Платформа компьютера

Процессор

В 1970 году мудрый доктор Хофф с командой инженеров из Intel сконструировал первый микропроцессор. Во всяком случае, так принято считать – хотя в действительности еще в 1968 году инженеры Рей Холт и Стив Геллер создали подобную универсальную микросхему SLF для бортового компьютера истребителя F -14. Но их разработка так и сталась в хищных когтях ястребов из Пентагона, в то время как детище Intel ждало иная судьба. Изначально процессор 4004 предназначался для микрокалькуляторов и был изготовлен по заказу японской компании, но в связи с финансовыми трудностями японцы тихо испарились, и разработка перешла в собственность Intel. Парадоксально, но практически сразу после появление микропроцессоров Intel утратило лидерство в этой области: в брюшке первых ПК, обжились «камешки»* производства не Intel, а ее многочисленных конкурентов. Прежде всего Zilog и Motorola: в частности, на мотороловском процессоре работал знаменитый «Альтаир», сбившись с пути истинного юного Билла Гейтса. Сама же intel получилп свой шанс урвать свой кусок пирога – но и этот раз синяя птица пролетала мимо руководства корпорации незамеченной. Однажды в кабинет Гордана Мура, президента intel робко поскребся один из сотрудников. И, заикаясь от волнения, предложил шефу сделать на основе созданного компанией умного камешка компактный и недорогой компьютер. Свою ошибку Мур и его коллеги поняли очень скоро, но быстро наверстали упущенное « сосватав» свой процессор intel 8088 компанией IBM. Плодом этого романа стал – компьютер. IBM ПК, вознесший на вершины славы Mikrosoft и intel… Словом, всех, причастный к его созданию за исключением самой IBM. Первый процессор работал на частоте 750 кГц. Сегодня любой мобильный быстрее, чем компьютер, управляющий полетом космического корабля «Аполлон» к Луне.

* «Камешки» - процессоры

Чем тоньше техпроцесс, тем больше транзисторов : в процессоре Intel 4004 их было всего 2300. В свежем «камешке» Corei7 – около полутора миллиардов. Поначалу количество транзисторов в кристалле удваивалось каждый  год, что и привело к появлению небезызвестного «Закона Мура». Который, правда, благополучно «сдулся» еще к концу прошлого века: сегодня на удвоение транзисторов понадобится уже не меньше письменный трех-четырех лет. А в какой-то момент оно и вовсе станет невозможным, ибо разработчики в плотную подошли к технологическим пределам миниатюризации.

На самом деле процессоры из отдельных транзисторов, конечно, никто не собирается – это было бы просто невозможно. Для их изготовления используется выращенный по специальной технологии кристалл кремния, в который внесены специальные добавки. После изготовления пластину покрывают тонким слоем диэлектрика – оксида кремния, который в свою очередь покрывается светочувствительным лаком с особыми свойствами фоторезистом. Затем на этот лак, как на обычную фотопленку, переносится со специального фотошаблона схема будущего процессора. Во время экспонирования, фоторезист изменяет свои свойства: в зависимости от его типа засвеченные участки образуют устойчивый внешним воздействиям защитный слой. Лак на не защищенных участках в последствии протравливается, а в образовавшиеся «раны» на теле пластины добавляются специальные примеси, проникающие в кристаллическую решетку кремния. Полупроводниковый слой готов!

Но одним слоем дело не ограничивается: поверх напыления вновь наносится фоторезисторный лак – и процесс повторяется снова и снова… Для связи отдельных слоев друг с другом используются ионы металлов: заполняя специально оставленные для них канавки, они образуют металлические дорожки – проводники. Похоже на слоеный пирог – а если вспомнить, что каждой пластине помещается множество «клеточек», которые потом превратятся в отдельные процессоры, не удивительно, что такую пластину называют « вафлей»! На завершающем этапе «вафлю» разрезают на отдельные кристаллы: какая-то их часть идет в брак, а остальные – тестируются и, в зависимости от своего качества, маркируются как процессоры с определенной тактовой частотой.

С логической же точки зрения процессор состоит из множества ячеек. Хранить такая ячейка может от 1 до 8 байт. Не все регистры заняты обработкой данных: часть из них, так называемые «адресные» и «сегментные» регистры, занимаются «пропиской» данных в ячейках памяти, другие регистры отвечают за самодиагностику процессора… Словом, внутри каждого «камня» существует целый город, каждый житель которого четко знает свои обязанности.

Со временем классические процессоры «приросли» дополнительными модулями: сегодня на процессорном кристалле помещается и отдельный модуль для обработки графики и дополнительная память… Увеличилось и количество процессорных ядер – теперь на одном кристалле их расположено несколько десятков!

