27. Які основні характеристики центрального процесора?

Производительность процессора определяется следующими основными характеристиками:

• степенью интеграции или непосредственно связанной с ней технологией производства;

• внутренней и внешней разрядностью обрабатываемых данных;

• частота тактового генератора для процессора;

• объемом памяти, к которой может адресоваться процессор;

• объемом кэш-памяти;

• набором команд.

Степень интеграции любой микросхемы, в том числе и процессора, показывает, сколько транзисторов умещается в ней (для процессоров Intel эта характеристика изменилась от десятков тысяч до десятков миллионов транзисторов). Технология изготовления для тех же процессоров изменилась с 3,0 мкм до 0,13 мкм.

Одной из основных характеристик процессора является количество бит, ко­торое он может обрабатывать одновременно – внутренней разрядностью. Самые быстродействующие процессоры, например, процессор Alpha фирмы Compaq имеет внутреннюю разрядность 64 бита, а у процессоров Pentium фирмы Intel внутренняя разрядность – 32 бита и в новых процессорах также планируется разрядность 64 бита (а в перспективе – 128 бит). Внешняя разрядность для процессора определяется разрядностью системной шины, которая как указывалось выше, у современных компьютеров равна 64 битам.

Важнейшими характеристиками процессора, являются частота тактового генератора и зависящий от нее такт работы процессора, называемый также машинным тактом. В течение машинного такта выполняется одна или несколько микроопераций процессора. Чем короче машинный такт, тем выше производительность процессора, выражаемая количеством выполняемых команд (операций) в единицу времени. Производительность процессоров современных компьютеров достигает от нескольких миллионов до нескольких миллиардов операций в секунду, при этом величина машинного такта составляет 10-100 наносекунд, а частота тактового генератора превысила 1 ГГц.

Объем памяти, к которой может адресоваться процессор, определяется шириной адресной шины. У процессоров первых IBM-совместимых компьютеров ширина адресной шины составляла 20 бит и, соответственно, максимальный объем адресуемой памяти – 1 Мбайт, а у современных компьютеров – 64 Гбайта (при ширине адресной шины 36 бит).

Как правило, процессоры могут адресовать гораздо больше памяти, чем фактически установлено (и может быть установлено) на материнской плате, что связано с конструктивными и технологическими особенностями произ­водства материнских плат. Например, современные материнские пла­ты обеспечивают работу лишь 540 Мбайт оперативной памяти.

Помимо кэш-памяти первого уровня (L1), размещенной непосредственно в процессоре, многие процессоры используют также кэш-память второго уровня (L2) объемом несколько мегабайт, работающая на тактовой частоте, равной половине тактовой частоты процессора.

И, наконец, существенной характеристикой процессора является используемый набор команд. По этому признаку процессоры делятся на CISC-процессоры и RISC-процессоры (соответственно Complete Instruction Set Chip и Reduced Instruction Set Chip). При проектировании RISC-процессоров выбирается набор команд, которые используются чаще всего (для этих команд, вследствие того, что количество команд меньше, чем в CISC-процессорах, время дешифрации и выполнения будет быстрее). Первые процессоры Intel были CISC-процессорами. Однако все самые мощные современные процессоры являются RISC-процессорами, в том числе и процессоры Intel, начиная с Pentium II.

Начиная с Pentium MMX, в процессорах фирмы Intel реализована технология мультимедийного расширения – MMX (MultiMedia eXtension). Эта технология включают в себя новые команды, предназначенные для обработки звуковых и видеосигналов. Эти команды функционирую использоваться в режиме «одна команда, много данных» – SIMD (Single Instruction, Many Data), когда одной командой одновременно обрабатывается несколько элементов данных, что характерно для обработки мультимедийных данных. Использование MMX позволяет перенести основную нагрузку по обработке изображения и звука на центральный процессор, оставив видеоадаптерам и звуковым картам только преобразование аналоговых сигналов в цифровые и обратное преобразование.

Центральный процессор подключается к системной шине и схеме электропитания материнской платы. Первые процессоры фирмы Intel подключались к материнской плате непосредственно с помощью многоштырьковых разъемов. Так, разъем для процессора Pentium, называемый Socket7, имел 321 вывод. Начиная с модели Pentium II, процессоры конструктивно располагаются на отдельной плате в специальной коробке (картридже), снабженной специальной теплоотводной пластиной с радиатором (поскольку, с увеличением степени миниатюризации элементов процессора, резко возрастает и количество тепла, выделяемого при работе процессора). На этой же плате размещается и кэш-память второго уровня. Такое размещение удобно в многопроцессорных системах, т. к. нет необходимости в разделении кэш-памяти, расположенной на материнской плате. Материнские платы, предназначенные для установки процессоров, оборудованных кэш-памятью второго уровня, обычно не имеют внешней кэш-памяти.

Картридж, в который заключен процессор, подключается к материнской плате с помощью специальных разъемов Slot1(для однопроцессорных систем) или Slot2 (для многопроцессорных систем).