Як вибрати процесор

… Двісті років тому члени Французької академії наук прийняли спеціальну постанову, в якій відкидалася ідея існування… метеоритів! “Камені з неба падати не можуть!” – Винесли свій вердикт вчені мужі. Цікаво, що б вони сказали, повідай ми їм про камені, які вміють рахувати: адже процесор майже цілком складається з кремнію – мінералу, який ми найчастіше зустрічаємо у вигляді звичайного піску або гранітних скель…
Експерти від уфології на повному серйозі доводять, що відлік комп’ютерної ери належить вести з 1949 р, коли в небі над Нью-Мексико зійшла з рейок і впала на землю знаменита “літаюча тарілка”. Нібито, саме при потрошінні залишків оной і були знайдені ті загадкові детальки, які пізніше перетворилися завдяки пустотливі рученята інженерів з Intel в перші мікропроцесори. Слід, щоправда, визнати, що земні вчені відмінно замаскувалися: спочатку, для відводу очей, їм довелося винайти транзистори, потім – інтегральні схеми… А вже потім, почекавши майже чверть століття, явити народу його величність мікропроцесор!
Припустимо, так воно і було. І інопланетяни були (розтин їхніх тіл навіть начебто було відображено на кіноплівку, і сьогодні відповідний фільм продається чи не в кожному кіоску), і інопланетні ж процесори. Правда, важко уявити собі НЛО, чиїм управлінням завідують пристрої, аналогічні першим процесорам Intel-4004. Але, можливо, тому й впала тарілочка?
Не будемо сперечатися з уфологами – заняття це не тільки стомлююче, але й марна. А тому зупинимося на голих фактах: в 1970 р мудрий доктор Хофф (американці кілька фамільярно звуть його Тедом, але нам не завадить знати повне ім’я – Маршиан Едвард Хофф) з командою інженерів з Intel сконструював перший мікропроцесор. У всякому разі, так прийнято вважати – хоча насправді ще в 1968 р інженери Рей Холт і Стів Геллер створили подібну універсальну мікросхему SLF для бортового комп’ютера винищувача F-14. Але їх розробка так і залишилася в хижих пазурах яструбів з Пентагону, в той час як дітище Intel чекала інша доля.

Спочатку процесор 4004 призначався для мікрокалькуляторів і був виготовлений на замовлення японської компанії Busicom. Правда, через фінансові труднощі від випуску калькулятора на основі мікропроцесора японці відмовилися, і розробка перейшла у власність не чекала такого щастя Intel! Поява мікропроцесорів змінило весь ринок мікроелектроніки, і саме вони сприяли появі тих самих комп’ютерів, з якими ми працюємо сьогодні!
Парадоксально, але практично відразу після появи мікропроцесорів Intel втратила майку лідера в цій області: в черевці перших персональних комп’ютерів, обжилися “камінчики” виробництва не Intel, а її численних конкурентів! Насамперед Zilog і Motorola – саме ці компанії були справжніми королями процесорного ринку 70-х. Зокрема, на мотороловском процесорі працював знаменитий “Альтаїр”, який збив зі шляху істинного юного Білла Гейтса (хто знає, у що могла б перетворитися ця капловухий колекція веснянок, що не зустрінься на його шляху непоказний ящик з купою лампочок і тумблерів!).
Сама ж Intel теж отримала шанс урвати свій шматок від пирога – але на цей раз синій птах пролетіла повз керівництва корпорації непоміченою. Одного разу в двері кабінету Гордона Мура, президента Intel, боязко поскребся один із співробітників. І, заїкаючись від хвилювання, запропонував шефу зварганити на основі став популярним камінчика недорогий комп’ютер. Зовсім маленький – щоб на столі містився!
– Дозвольте запитати, кому ж знадобиться ця фіговіна? – Скинув брови Великий Бос.
– Ну… – зам’явся новоявлений геній, – домогосподаркам, наприклад. Вони в ньому рецепти будуть зберігати…
– А може, ще барбекю на камінчику смажити? – Саркастично посміхнувся Мур. І, вказавши вискочки на двері, знову уткнувся в вивчення графіка поставок.
Свою помилку Мур і його колеги зрозуміли дуже скоро. Але з лишком надолужили згаяне, “посватав” свій процесор Intel 8088 компанії IBM. Плодом цього роману став знаменитий комп’ютер IBM PC, вознесену на вершини слави Microsoft і Intel… Словом, усіх, причетних до його створення – за винятком самої IBM.
