Что такое процессор в компьютере кратко. Из чего состоит процессор? Основные части и их функции. Для простых задач

Сейчас полно информации в интернете по теме процессоров, можно найти кучу статей о том как он работает, где в основном упоминаются регистры, такты, прерывания и прочее...Но, человеку не знакомому со всеми этими терминами и понятиями достаточно трудно вот так "с лету" вникнуть в понимание процесса, а начинать надо с малого - а именно с элементарного понимания как устроен процессор и из каких основных частей он состоит .

Итак, что же окажется внутри микропроцессора, если его разобрать:

цифрой 1 обозначается металлическая поверхность (крышка) микропроцессора, служащая для отвода тепла и защиты от механических повреждений того, что находится за этой крышкой (тоесть внутри самого процессора).

Под номером 2 - находится сам кристалл, по факту являющийся самой важной и дорогой в изготовлении частью микропроцессора. Именно благодаря этому кристаллу происходят все вычисления (а это и есть самая главная функция процессора) и чем он сложнее, чем совершенней - тем мощнее получается процессор и тем дороже соответственно. Кристалл изготавливается из кремния. На самом деле процесс изготовления очень сложный и содержит в себе десятки шагов, подробнее в этом видео:

Цифра 3 - специальная текстолитовая подложка, к которой крепятся все остальные части процессора, кроме того она играет роль контактной площадки - на ее обратной стороне есть большое количество золотистых "точек" - это контакты (на рисунке их немного видно). Благодаря контактной площадке (подложке) обеспечивается тесное взаимодействие с кристаллом, ибо напрямую хоть как нибудь воздействовать на кристалл не представляется возможным.

Крышка (1) крепится к подложке (3) с помощью клея-герметика, устойчивого к высоким температурам. Между кристаллом (2) и крышкой нет воздушного зазора, его место занимает термопаста, при застывании из нее получается "мостик" между кристаллом процессора и крышкой, благодаря чему обеспечивается очень хороший отток тепла.

Кристалл соединяется с подложкой с помощью пайки и герметика, контакты подложки соединяются с контактами кристалла. На этом рисунке наглядно показано как соединяются контакты кристалла с контактами подложки при помощи очень тонких проводков (на фото 170-кратное увеличение):

Вообще устройство процессоров разных производителей и даже моделей одного производителя может сильно разниться. Однако принципиальная схема работы остается прежней - у всех есть контактная подложка, кристалл (или несколько, расположенных в одном корпусе) и металлическая крышка для отвода тепла.

Так например выглядит контактная подложка процессора Intel Pentium 4 (процессор перевернут):

Форма контактов и структура их расположения зависит от процессора и материнской платы компьютера (сокеты должны совпадать). Например на рисунке чуть выше контакты у процессора без "штырьков", поскольку штырьки находятся прямо в сокете материнской платы.

А бывает другая ситуация, где "штырьки" контактов торчат прямо из контактной подложки. Эта особенность характерна в основном для процессоров AMD:

Как уже упоминалось выше, устройство разных моделей процессоров одного производителя может различаться, перед нами яркий тому пример - четырехъядерный процессор Intel Core 2 Quad, который по сути представляет собой 2 двухъядерных процессора линейки core 2 duo, совмещенных в одном корпусе:

Важно! Количество кристаллов внутри процессора и количество ядер процессора - не одно и то же.

В современных моделях процессоров Intel умещается сразу 2 кристалла (чипа). Второй чип - графическое ядро процессора, по-сути играет роль встроенной в процессор видеокарты, тоесть даже если в системе отсутствует , графическое ядро возьмет на себя роль видеокарты, причем довольно мощной (в некоторых моделях процессоров вычислительная мощь графических ядер позволяет играть в современные игры на средних настройках графики).

Вот и все устройство центрального микропроцессора , вкратце конечно же.

В наши дни процессоры играют особую роль только в рекламе, всеми силами стараются убедить, что именно процессор в компьютере является решающим компонентом, особенно такой производитель как Intel. Возникает вопрос: что такое современный процессор, да и вообще, что такое процессор?

Долгое время, а если быть точнее, то вплоть до 90 х годов производительность компьютера определял именно процессор. Процессор определял всё, но сегодня это не совсем так.

Не всё определяется центральным процессором, а процессоры от Intel не всегда предпочтительны чем от AMD. В последнее время заметно возросла роль других компонентов компьютера, а в домашних условиях процессоры редко становятся самым узким местом, но также, как и другие компоненты компьютера нуждаются в дополнительном рассмотрение, по тому что без него не может существовать ни одна вычислительная машина. Сами процессоры давно не удел нескольких видов компьютера , так как и разнообразие компьютеров стало больше.

Процессор (центральный процессор) - это очень сложная микросхема обрабатывающая машинный код, отвечающая за выполнение различных операций и управление компьютерной периферии .

Для краткого обозначения центрально процессора принята аббревиатура — ЦП, а также очень распространено CPU - Central Processing Unit, что переводится как центральное обрабатывающее устройство.

Использование микропроцессоров

Такое устройство как процессор интегрируется практически в любой электронной техники, что говорить о таких устройствах как телевизор и видеоплейер, даже в игрушках, а смартфоны сами по себе уже являются компьютерами, хоть и отличающимися по конструкции.

Несколько ядер центрального процессора могут совершенно разные задачи выполнять независимо друг от друга. Если компьютер выполняет только одну задачу, то и её выполнение ускоряется за счёт распараллеливания типовых операций. Производительность может приобрести довольно чёткую черту.

Коэффициент внутреннего множителя частоты

Сигналы циркулировать внутри кристалла процессора, могут на высокой частоте, хотя обращаться с внешними составляющим компьютера на одной и тоже частоте процессоры пока не могут. В связи с этим частота, на которой работает материнская плата одна, а частота работы процессора другая, более высока.

Частоту, которую процессор получает от материнской платы можно назвать опорной, он же в свою очередь производит её умножение на внутренний коэффициент, результатом чего и является внутренняя частота, называющаяся внутренним множителем.

Возможности коэффициента внутреннего множителя частоты очень часто используют оверлокеры для освобождения разгонного потенциала процессора.

Кеш-память процессора

Данные для последующей работы процессор получает из оперативной памяти , но внутри микросхем процессора сигналы обрабатываются с очень высокой частотой, а сами обращения к модулям ОЗУ проходят с частотой в разы меньше.

Высокий коэффициент внутреннего множителя частоты становится эффективнее, когда вся информация находится внутри него, в сравнение например, чем в оперативной памяти, то есть с наружи.

В процессоре немного ячеек для обработки данных, называемые регистрами, в них он обычно почти ничего не хранит, а для ускорения, как работы процессора, так и вместе с ним компьютерной системы была интегрирована технология кеширования.

Кешем можно назвать небольшой набор ячеек памяти, в свою очередь выполняющих роль буфера. Когда происходит считывание из общей памяти, копия появляется в кеш-памяти центрального процессора. Нужно это для того, чтобы при потребности в тех же данных доступ к ним был прямо под рукой, то есть в буфере, что увеличивает быстродействие.

Кеш-память в нынешних процессорах имеет пирамидальный вид:

Кеш-память 1-го уровня - самая наименьшая по объёму, но в тоже время самая быстрая по скорости, входит в состав кристалла процессора. Производится по тем же технологиям, что и регистры процессора, очень дорогая, но это стоит её скорости и надёжности. Хоть и измеряется сотнями килобайт, что очень мало, но играет огромную роль в быстродействие.
Кеш-память 2-го уровня - так же, как и 1-го уровня расположена на кристалле процессора и работает с частотой его ядра. В современных процессорах измеряется от сотен килобайт до нескольких мегабайт.
Кеш-память 3-го уровня медленнее предыдущих уровней этого вида памяти, но является быстродейственней оперативной памяти, что немаловажно, а измеряется десятками мегабайт.

Размеры кеш-память 1-го и 2-го уровней влияют как на производительность, так и на стоимость процессора. Третий уровень кеш-памяти — это своеобразный бонус в работе компьютера, но не один из производителей микропроцессоров им пренебрегать не спешит. Кеш-память 4-го уровня существует и оправдывает себя лиши в многопроцессорных системах, именно поэтому на обыкновенно компьютере его найти не удастся.

