1.4. Центральный процессор и система его охлаждения.

Центральный процессор (CPU, central processing unit)-это основное устройство компьютера, которое обеспечивает задаваемую программой обработку данных и представляет собой, по существу, миниатюрную вычислительную машину, размещенную в одной сверхбольшой интегральной схеме. На одном кристалле сверхчистого кремния с помощью сложного, многоступенчатого и сверхточного процесса создано несколько миллионов транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода и точки внешних выводов.

Вообще на системной плате выполняется два типа операций – обмен данными и вычисления. Вычислительной деятельностью занимается центральный процессор. Микропроцессор понимает только специальный машинный язык, в котором имеются лишь нули и единицы. Все программы, написанные на языках программирования высокого уровня, преобразуются в машинный язык посредством специальных программ-переводчиков – трансляторов и интерпретаторов.

Производительность процессора и определяющие её параметры.

Главная характеристика процессора — его производительность. Определяется она параметрами процессорного ядра, подсистемы памяти, процессорной шины. Быстродействие процессорного ядра определяется разрядностью, тактовой частотой и количеством операций, выполняемых за один такт. У подсистемы памяти, относящейся непосредственно к процессору и выполняющей роль кэша для внешней памяти, — эффективностью кэширования. У шины — пропускной способностью.

Разрядность показывает, сколько двоичных разрядов (битов) информации обрабатывается (или передается) за один такт, а также - сколько двоичных разрядов может быть использовано в процессоре для адресации оперативной памяти.

Чем больше разрядность процессора, тем более длинное слово (большая порция данных) обрабатывается за один такт. Это преимущество может быть использовано в программном обеспечении для повышения производительности. Большая длина слова дает и другое, не менее важное преимущество — большее адресное пространство для памяти. Так, 8-разрядный процессор имеет объем прямоадресуемой памяти 256 байт (28), 16-разрядный — 64 Кбайт (216), 32-разрядный — 4 Гбайт (232), 64_разрядный — 1,6Ч109 Гбайт (264).

Архитектура x86 прошла два этапа — 16-и 32-разрядный, и на данный момент начался третий этап  64-разрядная архитектура.

Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор может выполнить в одну секунду, то есть чем выше тактовая частота вашего компьютера, тем быстрее он может работать. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц). Но следует помнить, что тактовая частота служит лишь относительным показателем производительности процессора, поскольку схемные различия приводят к тому, что в некоторых из них за один такт выполняется работа, на которую другие расходуют несколько тактов.

Увеличение тактовой частоты — это главный способ повышения производительности процессоров. В основном рост достигается за счет совершенствования техпроцесса (чем меньше размер транзистора, тем на более высокой частоте он способен работать). Но процессор включает в себя миллионы транзисторов, образующих сложные электронные схемы, увеличивающие задержки прохождения сигнала. Максимальное значение тактовой частоты в этом случае лимитируется уже схемными задержками. Минимизация схемных задержек осуществляется с помощью конвейерной архитектуры. Разбивая процесс обработки инструкций на небольшие стадии, можно упростить соответствующие схемы и уменьшить задержки. В конвейере происходит одновременное выполнение нескольких инструкций, находящихся на разных стадиях (с отставанием на шаг друг от друга). При этом, чем длиннее конвейер (чем больше у него стадий), тем меньшая работа делается за один такт и тем быстрее ее можно сделать. То есть для достижения максимально высоких тактовых частот надо увеличивать длину конвейера.