Закон количества транзисторов в процессорах (закон мура) в цифрах и графиках

Содержание

Заметка про Intel

Платформа LGA1151 включает полный набор моделей, перечислено по возрастанию производительности: Celeron, Pentium, Core i3/i5/i7. Есть экономичные процессоры, в их названии есть буквы «Т» или «S». Они более медленные и я не вижу смысла ставить их в домашние компьютеры, если нет особой необходимости, например для домашнего файлохранилища/медиацентра. Поддерживается память DDR4, везде встроенное видео.

Самые бюджетные двухъядерные процессоры с встроенной графикой это «Celeron», аналог «Sempron» у AMD, и более производительные «Pentium». Для бытовых нужд лучше ставить хотя бы Pentium.

Топовая LGA2066 для Skylake и Kabylake с процессорами серий i5/i7 и топ i9. Работают c памятью DDR4, имеют на борту 4-18 ядер и нет встроенной графики. Разблокированный множитель.

Для информации:

  • процессоры Core i5 и i7 поддерживают технологию автоматического разгона Turbo Boost
  • процессоры на сокете Kaby Lake не всегда быстрее своих предшественников на Sky Lake. Разница в архитектуре может нивелироваться разной тактовой частотой. Как правило, более быстрый проц стоит немного дороже, даже если он Sky Lake. Но Skylake хорошо разгоняются.
  • процессоры с встроенной графикой Iris Pro подходят для тихих игровых сборок, но они весьма недёшевы
  • процессоры на платформе LGA1151 подходят для игровых систем, но не будет смысла устанавливать больше двух видеокарт, т.к. поддерживается максимум 16 линий PCI Express. Для полного отрыва нужен сокет LGA2011-v3 или LGA2066 и соответствующие камушки.
  • Линейка Xeon предназначена для серверов.

Функции центрального процессора

Как уже было сказано, процессор выполняет в компьютере очень важную функцию. Производительность остальных компонентов зависит от мощности процессора. Если мощности процессора не хватит для стабильной загрузки приложения или игры, видеокарта тоже не сможет себя зарекомендовать. Давайте посмотрим, что делает центральный процессор:

  • ввод (чтение) данных из памяти или устройства ввода / вывода;
  • обработка данных (операндов), в том числе арифметические операции над ними;
  • получать (читать) исполняемые команды;
  • адресация памяти, т.е установка адреса памяти, с которой будет производиться обмен;
  • управление прерываниями и режим прямого доступа.
  • отправлять (записывать) данные в память или на устройства ввода / вывода;

Это основные функции процессора. Все эти функции он выполняет каждую секунду своей работы, обеспечивая стабильную работу компьютера.

Заметка на счёт AMD

Самая бюджетная линейка именуется «Sempron». С каждым новым поколением производительность повышается, но всё равно это самые слабые процессоры. Рекомендуется только для работы с офисными документами, сёрфинга в интернете, просмотра видео и музыки.

У компании есть серия FX – это устаревающие топовые чипы для платформы AM3+. У всех разблокированный множитель, т.е. их легко разгонять (если надо). Есть 4, 6 и 8-ми ядерные модели. Поддерживается технология автоматического разгона – Turbo Core. Работает память только DDR3. Лучше, когда платформа работает с DDR4.

Также есть продукты среднего класса – Athlon X4 и линейка гибридных процессоров (с интегрированной графикой) A4/A6/A8/A10/A12. Это для платформ FM2/FM2+/AM4. A-серия делится на 2-х и 4-х ядерники. Мощность встроенной графики выше у более старших моделей. Если в названии на конце есть буква «К», то эта модель идёт с разблокированным множителем, т.е. легче поддаётся разгону. Поддерживается Turbo Core. Брать что-то из A-серии есть смысл, только при условии, что отдельной видеокарты не будет.

Для сокета AM4 самые новые процессоры — это серия Ryzen 3, Ryzen 5, Ryzen 7. Позиционируются как конкуренты Intel Core i3, i5, i7. Бывают без встроенной графики и с ней, тогда в наименовании модели будет буква G, например AMD Ryzen A5 2400G. Самая топовая линейка с 8-16 ядерными процессорами это AMD Ryzen Threadripper с массивной системой охлаждения.