Разъём установки процессора (Soket)

Понимание того, что современные технологии не на столько продвинуты, что процессор сможет получать информацию на расстояние, не переменно он должен крепиться, крепиться к материнской плате, устанавливаться в неё и с ней взаимодействовать. Это место крепление называется Soket и подойдёт только для определённого типа или семейства процессоров, которое у разных производителей тоже различны.

Что такое процессор: архитектура и технологический процесс

Архитектура процессора - это его внутреннее устройство, различное расположение элементов так же обуславливает его характеристики. Сама архитектура присуща целому семейству процессоров, а изменения, внесённые и направленные на улучшения или исправления ошибок, имеют название степпинг.

Технологический процесс определяет размер комплектующих самого процессора и измеряется в нанометрах (нм), а меньшие размеры транзисторов определяют меньший размер самого процессора, на что и направлена разработка будущих CPU.

Энергопотребление и тепловыделение

Само энергопотребление на прямую зависит от технологии, по которым производятся процессоры. Меньшие размеры и повышенные частоты прямо пропорционально обуславливают энергопотребление и тепловыделение.

Для понижения энергопотребления и тепловыделения выступает энергосберегающаяавтоматическая система регулировки нагрузки на процессор, соответственно при отсутствии в производительности какой-либо необходимости. Высокопроизводительные компьютеры в обязательном порядке имеют хорошую системы охлаждения процессора.

Подводя итоги материала статьи - ответа на вопрос, что такое процессор:

Процессоры наших дней имеют возможность многоканальной работы с оперативной памятью, появляются новые инструкции, в свою очередь благодаря которым повышается его функциональный уровень. Возможность обработки графики самим процессором обеспечивает понижение стоимости, как на сами процессоры, так и благодаря им на офисные и домашние сборки компьютеров. Появляются виртуальные ядра для более практичного распределения производительности, развиваются технологи, а вместе с ними компьютер и такая его составляющая как центральный процессор.

Эта справочная статья нужна, чтобы читатели не запутались в бесконечных терминах и сокращениях, переполняющих любую содержательную аналитику о процессорах и их архитектурах. Писать такие статьи без спецтерминов нельзя, иначе они превратятся в иносказательную кашу, из которой можно сделать какой угодно вывод, кроме правильного. Чтобы определиться, что именно автор имеет в виду под тем или иным специфическим словом или сокращением, не напоминая об этом каждый раз, и написана энциклопедия. Она также пригодится для изучения тематических иллюстраций, в изобилии встречающихся в процессорных статьях и презентациях и в большинстве случаев написанных на английском.

Заметим, что энциклопедия не заменяет, а дополняет другие статьи общего характера (например «Современные десктопные процессоры архитектуры x86: общие принципы работы») и аналитику по частным вопросам (например «О разрядности процессоров» и «Методы увеличения вычислительной производительности»). Тут приводятся лишь краткие описания, но не по отдельным терминам, а почти по всем, которые могут встретиться - кроме очень редких и устаревших.

По историческим причинам большинство этих терминов не только родилось в английском языке, но и, по большей части, так и не приобрело устоявшегося перевода. Если он всё же есть, то указан после оригинала - иначе даётся дословный перевод (в скобках) и авторская версия. Все термины снабжены одноимёнными локальными HTML-ссылками под значком , на которые можно ссылаться с других страниц.

Некоторые сокращения имеют несколько расшифровок и потому встречаются в нескольких разделах. Сами разделы имеют не алфавитную, а ассоциативную сортировку - например стадии конвейера перечислены в таком порядке, в котором реально встречаются в процессоре. Таким образом, в отличие от отсортированных по алфавиту справочников, эти словарные статьи можно также читать подряд.

Энциклопедия постоянно уточняется и пополняется (дата последнего обновления - в конце) и на данный момент содержит 234 термина (без учёта переводов и синонимов).

Общие положения и вычислительные парадигмы

processor (обработчик), процессор - часть компьютера, обрабатывающая данные. Управляется программой или потоком - последовательностью закодированных . Физически представляет собой одну . Работает на определённой частоте, означающей количество тактов в секунду. За каждый такт процессор делает некоторую часть полезной работы. По умолчанию под процессором понимается .

coprocessor, сопроцессор - специализированный (например, вещественный или периферийный), обрабатывающий данные только какого-то одного вида, но быстрее, чем это смог бы сделать , за счёт оптимизированного устройства. Может быть как отдельной , так и частью ЦП.

core, ядро - в одноядерных ЦП: вычислительная часть процессора, остающаяся после вычета вспомогательных структур (контроллеров шин, и др.). В многоядерных ЦП: набор обрабатывающих блоков и смежных с ними кэшей, минимально необходимый для исполнения любых и имеющийся в нескольких экземплярах. Многоядерные ЦП могут иметь многоуровневое разделение ресурсов: например, ядра с отдельными кэшами могут попарно объединяться, имея в каждой паре общий кэш , а пары объединяются в процессор с общим кэшем и остальным блоками. AMD в новых использует определение ядра, исполняющего лишь (не команды) общего назанчения.

word, слово - в общем случае - последовательность информации длиной 2 N байт, где целое N>0. По содержимому может быть данными, адресом или. Иногда используется как мера разрядности (полуслово, двойное слово и т. п.) наряду с битами и байтами. В обозначает 2-байтовое данное.

instruction, инструкция, команда - элементарная часть программы процессора. Команда задаёт над данными и/или адресами. Наиболее часто используемые команды делятся на такие виды:

Отмеченные звёздочками команды являются инвариантными по данным - они реализуют своё действие одинаковым алгоритмом вне зависимости от типа . Команды, меняющие содержимое данных, являются вычислительными: чаще всего встречается и логика, затем и и, гораздо реже, - и преобразования.

operand, операнд - параметр, обозначающий данные для или место, где они находятся. В команде может быть от нуля до нескольких операндов, большинство из которых явные (т. е. указаны в команде), но некоторые (скрытые) используются по умолчанию. Число даже явных операндов не всегда совпадает с числом аргументов выполняемой операции. Виды операндов:

non-destructive, неразрушающий - формат команды, при котором её результат не обязан перезаписывать какой-либо из аргументов, иначе формат называется разрушающим. Чтобы команда была неразрушающей, приёмник должен быть отдельным от всех источников (т. е. не должно быть модификандов, кроме случаев явного указания одинаковых приёмника и источника). Например, для элементарного сложения это потребует трёх операндов - приёмника и двух источников. В случае с двумя операндами сумма перезапишет одно из слагаемых.

integer, целый, целочисленный - относящийся к целым числам. Имеют разрядность 1, 2, 4 и 8 байт. Как правило, к ним также причисляют логический тип данных, описывающий набор бит. Обработка целых проще и быстрее, чем .

float («плавающий»), FP (floating point: плавающая точка), вещественный - относящийся к вещественным числам (точнее, к их рациональному подмножеству с плавающей запятой). Имеют точности . Обработка вещественных труднее и дольше, чем .

GPR (general purpose register), РОН (регистр общего назначения) - регистр для скалярных данных или адресов, используемый для наиболее частых команд.

ISA (instruction set architecture: архитектура набора команд) - описание процессора как математической модели, каковой он представляется программисту. Состоит из описаний всех исполняемых команд, имеющихся регистров, режимов и пр. структур и состояний, доступных программисту. Основывается на одной или более . Без уточнения термин «архитектура» часто обозначает .

microarchitecture, микроархитектура - реализация в виде блок-схемы процессора, каждый блок которой выполняет обособленную роль или функцию и состоит из массивов логических вентилей («экземпляров») и связывающих их линий. Для каждой ISA, как правило, есть несколько микроархитектур, отличающихся скоростью исполнения отдельных команд и всей программы, сложностью и ценой получаемого процессора, потребляемой энергией на каждую операцию и т. п. Большинство описываемых микроархитектурой блоков и состояний «прозрачны» для программиста (т. к. не указаны в ISA) и нужны для автоматического улучшения какой-либо численной характеристики - скорости, надёжности, потребления энергии и т. д. Часто обозначается термином « ».

load/store (загрузка/сохранение - синонимы чтения и записи) - парадигма, при которой команды обработки работают только с , а загрузка констант и обмен данных между процессором и памятью производится отдельными командами и тоже через регистры. Это позволяет сильно упростить устройство и снизить себестоимость процессора, но усложняет программирование, замедляет скорость исполнения за такт и удлинняет программу. Большинство современных архитектур не используют парадигму load/store, допуская для большинства или всех команд обработку данных, находящихся и в регистрах, и в памяти, и в самой команде.