Перший процесор працював на частоті всього 750 кГц. Сьогоднішні процесори від Intel швидше свого прабатька більш ніж у десять тисяч разів, а будь-який домашній комп’ютер має потужність і “кмітливістю” у багато разів більшою, ніж комп’ютер, який керував польотом космічного корабля “Аполлон” до Місяця. Недарма той же Гордон Мур говорив: якби автомобілі розвивалися так само швидко, як процесори, то сьогодні на одному літрі бензину ми могли б проїхати мільйон кілометрів, а сам автомобіль було б дешевше викинути, ніж платити за парковку!
Процесор в комп’ютері не один: власним процесором забезпечена відеокарта, звукова плата, безліч зовнішніх пристроїв (наприклад, принтер). І часто по продуктивності ці мікросхеми можуть посперечатися з головним, центральним процесором. Але на відміну від нього, всі вони є вузькими спеціалістами – один відповідає за обробку звуку, інший – за створення тривимірного зображення. Основне і головна відмінність центрального процесора – це його універсальність. При бажанні (і, зрозуміло, за наявності необхідної потужності і відповідного програмного забезпечення) центральний процесор може взяти на себе будь-яку роботу в той час як процесор відеоплати при всьому бажанні не зможе розкодувати, скажімо, музичний файл…
Будь-який сучасний процесор складається із сотень мільйонів окремих електронних перемикачів-транзисторів, з’єднаних між собою за спеціальною схемою. Важко уявити, що такий складний пристрій можна виготовити людськими руками: легендарний лівша – і той помер би від заздрощів!
Насправді процесори з окремих транзисторів, звичайно, ніхто не збирає – це було б просто неможливо. Для їх виготовлення використовується вирощений за спеціальною технологією кристал кремнію, до якого внесено спеціальні добавки. Після виготовлення пластину покривають тонким шаром діелектрика – оксиду кремнію, який в свою чергу покривається світлочутливим лаком з особливими властивостями – фоторезистом. Потім на цей лак, як на звичайну фотоплівку, переноситься зі спеціального фотошаблона схема майбутнього процесора. Під час експонування (засвічення за допомогою ультрафіолетових променів) фоторезист змінює свої властивості: в залежності від його типу засвічені (або навпаки, не засвічені) ділянки утворюють стійкий до зовнішніх впливів захисний шар. Лак на незахищених ділянках згодом протравливается, а в утворилися “рани” на тілі пластини додаються спеціальні домішки, які проникають у кристалічну решітку кремнію. Напівпровідниковий шар готовий!
Але одним шаром справа не обмежується: поверх напилення знову наноситься фото резисторний лак – і процес повторюється знову і знову… Для зв’язку окремих шарів один з одним використовуються іони металів: заповнюючи спеціально залишені для них канавки, вони утворюють металеві доріжки-провідники.

Схоже на листковий пиріг – а якщо згадати, що на кожній пластині поміщається безліч “клітинок”, які потім перетворяться в окремі процесори, не дивно, що таку пластину називають “вафлею”! На завершальному етапі “вафлю” розрізають на окремі кристали: якась їх частина йде в шлюб, а решта – тестуються і, залежно від своєї якості, маркуються як процесори з певною тактовою частотою.
Можна сказати, що крихти-транзистори (нагадаємо, що їх розмір в сучасному процесорі в тисячу разів тонше людського волосся) наділяють комп’ютер здатністю “думати”. Точніше – обчислювати, виробляючи певні математичні операції з числами, в які перетворюється будь-яка надходить комп’ютер інформація. Однак це буде не зовсім правильно: адже самі транзистори здатні лише працювати перемикачами, пропускаючи або затримуючи біжить по каналах процесора ток! Тому щоб зрозуміти, як процесор може обробляти інформацію, нам потрібно буде познайомитися з основними логічними блоками.
З логічної точки зору процесор складається з безлічі осередків. Зберігати такий осередок може від 1 до 8 байт інформації (комбінація з двох байтів інакше називається “машинним словом”). Втім, далеко не всі регістри зайняті обробкою даних: частина з них, так звані “адресні” і “сегментні” регістри, займаються “пропискою” даних в комірках пам’яті, інші регістри відповідають за самодіагностику процесора… Словом, всередині кожного “каменя” існує цілий місто, кожен житель якого чітко знає свої обов’язки.