Хранение информации — регистры и память

Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.

Регистры

Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.

Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.

По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:

  • RS-триггер: сохраняет своё состояние при нулевых уровнях на обоих входах и изменяет его при установке единице на одном из входов (Reset/Set — Сброс/Установка).
  • JK-триггер: идентичен RS-триггеру за исключением того, что при подаче единиц сразу на два входа триггер меняет своё состояние на противоположное (счётный режим).
  • T-триггер: меняет своё состояние на противоположное при каждом такте на его единственном входе.
  • D-триггер: запоминает состояние на входе в момент синхронизации. Асинхронные D-триггеры смысла не имеют.

Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.

Принцип действия RS-триггера

Память (ОЗУ)

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.

Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.

Характеристики процессора

Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду.

Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.

Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адресазависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще.

На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти

Проектирование процессоров

Специалисты различают архитектуру процессора и микроархитектуру процессора.

Архитектура процессора — это система команд, которую он поддерживает. Архитектура процессоров важна для программистов: именно от архитектуры зависит, какие программы будут с этим процессором совместимы.

Микроархитектура процессора — это, грубо говоря, внутренняя схема устройства процессора в том виде, в каком её видят разработчики процессоров.

Процессоры с одинаковой архитектурой, но разной микроархитектурой могут выполнять одинаковые программы без перетрансляции, но отличаться в производительности.

Российская архитектура, российская микроархитектура

Это полностью отечественный продукт. Такие процессоры труднее продвигать на мировой рынок и наоборот — на этих процессорах сложнее использовать разработанное за рубежом программное обеспечение.

Лицензированные процессорные ядра

Россияне сами компонуют закупленные за рубежом ядра на кристалле, добавляют свои вспомогательные блоки. Написанное за рубежом программное обеспечение более-менее гарантированно работает. Процессор можно использовать для продвижения российских аппаратных блоков за рубежом (например, блок обработки видео).

Международная архитектура, российская микроархитектура

Занятный компромисс, при котором и написанный за рубежом софтвер работает, и при этом можно говорить «мы спроектировали не только систему на кристалле, но и само процессорное ядро». По трудоёмкости создания схема близка к первому пункту (российские архитектура и микроархитектура), а при продвижении на мировой рынок нужно вдобавок доказывать заказчикам, что архитектура реализована точно.

Кристалл и подложка

Кристаллы — это такие твёрдые тела, в которых атомы и молекулы вещества находятся в строгом порядке. Проще говоря, атомы в кристалле расположены предсказуемым образом в любой точке. Это позволяет точно понимать, как будет вести себя это вещество при любом воздействии на него. Именно это свойство кристаллической решётки используют на производстве процессоров.

Самые распространённые кристаллы — соль, драгоценные камни, лёд и графит в карандаше.

Большой кристалл можно получить, если кремний расплавить, а затем опустить туда заранее подготовленный маленький кристалл. Он сформирует вокруг себя новый слой кристаллической решётки, получившийся слой сделает то же самое, и в результате мы получим один большой кристалл. На производстве он весит под сотню килограмм, но при этом очень хрупкий.

Готовый кристалл кремния.

После того, как кристалл готов, его нарезают специальной пилой на диски толщиной в миллиметр. При этом диаметр такого диска получается около 30 сантиметров — на нём будет создаваться сразу несколько десятков процессоров.

Каждую такую пластинку тщательно шлифуют, чтобы поверхность получилась идеально ровной. Если будут зазубрины или шероховатости, то на следующих этапах диск забракуют.

Готовые отполированные пластины кремния.

Zhaoxin: китайская альтернатива AMD и Intel для нижнего ценового сегмента

Итак, ARM начинают увереннее осваивать пространство ПК и дата-центров. Но что насчет производителей x86 — кто, если не AMD и не Intel?

Лицензии x86  имеют лишь немногие компании: Intel, AMD, VIA и DMP Electronics. DMP — тайваньская компания, ответственная за линейку встраиваемых чипов Vortex86, применяемых в телевизионных приставках и в промышленном секторе. Но есть еще китайский рынок, который, к тому же, стремится получить максимальную автономию от американского — и VIA относится как раз к нему.