RISC (reduced instruction set computer: вычислитель с сокращённым набором команд) - парадигма архитектуры, максимально удобной для физической реализации (в противоположность ): процессор имеет небольшое число команд (как правило, до 200), большая часть которых исполняет по одному простому действию (как правило, не сложнее умножения) со значительными ограничениями по разрядности, местоположению и типу аргументов (в частности, используется парадигма ). За счёт простоты почти каждая команда исполняется за одно действие, поэтому процессору не нужен . Чаще всего команды имеют одинаковую длину (как правило, 4 байта) и кодировку .

CISC (complex instruction set computer: вычислитель со сложным набором команд) - парадигма архитектуры, максимально удобной для эффективного (по числу ) программирования (в противоположность ): процессор имеет большое число команд (сотни), исполняющих в т. ч. сложные действия с аргументами разной разрядности, местоположения и типа. Сложные команды исполняются как последовательность простых, для чего процессору нужен . Команды имеют переменную длину; по сравнению с RISC-ЦП код получается более компактным как по числу команд, так и по общей длине. За счёт разнообразия и сложности команд, меньшего числа архитектурных регистров и (часто) формата операндов программирование CISC-ЦП для компилятора сложнее, чем RISC-ЦП, но для человека-программиста это не обязательно. CISC-ЦП для достижения производительности RISC-ЦП на одинаковой частоте должен быть сложнее.

SIMD (single instruction, multiple data: одна команда - много данных), векторность - парадигма параллелизма на уровне данных: помимо скалярных, имеются векторные команды для обработки аргументов-векторов, объединяющих несколько отдельных скалярных значений. Результат векторной команды - чаще всего также вектор. Применяется во всех современных архитектурах для удобной реализации высокоскоростной обработки, когда над большим объёмом данных требуется совершить одно действие. SIMD также подразумевает наличие команд элементов вектора без изменения их содержимого.

EPIC (explicitly parallel instruction computing: вычисление с явным параллелизмом команд) - парадигма, упрощающая микроархитектуру за счёт явного указания «связок» команд, которые могут одновременно отправиться на исполнение при готовности требуемых данных. Применяется только к -архитектурам, хотя теоретически применима и к . Для обработки данных общего назначения не подходит из-за относительно большого размера кода и сложности эффективного программирования и исполнения на любом алгоритме, поэтому для ЦП малопригодна, но применяется в некоторых и .

GPGPU (general purpose GPU: вычисления общего назначения на ГП) - программы обработки неграфических данных, алгоритмы которых удобны для эффективного исполнения не только на ЦП, но и на ГП. Составление таких алгоритмов сложней из-за бо́льших ограничений ГП по сравнению с ЦП.

APU (accelerated processing unit: блок ускоренной обработки) - термин AMD для обозначения процессора с или ядрами общего назначения архитектуры и встроенным , архитектура которого допускает относительно простую обработку неграфических данных с помощью .

SoC (system on chip: система на чипе) - микросхема, на единственном или основном которой находятся или ядра ЦП, и/или и контроллеры памяти и ввода-вывода. (Остальные кристаллы в случае их присутствия являются памятью.) Используется вместо нескольких отдельных с похожей совокупной функциональностью для уменьшения массы, размеров, сложности монтажа, потребления энергии и цены конечного устройства.

embedded, встроенный - относится к компьютерам и микросхемам, управляющим невычислительной аппаратурой (и часто физически встроенным в неё) и/или собирающим данные с датчиков. Встроенный компьютер может иметь человеко-машинный интерфейс, но с пользователем он общается гораздо реже, чем с другими устройствами. Для таких компьютеров требуется высокая надёжность в широком спектре физических воздействий (в т. ч. жёстких), часто в ущерб другим характеристикам (например, скорости).

VM (virtual memory: виртуальная память) - технология, позволяющая каждой исполняемой программе в многозадачной среде использовать отдельное непрерывное адресное пространство, причём большего размера, чем имеется физической оперативной памяти, а также реализовать защищённое исполнение с изоляцией программ и их данных друг от друга. Виртуальная память физически размещается в ОЗУ и файле подкачки (своп-файле) на массовом носителе. В режиме работы с виртуальной памятью программы оперируют .

VA (virtual address: виртуальный адрес) - адрес для , который до использования необходимо пересчитать (транслировать) в в блоках и . Каждый виртуальный адрес попадает в какую-либо , описываемую дескриптором («описателем») размером 4 (в 32-битном режиме ЦП) или 8 (в 64-битном) байт, содержащим физический адрес, тип и права доступа страницы или их группы. 512 или 1024 дескриптора формируют таблицу трансляции, а сами таблицы объединяются операционной системой в 2–4-ярусную древовидную структуру, уникальную для каждой задачи. Ссылка на корневую таблицу дерева передаётся в ЦП при переключении на новую задачу, каждая из которых таким образом получает отдельное виртуальное адресное пространство.

page, страница - элементарный блок памяти при выделении программе. Младшие биты обозначают смещение внутри страницы. Остальные биты задают начальный (базовый) адрес, который требуется транслировать. Для архитектуры чаще всего используются страницы по 4 КБ, но также доступны «большие» страницы: для 32-битного режима - на 4 МБ, а для 64-битного - на 2 МБ и 1 ГБ.

Команды x86 и их наборы

PadLock - поднабор команд для ускорения операций (де)шифрования для всех популярных шифров, включая AES. Также включает аппаратный генератор случайных чисел, применяемый для криптографических программ. Применяется в ЦП VIA.

CPUID (CPU identify: идентификация ЦП) - команда выдачи «паспорта процессора» с перечислением всех основных качественных и количественных характеристик, включая поддерживаемые поднаборы команд.

MSR (model-specific register: специфический для модели регистр) - регистр специального назначения для аппаратной настройки какой-либо функции или режима ЦП. В x86-ЦП MSR-регистров несколько сотен, причём их количество и использование определяются и не зависят от ЦП. Для пользовательских программ чаще всего недоступны.

- вариант команды, использующий данные в памяти как один из . Требует наличие в команде адреса операнда в памяти, либо указания адресных компонент в регистре(ах) и самой команде. В последнем случае арифметические операции с компонентами выполняются в до загрузки операнда и исполнения основного действия.

- вариант команды, использующий данные в памяти как . Помимо требований к командам типа , также иногда нужен атомарный обмен с памятью: если между чтением аргумента и записью результата одним к этому же значению обратится другое, то для обеспечения целостности данных второе обращение требуется блокировать, что в многоядерной системе весьма сложно.

jmp (jump: прыжок), переход - команда передачи управления, указывающая адрес другой команды, исполняемой после перехода. Различные варианты переходов реализуют структурные конструкции программы. Виды переходов:

stall, ступор - останов работы или одной или нескольких его из-за нехватки какого-либо ресурса. Ступор одной стадии в течение одного такта называется пузырь (bubble). Во избежание ступоров и приближения достижимой производительности к её теоретическому максимуму применяются многочисленные методы поддержания конвейера в максимально загруженном состоянии.

front-end («передняя часть»), фронт конвейера - часть , читающая и обрабатывающая , подготавливая их для исполнения в в виде . Включает в себя от до или расположенных после него и/или мопов (в случае их присутствия). В терминах Intel буфер мопов отделяет фронт и тыл, так что запись в него является последней стадией фронта.

back-end («задняя часть»), тыл конвейера - часть , обрабатывающая данные исполнением от . Включает в себя от чтения из и мопов в до их . Непосредственно обработка данных осуществляется только , однако к тылу относят также остальные части , и планировщик(и). , и прочие блоки подсистемы памяти номинально не являются частью конвейера, несмотря на то, что при обработке доступов в память LSU должен сработать до отставки затребовавшей доступ команды.

