Что такое процессор? Основные характеристики процессоров. Сколько транзисторов в процессоре

В 1993 году Intel представила первый интегрированный офисный процессор первого поколения P5.

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

Закон Мура — это наблюдение (первоначально высказанное Гордоном Муром) о том, что количество транзисторов, размещенных на чипе интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.

Обратите внимание, что часто упоминаемый 18-месячный период относится к прогнозу Intel, сделанному Дэвидом Хаусом. Дэвид Хаус из Intel утверждает, что производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев благодаря комбинации увеличения количества транзисторов и повышения тактовой частоты.

Давайте посмотрим, как применяются правила: данные касаются не только количества транзисторов, но и тактовых частот.

Фактически, данные имеют следующий вид

• P(n) = P(o) * 2^n
• P(n) = количество транзисторов в текущем периоде
• P(o) = количество транзисторов в начальном периоде,
• n = количество прошедших лет, деленное на 2

P (2017) = 19293798400, что соответствует текущим ценам 2017 года = 19200000000 транзисторов на чип.

Исполнение закона Мура в 1971-2018 годах

В 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральных схем) Гордон Мур, один из основателей компании Intel, во время подготовки речи заметил закономерность. Примерно через год появился ряд новых моделей микросхем с большим количеством транзисторов. Каждый раз они удваиваются.

К 1975 году он предсказал, что количество данных в чипах увеличится с 2 6 (64) в 1965 году до 2 16 (65536). Мур пришел к выводу, что если это напряжение будет продолжаться, то мощность вычислительных устройств может увеличиться экспоненциально за относительно короткий период времени времени. Это наблюдение было названо законом Мура.

В 1975 году Гордон Мур внес поправки в закон. В нем говорилось, что количество транзисторов будет удваиваться каждые два года (24 месяца).

Существует множество подобных утверждений, описывающих экспоненциальный процесс развития, также известный как «закон Мура». Например, малоизвестный «второй закон Мура», введенный Юджином Мианом в 1998 году, гласит, что стоимость заводов по производству чипов растет экспоненциально с увеличением сложности производимых чипов.

Завод, на котором Intel производила свои микросхемы динамической памяти 1K, стоил 3,5 миллиарда долларов, а производство чипов pentium размером 0,6 метра и 5,5 миллиона транзисторов — 4 миллиона долларов. Для сравнения, стоимость производителя 45 нм процессоров FAB32 составляет 3 миллиарда долларов США.

Что касается влияния закона Мура, журнал «Наука в мире» провел интересное сравнение. ‘Если бы авиационная промышленность развивалась такими же темпами, как и компьютерная, то сегодня Boeing 767 стоил бы 500 долларов. Он использует 20 литров топлива и совершает кругосветное путешествие за 20 минут. Эти цифры точно отражают снижение затрат, повышение скорости и экономичности компьютеров».

Увеличение количества транзисторов на микропроцессорном чипе (1970-2016 гг.). Точки представляют наблюдаемые данные, а линии — 24-месячный период удвоения.

На графике показано количество транзисторов, производительность, энергопотребление и разумное количество ядер в процессоре.

Однако во время пресс-конференции на выставке CES 2019 генеральный директор Nvidia Дженсен Хуанг заявил, что закон Мура больше невозможен. Об этом сообщает CNET. заявил Дженсен Хуанг. Закон Мура больше невозможен.

Как отметил высокопоставленный представитель компании Nvidia на сессии вопросов и ответов перед небольшой группой журналистов, закон Мура в настоящее время выражается в развитии на несколько процентов в год и ожидается только раз в десять лет.

Очень интересно отметить, что в 2010 году вице-президент Nvidia Билл Дэлли опубликовал колонку в журнале Forbes, в которой указал, что так называемый закон Мура мертв и будущее за параллельными компьютерами.

Закон масштабирования Деннарда и его исполнение

Закон был сформулирован в 1974 году разработчиком DRAM Робертом Деннардом и его коллегами из IBM.