Когда-то в нулевых VIA производила не только процессоры, но и видеокарты, причем делала это весьма успешно. Но со временем ее сильно подвинули Intel и  AMD, так что в 2013 году она совместно с муниципальным правительством Шанхая организовала компанию Zhaoxin. Владельцем Zhaoxin является правительство Китая, так что оно полностью контролирует разработку и производство чипов — которые, к слову, изготавливаются на заводах TSMC

VIA продолжает владеть миноритарным пакетом акций Zhaoxin и — что особенно важно — предоставляет лицензию x86, позволяющую Zhaoxin создавать собственные процессоры для настольных ПК

Первые решения Zhaoxin не особенно пользовались популярностью, но начиная с модели KX-U6780A ситуация изменилась.  

Процессоры Zhaoxin Kaixian построены на основе 16-нм техпроцесса. Флагман компании, KX-U6880A, — 8-ядерный чип на базе собственной архитектуры Lujiazui, оснащенный 8 МБ кэша L3 и работающий на частоте 3.0 ГГц. На чипе также присутствуют контроллеры 16 линий PCI Express 3.0, USB и SATA, что позволяет подключить к нему, скажем, Nvidia RTX 2080 Ti.  

Звучит довольно неплохо, однако, что касается тестов, результаты не совсем плачевные, но и не самые лучшие: U6880A имеет уровень производительности, аналогичный четырехъядерному процессору AMD A10-9700 APU. Впрочем, такой мощности достаточно, чтобы обеспечить частоту кадров выше 30 FPS в таких тайтлах, как Hitman 3 и Far Cry 5.

Предполагается, что готовящаяся к выпуску серия нового поколения KX-7000 будет изготавливаться уже по 7-нм техпроцессу, базироваться на новой архитектуре и использовать DDR5 и интерфейс PCI Express 4.0. Все это открывает дверь к более высоким тактовым частотам и большей эффективности. Неизвестно, насколько это поможет улучшить производительность в сравнении с Alder Lake и Zen 4

Тем не менее, чипы Zhaoxin — неплохая и — что важно — коммерчески доступная китайская альтернатива x86, которая легко справится с большинством обычных рабочих нагрузок. 

CMOS и батарея CMOS: все, что нужно знать

CMOS (сокр. комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) — это термин, который обычно используется для описания небольшого объема памяти на материнской плате компьютера, в которой хранятся настройки BIOS. Некоторые из этих настроек BIOS включают системное время и дату, а также настройки оборудования.

Другие названия CMOS

CMOS (произносится цмос) иногда называют часами реального времени (RTC), CMOS RAM, энергонезависимой RAM (NVRAM), энергонезависимой памятью BIOS или комплементарной симметрией металл-оксид-полупроводник (COS-MOS).

Очистка CMOS

Большинство разговоров о CMOS включает в себя «очистку CMOS», что означает сброс настроек BIOS до начальных значений. Это простая задача, которая является отличным шагом для устранения многих типов компьютерных проблем.

Например, возможно, ваш компьютер зависает во время процедуры POST, и в этом случае простейшим решением может быть очистка CMOS для сброса настроек BIOS до заводских значений по-умолчанию.

Может быть, вам нужно очистить CMOS, чтобы сбросить неправильно настроенные параметры BIOS, чтобы исправить некоторые сообщения об ошибках, связанных с оборудованием, например, ошибки Code 29.

Как BIOS и CMOS работают вместе

BIOS представляет собой компьютерный чип на материнской плате, такой как CMOS, за исключением того, что он предназначен для связи между процессором и другими аппаратными компонентами, такими как жесткий диск, порты USB, звуковая карта, видеокарта и многое другое. Компьютер без BIOS не поймет, как эти части компьютера работают вместе.

Микропрограмма BIOS также выполняет самотестирование при включении питания для проверки этих аппаратных компонентов и, в конечном счете, запускает загрузчик для запуска операционной системы.

Что такое BIOS?