µop, mop, микрооперация, моп - -подобная (неверно названная ) во внутреннем формате ЦП, исполняющая одно или несколько элементарных действий. Команды -ЦП переводятся в мопы в , причём каждая простая команда генерирует один моп, а сложная - несколько. В RISC-ЦП декодер состоит лишь из простых блоков, выполняющих несложную подготовку команд для исполнения. Одна CISC-команда порождает в среднем более одного мопа, а число конвейера до и после декодера чаще всего одинаково, что создаёт дисбаланс нагрузок на стадии. Для его исправления применяются и .

microfusion, микрослияние - возможность одним закодировать две , чтобы уменьшить нагрузку на для некоторых относительно сложных команд. Чаще всего микрослитым мопом кодируется одна вычислительная операция и один связанный с ней доступ в память, включая вычисление адреса. Слитые мопы разделяются на два отдельных перед исполнением в .

macrofusion, макрослияние - надстройка над , позволяющая одним закодировать две (редко больше) , чтобы увеличить значение на 1 (более одного микрослияния за такт -ЦП не допускают). Варианты сливаемых команд:

Из-за фиксированного размера на пары команд накладываются ограничения: не более одного доступа в память, не более одного непосредственного операнда (иногда не допускается вовсе) и т. п.

speculative (гипотетический), спекулятивный, упреждающий - следующий принципу упреждения: выполнение работы до подтверждения необходимости её результатов. В процессорах - загрузка и/или исполнение наиболее вероятных команд и/или данных. Упреждение применяется, чтобы не часть конвейера в ожидании точного результата, когда данные или коды, нужные для работы текущей , будут получены лишь через несколько тактов в одной из следующих. Проверка верности упреждения для команд происходит при , а для данных возможна и ранее. Упреждение для команд применяется при и , а для данных - при и к памяти.

OoO (out-of-order), внеочерёдность - для команд при обработке : обработка в порядке, наиболее удобном ядру в данный момент. Применяется к конвейера: отдельно к исполнительной части () и доступу в память (). Требует наличия аппаратной структуры, хранящей оригинальный порядок мопов (исходя из последовательности породивших их команд) для их .

OoOE (out-of-order execution), внеочерёдное исполнение - концепция , применяемая при исполнении мопов: моп запускается на выполнение, когда готовы все его и целевое , даже если декодированные до него мопы ещё не исполнены. Является одним из видов для команд.

HT (Hyper-Threading), гиперпоточность - «тонкая» версия в ЦП Intel: каждый такт каждая стадия или их группа выбирает один из двух или оба потока команд или мопов, исходя из готовности ресурсов для каждого из них.

MCMT (multicluster multithreading: многокластерная многопоточность) - ускоряющее производительность решение AMD, промежуточное между и : исполняющий два потока делится на параллельно работающие кластеры по несколько стадий каждый, причём одни кластеры разделяют свои ресурсы между потоками (как в SMP), а другие выделяются им монопольно (как в SMT).

IPC (instructions per clock), команд (-а, -ы) за такт - мера производительности , его или отдельного . Пиковая величина IPC измеряется при выполнении потока или , независимых друг от друга по данным, что позволяет по возможности осуществить их одновременное исполнение.

CPI (clocks per instruction), такт (-а, -ов) на команду - величина, обратная . Применяется для удобства, когда IPC

latency, латентность, задержка - число тактов между подачей команды на исполнение и его завершением. Применяется для описания «хронологической длины» (близкой к числу стадий) и длительностей исполнения команды в или доступа в или память. Большинство команд имеют постоянную задержку, почти не зависящую от содержимого обрабатываемых данных. Обращение к подсистеме кэшей и, особенно, к памяти имеют переменный характер задержки, поэтому для них указываются минимальная и средняя задержки.

throughput, пропуск, темп, ПС (пропускная способность) - о командах: обратная пропускная способность - значение при исполнении мопа(ов) данной команды для отдельного , либо всей исполнительной конвейера. ФУ с пропуском в 1 CPI является полноконвейерным, т. е. принимающим на исполнение новый моп каждый такт, при том, что может быть более 1 такта. ФУ с пропуском 2 является полуконвейерным, а с пропуском, (почти) равным задержке, - неконвейерным. Дробные значения пропуска команд получаются при исполнении. Например, 0,5 означает наличие либо двух одинаковых конвейерных (для исполнения данной команды) ФУ, либо четырёх полуконвейерных, а 1,5 - наличие двух одинаковых с CPI=3.

ILD (instruction length decoder: декодер длин команд), длиномер - определитель длин -команд. В -ЦП анализирует их , и байты modR/M. В ЦП Intel длиномер является частью , измеряя длины «на лету». В большинстве ЦП AMD он работает с командами при их загрузке из в , сохраняя разметку байтов команд в дополнительных битах в L1I, считываемых предекодером при загрузке .

translator («переводчик»), транслятор - часть , обрабатывающая простые и частые команды без использования . В -ЦП Intel есть 1–3 простых транслятора (на 1 меньше числа конвейера), каждый из которых переводит команду в 1 моп за такт, и 1 сложный транслятор, переводящий команду в 1–4 мопа/такт. Как правило, число генерируемых трансляторами мопов не больше числа путей. Большинство ЦП AMD имеют 3–4 транслятора, каждый из которых переводит команду в 1–2 мопа/такт. команды обрабатываются парами любым транслятором, но не более одной пары за такт.

mROM, µROM («микроПЗУ») - энергонезависимое хранилище для размером в несколько сотен килобит. читает микропрограммы из микроПЗУ по несколько мопов за такт (согласно числу конвейера). Для исправления ошибок содержимое может корректироваться прямым программированием или.

mop buffer, буфер мопов - последняя стадия конвейера, принимающая от декодера и/или и отправляющая их в . По терминологии Intel называется IDQ (instruction decode queue: декодирования команд). В ЦП Intel мопов (как и кэш) может работать в режиме блокировки цикла, освобождая на время его исполнения остальные стадии фронта для простоя, накопления мопов команд после цикла или работы над другим потоком (в процессорах с ). Обнаружение и блокировка цикла в IDQ осуществляется блоком LSD (loop stream detector: детектор циклического потока).

dispatcher, диспетчер - блок конвейера, архитектурно занимающий бо́льшую часть , включая его первую и последнюю стадии. Принимая от или , диспетчер осуществляет , мопов, приём сигналов о завершении мопов и породивших их команд. диспетчер проще: он не делает переименование и размещение и заменяет собой .

register rename, переименование регистров - привязка номера архитектурного -приёмника, описываемого в и указанного в , к аппаратному регистру (должна точнее называться перенумерацией). Является первой стадией и выполняется перед мопа. Аппаратных регистров в 4–10 раз больше, чем архитектурных того же типа, что позволяет реализовать одновременное исполнение мопов, до переименования ссылавшихся на один регистр, за счёт удаления ложных зависимостей по операндам. Не смотря на поочерёдность операции, диспетчер может не только переименовать несколько регистров за такт (учитывая, что в мопе приёмник максимум один, не считая регистра ), но и несколько раз за такт переименовать один и тот же архитектурный регистр. Часто также переименовываются 4–6 важнейших флагов и регистр управления вещественными вычислениями. Аппаратные регистры иногда бывают вдвое меньше архитектурных - в этом случае переименование делается для старшей и младшей половин архитектурного. В продвинутых мопы некоторых команд (обмен, копирование и обнуление) при работе только с регистрами уже на этой стадии и до размещения не доходят.

ROB (reorder buffer: «буфер переупорядочивания») - вопреки названию (термин Intel), хранит оригинальный (программный) порядок мопов, поэтому правильней называется RQ (retire(ment) queue: ; термин AMD). Число мопов в ROB определяет т. н. OoO-окно - диапазон, внутри которого мопы могут . Ячейка в ROB хранит урезанную версию мопа, в которой оставлены лишь необходимые планировщику поля. В частности, если подключен к хранящему , то ROB после исполнения мопов хранит копии их результатов; если к ссылочному - то он хранит ссылки на результаты в ; ни одна из версий не хранит и другую информацию, нужную для мопа.

