Процессор

Комсомольск-на-Амуре

KOST

&

AKRED

COST@AMURNET.RU

Процессор

Все началось с того, что был изобретен мощный микропроцессор

«Терминатор-2. Судный день»

...1949 год был, в общем-то, не слишком примечательным годом в истории человечества. Не считая разве что того примечательного фак¬та, что именно в этом году над американской пустыней сошла со своих небесных трасс знаменитая «летающая тарелка из Нью-Мексико». Та самая, над загадкой которой до сих пор безуспешно ломает голову все прогрессивное человечество.

Сегодня выжившие свидетели тех далеких дней утверждают, что при тщательном потрошении сего неопознанного объекта из него были из¬влечены не только трупы инопланетян, но и некие управляющие уст¬ройства, на основе которых и были созданы микропроцессоры...

Допустим, так оно и было. И инопланетяне были (вскрытие оных да¬же было вроде бы запечатлено на кинопленку и сегодня соответствую¬щий фильм продается едва ли не в каждом киоске), и инопланетные же процессоры. Правда, трудно представить себе НЛО, чьим управлением заведуют устройства, аналогичные первым процессорам Intel-4004.

Но может быть, поэтому и грохнулась тарелочка?

Как бы то ни было, для «копирования» инопланетной техники уче¬ные избрали весьма долгий и извилистый путь. Сначала (для отвода глаз) были изобретены отдельные элементы — транзисторы, заменив¬шие традиционные электронные лампы в первых компьютерах. Затем через десяток лет хитроумные инженеры, посмеиваясь (Еще бы! Ко¬нечный-то результат всех их трудов уже давно лежал в сейфе!), «изобре¬ли» интегральные микросхемы, позволяющие уместить на одном крис¬талле большое количество транзисторов. И еще только через десяток лет миру явился сам микропроцессор, содержащий уже тысячи и мил¬лионы этих самых транзисторов.

Отдадим должное выдержке и упорству хитрых плагиаторов... и примитивности инопланетной техники.

А теперь серьезно.

Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом. Сегодня его имя стоит в ряду с именами величайших изобретателей всех времен и народов... Но вряд ли мудрый доктор знал в то вре¬мя, во что выльется созданный им «ком¬пьютер на одном кристалле». Изначаль¬но процессор 4004 предназначался для... микрокалькуляторов и был изго¬товлен по заказу одной японской фир¬мы. К счастью для всех нас, фирма эта обанкротилась, так и не дождавшись процессор гипа.сокет» обещанного микропроцессора — и в ре¬зультате разработка перешла в собственность не ожидавшей такого сча¬стья Intel. С этого момента и началась эпоха персональных компьюте¬ров, «звездный час» которых настал в начале 80-х. Именно тогда фир¬мой IBM был выпущен уже ставший легендарным компьютер IBM PC на основе нового микропроцессора все той же фирмы Intel...

Сегодняшние процессоры от Intel быстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз! А любой домашний компьютер обладает мощно¬стью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полетом космического корабля «Аполлон» к Луне.

Факт, который автор не постеснялся привести строкой выше, уже давно стал штампом, обязательным в любой рекламе фирмы Intel. Хо¬тя и не стал от этого менее правдивым и красноречивым.

И теперь, в эпоху гигагерцовых скоростей и сверхъестественной «сообразительности» компьютеров, из тени пдить весьма сакраментальный вопрос: а сможет ли человек правильно распорядиться этой внезапно свалившейся на него мощностью?

Процессоров в компьютере много. Помимо центрального процес¬сора, который во всем мире принято обозначать аббревиатурой CPU (Central Processor Unit), схожими микросхемами оборудовано практи¬чески каждая компьютерная «железяка».

Главный, центральный процессор с легкой руки журналистов назы¬вают «королем» системного блока, единовластно повелевающим всеми его ресурсами. Но уследить абсолютно за всем, что происходит в его «королевстве», даже шустрый процессор не в состоянии — королевская занятость разбрасываться не позволяет. И тогда на помощь «королю» приходят «наместники» — специализированные микропроцессоры-чи¬пы по обработке, например, обычной и трехмерной графики, 3D звука, компрессии и декомпрессии... Таких «наместников» в компьютере много и размещаются они на специализированных, дополнительных платах (о них — речь впереди). И называются они уже не «процессора¬ми», а просто «чипами». С этим термином нам еще частенько придется встретиться на страницах этой книги...