CMOS также является компьютерным чипом на материнской плате, или, более конкретно, чипом ОЗУ, что означает, что он обычно теряет настройки, которые он хранит при выключении компьютера (например, содержание оперативной памяти не сохраняется при каждой перезагрузке компьютера). Тем не менее, батарея CMOS используется для обеспечения постоянного питания чипа.

Когда компьютер загружается в первый раз BIOS извлекает информацию из чипа CMOS, чтобы принять настройки оборудования, время и все, что в нем хранится. Чип обычно хранит всего 256 байтов информации.

Что такое батарея CMOS?

CMOS обычно питается от батарейки CR2032 размером с монету, называемой CMOS батареей.

Большинство батарей CMOS работают в течение всего срока службы материнской платы, в большинстве случаев до 10 лет, но иногда их необходимо заменить.

Неправильная или сбивающаяся системная дата и время, а также потеря настроек BIOS являются основными признаками разряженной или умирающей батареи CMOS. Заменить заменить ее очень просто.

Подробнее о CMOS и CMOS батарее

В то время как большинство материнских плат имеют место для батареи CMOS, некоторые небольшие компьютеры, такие как планшеты и ноутбуки, имеют небольшой внешний отсек для батареи CMOS, которая подключается к материнской плате через два маленьких провода.

Некоторые устройства, которые используют CMOS, включают в себя микропроцессоры, микроконтроллеры и статическое ОЗУ (SRAM).

Важно понимать, что CMOS и BIOS не являются взаимозаменяемыми терминами для одного и того же. Хотя они работают вместе для выполнения определенной функции в компьютере, они представляют собой два совершенно разных компонента

Когда компьютер впервые запускается, есть возможность загрузиться в BIOS или CMOS. Открытие настройки CMOS — это то, как вы можете изменить сохраняемые настройки, такие как дата и время, и как запускаются различные компоненты компьютера. Вы также можете использовать настройку CMOS для отключения / включения некоторых аппаратных устройств.

Чипы CMOS желательны для устройств с батарейным питанием, таких как ноутбуки, потому что они потребляют меньше энергии, чем чипы других типов. Хотя они используют как цепи с отрицательной полярностью, так и цепи с положительной полярностью (NMOS и PMOS), одновременно включается только один тип цепи.

Эквивалентом CMOS для Mac является PRAM, что означает параметры RAM. Вы также можете сбросить PRAM вашего Mac.

Что такое процессор

Процессор — это часть оборудования, которая интерпретирует инструкции, управляющие компьютером. Процессоры называют мозгом компьютера неспроста: без него компьютеры не могут запускать программы.

Процессоры часто называют ЦП. Технически в компьютере есть более одного процессора, например, графический процессор (GPU), но центральный процессор, возможно, является самым важным из них.

Блоки обработки принимают инструкции из оперативной памяти (RAM) компьютера. Когда эти инструкции получены, ЦП декодирует и обрабатывает действие, а затем выдаёт результат.

Intel и AMD — самые известные компании в индустрии процессоров для настольных, портативных и серверных компьютеров. Intel Core и AMD Ryzen — одни из самых популярных процессоров для настольных ПК. Apple, Nvidia и Qualcomm известны своими процессорами для мобильных устройств.

Структура современных процессоров

Центральный процессор современного ПК, ноутбука или планшета представлен ядром — теперь уже нормой считается, что их несколько, кэш-памятью на различных уровнях, а также контроллерами: ОЗУ, системной шины. Производительность микросхемы соответствующего типа определяется ее ключевыми характеристиками. В какой совокупности они могут быть представлены?

Наиболее значимые характеристики центрального процессора на современных ПК таковы: тип микроархитектуры (обычно указывается в нанометрах), тактовая частота (в гигагерцах), объем кэш-памяти на каждом уровне (в мегабайтах), энергопотребление (в ваттах), а также наличие или отсутствие графического модуля.

Изучим специфику работы некоторых ключевых модулей центрального процессора подробнее. Начнем с ядра.

SPARC — открытая архитектура ЦП, используемая Oracle

Архитектура SPARC — открытого типа, что означает — пользоваться ей может каждый, кто хочет заниматься разработкой процессоров. Чем и воспользовались в свое время как российский МЦСТ, так и Oracle. Причем в случае последних интересно то, что SPARC M8 аппаратно поддерживает язык SQL, а также работу с основными криптографическими протоколами: AES, SHA, DES, MD5. 