‘Мы знаем, что уменьшение размера транзисторов и увеличение тактовой частоты процессора повышает производительность’.

Правила гарантировали уменьшение ширины конвейера (по сути, сокращение технологического процесса) как основной показатель прогресса в микропроцессорной технологии. Однако в 2006 году метод эскалации Денарда начал пробуксовывать. Хотя количество транзисторов на чипах продолжает расти, этот рост не привел к значительному увеличению требуемой производительности. Компания TSMC (производитель полупроводников) утверждает, что переход с технологического процесса 7 НМ на 5 НМ приведет к увеличению тактовой частоты процессоров на 15%.

Известно, что основной причиной замедления является поток утечки, который Денард не учел в своих планах. Даже современные студенты знают, что уменьшение размера транзистора и увеличение частоты приводит к большему нагреву микросхемы, чем ток. В результате производителям приходится балансировать между производительностью и мощностью, выделяемой процессором. В результате с 2006 года частота серийно выпускаемых чипов стабильно держится на уровне около 4-5 ГГц.

Да, инженеры работают над новыми технологиями, чтобы решить эту проблему и улучшить производительность чипов в ближайшем будущем. Например, австралийские исследователи разрабатывают транзистор «металл в металле», который может работать на частоте в сотни гигагерц. Чип состоит из двух металлических электродов, выполняющих функции дренажа и источника. Главное в этой схеме — разводка (35 нм). Благодаря явлению автоматической эмиссии электронов, они обмениваются электронами друг с другом. Это устройство позволяет перестать подгонять технологический процесс и сосредоточиться на создании высокопроизводительных трехмерных структур с большим количеством транзисторов на чипе.

Полученный слой накладывается на тонкий слой диэлектрика — вещества, которое не влияет на ток, например, электрическая лента. Это делается для того, чтобы предотвратить взаимодействие между процессорами. Процесс повторяется десятки раз. В результате получаются миллионы крошечных транзисторов, которые должны быть соединены между собой.

Что такое процессор (CPU)?

Что такое конец в любом случае, процессор в любом случае? По какой причине; какой долг он выполняет?

Для подавляющего большинства безграничных и технически неограниченных пользователей центральный процессор часто является полноценной единицей системы. Однако это относительное заблуждение; процессор находится за стенками корпуса, толстый радиатор с вентилятором, охлаждающим его.

Центральный процессор, или центральный процессор, — это электронное устройство (интегральная схема), которое выполняет и обрабатывает машинные команды, программный код (машинный язык) и отвечает за все логические функции, выполняемые операционной системой и системными блоками.

Без преувеличения можно назвать процессор мозгом (или сердцем, если необходимо) компьютера, мобильного устройства или другого периферийного устройства. Текстовые процессоры уместно применять не только к компьютерам, но и к планшетам, умным холодильникам, игровым приставкам, фотоаппаратам и другим электронным устройствам.

Внешне сборка процессора выглядит как квадратный (или прямоугольный) компонент или плата. В нижней части находится блок разъемов, а в верхней — процессорный чип, спрятанный под металлической крышкой для предотвращения повреждения чувствительных микросхем. Тепло отводится от поверхности чипа к радиаторам системы охлаждения.

Кристалл процессора состоит из кремния. Если точнее, полупроводники, из которых состоит процессор, производятся из кремния. На кремневой пластине кристалла в несколько слоёв располагается несколько триллиардов транзисторов (размер которых составляет порядка ~10 нм в зависимости от используемого техпроцесса при производстве), которые отвечают за все логические операции процессора.

На самом деле это поверхностное описание того, из чего состоит процессор, и предназначено для визуализации того, как выглядит процессор внутри. На самом деле, все гораздо сложнее. К сожалению, нелегко объяснить все принципы построения и работы процессора в простой и понятной форме. Она требует знания как базовой алгебры, так и продвинутой физики и электротехники, что большинству пользователей не нужно.

