Что такое процессор и как он работает

Историческая справка

Процессор в компьютере — специальный чип или компонент системы («ЦПУ» или CPU — почти дословный перевод «центральное обрабатывающее устройство»), выполняющее все логические и математические вычисления. Также носит название Core (ядро). Он работает в паре с другими компонентами компьютера. Более подробный алгоритм как работает процессор укажем ниже.

1. Первые CPU появились в период с 40 по 50 года прошлого столетия. Уже тогда люди обдумывали машину, которая сможет «думать» подобно человеку. Процессор это мозг, он должен быть устроен подобным образом. Только здесь в качестве нейронов использовали электромеханические реле или вакуумные лампы. Их собирали в гигантские стойки. Если хотели узнать, что такое архитектура процессора, то лучше всего посмотреть на характер компоновки устройств из данной эпохи.
2. Вторая волна CPU была построена на транзисторах. Их начали делать в середине 50-х годов. Эта технология более понятна современному пользователю. Если нужно посмотреть, что такое системный процессор — лучше глубоко изучить транзисторную технологию. По сути, все современные устройства Intel работают именно по ней, только в уменьшённой и сильно скомпонованной версии.
3. Третий этап — создание микросхем. В ту пору инженеры решали проблему как заставить работать процессор быстрее. Они решили соединить разные компоненты устройства в рамках небольшой платы. Технологии подобного характера появились в середине 60-х годов.
4. Самый важный этап — создание микропроцессоров. Начало 70-х годов по наше время. Известных нам Core CPU, где все компоненты устройства умещаются в рамках одного небольшого чипа. Это и есть современное «сердце» смартфона или ПК. В этом случае уже можно сказать, что процессор — это мозг компьютера.

Нужно четко понимать, что такое процессор в компьютере и зачем он вообще нужен.

Зачем нужен центральный процессор в компьютере, смартфоне или ноутбуке?

ЦП — это как мозг устройства. Он отвечает за выполнение всех задач: от простых, таких как открытие приложений, до сложных, например, обработка видео или игр. Без него любое устройство просто бы не работало.

Читайте по теме:

Как узнать характеристики компьютера

Сервер — что это такое простыми словами, виды и функции

Процессор:

1. Обрабатывает данные. Когда вводите текст, запускаете игру или смотрите видео, процессор берет все эти команды и выполняет их. Например, если печатаете сообщение на смартфоне, ЦП обрабатывает каждый символ, который нажимаете.
2. Координирует работу всех компонентов. Процессор связывает между собой все части устройства: оперативную память, видеокарту, экран и даже клавиатуру. Например, при просмотре фильма он заставляет видео плавно воспроизводиться на экране.
3. Управляет многозадачностью. Современные устройства позволяют выполнять несколько задач одновременно. Например, можете слушать музыку, писать сообщение и проверять почту. Процессор распределяет ресурсы так, чтобы все работало без задержек.
4. Экономит энергию. В смартфонах процессоры оптимизированы для экономии заряда батареи. Например, они могут снижать производительность, когда устройство не используется активно.

Примеры в реальной жизни:

• В компьютере процессор обрабатывает данные для сложных программ, таких как видеоредакторы.
• В смартфоне он позволяет быстро переключаться между приложениями.
• В ноутбуке процессор помогает работать с документами, проводить видеоконференции и запускать игры.

ЦП — сердце любого устройства. Чем мощнее процессор, тем быстрее и продуктивнее работает ваш компьютер, смартфон или ноутбук. Выбирая устройство, обратите внимание на его процессор, ведь от него зависит комфорт работы.

Из каких компонентов состоит процессор?

Что такое процессор Intel? Это плоский чип, который можно увидеть в продаже любого магазина. С первого взгляда можно подумать, что серый квадратик CPU больше ничего в себе не содержит. Но это не так.