SPARC M8 — это 32-ядерный 256-поточный ЦП, работающий на частоте до 5 ГГц, имеющий 64 МБ кэша L3. Все это делает чипы от Oracle лучшим решением при работе с базами данных, во многом опережающих Intel и AMD, и именно поэтому сейчас они получили широкое применение в серверах под управлением ОС Solaris.

Как уже упоминалось, ту же практику использования открытой архитектуры SPARC перенял и МЦСТ — но уже с меньшим успехом. 4 ядра процессора на частоте 1 ГГц, контроллер памяти DDR2, техпроцесс 90 нм выглядели очень слабо даже на момент своего выхода на рынок в 2015 году — неудивительно, что в результате инициативу свернули и полностью сосредоточились на процессорах «Эльбрус».

Кремний

Почти все процессоры, которые производятся в мире, делаются на кремниевой основе. Это связано с тем, что у кремния подходящая внутренняя атомная структура, которая позволяет делать микросхемы и процессоры практически любой конфигурации.

Самый доступный источник кремния — песок. Но кремний, который получается из песка, на самом первом этапе недостаточно чистый: в нём есть 0,5% примесей. Может показаться, что чистота 99,5% — это круто, но для процессоров нужна чистота уровня 99,9999999%. Такой кремний называется электронным, и его можно получить после цепочки определённых химических реакций.

Когда цепочка заканчивается и остаётся только чистый кремний, можно начинать выращивать кристалл.

Роль Intel в истории микропроцессорной индустрии

Первым микропроцессором для домашних компьютеров стал представленный в 1974 году Intel 8080. Вся вычислительная мощность 8-битного компьютера помещалась в одном чипе. Но по-настоящему большое значение имел анонс процессора Intel 8088. Он появился в 1979 году и с 1981 года стал использоваться в первых массовых персональных компьютерах IBM PC.

Далее процессоры начали развиваться и обрастать мощью. Каждый, кто хоть немного знаком с историей микропроцессорной индустрии, помнит, что на смену 8088 пришли 80286. Затем настал черед 80386, за которым следовали 80486. Потом были несколько поколений «Пентиумов»: Pentium, Pentium II, III и Pentium 4. Все это «интеловские» процессоры, основанные на базовой конструкции 8088. Они обладали обратной совместимостью. Это значит, что Pentium 4 мог обработать любой фрагмент кода для 8088, но делал это со скоростью, возросшей примерно в пять тысяч раз. С тех пор прошло не так много лет, но успели смениться еще несколько поколений микропроцессоров.

  • Name (Название). Модель процессора
  • Date (Дата). Год, в который процессор был впервые представлен. Многие процессоры представляли многократно, каждый раз, когда повышалась их тактовая частота. Таким образом, очередная модификация чипа могла быть повторно анонсирована даже через несколько лет после появления на рынке первой его версии
  • Transistors (Количество транзисторов). Количество транзисторов в чипе. Вы можете видеть, что этот показатель неуклонно увеличивался
  • Microns (Ширина в микронах). Один микрон равен одной миллионной доле метра. Величина этого показателя определяется толщиной самого тонкого провода в чипе. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет 100 микрон
  • Clock speed (Тактовая частота). Максимальная скорость работы процессора
  • Data Width. «Битность» арифметико-логического устройства процессора (АЛУ, ALU). 8-битное АЛУ может слагать, вычитать, умножать и выполнять иные действия над двумя 8-битными числами. 32-битное АЛУ может работать с 32-битными числами. Чтобы сложить два 32-битных числа, восьмибитному АЛУ необходимо выполнить четыре инструкции. 32-битное АЛУ справится с этой задачей за одну инструкцию. Во многих (но не во всех) случаях ширина внешней шины данных совпадает с «битностью» АЛУ. Процессор 8088 обладал 16-битным АЛУ, но 8-битной шиной. Для поздних «Пентиумов» была характерна ситуация, когда шина была уже 64-битной, а АЛУ по-прежнему оставалось 32-битным
  • MIPS (Миллионов инструкций в секунду). Позволяет приблизительно оценить производительность процессора. Современные микропроцессоры выполняют настолько много разных задач, что этот показатель потерял свое первоначальное значение и может использоваться, в основном, для сравнения вычислительной мощности нескольких процессоров (как в данной таблице)