Начебто все зрозуміло, однак поки що ви не отримали відповіді на головне питання: яким чином процесор взаємодіє з програмною начинкою нашого комп’ютера? Для того щоб пояснити це взаємодія, спробуємо уявити собі комп’ютер у вигляді великої кухні, де є кухар, плита і продукти, з яких готуються страви. Завдання програми (яка в цій кухні працює кухарем) – підготувати дані (продукти) для кулінарної обробки на плиті-процесорі. Подібно до того, як кухар шаткує і нарізає кубиками овочі, програма переводить дані на мову зрозумілих процесору інструкцій. Один великий процес, будь то складання двох чисел або відтворення музичної композиції, розбивається на безліч шматочків-операцій. На рівні процесора це виглядає просто: “вважати інформацію, яка проживає в пам’яті за такою-то адресою, перемістити її в такий-то регістр”. Кожен шматочок інформації проходить через своєрідний конвеєр, де кожен “робочий” виконує тільки одну просту операцію. На виході пройшли через “кулінарну обробку” дані знову передаються програмою-кухарю яка вміло сервірує всю цю куховарство і подає її на красивій тарілочці на ваш стіл.
З часом класичні процесори “приросли” додатковими модулями: сьогодні на процесорному кристалі поміщаються і окремий модуль для обробки графіки (ще п’ять років тому цю роботу виконувала окрема відеокарта), і додаткова пам’ять… Збільшилася і кількість процесорних ядер – тепер на одному кристалі їх розташовано до декількох десятків! І все одно один процесор, яким би могутнім він не був, з обробкою інформації впоратися не в змозі: для цього йому потрібно спілкуватися з безліччю інших комп’ютерних пристроїв: жорстким диском, оперативною пам’яттю і т. Д. Для цього в комп’ютері існує спеціальна швидкісна магістраль, по якій дані передаються до процесора і назад – вона називається “шиною”. З її роботою ми докладніше познайомимося в розділі, присвяченому системним платам.
Але все ж, коли мова заходить про покупку нового комп’ютера, то насамперед ми дивимося саме на процесор: від його вибору залежить дуже і дуже багато! А вибір цей зробити деколи не просто: сьогодні на ринку можна знайти десятки моделей процесорів. І в кожного з них є свої особливості і відмінності в швидкості, архітектурі… І, звичайно, в ціні. Тому нам з вами просто необхідно зрозуміти, чим же відрізняються один від одного різні процесори?
Почнемо з архітектури процесорів, а заодно і з виробника. Велика частина сучасних процесорів для великих комп’ютерів і ноутбуків – далекі нащадки того самого Intel-8088 (і його нащадка 80286), яким були укомплектовані легендарні персоналки IBM PC, і зберігають з останнім певну сумісність з архітектури. На практиці це означає, що на сучасних комп’ютерах можна запустити навіть стареньку DOS початку 80-х, оскільки система базових команд у процесорів цієї лінійки залишиться незмінною. О так, нинішні процесори вважають набагато швидше, і обросли додатковими “інструкціями” і “розширеннями” не гірше, ніж дворова кішка блохами… Але все одно якась сумісність зберігається. Виходячи з цього, процесори компаній AMD і Intel відносять до єдиного сімейства під умовною назвою х86. Хоча архітектура самих процесорів дещо відрізняються, і для кожного з них потрібна власна, окрема платформа у вигляді базового набору мікросхем на системній платі, з точки зору програм вони практично ідентичні, не рахуючи деяких допоміжних інструкцій.
…
Якщо вам необхідний ігровий комп’ютер середнього рівня, придивіться попрістальней до виробів з логотипом AMD на корпусі. Звичайно, процесори AMD дещо поступаються Intel за реальною продуктивності при тій же тактовій частоті – однак це відставання нівелює серйозна різниця в ціні всієї “платформи” (процесор плюс системна плата)? А також потужність вбудованої графіки. Судячи з тестів, топові моделі процесорів AMD (нині – А10-6800К) поступаються своїм колегам від Intel близько 20% продуктивності в загальних обчисленнях, однак беруть своє в графіку – тут їх продуктивність, навпаки, вищий на третину. З іншого боку, системи для серйозних обчислень або обробки відео, а також екстремального “геймінгу” краще будувати на основі топ-моделей Intel. Якщо не в відео, ні в іграшках ви не зацікавлені, то всі ці віртуальні баталії Intel і AMD вам будуть абсолютно нецікаві.
