В даний час вона складає менше 2В. Зниження робочої напруги зменшує ри-
зик електричного пробою та тепловиділення в процесорі.
2) Робоча тактова частота.
Тактова частота – це кількість елементарних операцій (тактів), які процесор може вико-
нати за одну секунду.
На кожну команду процесор витрачає деяку кількість тактів. Чим вища тактова частота процесора, тим продуктивніше він працює.
Тактові частоти сучасних процесорів лежать в діапазоні від 1,5 ГГц до 3 ГГц і вище.
Згідно «закону Гордона Мура», засновника компанії Intel, кожні півтора року частота процесорів повинна збільшуватися вдвічі разом з числом транзисторів на кристалі. Але, останнім часом стало зрозуміло, що, відповіднодо законів фізики, ці параметри не можуть зростати безкінечно.
Але, тактова частота - не єдиний показник продуктивності процесора. Справа в тому, що різні процесори виконують одну й ту ж саму команду за неоднакову кількість тактів. Якщо перші
процесори виконували одну команду за 12 тактів, то сучасні процесори виконують одну і навіть
декілька команд за один такт.
Тому не можна порівнювати ефективністьроботи процесорівтільки за тактовою частотою.
Середня кількість команд, яка виконується за один такт роботи процесора, називається
продуктивністю.
Порівнювати реальну продуктивність різних процесорів дуже непросто, таке порівняння залежить від виду завдань, які вони виконують.
3) Розрядність процесора.
Розрядність процесора показує, скільки біт інформації він може прийняти та опрацювати
в своїх регістрах за один такт.
Всі сучасні процесори є 64-розрядними.
Розрядність процесора - складний параметр. Розглянемо його більш детально.
Є процесори, розрядність шини даних яких дорівнює 64 біт, а розрядність регістрів - 32
біт. Вони не являються 64-розрядними.
Процесор є повноцінним 64-розрядним, якщо він має 64-розрядну шину даних та 64-розрядні внутрішні регістри.
Розрядність шини даних.
Розрядність шини даних визначає здатність процесора обмінюватися інформацією.
Чим більше сигналів одночасно поступає на шину даних, тим швидше вона працює.
Розрядність шини даних подібна до кількості смуг руху на швидкісній автомагістралі. Точно так, як збільшення кількості смуг дозволяє збільшити потік машин по трасі, збільшення розрядності шини даних дозволяє підвищити її пропускну здатність.
Сучасні процесори мають 64-розрядні шини даних. Це означає, що вони можуть передавати
або отримувати з оперативної пам'яті одночасно 64 біт даних.
Розрядність шини адрес.
Розрядністьшиниадресвизначаєоб'ємоперативноїпам'яті, зякимможепрацюватипроцесор.
Шина адрес - це набір провідників, по яких передаються адреси комірок оперативної пам'я-
ті, з якими процесор обмінюється інформацією. По кожному провідникові передається один біт адреси. Чим більше провідників (розрядів) має шина адрес, тим більший максимальний об'єм оперативної пам'яті, з яким може працювати процесор.
Шину адрес можна порівняти з нумерацією будинків.
Кількість провідників шини адрес еквівалентна кількості цифр в номері будинку. Наприклад, якщо будинки мають двозначні десяткові номери, то кількість адрес не може
бути більше 100 (00 - 99, 102 = 100).
При тризначних десяткових номерах кількість адрес зростає до 1000 (000 – 999, 103 = 1000).
Комп'ютери працюють з двійковими числами, а мінімальний об'єм комірки оперативної пам'яті дорівнює 1 байт. Тому при 2-розрядній адресній шині кількість адрес комірок пам'яті, з якими працює процесор, не перевищує чотирьох (00, 01, 10, 11).
Тобто, максимальний об’єм оперативної пам’яті, яку підтримує 2-розрядна адресна шина, до-
рівнює 4 байт= 22 байт, 3-розрядна- 23 байт= 8 байт.
Більшість сучасних процесорів мають 40-розрядні шини адрес, які дозволяють підтриму-
вати оперативну пам’ять об’ємом 240 байт = 1 099 511 627 776 байт ≈ 1 Тб.
Шини даних і шини адрес незалежні, тому розробники вибирають їх розрядність на свій розсуд, але, чим вища розрядність шини даних, тим вища розрядність шини адрес.
Розрядність внутрішніх регістрів.
Розрядність внутрішніх регістрів визначає кількість інформації, яку процесор опрацьовує за одну команду.
Розрядність регістрів визначає також характеристики команд, які виконує процесор.
Наприклад, процесори з 64-розрядними регістрами можуть виконувати 64-розрядні команди, а процесори з 32-розрядними регістрами - не можуть. У всіх сучасних процесорів внутрішні регістри є 64-розрядними.
4) Кількість ядер.
Коли тактову частоту процесора та кількість транзисторів на кристалі виявилося збільшувати все важче, розробники створили нову технологію виготовлення процесорів. Дана техноло-
гія дозволяє розміщувати декілька процесорних ядер на одному кристалі. З фізичної точки зору, багатоядерний процесор – це декілька однакових за структурою процесорів, об’єднаних в одну мікросхему.
Використання багатоядерних процесорів значно підвищує продуктивність роботи персональних комп’ютерів в багатозадачних середовищах.
Сервери достатньо давно оснащуються декількома процесорами для підвищення ефективності роботи. Проте висока вартість таких технологій не дозволяла раніше застосовувати їх в на-
стільних ПК.
Багатоядерні процесори дозволяють використовувати всі переваги багатопроцесорної об-
робки даних, а їх вартість значно нижча вартості декількох процесорів.