Существует непосредственная связь между тактовой частотой, а также количеством транзисторов и числом операций, выполняемых процессором за одну секунду. Например, тактовая частота процессора 8088 достигала 5 МГЦ, а производительность: всего 0,33 миллиона операций в секунду. То есть на выполнение одной инструкции требовалось порядка 15 тактов процессора. В 2004 году процессоры уже могли выполнять по две инструкции за один такт. Это улучшение было обеспечено увеличением количества процессоров в чипе.

Чип также называют интегральной микросхемой (или просто микросхемой). Чаще всего это маленькая и тонкая кремниевая пластинка, в которую «впечатаны» транзисторы. Чип, сторона которого достигает двух с половиной сантиметров, может содержать десятки миллионов транзисторов. Простейшие процессоры могут быть квадратиками со стороной всего в несколько миллиметров. И этого размера достаточно для нескольких тысяч транзисторов.

Компоненты частоты

Рассматриваемый показатель формируется из двух компонентов. Во-первых, это частота системной шины — измеряется она обычно в сотнях мегагерц. Во-вторых, это коэффициент, на который соответствующий показатель умножается. В некоторых случаях производители процессоров дают пользователям возможность регулировать оба параметра. При этом, если выставить в достаточной мере высокие значения для системной шины и множителя, можно ощутимо увеличить производительность микросхемы. Именно таким образом осуществляется разгон процессора

Правда, его задействовать нужно осторожно

Дело в том, что при разгоне может значительно увеличиться температура центрального процессора. Если на ПК не будет установлено соответствующей системы охлаждения, то это может привести к выходу микросхемы из строя.

Подытожим на примере

Чтобы подвести итоги, кратко рассмотрим архитектуру процессора Intel Core 2. Это было еще в 2006 году, поэтому некоторые детали могут быть устаревшими, но информации о новых разработках отсутствуют в публичном доступе. 

На самом верху располагается кэш команд и буфер ассоциативной трансляции. Буфер помогает процессору определить, где в памяти располагаются необходимые команды. Эти инструкции хранятся в кэше команд первого уровня, а после этого отправляются в предекодер, так как из-за сложностей архитектуры x86 декодирование происходит во множество этапов. Сразу же за ними идет предсказатель переходов и предвыборщик кода, которые снижают вероятность возникновения потенциальных проблем со следующими командами. 

Далее команды отправляются в очередь команд. Вспомните, как внеочередное исполнение позволяет процессору выбрать именно ту команду, которую практичнее всего выполнить в конкретный момент из очереди текущих инструкций. После того, как процессор определил нужную команду, та декодируется во множество микроопераций. В то время как команда может содержать сложную для ЦП задачу, микрооперации представляют собой детализированные задачи, которые процессору легче интерпретировать.

Затем эти инструкции попадают в таблицу псевдонимов регистров, переупорядочивающий буфер и станцию резервации. Подробно расписать их принцип работы в одном абзаце, увы, не получится, так как это — информация, которую обычно подают на последних курсах технических вузов. Если в двух словах, то все они используются в процессе внеочередного исполнения для управления зависимостями между командами. 

На самом деле, у каждого ядра процессора множество арифметическо-логических устройств и портов памяти. Команды отправляются в станцию резервации, пока не освободится устройство или порт. Затем команда обрабатывается с помощью кэша данных первого уровня, а полученный результат сохраняется для дальнейшего использования, после чего процессор может приступать к следующей задаче. На этом все!

Пусть эта статья и не предназначалась для того, чтобы служить исчерпывающим руководством по тому, как работает каждый из процессоров,  она должна дать вам базовое представление об их внутренней работе и сложности. К сожалению, о том, как действительно работают современные процессоры, знают лишь работники Intel и AMD, поэтому информация, описанная в этой статье — лишь вершина айсберга, ведь каждый пункт, описанный в тексте — это результат огромного количества исследований и разработок.