Нужно просто аккуратно убрать крышку, и станет понятно, что устройство не такое простое, как кажется. Его архитектура по характеру напоминает небольшой завод с несколькими линиями обработки данных. Рассмотрим на примере архитектуры Core Intel Architecture 32-bit (IA-32), она же Intel х86:

1. Блок управления. Это диспетчерский пункт устройства. Он занимается координацией внутри CPU. Блок отвечает за обработку данных извне, преобразовывая команды из памяти в специальный машинный код, который понимает «язык» работы внутри устройства.
2. Регистры. Специальные компоненты, которые отвечают за быструю связь внутри устройства. Регистры хранят данные для постепенной обработки команд внутри процессора. Это оперативная память. Она позволяет получать и обрабатывать потоки информации от ОЗУ или кэш-памяти частями, на перегружая данными CPU.
3. ALU. Это и есть центральный процессор. Мозг системы. Он отвечает за выполнение арифметических и логических операций. Современные ALU построены на микротранзисторах.
4. Блок управления памятью. Дополнительный компонент Core, которого может и не быть в чипе. Отвечает за кэш-память. Характер работы завязан на взаимодействие с внешними источниками памяти — ОЗУ.
5. Генератор синхроимпульсов. Специальный микрочип, который вырабатывает короткие электрические импульсы. Это тот параметр, который отвечает за частоту (Гц). Чем она выше, тем быстрее работает CPU. Большая часть современных центральных процессоров имеет переменную тактовую частоту и может самостоятельно регулировать данный параметр.

Это схема CPU, которая показывает, как работает центральный процессор компьютера на уровне архитектуры и компоновки. На этой базе построены ядра от Intel и других производителей.

Технические характеристики процессора

Здесь можно говорить о нескольких базовых параметрах, которые можно встретить в описании любого центрального процессора. Посмотрим на примере одной из топовых модификаций от Intel Core i9-14900K6:

• ядра/потоки — 24/32;
• базовая частота — 3,2 ГГц;
• турбочастота — 6,0 ГГц;
• кэш второго/третьего уровня — 32/36 Мб.

Разберем указанные характеристики CPU:

1. Ядра и потоки. Современные CPU состоят из нескольких ядер. Первые процессоры были построены на 1 ядре (Core). Например, Intel Pentium 2 или более ранние модификации CPU от бренда Intel. Потоки — это количество входных и выходных «путей» для обработки команд, которые попадают на ядро процессора. В нашем примере получается 24 ядра и 32 потока на каждый Core.
2. Базовая частота. Это те герцы, которые выдает генератор синхроимпульсов Core в стандартной работе, без разгона. Можно сказать, что это рабочая и основная характеристика устройства. Лучше всего ориентироваться именно на этот показатель. Чем выше показатель базовой частоты, тем быстрее работает каждое ядро. У модели Intel Core i9-14900K6 данный показатель равняется 3.2 ГГц на каждое ядро. У вышеупомянутого Intel Pentium 2 базовая частота не превышала показатель 233 Гц.
3. Турбочастота. Так называемый «разгон» процессора в официальных рамках. Те показатели Гц, на которые может выйти устройство в пике работы. Эта характеристика будет интересна бизнесу и людям из игровой сферы. В нашем примере показатель находится на отметке 6 ГГц. Это очень много.
4. Кэш-память. Чаще всего ее обозначают как L2 и L3 — первого и второго уровня соответственно. Кэш-память хранит в себе небольшой объем данных, которые она может отправить на выполнение команд в обработку центрального процессора. От этого показателя зависит быстрота обработки данных в Core. У Intel Core i9-14900K6 L2 составляет 32 Мб, а L3 — 36 Мб.

Еще одна важная характеристика для CPU — сокет (Socket). Это разъем, в который устанавливают сам процессор. Он может отличаться от выбранной модели и бренда. Его можно сравнить с электрической вилкой и розеткой.

Например, в Китае, России и США все розетки сделаны для передачи электрического тока примерно одной и той же характеристики. Однако каждая из них имеет разную конструкцию подключения. Нельзя воткнуть вилку из Китая в российскую розетку. Такая же история с сокетами.

Читайте по теме:

Квантовый компьютер: что это такое?

Intel представила первый в мире 24-ядерный процессор, способный развивать частоту до 6 ГГц

Для Intel Core i9-14900K подходит Socket LGA 1700. Перед тем, как проверить, работает ли процессор, обязательно убедитесь, что он подходит по сокету. Иначе можно просто сломать контактную группу — устройство перестанет работать.