Поки AMD і Intel ламали один про одного кігті, намагаючись зацарапать собі якомога більшу частку ринку великих комп’ютерів, непомітним пухнастим звіром до них підкралася епоха мобільних пристроїв – а з нею і новий сильний гравець у ліцеї компанії ARM – точніше, створеної цією фірмою нової архітектури процесорів. Камінці, побудовані на основі ARM-архітектури, працюють на зовсім інших принципах, ніж знайомі нам процесори сімейства х86, і абсолютно не сумісні з останніми: для них необхідно створювати програми з нуля. Та й по продуктивності ARM-процесорів важко змагатися з конкурентами (частота 1,5 ГГц скорилася їм лише в 2011 році). Зате вони в рази більше економічні: сучасні ARM-процесори споживають лише 2-3 Вт енергії, в той час як у самих невибагливих представників сімейства х86 – Atom – апетити в 3-4 рази вище.
ARM-процесори випускає більше десятка компаній, у тому числі Samsung, Qualcomm, Texas Instruments. І продукція їх напевно є у вашому домі: ARM-сумісні процесори – “серце” більшості мобільних пристроїв, від комунікаторів і планшетів до мультимедійних та ігрових приставок. Популярність цих камінчиків росте так стрімко, що про підтримку ARM-архітектури задумалася навіть Microsoft: нова версія Windows 8, яка вийшла в 2012 році, стала першою, здатної працювати на пристроях на базі процесорів ARM. А ось UNIX-системи (в тому числі Linux) подбали про це ще з десяток років тому: більшість “мобільних” операціонок, в тому числі Android і iOS, засновані саме на цій платформі.
Покоління і модифікація процесорів. Але повернемося до великих процесорам для домашніх комп’ютерів і ноутбуків, благо з їх вибором ще не все ясно: навіть якщо ми визначилися з виробником, нам доведеться розбиратися в кількох родинах і десятках моделей “камінчиків”. Ми вже не говоримо про покоління, кожне з яких відрізняється від попереднього якимись кардинальними нововведеннями – вони міняються нечасто, приблизно раз на два-три роки. А ось модифікації змінюють один одного набагато частіше, практично щороку.
Сьогодні обидві фірми прийшли до висновку, що їм необхідно мати в своєму асортименті як мінімум чотири основних модифікації:
– ультрамобільними ($ 50). Самі економічні і слабкі процесори з двома ярами для ультрамобільних комп’ютерів (нетбуків) і офісних комп’ютерів початкового рівня (неттопів). У сімействі Intel цю нішу займають процесори Atom, AMD ж протистоїть їм з економічними процесорами серії С.
– Мобільно-офісний ($ 100). Не надто швидкі, зате економічні процесори для ноутбуків, офісних і домашніх систем початкового рівня. У сімействі Intel цей клас займають процесори Pentium і молодші моделі Core i3, AMD протиставляє їм свою серію А4 Е. кількість ядер – від 2 до 4.
– Домашня (ціна від 150 до 400 доларів). Універсальні процесори для домашніх комп’ютерів, недорогі майстра на всі руки. Саме цей клас приносить виробникам найбільше прибутку. Сьогодні його займають застарілі, але досить продуктивні процесори сімейства Core i3 і i5. У сімействі AMD аналогічну нішу займають процесори А6 і А8. Кількість ядер – 4-6
– Ігрова та професійна (ціна від 400 доларів). Потужні процесори, призначені для таких ресурсоємних завдань, як обробка відео, тривимірної графіки… І, звичайно ж, комп’ютерних ігор! Лідери в цій ніші – процесори сімейства Core i7 з частотою до 3,4 ГГц, і позбавлений графічного ядра Xeon, а в сімействі AMD – процесори А10 кількість ядер – 8 і вище.

Модифікацій ще більше – ми пропускаємо мобільні процесори, призначені для ноутбуків, серверні “чіслодробілкі”, вартість яких зашкалює за пару тисяч доларів… Головне – що модифікації процесорів, що відносяться до одного сімейства, можуть відрізнятися один від одного цілою купою параметрів. Зокрема, технологією виробництва і мінімальним розміром логічних елементів. Наприклад, більшість процесорів Intel 2013 проводиться по 22-нанометровій технології, однак до початку 2014 року на ринку з’являться перші 14-нм процесори.

(1 votes, average: 5.00 out of 5)