SC, scheduler, планировщик - логический анализатор, принимающий мопы от , планирующий и производящий их и фиксирующий их завершение (указывая об этом диспетчеру для породивших их команд). Планирование основано на определении зависимости мопов по операндам и отслеживании занятости ресурсов . Виды и свойства:

Ссылочный планировщик	Хранящий планировщик
Не хранит и не перемещает мопы и данные в резервации.	Хранит в резервации мопы и данные, сдвигая их при каждом запуске.
Манипулирует только мопами и номерами регистров, отслеживая и записи в таблице привязки.	Манипулирует мопами и уже известным (в т. ч. упреждающим) содержимым регистров, перехватывая результаты, возвращаемые исполненными мопами.
Имеет резервацию, рассчитанную на все .	Имеет либо одну многопортовую резервацию, либо несколько однопортовых (с распределением ФУ между ними).
мопы привязаны номерами регистров к .	Размещаемые мопы привязаны номерами регистров к ; разместитель записывает в резервацию уже известные значения их операндов из .
После исполнения мопа возвращает его диспетчеру со ссылкой на результат.	После исполнения мопа копирует в резервацию записанный им в упреждающий РФ результат и возвращает моп с результатом диспетчеру.

issue («выпуск»), запуск - передача из в для . Если планировщик допускает хранение в своей и мопов (не требуя их разделения при ), то такие мопы запускаются по нескольку раз. Вычислительные мопы, читающие аргумент из памяти, сначала попадают в , затем в и, наконец, в нужное для обработки. Мопы, сохраняющие аргумент в памяти (и которые в не бывают вычислительными), должны в любом порядке запуститься в AGU и LSU. Каждый получатель слитого мопа интерпретирует его по-своему, исполняя одну операцию. После выполнения последней из них моп удаляется из резервации, а планировщик сообщает о возможности удалённого мопа.

EX (execution), исполнение - одна или несколько стадий исполнения мопов, содержащая все (при сюда не включены). Фактическая длина этой стадии определяется для каждого мопа числом стадий обрабатывающего его ФУ.

EU (execution unit: исполнительный блок), FU (functional unit: функциональный блок), ФУ, функциональное устройство - блок , исполняющий и обрабатывающий данные и адреса. Имеет управления для приёма мопов из , 2–3 порта приёма аргументов и порт выдачи результата. Чаще всего именуется по названию исполняемой в нём команды или группы похожих команд. Физически находится в . Для наиболее частых команд может содержать более одного ФУ нужного типа. Производительность ФУ определяется исполняемых команд.

bypass («обход»), шунт, шлюз - коммутаторы и связанные с ними шины передачи данных внутри (шунт) или между ним и другими блоками (шлюз). Каждый шунт связывает одну из шин записи со всеми шинами чтения, позволяя использовать в следующем такте результат только что исполненного мопа - в обход записи в и чтения из . Шлюзы на шинах записи ведут в другие тракты и , а на шинах чтения - от них и от (для подачи констант, включая адреса и адресные смещения).

retire, отставка, commit («совершение») - последняя стадия конвейера и , «легализующая» результаты команд, мопы которых находятся в . Для этого диспетчер (в зависимости от типа ) либо переносит результат мопа из ROB в , либо корректирует используемую для таблицу ссылок на , чтобы записанный мопом архитектурный регистр указывал на верный физический. Т. к. во диспетчер мопы возвращаются из планировщика не обязательно в программном порядке, в отставку заранее завершившийся моп может уйти, только если все предыдущие внесённые в ROB мопы уже отставлены или уходят в данном такте. Многомоповые команды могут отставиться только после отставки всех своих мопов. Отказ в отставке возможен в случае обнаружения:

В последних двух случаях диспетчер возвращает конвейер в предыдущее точно известное состояние («сброс конвейера»), теряя все результаты; успешная отставка обновляет это состояние. Отставка перехода вне зависимости от успешности предсказания пополняет статистику предсказателя.

exception, исключение, исключительная ситуация - событие при обработке , требующее аварийной реакции:

При обнаружении исключения прекращает принимать новые команды и пытается довести до все предыдущие () мопы. Если при этом в них не обнаружено , либо другое исключение, то далее ядро запускает обработку данного.

Блоки процессора

BTB (branch target buffer: буфер целей ветвлений) - таблица адресов, на которые нацелены часто встречаемые . Позволяет сделать , не читая сами команды. Пополняется (с вытеснением старых адресов) при исполнении нового или «забытого» перехода. (Однако в некоторых ЦП целевые адреса условных переходов попадают в BTB, только если переход .)

GBHR (global branch history register: регистр глобальной истории ветвлений) - регистр сдвига, хранящий поведение нескольких последних исполненных условных переходов. При исполнении перехода GBHR смещается, вытесняя самый «старый» бит и добавляя новый в зависимости от поведения перехода: 1 - , 0 - «пропущен». Используется для индексации .

BHT (branch history table: таблица истории ветвлений) - таблица 2-битных счётчиков, предсказывающих поведение переходов по 4-позиционной шкале (от «наверняка будет пропущен» до «наверняка будет взят»). Индексируется кодирующей хэш-функцией, использующей биты и адреса перехода.

RSB (return stack buffer: буфер стека возврата) - часть BPU, буферизующая адреса возвратов из подпрограмм, вызванных последними. (Отдельного стека для адресов возврата в x86 нет - они находятся в общем стеке среди аргументов и результатов подпрограмм.) Для x86-ЦП имеет размер 12–24 адреса.

ALU (arithmetic-logic unit), АЛУ, арифметико-логическое устройство - тесно связанный набор , исполняющий за 1 такт простые арифметические, логические и некоторые невычислительные команды над операндами, являясь, таким образом, наиболее универсальным и часто используемым исполнительным блоком. Виды:

FPU (floating point unit: «устройство плавающей точки») - блок вещественных операций, состоящий из нескольких ФУ. Виды:

Иногда под FPU понимается весь векторно-вещественный .

MUL (multiplier: умножитель) - ФУ, выполняющее умножения. Является самым сложным и большим видом ФУ, поэтому иногда для экономии места (в ущерб скорости) делается половинной разрядности (относительно наибольших операндов).

MAD, MADD (multiplier-adder: умножитель-сумматор) - тесно спаренные и , выполняющие слитое умножение-сложение и умножение-вычитание быстрее и точнее пары отдельных ФУ. Исполняет команды , отдельное умножение и (иногда) отдельные сложение и вычитание.

DIV (divider: делитель) - сложное неконвейерное ФУ для выполнения деления (а для вещественных чисел - и извлечения квадратного корня). Часто тесно связан с . Иногда для экономии вместо двух специализированных делителей имеется один универсальный - для целых и вещественных чисел.

PLL (phase-locked loop: фазовая синхронизация), умножитель частоты - аналого-цифровой блок процессора, генерирующий такты внутренней синхронизации для всей или её части (ядра, общего , и т. п.) умножением внешней частоты на задаваемый множитель. При изменении множителя умножителю требуется относительно много времени для стабилизации на новой частоте, во время чего тактируемые схемы простаивают.

driver, драйвер - в микроэлектронике: оконечное устройство внешней шины (до памяти, периферии или процессоров), выполняющее приём и передачу сигналов и физическую защиту от перенапряжения. Наборы драйверов расположены по краю .

Подсистема памяти

cache, «$», кэш - программно недоступная буферная память, используемая процессором для ускорения обмена с оперативной памятью (улучшением ) заменой обращений к ОЗУ обращениями к самому кэшу в случае кэш- . В ЦП имеет 2–4-уровневую иерархию, причём оперативная память может считаться дополнительным (последним) уровнем. Как правило, каждый следующий уровень кэша относительно текущего (чаще всего начиная с ) имеет…

В современных ЦП кэши (в сумме) часто занимают до половины места на и бо́льшую часть его транзисторов, но потребляют энергии значительно меньше прочих структур. В ЦП все кэши имеют , поэтому при обращении к требуется преобразовать в .

mop cache (кэш мопов) - часть конвейера, находящаяся перед стадией . Кэширует из команд , потому также называется кэшем 0-го уровня для мопов (L0m). В терминологии Intel называется DIC (decoded instruction cache: кэш декодированных команд) или DSB (decode stream buffer: буфер потока декодера).

L1I (level 1 for instructions: 1-й уровень для команд) - кэш для команд, подключенный к конвейера. Записывается только со стороны , со стороны конвейера только читается. Почти всегда 1-портовый, разрядность совпадает с размером . Иногда освобождается от в пользу .

L2 (level 2: 2-й уровень) - общее название для второго уровня многоуровневой структуры (кэша - по-умолчанию, или - при явном указании), используемого при в первом уровне (). Кэш L2 почти всегда является общим для данных и команд. В 2-уровневой схеме он также является общим для , в 3-уровневой - отдельным, в ЦП с - отдельным для каждого модуля и общим для его кластеров-«ядер». В ЦП - .

