Геннадий Кондратьев - Железо ПК. Популярный самоучитель

Нужно ли говорить, что это довольно сложное устройство. Обычно процессор собирается на небольшой пластине из кремния, на которой размещаются миллиарды (да-да, миллиарды!) транзисторов. Именно эти крошки и выполняют всю работу, связанную с вычислениями.

В большинстве персональных компьютеров процессор крепится непосредственно к материнской плате (мы уже посмотрели, как выглядит соответствующее гнездо на «маме» (см. рис. 3.10)), но иногда (очень редко) он устанавливается на отдельной плате, которая, в свою очередь, подключается к материнской с помощью специального слота.

Теперь поговорим об основных характеристиках процессоров (проще говоря, чем один процессор отличается от другого и по каким признакам определить, какой из них круче). Начнем с уже знакомой вам тактовой частоты.

• Тактовая частота (внутренняя частота) – это количество операций, выполняемых процессором за одну секунду (если сказать очень упрощенно). Давайте разберемся в этом чуть подробнее. Процессор выполняет самые разные программы, только некоторые из которых запускает пользователь. Программы – штука сложная, но на самом деле, с точки зрения процессора, они представляют собой лишь цепочку простейших инструкций.

Простой пример

Сравним процессор с человеком, то есть с вами. Итак, вам дано задание приготовить чай. Это программа, но для вас она означает цепочку элементарных действий: пойти на кухню, взять чайник, подойти к крану, налить воды, подойти к плите, включить газ и т. д. Это и есть простейшие инструкции.

Каждое новое состояние процессора называется тактом (tick). Одни простейшие инструкции выполняются за несколько тактов, а другие – за один. Встречаются процессоры, способные выполнять несколько инструкций за один такт (ну просто «монстры» какие-то!). Количество тактов, необходимых процессору для выполнения той или иной инструкции, определяется его внутренним устройством – архитектурой (по аналогии со строительством, где архитектурой здания называют его строение), а также набором команд (то есть команды какой сложности он умеет выполнять). Бывают процессоры:

– с расширенным набором команд (CISC) – работают со сложными инструкциями, каждая из которых занимает несколько тактов;

– с сокращенным набором команд (RISC) – работают с небольшим количеством самых простых инструкций, каждая их которых выполняется очень быстро, но не приносит значительного результата.

Еще один простой пример

Представьте две строительные площадки, на каждой из которых возводится дом. На одной стройплощадке дом строится из кирпича, на другой – из крупных панелей. Для строительства одного этажа требуется несколько десятков панелей или несколько тысяч кирпичей. Можно сказать, что строительство панельного дома производится с расширенным набором команд (CISC), а кирпичного – с сокращенным (RISC). Результат установки трех-четырех панелей сразу виден, в то время как даже несколько десятков новых кирпичей в кладке можно сразу и не заметить. С другой стороны, добавление одного кирпича в кладку занимает гораздо меньше времени, чем установка одной панели.

Так что, если копнуть глубже, становится ясно, что одной тактовой частоты для сравнения скорости работы процессоров недостаточно. Процессоры с одной и той же тактовой частотой могут по-разному работать с различными программами.

Тем не менее чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее он работает в целом (не рассматривая работу с каждой отдельно взятой программой).

Теперь приведем некоторые другие параметры, характеризующие процессор.

• Кеш (cache) – небольшое количество памяти, расположенной прямо на пластине процессора и потому очень быстрой (ведь она работает на внутренней частоте процессора). В кеш заносится очередь поступивших команд. Наличие кеша избавляет процессор от необходимости постоянно обращаться за информацией к более медленной (тут, конечно, все познается в сравнении) оперативной памяти и терять время в ожидании ответа от нее. Мало того, в кеш также подгружается часть информации, которая может пригодиться процессору в ближайшее время. Таким образом, процессор как бы предугадывает ваши действия и заранее загружает в кеш данные, которые могут потребоваться ему для выполнения будущих задач. Более продвинутые процессоры имеют двухуровневый кеш: кеш первого уровня (L1) и кеш второго уровня (L2).

Пример, демонстрирующий работу кеша