"Сердце" материнской платы - процессор, точнее, главный процессор (Central Processing Unit, CPU). Подобные процессоры находятся не только в PC. Процессором, вообще говоря, оборудована каждая современная стиральная машина или микроволновая печь. CPU регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс. На материской плате имеется, естественно, не только процессор. Он находится в постоянном взаимодействии с другими элементами материнской платы до тех пор, пока PC включен.

Примечание

Корпорация Intel была основана в середине июня 1968 г. Робертом Нойсом (Robert Noyce) и Гордоном Муром (Gordon Moore). С тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров. Число ее сотрудников превышает 64 тысячи человек. Свою деятельность Intel осуществляет по всему земному шару.

Конечно же, процессосы отличаются друг от друга. На рунку PC имеется признанный лидер - фирма Intel.Основным конкурентом Intel является корпорация AMD (Advanced Micro Devices), которая в последнее время заметно потеснила Intel на рынку CPU, предназначенных для недорогих PC. Выпускают CPU и другие фирмы. Наиболее известны из них Cyrix, Centaur, IDT, Rise. Летом 1998 г. Корпорция VIA Technologies, успешно конкурирующая с Intel в области разработки и производства Chipset, приобрела компании Cyrix (у корпорации National Semiconductor) и Centaur (у IDT) и приступила к разработке собственных CPU.

Примечание

AMD (Advanced Micro Devices), основанная в 1969 г. - один из ведущих мировых производителей CPU для PC. AMD также производит флэш-память, коммуникационные и сетевые продукты. Штаб-квартира фирмы находится в Sunnyvale (Калифорния, США), ее филиалы разбросаны по всему миру. Сейчас в AMD работает более 13 тысяч сотрудников.

Основные харакреристики процессоров

Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

Степень интеграции

Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных

Тактовая частота

Память, к которой может адресоваться CPU

Объем установленной кэш-памяти

Кроме того, CPU различаются по технологии производства, напряжению питания, форм-фактору и др.

Современные CPU, рачиная с Intel Pentium, различаются наличием кэш-памяти второго (третьего) уровня и тактовой частотой ее функционирования, применение различных технологий, призванных повысить производительность CPU, поддержкой различной тактовой частоты системной шины и др.

Основные характеристики CPU различных фирм-производителей

Степень интеграции

Степень интеграции микросхемы (чипа) показывает, сколько транзисторов может на ней уместиться. Для процессора Intel Pentium (80586) - это приблизительно 3 млн транзисторов, расположенных на площади 3,5 см, а для CPU Athlon - уже 22 млн.

Специалисты Intel считают, что если развитие микропроцессорной индустрии будет продолжаться прежними темпами, то вполне возможно, к 2011 г. микропроцессоры Intel будут работать на тактовой частоте 10 ГГЦ. При этом на каждом таком процессоре может находиться до 1 млрд. транзисторов.

Внутренняя разрядность данных

Одной из основных характеристик процессора является количество бит, которое он может обрабатывать одновременно. Для примитивных арифметических команд, выполняющихся внутри CPU, важно, сколько бит обрабатываются одновременно: 16, 32 или 64.

Внешняя разрядность данных

Процессор управляет системой, обмениваясь данными с кэш-памятью, RAM и другими устройствами по специальным магистралям, называемым шинам.

Важнейшими характеристиками шины являются ее разрядность и тактовая частота, потому что они определяют количество бит информации в секунду, которые теоретически можно передавать по шине, - пропускную способность шины.

Примечание

Разрядность процессора определяется внутренней, а не внешней разрядностью данных. Например, хотя CPU Pentium может одновременно пересылать/получать 64 бита данных, он является 32-битным,потому что может обрабатывать одновременно 32 бита.

Тактовая частота

Любой современный PC имеет тактовый генератор(System Clock), который синхронизирует работу различных его компонентов. Минимальный промежуток времени, определяемый тактовым генератором, еще называют циклом. Частота работы тактового генератора FSB измеряется в мегагерцах (миллион циклов в секунду).

Адресация памяти

CPU находится в прямом контакте с оперативной памятью. Данные, которые обрабатывает CPU, должны временно распологаться в RAM и для дальнейшей обработки снова могут быть востребованы из памяти.

Прадставьте оперативную память как маленький город, в котором каждый дом (ячейка памяти) имеет отдельный адрес. При этом транспортный сервис может целенаправленно отдавать и завозить письма, посылки и т. п. Дорогой является адресная шина.

Адресная шина представляет собой набор проводников, по которым передается о местоположении данных в той или иной области памяти.

Ширина адресной шины определяет количество ячеек, к которым может обратиться CPU для чтения или записи. Ширина адресной шины и ширина шины данных не связаны, хотя и работают с одинаковой тактовой частотой.

Как правило, процессоры может адросовать гораздо больше памяти, чем фактически установлено (и может быть установлено) на материнской плате, что связано с конструктивными и технологическими особенностями производства материнских плат.

Охлаждение

При покупке процессора следует обратить внимание на то, с какой температурой он работает. Если вам нужна недорогая машина для работы в сети - лучше приобрести Intel Celeron 1000 - 2000 (1000 - 2000 МГц) или Intel Celeron 2400 (2400 - 2600 МГц). Их можно использовать без выключения. Процессоры AMD Athlon стоят недорого, но склонны к перегреву. Лучше не использовать его более 8 часов. Для любого процессора рабочая температура не должна превышать 50 градусов, средняя - 40.

Центральный процессор.

