Процессор деген эмне
Процессор — машиналык нускамаларды (программалык кодду) аткаруучу электрондук блок же интегралдык схема, компьютердин аппараттык жабдуусунун же программалануучу логикалык башкаруучунун негизги бөлүгү.
Жөнөкөй сөз менен айтканда процессор — бул компьютердин же башка электрондук түзүлүштүн негизги микросхемасы, башкача айтканда анын «мээси». Ал компьютердин эсинде сакталган программалык коддорду жана бардык функциялардын иштешин башкарат. Процессордун иштөө жыштыгы канчалык жогору болсо, компьютердин иштөөсү да ошончолук бат болот. Процессордо атайын ячейкалар (уячалар) бар. Алар «регистр» деп аталат. Дал ушул регистрда процессор аткаруучу буйруктар жана маалыматтар жайгашат. Процессордун иши компьютердин эсиндеги буйруктарды жана маалыматтарды ырааттуулугуна жараша тандап, аткаруу болуп саналат.
Көңүл бургула! Макалабыз процессор жөнүндө болгонуна байланыштуу, процессор тууралуу жалпы маалымат берүүгө аракет кылабыз. Ошондуктан, процессор бир гана компьютерде болот деген ой таптакыр туура эмес. Процессорлор биз колдонгон телефондо, планшеттерде, сыналгыда, оюнчуктарда, авто унаада, деги эле электрондук түзүлүш бар жерде процессор болот, болгону алар өзүнүн формасы, аткарган функциясы менен айырмаланат.
Процессорду англисче CPU деп аташат (central processing unit — сөзмө-сөз которгондо — борбордук эсептөөчү бирдик), оручасы ЦПУ — центральное процессорное устройство.
Процессор иштегенде компьютердин (электрондук түзүлүштүн) эсиндеги буйруктардын ырааттуулугун эсептейт жана аларды аткарат. Мындай буйруктардын ыраатуулугу программа деп аталып, процессордун иштеши үчүн түзүлгөн алгоритмди эске салат. Буйруктарды эсептөө ыраатуулугу төмөнкү учурда өзгөрүшү мүмкүн, тактап айтканда, эгерде процессор буйруктардын биринен кийинкисине өткөндү эсептегенде, кийинки буйруктун дареги башка болуп калышы мүмкүн. Иштөө процессинин өзгөрүүсүнө дагы бир мисал, бул буйрукту токтотуу же болбосо апараттык иштетүүнү бир канча убакытка токтотуп туруудан улам болушу ыктымал.
Борбордук процессордун буйруктары компьютерди башкаруунун эң баштапкы деңгээли болуп саналат. Ушуга байланыштуу ар бир буйрук сөзсүз түрдө аткарылышы керек. Аткарылып жаткан иштердин эч бири текшерилбейт, аны менен бирге керектүү маалыматтардын жоготуу ыктымалдуулугу да текшерилбейт. Компьютер мүмкүн болгон процесстерди гана ишке ашырышы үчүн, буйруктар керектүү программа катары тийешелүү түрдө уюштурулушу керек. Бир цикл баскычтан кийинкисине өтүү ылдамдыгы такт генератору менен аныкталат. Такт генератору борбордук процессор үчүн ритм кызматын аткарган импульстарды иштеп чыгарат. Такт импульсунун жыштыгы «такт жыштыгы» деп аталат.
Процессордун негизги өзгөчөлүктөрү болуп: разряддуулук жана тез аракеттүүлүк болуп саналат.
Процессордун ылдамдыгы — бул анын секундасына аткарган такттардын санын көрсөткөн параметр болуп саналат. Ал эски компьютерлерде мегагерц (МГц) менен өлчөлөт. Кыскасы, 1 герц 1 такт, 1 МГц (MHz) = 1 секундадагы 1 000 000 тактка барабар. Учурдагы компьютерлер гигагерц (Ггц, англисче GHz) менен өлчөнүп 1 гигагерц 1000 мегагерцке тете. Аталган параметр канчалык жогору болсо, процессор ошончолук бат иштейт.
Разряддуулук — булкомпьютер үчүн маанилүү болгон ички регистр, маалымат киргизүү жана чыгаруу шинасы (Компьютердин архитектурасы макаласын окуңуз), эстеги дарек шинасы сыяктуу түзүлүштөрдүн параметри болуп саналат. Кыскача маалыматтын берилүү ылдамдыгы десек болот.
Процессордун түрлөрү
- CISC-процессору (Complex Instruction Set Computing) - буйруктардын татаал топтому менен эсептөөчү процессор. Татаал буйруктардын жыйындысына негизделген процессордук архитектура болуп саналат. CISCтин типтүү өкүлдөрү болуп Intel x86 микропроцессорлору эсептелет. (бирок көп жылдан бери аталган процессорлор CISC буйруктардын сырткы системасы гана болуп саналат.)