Затем производители процессоров научились размещать чип видеоядра (видеокарту) на печатной плате в дополнение к самому процессорному чипу. Это устранило необходимость в отдельной дискретной видеокарте для вывода изображения на экран.

Подведите итоги этого блока статей и кратко ответьте на сложный вопрос «Что такое процессор (CPU)» — процессор является сердцем всех современных устройств и выполняет все основные функции, будь то простое сложение2 +2, набор текста в Microsoft Word или расчет физических моделей в Blender.

История появления процессоров

Теперь, когда все немного прояснилось и текстовые процессоры больше не связаны с системными блоками, давайте сделаем небольшой экскурс в историю и посмотрим, как создавались процессоры и что способствовало их появлению в первую очередь.

Первые компьютеры (ЭВМ) появились в 1940-х годах. Первоначально они были основаны на лампах и базовых радиодеталях, таких как резисторы и реле. Компьютеры могли достигать размеров в несколько квадратных метров.

На этом изображении показан ENIAC, первый компьютер. Он весил 30 тонн и содержал 18 000 электронных ламп.

В 1950-х годах громоздкие электронные лампочки были заменены транзисторами, которые в 1960-х годах были заменены интегральными схемами, содержащими тысячи транзисторов.

Все изменилось в 1971 году, когда компания Intel представила Intel 4004, первый 4-битный чип с одной микросхемой. Несмотря на более ранние прототипы электронных лампочек, именно Intel 4004 можно считать первым предком процессора. Транзистор. После выхода Intel 4004 индустрия разработки достигла больших успехов, и каждый год инженеры и дизайнеры могли разрабатывать более совершенные микропроцессоры, которые были мощнее и производительнее своих предшественников.

Я не буду перечислять огромный список процессоров, потому что это была бы целая отдельная статья по истории процессоров. Поверьте, есть что сказать.

В 1993 году Intel представила первый интегрированный офисный процессор первого поколения P5.

Однако предположим, что Intel был единственным локомотивом прогресса; я не верю, что такие компании, как Motorola, Zilog, MOS Technology и Sinclair Research (ZX Spectrum) внесли свой вклад в развитие электронной промышленности и центральных процессоров. Советский Союз тоже не остался в стороне, и в 1970-х годах российские компьютерные разработки вполне могли конкурировать с зарубежными аналогами. Однако в связи с тем, что СССР отозвал свои силы из этого сектора на другие технологии в промышленности, было принято решение отказаться от собственного производства и использовать сертифицированные импортные технологии.

Основные характеристики процессоров

Хорошо. Теперь, когда мы знаем, что такое процессор и краткую историю его появления, нам необходимо поставить точку над каждым «I» и проанализировать другой не менее важный элемент процессора — спецификации и общую ответственность.

Производитель

В настоящее время на рынке процессоров есть только два крупных игрока. Они постоянно конкурируют друг с другом в плане карманных технологий и денег — AMD (Advanced Micro Devices) и Intel.

Не рассматривая производителей, выпускающих мобильные процессоры и другие узконаправленные процессоры, но заслуживающие упоминания по этическим соображениям — MCST (Эльбрус), Qualcomm, Technologies, Samsung, Huawei и др.

Очень трудно сказать, кто лучше или какой процессор какого производителя выбрать. Все зависит от ваших конкретных потребностей и спектра задач, выполняемых конкретным процессором. Чтобы прояснить процесс выбора как производителя, так и процессора, в статье «Какой процессор лучше: AMD или Intel?

Сокет (Socket)

Слот — это гнездо подключения (программный интерфейс) для установки процессора на материнской плате. В английском языке они называются сокетами. Слот — это первый параметр, на который следует обратить внимание при выборе процессора. Существуют разные розетки и как они выглядят. Например, если материнская плата имеет слот LGA 1151, процессор должен быть установлен в слот LGA 1151.

Тактовая частота

Clock — это время между началом текущего импульса ГПЗ (генератора частоты) и началом следующего пирка.