Но все же когда речь заходит о покупке нового компьютера, то первым делом мы смотрим на процессор, от его выбора зависит очень и очень много. А выбор этот сделать порой не просто: сегодня на рынке можно найти десятки моделей процессоров. И у каждого из них есть свои особенности и отличия в скорости, архитектуре… И, конечно, в цене. Почему нам с вами просто необходимо понять, чем же отличаются друг от друга разные процессоры?

Начнем с архитектуры процессоров, а заодно и с производителя.

Большая часть современных процессоров для больших компьютеров и ноутбуков – дальние потомки Intel-8088, которым были укомплектованы легендарные персоналки IBMPC,  и сохраняют с последним определенную совместимость по архитектуре. На практике это значит, что на современных компьютерах можно запустить даже старенькую DOS начала 80-ых, поскольку система базовых команд у процессоров этой линейки остается неизменной. О да, нынешние процессоры считают гораздо быстрее, и обросли дополнительными «инструкциями»  и «расширениями»не хуже, чем дворовая кошка блохами… Но все равно некая совместимость сохраняется. Исходя из этого, процессоры компаний  AMD и Intel относят к единому семейству.  Хотя архитектура самих процессоров несколько отличается, и для каждого из них нужна собственная, отдельная платформа в виде базового набора микросхем на системной плате, с точки зрения программ они практически идентичны, не считая некоторых вспомогательных инструкций.

Пока AMD и Intel пытались завоевать большую часть рынка к ним подкралась эпоха мобильных устройств ARM. Камешки, построенные на основе ARM-архитектуры, работают на совершенно иных принципах, для них необходимо создавать программы с нуля, они не совместимы с другими камешками.

ARM – процессоры выпускают более десятка компаний, их продукция наверняка есть у каждого дома, такие процессоры «сердце» большинства мобильных устройств.

Поколения и модификация процессоров.

Даже если мы определились с производителем, нам предстоит разбираться в нескольким семействах и десятках моделей «камешков». Мы уже не говорим о поколениях, каждое из которых отличается от предыдущего какими-то кардинальными нововведениями. Но в пределах поколения есть еще и модификации, отличающихся друг от друга назначением, производительностью и тепловыделением:

 Ультомобильная – самые экономичный и слабые процессоры с двумя ядрами.

Мобильно-офисная – не слишком быстрые, зато экономичные.

Домашняя – четырехъядерные процессоры для домашних компьютеров.

Игровая и полупрофессиональная – мощные процессоры, для обработки видео, трехмерной графики и игр.

Профессиональная – шести-восьми ядерные, Отличается большим количеством ядер, отсутствием встроенного графического ядра, место которого на кристалле занимает увеличенная кэш-память.

Модификации процессоров, относящихся к одному семейству, могут отличаться друг от друга целой кучей параметров: частотой, количеством ядер, минимальным размером логических элементов.

Количество ядер.

Когда стало ясно, что выжать лишнюю пару-тройку гигагерц из замученных процессорных ядер не получается, инженеры решили изменить тактику: с 2007 года оба производителя перешли на выпуск многоядерных процессоров. Рекламщики уверяют нас, что чем больше в процессоре ядрышек, тем лучше – и от частности это верно. Два конечно, лучше одного: первое ядро можно загрузить системными задачами, второе полностью отдать прикладным программам. Но даже в этом случае вы не получите двукратного выигрыша в производительности, а при переходе от двух ядер к четырем разница и вовсе копеечная. Для большинства же игр количество ядер в процессоре вообще не имеет значения: основная нагрузка видеоплату ложится, а что действительно важно – так это частота работы процессора: именно по этому в играх разогнанный четырехядерник может легко побить своего шестиядерного коллегу.

В большинсве процессоров серии Corei 7и в некоторых  Corei 5 реализована специальная технология «виртуальных ядер» Hyper-threaiding – благодаря этому каждая аппаратное ядрышко работает, и в характеристике процессора мы видим – «4 ядра, 8 потоков». Конечно, удвоения скорости при этом не происходит однако в некоторых приложения выигрыш может достигнуть 20%.

Тактовая частота   

Тактовая частота – это то количество элементарных операций, которые процессор может выполнить в течение секунды. Конечно, число это очень велико, и каким-то образом увидеть отдельный такт мы не можем. То ли дело часы, которые тикают с частотой 1 такт в секунду! Еще недавно этот показатель был для нас, пользователей, не то что самым важным – единственно значимым, а увеличение быстродействия новых процессов было связано прежде всего с увеличением тактовой частоты. В свое время уже известный нам Горднон Мур из Intel предсказал, что каждые полтора года частота микропрецессоров будет удваиваться вместе с числом транзисторов на кристалле – и до середины нынешнего десятилетия этот закон работал без сбоев. Однако лет пять назад «задирать» частоту прекратили – и сегодня быстродействие процессов растает за счет других показателей. Тактовая частота, впрочем, тоже растет, но не так заметно, как десятилетия назад: за  два последних года она увеличилась на 25%. Сегодняшний потолок – около 4 ГГц на одну игру. Впрочем, и эту мощность мы толком-то и освоить не можем…