- RISC-процессору (Reduced Instruction Set Computing) - кыскартылган буйруктар менен эсептөөчү процессор. Аталган процессорлор, кыскартылган буйруктардын жыйындысына негизделген. Төмөнкү мүнөздөмөлөргө ээ: буйруктардын убактысы аныкталган, регистрлардын көп саны, регистр–регистр түрүндөгү операциялар, ошондой эле кыйыр даректүүлүктүн жоктугу. RISC концепциясы IBM Research өкүлү Джон Кок (John Cocke) тарабынан иштелип чыккан. Аталышы Дэвид Паттерсон (David Patterson) тарабынан ойлонуп табылган. Аталган архитектуранын эң жайылган түрү болуп PowerPC ошондой эле G3, G4 и G5 сериясындагы процессорлор болуп саналат. Ошондой эле аталган архитектуранын белгилүү түрү болуп MIPS жана Alpha саналат.
- MISC-процессору (Minimum Instruction Set Computing) - буйруктардын минималдык жыйындысы менен эсептөөчү процессор. Чак Мурдун буйруктар тууралуу идеяларынын кийинки өнүгүүлөрү болуп саналат. Чак Мур RISC процессорлору үчүн алгач жөнөкөйлүк принциби болгон нерсе, бат эле кийинки планга өтүп кетти деп эсептейт. Тез аракетүүлүк үчүн болгон жарышууда RISC, CISC процессорлорунун көпчүлүгүнө татаалдыгы боюнча жетмек түгөл, ашып да кетти. MISC архитектурасы саны чектелген буйруктардын (болжол менен 20-30 буйрук) стек эсептөө моделине негизделген.
- Көп өзөктүү (ядро) процессорлор – бир кутуда бир нече өзөккө ээ болот (бир же болбосо бир нече криссталдарда). Бир операциондук система бир нече өзөктө иштөөгө негизделген процессорлор, «мультипроцессор» деп аталган жогорку интеграцияланган системалардын ишке ашышы болуп саналат. Массалык түрдө эки өзөктүү процессорлор өтө көп. K8 микроархитектурасынын базасындагы Conroe жана Athlon64X2 өзөгүндө Intel Core 2 Duo процессорлору.
- 2006 жылдын ноябрь айында биринчи жолу Kentsfield өзөгүндө Intel Core 2 Quad төрт өзөктүү процессор пайда болду. Ал бир кутуда Conroe эки кристалынын жыйындысын түзөт. Эки ядерлүү процессор дегенде, төмөнкүдөй түшүнүк пайда болот, логикалык жана физикалык ядерлердин бар болушу. Мисалы эки өзөктүү Intel Core Duo процессору эки логикалык өзөккө бөлүнгөн бирок бир физикалык өзөктөн турат. Ал эми Intel Core 2 Duo процессору эки физикалык өзөктөн турат. Бул болсо, анын иштөө ылдамдыгына таасир берет.
- 2007-жылдын 10-сентябрында сатыкка AMD Quad-Core Opteron серверлери үчүн нативдүү (бир кристалл түрүндөгү) AMD Opteron Barcelona коддолгон аталыштарга ээ төрт өзөктүү процессорлор чыкты. 2007-жылы 19-ноябрда AMD Quad-Core Phenom үй компьютерлери үчүн төрт өзөктүү процессорлор сатыкка чыгып. Аталган процессорлор жаңы K8L (K10) микроархитектураны ишке ашырышат. 2006-жылы 27-сентябрда Intel 80 - дагы бир өзөктүү процессордун прототибин көрсөттү. Процессорлордун мындай массалык түрдө өндүрүлүшү 32 - нанометрдик техпроцесске өтүүдөн мурун болушу болжолдонулган.
Айтмакчы, 32 нанометр деп, процессор кристаллында жайгашкан бир транзистордун өлчөмү айтылган.
Кийинчирээк 28, 22, 20, 16, 14, 12, 10, 8, 7, 5, 3 нанометрлик процессорлор чыккан. Учурда биздин өлкөдө техпроцесси 40тан баштап 10 нанометрге чейинки компьютердик процессорлор колдонулат. Нанометр канчалык кичине болсо процессордун баасы ошончолук кымбат, анткени мындай микросокпиялык транзисторлорду даярдоо өтө татаал. Ушуга байланыштуу 10, 8, 7, нанометрлик процессорлор өтө саналуу гана. Ал эми 5, 3 нанометрлик процессорлор бул келечекке багытталган процессорлор. Ошол эле убакта, нанометрлери канчалык кичине болсо, процессор ошончолук жакшы иштейт.
Core i3, i5, i7, i9 деген процессорлорду баарыңар болбосо да, көбүнчөңөр уксаңар керек.
Кристаллдагы транзистордун көлөмү канчалык кичине болсо, андай процессор ошончолук аз электр энергиясын талап кылат дагы, бир кристаллдагы трансизторлордун саны көп болот, а бул өз кезегинде процессордун кубаттуулугуна жана төмөнкү температурада ысыбай иштешине алып келет.