Принцип работы процессора

Понятно, как устроен ЦП и какие рабочие характеристики за что отвечают.  Осталось узнать, как проверить, как работает процессор CPU. Посмотрим на примере работы Core Intel Pentium 2:

1. Из ОЗУ данные попадают на обработку в блок управления памятью центрального процессора. Здесь происходит выборка команд. Они передаются в блок управления. Команды преобразуются в операции для последующей обработки.
2. Из регистров операции поступают в сам ALU. Здесь происходят математические и/или логические операции с данными.
3. Готовый результат обновляют в памяти регистров. Их отправляю на декодирование и последующую отправку за пределы Core.

Важно понимать, что все данные внутри ядра обрабатываются в виде двоичного кода — набора нулей и единиц. Кодированием занимается блок управления. Он переводит команды алгоритмов из программ на низкоуровневый язык программирования — двоичный код. Именно с такими данными работает CPU.

Виды процессоров

Все слышали о процессорах Intel. Еще 20 лет назад это было практически нарицательное имя для всех Core CPU. Но сегодня на рынке продают процессоры разных брендов. Глобально чипсеты можно поделить на несколько групп:

1. Центральный процессоры для ПК и некоторых ноутбуков. Стандартные CPU, которые ставят в десктопные решения. Довольно производительные и мощные устройства с хорошими характеристиками.
2. Серверные решения. Мощные девайсы. Например, топовые Core Intel Xeon Scalable 5-поколения может похвастать следующими характеристиками: 64 ядра со 128 потоками на каждое ядро. Это очень мощное решение. Рассмотренный выше Intel Core i9-14900K6 имеет всего 24 ядра и 32 потока.
3. Видеочипы. На всех графических ускорителях стоят собственные СPU. Они занимаются непосредственным просчетом графики. Именно видеочипы выводят картинку на дисплей. Представлены в дискретном виде — подключаются отдельно к материнской плате, а также во встроенном виде. Например, к первым можно отнести карту GeForce RTX 4080, ко вторым — Intel HD Graphics. Встроенные решения можно встретить на большинстве материнских плат ноутбуков.
4. Мобильные версии. В любом смартфоне, планшете или компактном ноутбуке, а также в иной портативной технике, ставят небольшие Core CPU. Например, в последние модели iPhone устанавливают процессоры Apple A15 Bionic. У Intel есть мощное решение для ноутбуков Core i9-13980HX.

Виды процессоров влияют на тип техники. В некоторых случаях можно выбирать устройства, отталкиваясь от решаемых задач и бюджета.

Какой процессор выбрать?

Стоит отталкиваться от целей, которые нужно закрыть. Посмотрим на приблизительные сценарии в бизнесе и на тип процессора, которые могут потребоваться:

1. Небольшая компания, микробизнес. В этом случае подойдет CPU десктопного типа. Взять обычный компьютер или ноутбук. Например, подойдут модели от Intel не выше i3 или i5 версии. В некоторых случаях можно вести бизнес с планшета или смартфона. Здесь стоит обращать внимание на модели с рабочими характеристиками не ниже 8 Гб ОЗУ и CPU от Snapdragon от 7 поколения и выше.
2. Большая компания с серверами. Лучше остановиться на качественном серверном решении от той же Intel. Можно собрать систему на чипсетах Core Xeon. Это проверенные годами чипсеты, которые работают без особых сбоев.
3. Бизнес с инженерной частью, программированием, архитектурой. В этом случае потребуется мощный CPU. Советуем обратить внимание на модели Core Intel, начиная с i7 или i9 не старше 11 поколения.
4. Дизайн, обработка видео и фото. Здесь стоит делать упор на мощность CPU видеокарты. Лучше отдать предпочтение дискретным вариантам.
5. Мобильный бизнес, управление со смартфона. Когда предприниматель находится в режиме «на ногах». Стоит обращать внимание на мобильные решения от бренда Snapdragon не ниже 8 поколения. Также подойдет техника Apple c чипсетами серии A13 и выше.

Конечно, всегда остается открытым вопрос: «как проверить как работает процессор в реальном режиме». Тут есть один важный нюанс. Скорость всей системы зависит не только от CPU, но и от других компонентов:

• материнской платы,
• ОЗУ,
• ПЗУ,
• системы охлаждения центрального процессора.

Если хочется поставить, например, мощный Intel Core i9-14900K6, то не стоит экономить «на спичках». Докупайте к нему скоростную память, хороший SSD, брендовую материнскую плату и нормальную систему охлаждения.

Фото на обложке: Freepik