Лучшие процессоры для смартфонов

В начале 2021 основное сражение идёт между Snapdragon 888 и Exynos 2100. Было много слухов о том, что Samsung откажется от своего процессора во флагманских устройствах. Но они не только продолжают бороться, но и для новых процессоров сделали отдельную презентацию.

Первый смартфон Xiaomi Mi 11 на процессоре Snapdragon 888. Уже Samsung Galaxy S21 получил чипсет Exynos 2100. Фактически сравнивать их производительность нет большого смысла. Более достоверное сравнение будет именно смартфона Samsung Galaxy S21 на Snapdragon и Exynos.

Qualcomm Snapdragon 888

Как обычно, получаем улучшение производительности во всех его направлениях. По словам компании Qualcomm, это самый заметный скачок за всю историю. Используется архитектура: 1×2,84 ГГц (Cortex X1 с увеличенным кэшем), 3×2,4 ГГц (Cortex A78), 4×1,8 ГГц (Cortex A55).

Центральный процессор ЯдерЧастотаАрхитектура
Тех. процесс
1x 2.9 ГГц – Cortex-X13x 2.8 ГГц – Cortex-A784x 2.2 ГГц – Cortex-A55
5 нм
Графический процессор Модель GPU
Частота GPU
Вычислительных блоков
Версия DirectX
Mali-G78 MP14

14
12
Оперативная память  Тип
Частота
Макс. объём
Пропуск. способность
LPDDR5
3200 МГц
До 16 ГБ
До 50 Гбит/с
Мультимедиа & Связь Накопитель
Разрешение дисплея
Запись видео
Скорость скачивания & отдачи
UFS 3.1
4096 x 2160
8K при 30FPS, 4K — 120FPS
До 3000 & 422 Мбит/с

Установленный графический процессор Adreno 660 способен выдавать до 144 кадров в секунду. Его мощность возросла на 35% в сравнении с предыдущим поколением. Нейропроцессор может обрабатывать в 2 раза больше до 26 TOPS (в топовом Snapdragon 865 Plus было только 15 TOPS).

Samsung Exynos 2100

Процессор Exynos 2100 имеет трёхкластерный восьмиядерный CPU, который по конфигурации повторяет Snapdragon 888. А именно одно производительное ядро Cortex-X1, три средних Cortex A78 и четыре энергоэффективных Cortex A55. Его рабочие частоты: 2,9 ГГц, 3×2,8 ГГц и 4×2,2 ГГц.

Центральный процессор ЯдерЧастотаАрхитектура
Тех. процесс
1x 2.84 ГГц – Cortex-X13x 2.42 ГГц – Cortex-A784x 1.8 ГГц – Cortex-A55
5 нм
Графический процессор Модель GPU
Частота GPU
Вычислительных блоков
Версия DirectX
Adreno 660
840 МГц
2
12
Оперативная память  Тип
Частота
Макс. объём
Пропуск. способность
LPDDR5
3200 МГц
До 16 ГБ
До 50 Гбит/с
Мультимедиа & Связь Накопитель
Разрешение дисплея
Запись видео
Скорость скачивания & отдачи
UFS 3.0, UFS 3.1
3840 x 2160
8K при 30FPS, 4K — 120FPS
До 2500 & 316 Мбит/с

В сравнении с Exynos 990 новый Exynos 2100 на 30% быстрее при многопоточной нагрузке. За графику отвечает Mali-G78 с 14 вычислительными ядрами. Производительность возросла почти вдвое — с 15 до 26 TOPS (триллион операций в секунду). Плюс уменьшение техпроцесса до 5 нм.

MediaTek Dimensity 1200

Серия Dimensity 1200 и 1100 — это новейшие процессоры с интегрированным чипом 5G для флагманов. Они выполнены по 6 нм технологическому процессу. ЦП имеет одно ядро Cortex-A78 с частотой 3.0 ГГц, три Cortex-A78 — 2.6 ГГц и четыре энергоэффективных Cortex-A55 — 2.0 ГГц.