Практически все «топовые» процессы могут управлять тактовой частотой, снижая ее вовремя простоя и увеличивая, во время пиковых нагрузок. Правда, при автоматическом максимальном поднятии частоты у процессора ядра наращивают тактовую частоту неравномерно, и в любом случае не используют весь свой потенциал. Что бы добиться лучших результатов, энтузиасты – «оверклокеры» действуют иначе, изменяя базовые характеристики процессора в BIOS: обычно для этого увеличивается системная частота шин, памяти, а в большинстве случаев – и напряжение на ядро. В процессорах с индексом К доступно и манипуляция встроенным «множителем».  При таком типе разгона частота всех ядер увеличивается равномерно и на значительную величину, но возможность динамического управления мощностью процессора, увы, теряется.

Добавлю, что разные процессоры разгоняются не одинаково: «оверклокерский» потенционал топовых моделей CoreI 7 невелик, всего-то около 10%, так что целесообразность сего действа близка к нулевой, а вот у Corei 5 результаты традиционно лучше, до 20% при обычном воздушном охлаждении. Что бы получить лучшие результаты, до 50-70% прироста частоты используются уже экстремально «холодильники» с жидким азотом:  «забава» лишь для энтузиастов – гонщиков, но не как не для обычных пользователей.

…С частотой все понятно: чем больше – тем лучше. Но крайне ошибочно думать, что частота и производительность процесса – синонимы: например, скорость вычислений процессоров Corei 7 и Corei 3 работающих на одинаковой частоте, может отличаться более чем вдвое! Стало быть существуют и другие важные для нас показатели влияющие на быстродействие…

Кэш-память

«Кеш»,  быстрая буферная память, встроенная в кристалл процессора, работает значительно быстрее обычной «оперативки». Номинально чем больше этой памятью – тем лучше, тем дороже «камешек». Вообще «кэш-памяти» на борту современных процессоров сразу три вида (L1, L2, L3): чем выше «уровень» - тем память медленнее однако и объем ее больше. У дешевых Atom, к примеру, кеш L2составляет 512 Кб, а более мощные процессоры в дополнению к этому получают еще и кеш L3 объемом от 3 Мб. Больше кеш дает некоторый выигрыш в производительности при работе с некоторыми программами – например, архиваторами, базами данных, математическим софтом… А для работы с видео и звуками, графической и практически для всех игрушек выигрыш от увеличения кеша либо отсутствует вовсе, либо не слишком ощутим.

Встроенная графика.

Мы уже говорили о том, что кристалл любого современного «домашнего» процессора выпушенного с середины 2011 года,  должен быть оснащен встроенным графическим модулем. Не смотря на то, что графическое «ядрышко» у всех процессоров одного семейства одинаковое, частота его работы (а следовательно – и производительность), могут отличаться в разы. Например, у самых дешевых процессоров, частота графического ядра не превышает 650 МГц, а у его старшего брата Carei 7она составляет уже 1300 МГц. Примерно такае же ситуация в и в линейке процессоров AMD, графическое ядрышко которых, кстати, в несколько раз производительнее интеловского. В то время, как графический модуль  intel может соперничать лишь с семейством ATIRadeon 6 серии, в новые процессоры AMDRichard встроено уже ядро 8 семейства, которое показывает производительность как минимум на 50% выше.

Хотя это не так уж и важно, ограничиваться встроенной графикой процессора могут лишь самые непритязательные и абсолютно не охочие до игр пользователи, плюс владельцы ноутбуков.

Наличие «свободного множителя»

Частота, указанная в маркировке любого процессора, на самом деле состоит из двух компонентов: это базовая частота шины, помноженная на коэффициент умножения (множитель). Собственно, пресловутый «разгон», заключается в увеличении одной из этих величин. К сожалению, «множитель» на большинстве бюджетных процессоров заблокирован аппаратно, однако есть и исключения – процессоры со «свободным множителем». Стоят эти «камешки» несколько дороже обычных и предназначены исключительно для энтузиастов разгона.

Форм фактор

Часто смена типа ядра и архитектуры процессора влечет за собой изменения в его внешности – форм факторе, т. е. типе корпуса, в который упакован процессор, а следовательно отличаются и гнезда процессора.

Производительность.

Измерять производительность процессора в гигагерцах или количестве ядер – грубейшая ошибка, это мы уже поняли. К тому же надо еще определить, КАКАЯ именно производительность и для каких задач нам нужна. Так, нет необходимости покупать сверхмощный процессор для игрушек, так как основная нагрузка ложится на видеоплату. А если вы работаете с видео, то лучше взять Corei7, чем Corei5.