L3 (level 3: 3-й уровень) - кэш для данных и команд, используемый при в (других структур с тремя и более уровнями иерархии в процессорах нет). Иногда называется LLC (last level cache: кэш последнего уровня), имея ввиду, что после промаха в нём идёт обращение в память. Является общим для (в ЦП с - модулей). Иногда работает на частоте, меньшей, чем у ядер. В ЦП имеет по одному на , начиная от простого 1-банкового устройства.

miss, промах - ситуация не нахождения нужной информации при обращении в кэш. Антоним . Если текущий уровень кэша не последний - далее происходит обращение к следующему, иначе - к памяти. Возвращённые оттуда данные отдаются инициатору обращения и заполняют (fill) текущий уровень кэша, вытесняя (evict) из выбранного старую, наименее нужную информацию - причём если она пока больше нигде не записана, то её надо сохранить в следующем уровне. Почти все кэши являются неблокирующими (non-blocking), т. е. продолжают принимать запросы, пока обрабатываются промахи. Число удерживаемых промахов определяется размером специального , при заполнении которого кэш блокирует обработку запросов.

line, строка - основная единица ёмкости кэша размером 32–128 байт. Обмен данными между разными уровнями кэша и между кэшем и памятью почти всегда происходит целыми строками.

associativity, ассоциативность - индексируемость не адресом, а содержимым. Для наборно-ассоциативного и ассоциативность это показатель числа. При прочих равных, кэш/TLB с бо́льшей ассоциативностью имеет меньшую частоту , но бо́льшие площадь , потребление энергии (на байт) и (иногда) задержку. Полная ассоциативность означает, что кэш/TLB состоит из единственного (это также применимо к ). Может принимать значения, не равные целой степени двойки. Кэш с ассоциативностью 1 также называется кэшем с прямым отображением (direct-mapped).

port, порт - для кэша: интерфейс между кэшем и его контроллером, управляющим обменом данных. Истинная N-портовая структура позволяет одновременно осуществлять N обращений по разным адресам, однако это требует больших затрат транзисторов и применяется только в . Для кэша используется более простая псевдомногопортовая схема: кэш делится на несколько , каждый из которых работает независимо, но обслуживает лишь свою часть адресов. Как правило, 2-портовому для минимизации адресных конфликтов между портами достаточно 8 банков.

bank, банк - часть кэша, организованная как отдельный 1- или 2- кэш, обслуживающий часть адресов. Многобанковая схема используется для создания псевдомногопортового кэша.

tag («метка»), тэг - вспомогательное слово, хранящее адрес записанной в кэша информации, состояние строки (согласно ) и её популярность (используется при вытеснении старых данных новыми после ). Физически все теги кэша хранятся в отдельном массиве и считываются либо одновременно с выборкой кэша, либо (для экономии энергии в ущерб скорости) до выборки. кэш имеет N-портовый массив тегов или N 1-портовых массивов с одинаковым содержимым.

TLB (translation look-aside buffer: буфер-шпаргалка для трансляции) - кэш дескрипторов страниц , заменяющий трансляцию в более быстрым считыванием. Обращение в TLB нужно для обращения в физически адресуемый кэш (чаще всего - ) и происходит либо одновременно с чтением и выборкой этого кэша, либо (реже) - до. При в TLB полученный физический адрес используется для проверки наличия нужной информации в выбранном теге кэша. Часто несколько TLB организуются в иерархию: TLB L1I и TLB L1D обслуживают запросы к кэшам и , при обращаются во TLB бо́льшего размера (общий TLB L2 или отдельные TLB L2I и TLB L2D), а при промахе в нём (них) виртуальный адрес поступает в . TLB L2 не обслуживают кэш L2, а только промахи в TLB L1: трансляция адресов нужна только для доступа к кэшам L1, а при промахе в них обращения в остальные кэши и память используют уже готовый физический адрес. Часто TLB делится на несколько массивов: самый большой - для страниц по 4 КБ, меньшие - для страниц по 2/4 МБ и 1 ГБ (может вовсе отсутствовать). TLB L1 часто . кэшу требуется N-портовый TLB или N 1-портовых TLB с одинаковым содержимым.

PMH (page miss handler: обработчик промахов страниц) - транслятор в , также проверяющий и права доступа. Активируется при промахе в последнего уровня, читает из кэша или памяти дескриптор нужной страницы, обновляет им TLB и возвращает физический адрес для обращения в кэш. Включает собственный небольшой и .

LSU (load-store unit: блок загрузки-сохранения), MEU (memory unit: блок памяти) - блок интерфейса между конвейера и . Содержит чтений и записей с отслеживанием их зависимостей и функциями, и. Иногда неточно называется MOB (memory order buffer, «буфер порядка» [записей в] память), имея ввиду очередь программного порядка записей - часть LSU, аналогичную для .

STLF (store-to-load forwarding: перенаправление сохранения к загрузке) - функция записи в , позволяющая немедленно исполнить чтение (подставив данные из очереди вместо доступа к кэшу) в случае совпадения адреса чтения с адресом содержащейся в очереди предшествующей записи. Очередь продолжает хранить данные и после записи, поэтому STLF срабатывает вне зависимости от факта совершения записи читаемых данных.

MD (memory disambiguation: устранение неопределённости памяти), внеочерёдный доступ - один из видов , механизм доступа к кэшу, реализуемый в . Позволяет переставлять порядок запросов, не нарушая целостность данных. Включает блок предсказания конфликтов адресов, аналогичный и предсказывающий наложение адресов - при предсказании отсутствия конфликта чтение исполняется до предшествующей в программном порядке записи, даже если адрес последней пока не известен. При наложении адреса уже выполненного чтения аннулирует результаты использовавших его мопов и перезапускает их с верными (перепрочитанными) данными.

flush (смыв) - процесс сохранения всего (пока не сохранённого) содержимого кэша данного уровня в следующем уровне иерархии. Происходит перед отключением кэша или при изменении в таблицах адресов.

prefetch («пред-доставка»), префетч, предзагрузка - операция предварительного чтения данных по (предсказанному) адресу. Успешная предзагрузка скрывает иерархии кэшей и памяти. Подключенный к кэшу предзагрузчик (prefetcher) отслеживает адреса чтений, записей и породивших их команд, предсказывает (на базе накопленной статистики) следующие адреса предположительно нужных данных и проверяет их наличие в кэше. При запускается чтение данных из кэша следующего уровня. При некоторые типы предзагрузчиков читают эти данные либо в собственный , быстро их выдающий, если будет сделан запрос с совпавшим адресом, либо в очередь чтения в .

Сложный предзагрузчик, как и , применяет разные алгоритмы и отслеживает собственную эффективность, отключая предзагрузку для труднопредсказуемых обращений во избежание помещения в кэш ненужных данных («загрязнение кэша»). Для борьбы с последним отсутствующие в кэше и подгруженные извне данные либо сначала сохраняются в буфере предзагрузчика и только в случае востребованности позже записываются в кэш, либо записываются сразу, но указанием наименьшей популярности. Современные ЦП имеют аппаратную предзагрузку почти во все кэши, а в их есть команды программной предзагрузки по явно указанному адресу.

align, выровнить - о размещении в памяти многобайтовой информации по адресу, нацело делящемуся на её размер, равный целой степени двойки. В -ЦП команды имеют переменный размер и редко выравниваются. Данные для любых процессоров выравниваются почти всегда, хотя лишь для некоторых - это обязательно. Выравнивание ускоряет доступ, исключая пересечение кэша, при котором требуется прочесть следующую строку и слить две части в одно .

inclusive, инклюзивная, включающая - политика работы кэша, в котором всегда хранятся копии всех кэшей меньших уровней.

exclusive, эксклюзивная, исключающая - политика работы кэша, в котором никогда не хранятся копии всех кэшей меньших уровней.

non-exclusive («неисключающая»), mainly inclusive («в основном включающая»), свободная - комбинированная политика работы кэша, допускающая (необязательное) хранение копий некоторых строк кэшей меньших уровней.