Центральный процессор ЯдерЧастотаАрхитектура
Тех. процесс
1x 3.0 ГГц – Cortex-A783x 2.6 ГГц – Cortex-A784x 2.2 ГГц – Cortex-A55
6 нм
Графический процессор Модель GPU
Частота GPU
Вычислительных блоков
Версия DirectX
Mali-G77 MC9
840 МГц
9
12
Оперативная память  Тип
Частота
Макс. объём
Пропуск. способность
LPDDR4X
4266 МГц
До 16 ГБ
Мультимедиа & Связь Накопитель
Разрешение дисплея
Запись видео
Скорость скачивания & отдачи
UFS 3.1
2520 x 1080
4K — 60FPS

Самое мощное ядро повышает производительность до 22%, а также энергоэффективность лучше на 25% в сравнении с предыдущим поколением. Технология MediaTek HyperEngine 3.0 расширяет возможности игрового процесса. На 20% быстрее ИИ обрабатывает ночные снимки.

https://youtube.com/watch?v=5XYleCXfr8c

Что такое ЦП или CPU

Аббревиатура ЦП расшифровывается как Центральный процессор и обозначает устройство, которое обрабатывает практически всю информацию в компьютере.  В английском языке аналогом аббревиатуры ЦП является аббревиатура CPU, которая расшифровывается как Central processing unit. Поэтому ЦП и CPU это одно и тоже устройство.

ЦП – это кремниевый чип, который является основным в любом компьютере. Он выполняет код программ, работает с оперативной памятью и внешними устройствами, фактически это главный компонент любого компьютера. Одной из основных технических характеристик любого ЦП является его архитектура. В современных настольных компьютерах и ноутбуках используются процессоры на основе архитектуры x86. Данная архитектура и соответствующий ей набор команд появились в 70- годах прошлого столетия, вместе с процессором Intel 8086. В дальнейшем на основе этой архитектуры свои процессоры начали выпускать и другие производители. Например, такие процессоры выпускались компаниями AMD, Cyrix, VIA, Transmeta, IDT и другими.

Но, сейчас существует только два производителя x86 процессоров – это компании Intel и AMD. Именно эти две компании сейчас выпускают практически все процессоры на базе этой архитектуры. Остальные компании закрыли производство ЦП на базе x86 не выдержав конкуренции.

У Intel и AMD есть ряд брендов под которыми они выпускают свои центральные процессоры. Эти названия вы могли слышать в рекламе компьютерной техники.

Как выглядит ЦП (Intel Core i7).

У Intel это:

  • Celeron;
  • Pentium;
  • Core i3;
  • Core i5;
  • Core i7;
  • Core i9;
  • Xeon;

А у AMD:

  • Sepron;
  • Athlon;
  • AMD FX;
  • AMD A;
  • Ryzen 3;
  • Ryzen 5;
  • Ryzen 7;
  • Ryzen Threadripper;
  • Epic;

Основным отличием между ЦП разных брендов является уровень производительности. Так процессор Core i5 обычно более производительный чем Core i3, а Core i7, в свою очередь, более производительный чем Core i5. Аналогичные различия в уровне производительности есть и у процессоров AMD.

На производительность процессора влияют несколько факторов. Во-первых, это тактовая частота, чем она выше, тем больше операций может выполнить процессор за единицу времени. Во-вторых, это количество ядер, чем больше вычислительных ядер имеет процессор, тем больше вычислений могут производится параллельно, что повышает также производительность ЦП. Кроме этого, на производительность влияет скорость работы и объем кеш памяти, скорость обмена данными с оперативной памятью и другие параметры.

Эффект «узкого горлышка»

Надо сказать, что сочетание процессора и видеокарты нужно подбирать правильно. В противном случае вы можете столкнуться с таким явлением, как узкое место. В переводе с английского это означает «узкое место». Давайте выясним, что это такое и почему возникает. ЦП является важным модулем компьютера, и если он полностью загружен, а видеокарта еще не установлена, это называется эффектом узкого места, когда производительность компьютера ограничивается мощностью процессора, а не видеокартой. Чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо выбирать более мощный процессор, чем тот, который подходит для видеокарты.