В некоторых компьютерах выполняемая задача разделяется между несколькими ЦП. Этот метод известен как параллельная обработка. Некоторые ЦП работают непосредственно в терминах языка программирования (см. ниже), а не обычной архитектуры. Ожидается увеличение разнообразия конструкций и возможностей ЦП. Вероятен также отход от традиционной архитектуры по мере роста объема и скоростей обработки.

Возможно, самый большой скачок в конструировании ЦП был сделан с появлением в 1971 микропроцессора 4044 фирмы «Интел». Этот 4-разрядный микропроцессор представлял собой сравнительно медленный чип с ограниченным набором команд, но он и его наследники сделали возможным создание карманных калькуляторов и цифровых часов и привели к разработке микрокомпьютера. В 1974 появились 8-разрядные микропроцессоры, обрабатывающие по 8 бит информации одновременно.

Как упоминалось раньше, микропроцессор (или другой ЦП) принимает информацию в виде «слов». Например, память компьютера по командам УУ подает в сумматор сразу 8 бит. Затем УУ добавляет, например, число 00101101 к битам в сумматоре (снова сразу все). Теперь в сумматоре находится новый набор из 8 бит. Далее УУ передает эти 8 бит в память, все сразу. На каждом из этих шагов 8 бит обрабатываются или перемещаются одновременно, но индивидуальные действия – их ввод, сложение, копирование результата – выполняются последовательно. В принципе, чем больший размер слова доступен для обработки ЦП, тем больше информации он может «проглотить» сразу и тем быстрее он выполняет свои задачи.

Восьмиразрядные микропроцессоры дали жизнь микрокомпьютерам, сложным компьютерным терминалам и ряду «интеллектуальных» устройств; прогресс в вычислительной технике продолжается. В 1990-х годах имелись сотни миллионов 8- и 16-разрядных микропроцессоров, а в большинстве новых персональных компьютеров и рабочих станций использовались 32-разрядные микропроцессоры, выполняющие миллионы операций в секунду. В 1999 фирмой «Интел» выпущен высокопроизводительный микропроцессор «Пентиум III» с тактовой частотой 500 МГц, интегрированной кэш-памятью до 2 Мб и повышенными возможностями в таких сферах, как распознавание речи и трехмерная графика.

Одним из логических следствий микроэлектронной технологии была разработка всего компьютера, включая память, на чипе. Конечно, для таких малых компьютеров память довольно ограниченна, но она достаточна для разработки таких устройств, как реле-регуляторы автоматического зажигания и топливных систем автомобилей и микроволновых печей, а также полноценных «карманных» компьютеров.

Устройства памяти. Основная память. Главным устройством памяти для компьютеров второго поколения и для многих больших компьютеров третьего поколения был магнитный сердечник – крохотное колечко магнитного материала размером с бусинку. С помощью тонких проводов, прошивающих колечки в вертикальном и горизонтальном направлениях, из этих сердечников вяжется сетка внутри компьютера. Каждый сердечник хранит магнитный заряд. Направление магнитного потока определяет состояние 1 или 0. Запоминающее устройство на сердечниках было изобретено в 1948 Э.Уонгом и широко использовалось в 1950–1960-х годах.

Запоминающее устройство на сердечниках является энергонезависимой памятью, т.е. оно сохраняет свое содержимое даже тогда, когда электроэнергия отключается. Сердечники выполняли функции появившихся ранее ламповых триггеров и привели к появлению термина «оперативная память». Позже память на сердечниках была вытеснена микроэлектронными устройствами, однако она все еще используется в армейском оборудовании, на космических кораблях и для других специальных применений.

Важным дополнением к микропроцессору является память на интегральных схемах. Существуют два основных класса этой памяти: оперативное запоминающее устройство с произвольной выборкой (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

ОЗУ работают быстро: микропроцессор может получать доступ к ним за 10–20 нс. Обычные коммерческие модули ОЗУ хранят до 256 Мб (1 Мб равен 1 048 576 байт). ОЗУ надежны и работают годами, выполняя миллиарды операций. ОЗУ помнят только то, что вы сообщили им в последний раз; все остальное стирается. ОЗУ потребляют довольно мало энергии, если сравнивать их с другими интегральными схемами примерно тех же размеров и плотности упаковки. Некоторые ОЗУ расходуют так мало энергии, что достаточно маленькой батарейки, чтобы активизировать или хотя бы поддерживать их память после отключения основного источника энергии. Эти ОЗУ часто используются в небольших портативных компьютерах и калькуляторах.

При отключении энергии ОЗУ свою память теряет. ПЗУ же запоминает практически навсегда. ПЗУ особенно удобны для задач, которые нуждаются в неоднократном повторении одного и того же набора команд. ПЗУ работают обычно медленнее, чем ОЗУ, но зато их память постоянна и помехоустойчива. Кроме того, свой проигрыш в скорости реакции ПЗУ компенсируют плотностью упаковки.

Характеристика ОЗУ и ПЗУ, именуемая произвольным доступом, относится к способности микропроцессора или другого ЦП получать доступ к любому элементу памяти в любое время. Например, если телефонный номер хранится где-нибудь в ОЗУ или ПЗУ и ЦП (через свою программу) знает, где этот номер находится, то ЦП может набрать его почти мгновенно. Важно лишь, чтобы было известно, где он находится.

Не все ПЗУ имеют абсолютно постоянную память. Некоторые ПЗУ-подобные устройства обладают, так сказать, полупостоянной памятью, т.е. они помнят (даже при отключенном питании), что им сообщалось, до тех пор, пока не подвергнутся стиранию и перезаписи. Стирание осуществляется путем экспозиции чипа в ультрафиолетовых лучах высокой интенсивности (например, в стираемом ПЗУ – СПЗУ) или другими способами, как в некоторых современных чипах памяти со стиранием и записью.