WT (write-through), сквозная запись - проведение записи в кэш следующего уровня или память сразу после записи в данный уровень. Упрощает взаимодействие кэшей (при большом темпе записей и отсутствии - в ущерб производительности).

WB (write-back: «обратная запись»), отложенная запись - проведение записи в кэш следующего уровня или память много позже записи в данный уровень (например, при вытеснении этой строки при ). Усложняет взаимодействие кэшей, но позволяет осуществить . Не путать с стадией конвейера.

WC (write combine: слияние записи) - операция замены нескольких записей по одинаковому адресу последней из этих записей и/или замены нескольких записей по последовательным адресам одной записью совокупной длины. Выполняется в очереди записи и отдельном , увеличивая производительность при большом темпе записей.

coherency, когерентность - согласование содержимого кэшей в многоядерной и/или многопроцессорной системе с помощью протокола когерентности. Разные протоколы описывают 4–5 состояний кэша, определяющих действия при её локальных и удалённых чтениях и записях, а также (по первым буквам состояний) название самого протокола (чаще всего - MESI, MOESI и MESIF). С числом ядер растут сложность соблюдения когерентности и синхронизирующий её -трафик.

snoop (подсматривание), снуп - проверка состояния строки с данным адресом в кэше другого ядра (относительно инициатора проверки). Используется для реализации . В многопроцессорных системах снуп-запросы могут занимать значительную долю всего межпроцессорного трафика, заметно снижая производительность.

buffer, буфер - общее название структуры, разделяющей поток данных (в т. ч. между стадиями ). Если буфер содержит более одного, то оформлен в виде или памяти и в таком виде позволяет сглаживать неравномерность поступления потока данных относительно его приёма.

IO, I/O (input-output), ввод-вывод - общее название операций или блоков для обмена даннымимежду процессором и периферией.

BIU (bus interface unit: блок шинного интерфейса) - контроллер шины между процессором и северным мостом чипсета или межпроцессорной шины.

Персональный компьютер состоит из множества компонентов, соединенных в единую систему. Взаимодействие и контроль между ними осуществляется благодаря центральному процессору, выполняет роль электронного мозга ПК. Без него любая техника, будь то ноутбук, планшет или системный блок – груда железок. Давайте подробнее разберемся, как работает центральный процессор компьютера и какова его структура.

Прежде чем переходить к рассмотрению ключевых характеристик ЦП, необходимо разобраться каких видов он бывает. Центральных процессоров или CPU, как их называют заграницей много, и они разделяются по следующим критериям.

Мощности:

Бывают слабые, одноядерные модели, производство которых остановлено и приобрести их можно только после долгих поисков;
Средние и мощные модели, имеющие от 2 до 16 ядер;

По способу применения:

Игровые;
Серверные;
Бюджетные;

По фирме производителю:

Центральный процессор от компании Intel;
ЦП от компании AMD;

Обратите внимание! Помимо Интеловских и Амдэшных ЦП существуют продукты, выпускаемые под брендами других компаний, но они мало востребованы, составляя малую часть об общего объема товаров на рынке компьютерного железа.

Многие пользователи ошибочно полагают, что продукция компании Intel отличается от AMD только названием, но это далеко не так. Структура каждого центрального процессора, произведенного под торговой маркой данных компаний, существенно отличается от конкурентов. Благодаря этому, они обладают своими достоинствами и недостатками. Например, продукция компании Intel наделена следующими положительными характеристиками, выгодно отличающими их центральные процессоры от AMD:

Большинство производителей комплектующих изделий для ПК подгоняют свою продукцию под стандарты CPU от Intel;
Во время работы потребляют меньшее количество энергии, снижая нагрузку на систему;
Показывают большее быстродействие при работе с одной программой;
Лучший выбор для игровых сборок системных блоков;

Товары от AMD также имеют ряд характеристик, позволяющих им активно конкурировать на рынке компьютерного железа:

В отличии от ЦП производства Интел, центральные процессоры от АМД имеют функцию разгона, увеличивающую исходную мощность до 20%;
Лучшее соотношение цены и качества товаров;
Графические ядра, встроенные в ЦП, обладают большими возможностями чем Интеловские, позволяя быстрее работать с видео;

Описание центрального процессора

Итак, с видами ЦП и их отличительными особенностями мы разобрались, пора переходить к описанию самого изделия и разобраться в том, что это такое. Для простоты понимания разобьём его на несколько пунктов, выделяя в них ключевые особенности изделия:

Назначение ЦП;
Его строение;
Базовые характеристики;

С их помощью мы разберемся как работает процессор и как он устроен.

Назначение

Главная задача любого центрального процессора – выполнение вычислительных процессов, с помощью которых устройствам передается набор команд, необходимых для выполнения. Команды находятся в ОЗУ ПК и считываются CPU оттуда напрямую. Соответственно, чем выше вычислительные мощности процессора, тем большим быстродействием обладает вся система.

Структура

Общая структура любого центрального процессора состоит из следующих блоков:

Блока интерфейса;
Операционного блока;

Блок интерфейса содержит следующие компоненты:

Адресные регистры;
Регистры памяти, в которых осуществляется хранение кодов передаваемых команд, выполнение которых планируется в ближайшее время;
Устройства управления – с его помощью формируются управляющие команды, которые в дальнейшем выполняются ЦП;
Схемы управления, отвечающие за работу портов и системных шин;

В операционный блок входят:

Микропроцессорная память. Состоит из: сегментных регистров, регистров признаков, регистров общего назначения и регистров подсчитывающих количество команд;
Арифметико-логическое устройство. С его помощью информация интерпретируется в набор логических, или арифметических операций;

Обратите внимание! Операционный блок и блок интерфейса работают в параллельном режиме, но интерфейсная часть находится на шаг впереди, записывая в блок регистров команды, которые в дальнейшем выполняются операционной частью.

Системная шина служит для передачи сигналов от центрального процессора к другим компонентам устройства. С каждым новым поколением структура процессора немного меняется и последние разработки сильно отличаются от первых процессоров, используемых на заре становления компьютерных технологий.

Характеристики

Характеристики любого центрального процессора оказывают большое влияние на быстродействие как отдельных элементов системы, так и всего комплекса устройств в целом. Среди основных характеристик, влияющих на параметры производительности, выделяют:

Тактовая частота; Для обработки одного фрагмента данных, передаваемых внутри ПК, требуется один такт времени. Отсюда следует, что чем выше тактовая частота приобретаемого ЦП, тем быстрее работает устройство обрабатывая за раз большие массивы информации. Измеряется тактовая частота в мегагерцах. Один мегагерц эквивалентен 1 миллиону тактов в секунду. Старые модели имели маленькую частоту, из-за чего скорость работы оставляла желать лучшего. Современные модели имеют большие показатели тактовой частоты, позволяя быстро обрабатывать и выполнять самые сложные наборы команд.
Разрядность; Информация, предназначенная для обработки ЦП, попадает в него через внешние шины. От разрядности зависит какой объем данных передается за один раз. Это влияет на быстродействие. Старые модели были 16 разрядными, а современные имеют 32 или 64 разряда. 64 разрядная система на сегодняшний день считается самой продвинутой и под нее разрабатываются современные программные продукты и устройства.
Кеш – память; Используется для увеличения работы устройства в компьютере, создавая буферную зону, хранящую копию последнего массива данных, обработанного процессором. Это дает возможность быстро выполнить схожую операцию в случае необходимости, без траты времени на обращение к общей памяти персонального компьютера.
Сокет; Вариант крепления устройства к материнской плате. Разные поколения процессоров, как и материнских плат имеют собственный поддерживаемых сокетов. Это стоит учитывать при покупке. У разных производителей сокеты также отличаются друг от друга.
Внутренний множитель частоты; Процессор и материнская плата работают на разных частотах и для их синхронизации друг с другом существует множитель частоты. Базовой или опорной считается рабочая частота материнской платы, которая умножается на персональный коэффициент ЦП.

Из побочных характеристик, напрямую не относящихся от технологии производства, выделяют тепловыделение и количество потребляемой во время работы энергии. Мощные устройства выделяют много тепла и требуют большую энергетическую подпитку во время работы. Для их полноценной работы применяются вспомогательные системы охлаждения.