Кількість ядер сучасних процесорів досягає від 2 до 8.
5) Частота шини та коефіцієнт внутрішнього множення.
Сучасні процесори працюють з частотами 2 - 4 ГГц.
Частота системної шини задається кварцовим тактовим генератором, який знаходиться на материнській платі. Реальна робоча частота тактового генератора становить 200 – 400 МГц.
Яким же чином узгоджуються частоти процесора та системної шини?
Принцип узгодження частот полягає в тому, що процесор штучно збільшує частоту систем-
ної шини, отримуючи від неї інформаціюв декілька потоків.
Процесор ніби множить частоту системної шини на деякий множник, отримуючи таким чином результуючу частоту своєї роботи.
Даний процес називається внутрішнім множенням частоти, а сам множник – коефіцієн-
том внутрішнього множення.
В сучасних процесорах коефіцієнт внутрішнього множення досягає 10 - 20 і вище. Формулу для обчислення частоти процесора можна записати наступним чином:
Частота процесора = частота системної шини х коефіцієнт внутрішнього множення
Приклад 1. Проведемо обчислення частот різних процесорів для материнської плати з частотою системної шини 200 МГц:
2 000 МГц = 200 МГц х 10
2 800 МГц = 200 МГц х 14
Таким чином, на одну й ту ж саму материнську плату з частотою системної шини 200 МГц можна встановити різні процесори з частотами 2000 МГц та 2800 МГц за рахунок того, що ці процесори мають різні коефіцієнти внутрішнього множення.
Приклад 2. Який комп’ютер продуктивніший?
1)2 000 МГц = 100 МГц х 20
2)2 000 МГц = 200 МГц х 10
Іншими словами, чи впливає частота системної шини на продуктивність роботи комп’ютера при незмінній частоті процесора?
Зрозуміло, що комп’ютер з системною шиною частотою 200 МГц за однакових умов працюватиме швидше за комп’ютер з частотою системної шини 100 МГц.
Тобто, продуктивність комп’ютера залежить не тільки від тактової частоти процесора, але й від частоти системної шини, на якій також працює і оперативна пам'ять.
6) Об’єм кеш-пам'яті.
Чим більший об’єм кеш-пам'яті процесора, тим вища його швидкість обміну даними з опе-
ративною пам’яттю, вища швидкість опрацювання даних та більша продуктивність роботи.
Об’єм кеш-пам'яті першого рівня в сучасних багатоядерних процесорах дорівнює 128 кбайт на кожне ядро, другого - 8 Мбайт на кожне ядро.
Об’єм загальної кеш-пам'яті третього рівня досягає 8 Мбайт.
7) Форм-фактор процесора.
Форм-фактор – це тип корпусу, в якому розміщений процесор.
Насамперед, форм-фактор визначається типом процесорного гнізда (сокета) на материн-
ській платі. Наприклад, процесор нового типу неможливо встановити на стару материнську плату.
Сучасні форм-фактори процесорів Intel: LGA1155, LGA1150, LGA1366, LGA2011. Сучасні форм-фактори процесорів AMD: AM3+, FM1, FM2, FM2+
Контрольні запитання.
1.Назвіть три основні категорії процесорів.
2.Яка робоча напруга сучасних процесорів?
3.Дайте визначення тактової частоти процесора.
4.Дайте визначення продуктивності процесора.
5.Що показує розрядність процесора?
6.Яка розрядність шини даних сучасних процесорів?
7.Який об’єм інформації можуть одночасно отримувати з оперативної пам'яті процесори з 64розрядною шиною даних?
8.Яка розрядність шини адрес сучасних процесорів?
9.Який об’єм оперативної пам'яті можуть адресувати процесори з 40-розрядною шиною адрес?
10.Від чого залежить кількість інформації, яку процесор опрацьовує за одну операцію?
11.Що являє собою багатоядерний процесор з фізичної точки зору?
12.В яких випадках багатоядерний процесор забезпечує високу продуктивність роботи ПК?
13.З якими частотами працюють сучасні процесори?
14.З якими частотами працюють сучасні системні шини?
15.В чому полягає принцип узгодження частот процесора та системної шини?
16.Яке число називається коефіцієнтом внутрішнього множення?
17.Чому дорівнює коефіцієнт внутрішнього множення в сучасних процесорах?
18.Яким чином залежить продуктивність комп'ютера від частоти системної шини при однаковій частоті процесора?
19.Яке значення кеш-пам'яті першого рівня мають сучасні процесори?
20.Яке значення кеш-пам'яті другого рівня мають сучасні процесори?
21.Яке значення кеш-пам'яті третього рівня мають сучасні процесори?
22.Чим, у першу чергу, визначається форм-фактор процесора?
23.Назвіть сучасні форм-фактори процесорів Intel.
24.Назвіть сучасні форм-фактори процесорів AMD.
Література.
1.Інформатика: 9 кл.: підруч. для загальноосвіт. навч. закл. / Й.Я. Ривкінд, Т.І. Лисенко, Л.А.
Чернікова, В.В. Шакотько; за заг. ред. М.З. Згуровського.– К.: Генеза, 2009. – 296 с.
2.Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2007. - М.: ОЛМА Медиа Групп, 2007. - 896 с.: ил. – (Новейшая энциклопедия).
3.Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С. В. Симоновича. - СПб.: Питер, 2005. - 640 с: ил.
4.Мюллер Скотт. Модернизация и ремонт ПК, 17-е издание.: Пер. с англ. - М.: ООО “И.Д.
Вильямс”, 2007. — 1360 с. (+147 c. на СD) : ил. - Парал. тит. англ.