Буйруктардын циклдарынын ишке ашыруу этаптары
- буйруктарды эсептөө регистринде сакталуучу санды процессор шина адреске көрсөтүп, оперативдик эске окуу буйругун берет.
- көрсөтүлгөн сан оперативдик эс үчүн дарек болуп саналат; эс даректи жана окуу буйругун алгандан соң, аталган даректе сакталган нерсени маалымат шинасына койот жана даярдык тууралуу кабар берет.
- процессор маалымат шиналарынан санды алат жана аны өзүнүн буйруктар системасынан буйрук катары интерпретациялайт (машиналык инструкция) жана аткарат.
- Эгерде акыркы буйрук башка буйрукка өтүү буйругу эмес болсо, процессор буйруктарды сактоочу эсептегичтегичтеги буйруктарды бирдикке, бир буйруктун убактысы бир бирдикке барабар деп болжолдогондо, санына көбөйтөт. Анын натыйжасында кийинки буйруктун дареги чыгып калат.
- биринчи пунктан баштап кайра кайталанат.
Персоналдык компьютер процессорлорун өндүрүүчүлөр
Intel
1968-жылы Боб Нойс жана Гордон Мур тарабынан ойлонуп табылган. 1971-жылы 15 ноябрда Electronic News журналында Intel корпорациясы 4004 микропроцессорун көрсөтүп, микроэлектроникада жаңы эра башталганын жарыялады. Intel 4004 процессору рынокто жалпы колдонууга берилген биринчи микропроцессор болуп саналат. Аны компонент катары, инжернерлер сатып алып, ар кандай электрондук жабдыктардын түрдүү функция аткарышын камсыз кылуу үчүн кошумча колдоно алышат болчу.
2015-жылы intel компаниясы 6-муундагы Skylake архитектурасындагы процессорлору жана бул архитектурага 100-сериядагы негизги платалар чыккан. 2017-жылы intel 7-муундагы Kaby lake архитектурасындагы процессорлору чыгып, буга 200-сериядагы негизги плата чипсеттери чыгат (1151 соккетинде). 2015 жана 2017-жылкы процессорлор 100 жана 200-чипсеттеги негизги платаларга толук бири-бирине айкалыша алат.
2018-жылы ошол эле 1151 соккетине intel 8 жана 9-муундагы coffee lake архитектурасындагы процессорлорун чыгарат. Бул архитектурага 300-сериядагы чипсеттер дагы чыгарылат. Ушуга байланыштуу 1151 соккетиндеги 1 жана 2 версиялары бири-бирине айкалыша албайт. 2020-жылы Comet lake архитектурасындагы 10-муундагы процессорлору чыккан. Буга чейинки персоналдык компьютер процесслорлордун соккеттери: 775, 1155, 1156
AMD
Инновациялык микропроцессорлорду жана графикалык эсептерди эң глобалдуу камсыздоочу AMD компаниясы 1969-жылы түзүлгөн. Анын штаб-квартирасы (башкы имараты) Калифорния штатынын Саннивейл шаарында жайгашкан. AMD компаниясы эсептөөчү жадбыктар, коммуникациялык каражаттар жана турмуш-тиричилик электроникалары үчүн инновациялык микропроцессорлорду жана графикалык эсептерди чыгарышат.
Процессор жонундо кызыктуу фактылар
- Экинчи муундагы Intel Core процессорлорундагы транзисторлордун саны 1 миллиарддын айланасында, автомобиль менен салыштырып көрсөк, орто эсеп менен авто унаада 30 миңдей тетик бар. Эгер ушул процессордой 1 млрд тетик болсо, мындай унааны чогултууга 114 жыл кетмек.
- Эгер экинчи муундагы Intel Core процессорун чоң бир өлкө катары элестетсек, ал эми транзисторлору адамдар деп алсак, мындай 995 миллион калкы бар өлкө саны боюнча Кытай менен Индиядан кийинчи үчүнчү өлкө болмок.
- Intel компаниясынын 1971-жылы чыккан биринчи процессору менен жаңы процессорлорду салыштырганда азыр алар 4000 эсе тез иштейт, ал эми ар бир транзистор орточо эсеп менен 4000 эсе аз электр энергиясын сарптайт.
- Intel компаниясы мурда N M Electronics, андан соң Integrated Electronics бул аталыш өтө узун экен деп, аны Intel кылып кыскартышкан.
- Заманбап процессордун жылуулук жоготуулары 1 чарчы сантиметрге 125ватт түзөт. Электр плиталарынын 1 чарчы смге 7-10ватт кетет.
- Процессорлордун атасы Джек Килби. 1958-жылы германий кесиндисинде ал биринчи интегралдык схеманы түзгөн. Кийинчирээк 2000-жылы физика боюнча Нобель сыйлыгынын лауреаты болгон.
- Fujitsu компаниясы тарабынан жасалган Venus (Чолпон) процессору учурда эң күчтүү процессор деп табылды, бул процессор секундасына 128 миллиард операция жасайт.
Дагы караңыз