На первый взгляд, процессор — просто выращенный по специ¬альной технологии кристалл кремния (не зря на жаргоне процессор, именуется «камнем»). Однако камешек этот содержит в себе множе¬ство отдельных элементов — транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Точнее, вычислять, производя определенные математические операции с числами, в ко¬торые преображается любая поступающая в компьютер информация. Таких транзисторов в любом микропроцессоре многие миллионы. А в допроцессорную эпоху роль «вычислителей» несли на себе в мил¬лионы раз более громоздкие устройства... Началось все еще в 30-х го¬дах нашего столетия с механических переключателей — реле, в соро¬ковые им на смену пришли электронные лампы. Только представьте себе — сотни тысяч электронных ламп, громадное количество аппа¬ратуры размером с хороший дом! Работали такие компьютеры не только медленно, но и крайне недолго — одна перегоревшая лампа немедленно выводила из строя весь компьютер. Бесперебойная рабо¬та в течение 10—15 минут — вот и все, на что были способны «лампо¬вые» компьютеры.

В 50-х годах на смену капризным лампам пришли компактные «эле¬ктронные переключатели» — транзисторы, затем — интегральные схе¬мы, в которых впервые удалось объединить на одном кристалле крем¬ния сотни крохотных транзисторов. Но все-таки отсчет летоисчисле¬ния компьютерной эры ведут с 1971 года, с момента появления первого микропроцессора...

За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, про¬цессоры сильно изменились. Сегодняшний процессор — это не просто скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств. На любом процессорном кристалле находятся:

1. Собственно процессор, главное вычислительное устройство, со¬стоящее из миллионов логических элементов — транзисторов.

2.. Сопроцессор — специальный блок для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется для особо точных и слож¬ных расчетов, а также для работы с рядом графических программотихоньку начинает выхо-3. Кэш-память первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.

4. Кэш-память второго уровня — эта память чуть помедленнее, зато больше — от 128 до 512 кбайт.

Трудно поверить, что все эти устройства размещаются на кристалле площадью не более 4—6 квадратных сантиметров! Только под микро¬скопом мы можем разглядеть крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, и соединяющие их металлические «дорожки» (для их изготовления сегодня используется алюминий, однако уже через год на смену ему должна прийти медь). Их размер поражает воображение — десятые доли микрона! Например, в 1999 году большая часть процессо¬ров производилась по 0,25-микронной технологии, в 2000 году ей на смену пришла 0,18- и даже 0,13-микронная. При этом ожидается, что в течение ближайших двух лет плотность расположения элементов на кристалле увеличится еще в 2 раза.

Впрочем, при выборе микропроцессора мы руководствуемся от¬нюдь не «микронностью» технологии, по которой этот процессор сде¬лан. Существуют другие, гораздо более важные для нас характеристики процессора, которые прямо связаны с его возможностями и скоростью работы.

Тактовая частота. Скорость работы — конечно же, именно на этот показатель мы обращаем внимание в первую очередь! Хотя лишь не¬многие пользователи понимают, что, собственно, он означает. Ведь для нас, неспециалистов, важно лишь то, насколько быстро новый процес¬сор может работать с нужными нам программами — а как, спрашивает¬ся, оценить эту скорость?

У специалистов существует своя система измерения скорости про¬цессора. Причем таких скоростей (измеряемых в миллионах операций в секунду — MIPS) может быть несколько — скорость работы с трехмер¬ной графикой, скорость работы в офисных приложениях и так далее...

Не слишком удобно. Поэтому большинство пользователей, го¬воря о скорости процессора, подразумевает совсем другой показа¬тель. А называется он тактовой частотой. Эта величина, измеряемая в мегагерцах (МГц), показывает, сколько инструкций способен вы¬полнить процессор в течение секунды) Тактовая частота обознача¬ется цифрой в названии процессора (например, Pentium 4-1200, то есть процессор поколения Pentium 4 с тактовой частотой 1200 МГц или 1,2 ГГц).

Сегодня наибольшей популярностью на рынке пользуются процес¬соры с частотой от 800 до 1200 МГц. Однако тем, кто будет читать эту книжку в конце 2001 года, автору придется посоветовать приобретать процессор с частотой не менее 1,5 ГГц. Ведь согласно так называемому «закону Мура», названного в честь одного из изобретателей микропро¬цессора и нынешнего руководителя корпорации Intel, каждые полтора года частота микропроцессоров увеличивается не менее, чем в два раза...

Тактовая частота — бесспорно, самый важный показатель скорости работы процессора. Но далеко не единственный. Иначе как объяснить тот странный факт, что процессоры Celeron, Pentium