Процессор является основной частью любого компьютерного устройства. Но многие пользователи имеют очень слабое представление о том, что такое процессор в компьютере и какую функцию он выполняет. Хотя в современном мире это важная информация, зная которую можно избежать многих серьезных заблуждений. Если вы хотите узнать больше о чипе, который обеспечивает работоспособность вашего компьютера, вы обратились по адресу. Из этой статьи вы узнаете, для чего нужен процессор и как он влияет на производительность всего устройства.

Что такое центральный процессор

В данном случае, речь идет о центральном процессоре. Ведь в компьютере есть и другие, например, видеопроцессор.

Центральный процессор – это основная часть компьютера, которая представляет собой электронный блок или интегральную схему. Он выполняет машинные инструкции, или же код программы, и является основой аппаратного обеспечения устройства.

Говоря проще, это сердце и мозг компьютера. Именно благодаря ему работает все остальное, он обрабатывает потоки данных и управляет работой всех частей общей системы.

Если смотреть на процессор физически, он представляет собой небольшую тонкую квадратную плату. Он имеет небольшие размеры и сверху покрывается металлической крышкой.

Нижнюю часть чипа занимают контакты, через которые чипсет и осуществляет взаимодействие с остальной системой. Открыв крышку системного блока своего компьютера, вы легко сможете найти процессор, если только он не закрыт системой охлаждения.

Пока ЦП не отдаст соответствующую команду, компьютер не сможет осуществить даже самую простую операцию, например, сложить два числа. Что бы вы ни хотели осуществить на своем ПК, любое действие предполагает обращение к процессору. Именно поэтому он и является такой важной составляющей компьютера.

Современные центральные процессоры способны не только справляться со своими основными задачами, но и могут частично заменять видеокарту. Новые чипы выпускаются с отдельно отведенным местом для выполнения функций видеоконтроллера.

Этот видеоконтроллер осуществляет все базовые необходимые действия, которые нужны от видеокарты. В качестве видеопамяти, при этом, используется оперативка. Но не стоит заблуждаться, что мощный современный процессор может полностью заменить видеокарту.

Даже средний класс видеокарт оставляет видеоконтроллер процессоров далеко позади. Так что, вариант компьютера без видеокарты подходит разве что для офисных устройств, которые не предполагают выполнения каких-либо сложных задач, связанных с графикой.

В таких случаях действительно есть возможность сэкономить. Ведь можно просто чипсет процессор с хорошим видеоконтроллером и не тратиться на видеокарту.

Как работает процессор

Что такое процессор вроде разобрались. Но как же он работает? Это долгий и сложный процесс, но если в нем разобраться, все достаточно легко. Принцип работы центрального процессора можно рассмотреть поэтапно.

Сначала программа загружается в оперативную память, откуда черпает все необходимые сведения и набор команд обязательных к выполнению управляющий блок процессора. Затем все эти данные поступают в буферную память, так называемый КЭШ процессора.

Из буфера выходит информация, которую делят на два типа: инструкции и значения. И те и те попадают в регистры. Регистры представляют собой ячейки памяти, встроенные в чипсет. Они также бывают двух видов, в зависимости от типа информации, которую они получают: регистры команд и регистры данных.

Одна из составных частей ЦП– это арифметико-логическое устройство. Оно занимается выполнением преобразований информации, используя арифметические и логические вычисления.

Именно сюда и попадают данные из регистров. После этого арифметико-логическое устройство считывает поступившие данные и исполняет команды, которые необходимы для обработки получившихся в итоге чисел.

Тут нас снова ждет раздвоение. Итоговые результаты делятся на законченные и незаконченные. Они идут обратно в регистры, а законченные поступают в буферную память.

КЭШ процессора состоит из двух основных уровней: верхнего и нижнего. Самые последние команды и данные отправляются в верхний кэш, а те, которые не используются, идут в нижний.

То есть, вся информация, находящаяся на третьем уровне, перебирается на второй, с которого, в свою очередь, данные идут на первый. А ненужные данные наоборот отправляются на нижний уровень.

После того как вычислительный цикл закончится, его результаты снова записываются в оперативную память компьютера. Это происходит для того, чтобы кэш центрального процессора был освобожден и доступен для новых операций.

Но иногда случаются ситуации, когда буферная память оказывается полностью заполненной, и для новых операций нет места. В таком случае, данные, которые на данный момент не используются, идут в оперативную память или же на нижний уровень памяти процессора.

Виды процессоров

Разобравшись с принципом работы ЦП, пришло время сравнить разные его виды. Видов процессора много. Бывают как слабые одноядерные модели, так и мощные устройства с множеством ядер. Есть те, которые предназначены исключительно для офисной работы, а есть такие, что необходимы для самых современных игр.

На данный момент есть два основных создателя процессоров – это AMD и Intel. Именно они и производят самые актуальные и востребованные чипы. Нужно понимать, что разница между чипами этих двух компаний заключается не в количестве ядер или общей производительности, а в архитектуре.

То есть, продукты этих двух компаний строятся по разным принципам. И у каждого создателя свой уникальный вид процессора, имеющий отличную от конкурента структуру.

Нужно отметить, что у обоих вариантов существуют свои сильные и слабые стороны. К примеру, Intel отличаются такими плюсами :

Меньшая энергозатратность;
Большинство создателей железа ориентируются именно на взаимодействие с процессорами Intel;
В играх производительность выше;
Intel проще взаимодействовать с оперативной памятью компьютера;
Операции, реализуемые только с одной программой, быстрее выполняются на Intel.

В то же время, присутствуют и свои минусы :

Как правило, стоимость чипсетов Intel дороже, чем аналог AMD;
При работе с несколькими тяжелыми программами падает производительность;
Графические ядра слабее, чем у конкурента.

AMD отличаются следующими преимуществами :

Гораздо более выгодное соотношение цены и качества;
Способны обеспечить надежную работу всей системы;
Присутствует возможность разогнать процессор, увеличив на 10-20% его мощность;
Более мощные интегрированные графические ядра.

Однако AMD уступает по следующим параметрам:

Взаимодействие с оперативной памятью происходит хуже;
На работу процессора тратится больше электроэнергии;
Частота работы на втором и третьем уровнях буферной памяти ниже;
В играх производительность ниже.

Хоть и выделяются свои плюсы и минусы, компании продолжают выпускать лучшие процессоры. Вам остается выбрать, какой предпочтительнее именно для вас. Ведь нельзя однозначно сказать, что одна фирма лучше другой.

Основные характеристики

Итак, мы уже разобрались, что одна из основных характеристик процессора – это его разработчик. Но существует ряд параметров, на которые нужно обратить еще больше внимания при покупке.

Не будем далеко отходить от бренда, и упомянем о том, что существуют разные серии чипов. Каждый производитель выпускает свои линейки в разных ценовых категориях, созданных для различных задач. Еще один смежный параметр – это архитектура ЦП. По сути, это его внутренние органы, от которых зависит вся работа чипа.

Не самый очевидный, но очень важный параметр – это сокет. Дело в том, что на самом процессоре сокет должен совпадать с соответствующим гнездом на материнской плате.

В противном случае, вам не удастся объединить эти два важнейших компонента любого компьютера. Так что, при сборке системного блока, нужно либо купить материнку и искать под нее чипсет, либо наоборот.

Теперь пришло время разобраться, какие характеристики процессора влияют на его производительность. Без сомнения, главная из них – это тактовая частота. Это объем операций, которые могут выполняться в определенную единицу времени.

Измеряется данный показатель в мегагерцах. Так на что влияет тактовая частота чипа? Поскольку она указывает на количество операций за определенное время, не сложно догадаться, что от нее зависит скорость работы устройства.

Еще один немаловажный показатель – это объем буферной памяти. Как уже говорилось ранее, она бывает верхней и нижней. Она также влияет на производительность процессора.

В ЦП может быть одно или несколько ядер. Многоядерные модели стоят дороже. Но на что влияет количество ядер? Эта характеристика определяет мощность устройства. Чем больше ядер, тем мощнее аппарат.

Вывод

Центральный процессор играет не просто одну из важнейших, но даже можно сказать основную роль в работе компьютера. Именно от него будет зависеть производительность всего устройства, а так же задачи, для которых вообще его возможно использовать.

Но это не значит, что обязательно покупать самый мощный процессор для средненького компьютера. Подберите оптимальную модель, которая будет соответствовать вашим требованиям.