Именно по этому серьезные тест сайты и программы, помимо общего, синтетического теста, обычно приводят графики для отдельных задач: кодирование HD видео, распаковки архивов и так далее

Наконец узнать о всех технических характеристиках вашего процессора вы можете с помощью бесплатной программы CPU-Z (cupid.com).

Цена.

Правильный выбор – процессоры в диапазоне 200 – 300 долларов для высокопроизводительных систем, от100 до 200 для «мейнстрима» и игр, и от 70 до 100 – для офисных машинок. Этот принцип остается неизменным уже который год, а построенная на его основе система будет служить нам довольно долго. Помните, что за год средний «камень» падает как минимум вдвое.

Процессоры Intel

В 2013 году мы с вами  имели дело преимущественно с процессорами десятого поколения на основе 22-нм архитектуры Haswell. Однако в этом году ожидается переход на новой 14-нм технологию семейства Broadwell.

Напоминаем, что в последние годы Intel неукоснительно следует стратегии под названием «тик-так». «Тик» - это освоение нового техпроцесса, «так» - отладка технологии. Вообще, заметного роста процессорных «лошадиных сил» при переходи от поколения к поколению не наблюдается, как минимум 4 последних года: за это время производительность десктопных «камешков» выросла лишь вдвое.

Учтите, что на рынке до сих пор болтаются и старые процессоры с теми же торговыми марками, гораздо менее производительные. Это значительно усложняет процесс выбора – слишком уж много факторов нужно держать в голове, что бы понять, чем старые процессоры отличаются от новых и, с другой стороны – какая разница между различными процессорами одного и того же поколения.

В каждом семействе процессоров есть несколько модификаций, отличающихся друг от друга буквенным индексом

Без индекса – обычные процессоры для настольных компьютеров.

К – модели процессоров с разблокированным множителем.

U – процессоры со сниженным электропотреблением.

R - процессоры для встроенных систем и неттопов.

Р – процессоры с отключенным графическим ядром.

Ситуация с «большими» процессорами более-менее ясна, а вот в мобильном сегменте она опять запутывается. К примеру, все мобильные Corei5 и большая часть  Corei7, в отличие от своих старших братьев были двухъядерными.  В маркировке мобильных процессоров появляются новые, незнакомые нам индексы:

MQ – Четырехъядерные мобильные процессоры.

XM  - «Разгонные» модели с разблокированным множителем

R – Встроенные мобильные процессоры.

S – Процессоры для настольных систем с пониженным до 65 Вт тепловыделением.

T – Процессоры для настольных систем  с расчетным тепловыделением менее 45 Вт.

U – Ультромобильные процессоры с пониженным энергопотреблением.

QE – Встроенные четырехъядерные мобильные процессоры.

Самые производительные «камешки» с индексами ХМ и QМ, встречаются они лишь в самых  дорогих ноутбуках. А их собратья с индексами U могут отличаться от них по производительности на десятки процентов, несмотря на то, что номинально они относятся к одной серии.

Процессоры AMD

AMD используют 32 – нанометровую технологию, Intel – уже использует 22 нанометровую, процессоры AMD быстрее нагреваются и потребляют больше электроэнергии.

Однако AMD тоже не луком шита, и при минимальном отставании умудряется «выдоить» любую технологию досуха – да так, что легко конкурирует в бюджетном сегменте (до 300 долларов). Несмотря на то, что IntelCorei7 значительно быстрее при архивации, компрессии видео и аудио, в игровых тестах и офисных приложениях процессоры AMD играют с ними практически на равных. А по мощности встроенной графики AMD оставляет Intel далеко позади. Что вкупе с 20% разницей в стоимости делает процессоры весьма лакомым кусочком для любителей игр.

AMD не меняет процессорные разъемы, даже в относительно старые системные платы легко можно установить «камешек» прошлого поколения, чего не скажешь про Intel. В ассортименте AMD можно найти процессоры с разным количеством ядер – от двух до восьми (трех и шестиядерные процессоры – фирменная «изюминка» AMD).

Процессоры среднего сегмента представлены чипами серии А. В тестах, за исключением встроенной графики, она быстрее в полтора раза. Стоит, однако, учесть, что процессор AMD практически вдвое дешевле своего коллеги, так что по соотношению «цена- качество» он порой выигрывает.

Ноутбучные процессоры AMD представлены индексом С. Аналогом ультромобильных и экономичных процессоров Atom у AMD выступает линейка «гибридных» процессоров AMD серии Е. По частоте (до 1,66 ГГц) да и по тепловыделению (18 ватт) новый процессор AMD уступает  Intel.