Исторически тактовая частота измеряется в мегагерцах (в миллиметрах используется частота ГГц). Под тактовой частотой следует понимать количество тактовых циклов или вычислений в секунду. Соответственно, чем выше тактовая частота процессора, тем больше тактовых циклов (ACTS) центральная очистная станция может выполнить за одну секунду или более.

Например, процессор с тактовой частотой 1 МГц может совершать 1 миллион тактовых циклов в секунду.

Процессоры имеют как базовую частоту, так и параметр турбо-частоты.

Базовая частота — это частота, на которой процессор готов обрабатывать функции в стандартном режиме или без существенной нагрузки. Если базовая частота недостаточна, автоматически активируется Turbo, и, повышая напряжение, процессор увеличивает тактовую частоту на заявленное максимальное значение, тем самым повышая общую эффективность и скорость обработки данных (тактовую частоту).

Количество ядер

Ядро — самая важная часть процессора. Это «мозг», который обрабатывает все поступающие команды. Ядро может обрабатывать только одну команду команды. Таким образом, если процессор имеет два ядра, операционная система работает параллельно с потоками команд, в то время как ядро обрабатывает отдельные потоки команд, повышая общую эффективность. Для того чтобы процессор мог обрабатывать несколько команд YARN и обрабатывать их на разных ядрах, сам программный код должен поддерживать многоядерность и плюрализм. Производительность. К счастью, большинство современных приложений поддерживают оба варианта.

Во-вторых, ядро процессора имеет шип, который может быть вставлен в материнскую плату и закрыт крышкой. Черный или металлический прямоугольник с ножками — это просто крышка.

Pentium 2

Pentium 2 был выпущен в 1997 году. Он имел широкий диапазон тактовых частот (255-450 МГц) и мог выполнять до четырех команд за тактовый цикл. Он имел 64-битный интерфейс памяти, 7,5 млн транзисторов (литография 350 нм) с кэш-памятью 512 кб и восемь 32-битных регистраторов общего назначения и восемь 80-битных мобильных регистраторов с подходящей операционной системой (Linux или OS). Этого было достаточно, чтобы бежать. (Бацу).

Pentium 2 значительно превосходил старый Pentium 1 по тактовой частоте, количеству транзисторов и кэш-памяти. Он представил мультимедийные команды MMX, позволяющие управлять мультимедийными устройствами.

Энергопотребление Pentium 2 составляло 25 Вт. За это Уинстоун поставил ему 35 баллов. Это было замечательно для процессоров того времени. Winstone 94 внутренне хранит время 12 сценариев применения и использует его для расчета конечного результата. Максимальные ограничения для оперативной памяти и внешнего накопителя были такими же, как и для Pentium 1.

Pentium 3

Первая версия Pentium 3 была выпущена в 1999 году. Тактовая частота была увеличена до 1,3 ГГц. Существовало четыре версии Pentium 3 — Katmai, Coppermine, Coppermine T и

Katmai 3. Первый процессор Pentium 3 имел тактовую частоту (450 и 600) МГц. Было использовано два миллиона транзисторов (9,5 млн. транзисторов) и производственный процесс 250 нм. Pentium 3 увеличил частоту системного канала до 133 МГц. Набор команд был обновлен с помощью SSE, что дает значительные преимущества для мобильных вычислений.

Большинство других параметров были такими же, как у Pentium 2, но количество транзисторов и процесс построения были значительно улучшены.

Coppermine T

Это был переход между медью и Tualatin, что позволило снизить напряжение на транзисторе до 1,25 В по сравнению с более ранней версией 1,5 В. Это привело к меньшему поглощению мощности на транзистор.

Он был одним из лучших процессоров Intel. Была использована более совершенная литография 130 нм, а тактовая частота была увеличена до 1,4 ГГц.

Большинство других параметров были такими же, как и у старой версии, но Tualatin смог предложить более высокий баланс между энергопотреблением и производительностью.