Центральное процессорное устройство (ЦПУ),или просто процессор – это электронный блок или интегральная схема, которая выполняет задаваемые программой преобразования информации, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех периферийных устройств.
Первые процессоры, использующие электромеханическое реле, ферритовые сердечники и вакуумные лампы, появились и усовершенствовались еще в период с 1940-х по конец 1950-х годов. Процессор, в то время, представлял из себя большое количество стоек, соединенных проводниками, с установленными, в разъемах на модулях реле, сердечников и ламп. Первые процессоры были очень ненадежными. Скорость их работы была очень низкой и, при этом, они выделяли очень много тепла.
В дальнейшем, с середины 1950-х и до середины 1960-х годов, происходит внедрение транзисторов. Хотя на вид процессор состоял еще из стоек, транзисторы монтировались в плата, по виду близким к нынешним. С внедрением транзисторов, повысилась скорость и надежность, а вот электропотребление снизилось.
С середине 1960-х, в процессорах стали использовать микросхемы. Естественно, первые микросхемы, использующиеся в процессорах, были низкой степени интеграции. Идя по пути усовершенствования, микросхемы улучшались, становились более функциональными. Сначала микросхемы реализовали отдельные элементы цифровой схемотехники, затем – элементарные регистры, сумматоры и счетчики. Заключительной фазой этого этапа развития микросхем, стало появление микросхем, содержащих функциональные блоки процессора.
Следующим нововведением стало, в начале 1970-х годах, создание микросхемы, на кристалле которой разместились все основные блоки и элементы процессора. Произошло это благодаря прорыву в создании БИС и СБИС. В 1971 году, фирма Intel, создает, первый в мире, 4-х разрядный микропроцессор 4004. Он стал первым, общедоступным микропроцессором, содержащим 2300 транзисторов и работающим на тактовой частоте 92,6 кГц. Его предназначение было – использование в микрокалькуляторах. В это время, все процессоры выпускаются в формате микропроцессоров. Исключением были процессоры, на которые возлагались задачи узкой специфики. Но и они, со временем, благодаря современным технологиям, тоже начали производиться в формате микропроцессора.
В дальнейшем, на протяжении 10-15 лет, микропроцессоры и процессоры шли рука об руку. Это продолжалось до 1980-х годов, когда микропроцессоры вытеснили предшественников. Микропроцессоры и стали тем началом, что позволило создать персональные компьютеры – ПК.
С 1971 года, когда компанией Intel был выпущен первый 4-разрядный микропроцессор, вышло несколько модификаций. На смену 4-разрядному пришли 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный Intel 8086, заложившие основы архитектуры современных настольных процессоров. В дальнейших модификациях появляются защищенные режимы, увеличивается объем оперативной памяти и поддерживается механизм виртуальной памяти.
За долгие годы, прошедшие с появления первых микропроцессоров, было разработано множество различных их архитектур – это Alpha, POWER, SPARC, MIPS, PA-RISC и IA-64. Большинство современных процессоров – это один полупроводниковый кристалл, содержащий миллионы и миллиарды транзисторов.
Современные персональные компьютеры, в своем большинстве, имеют процессоры, основанные на различных версиях циклического процесса последовательной обработки данных. Это изобретение в 1946 году придумал Джон фон Нейман. В архитектуре фон Неймана инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти. Этапы цикла, включающие команды, содержащихся в памяти и исполнение их, неизменно выполняются в последовательности. Эта последовательность называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Алгоритм – это те инструкции, которые описывают порядок действий для достижения конечного результата, за определенное число действий. Для того, чтобы во время выполнения любой команды не происходила потеря ценных данных, команды, отдаваемые центральному процессору, должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы. Тактовым генератором определяется скорость перехода от одного этапа цикла к другому. Тактовой частотой называются импульсы, вырабатываемые тактовым генератором и служащие ритмом для центрального процессора.
Еще одним видом архитектуры процессоров является конвейерная архитектура. С целью повышения быстроты выполнения команды, в центральный процессор и была введена конвейерная архитектура. При выполнении каждой команды необходимо осуществить определенное количество однотипных операций. Каждая операция соответствует одной ступени конвейера. Некоторые современные процессоры могут иметь в конвейере более 30 ступеней. Это увеличивает их производительность.
С появлением технологии суперскалярной архитектуры, существенно увеличилась производительность процессора. Для увеличения производительности, увеличено число исполнительных устройств. Однако количество исполнительных устройств ограничено. В противном случаи, производительность, практически, перестает расти. Примером этой архитектуры является технология Hyper-threading.
Многоядерные процессоры, содержащие несколько ядер в одном корпусе, являются высокоинтегрированной реализацией мультипроцессорности и предназначены для работы одной копии операционной системы. Первым процессором, имевшим два ядра, стал POWER4. Его создала в 2001 году корпорация IBM. Затем и другие компании стали выпускать многоядерные процессоры. Так в 2004 году компания Sun Microsystems представила процессор UltraSPARC lV, имеющий два ядра UltraSPARC lll. В 2005 году появился процессор UltraSPARC T1. Он имел восемь ядер, каждое ядро, которого, выполняло четыре потока.
Компания Intel, в 2006 году, выпустила, для мобильной платформы, двухъядерный процессор на одном кристалле Core Duo. В том же 2006 году, вышел четырехъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield. В 2007 году появился восьмиядерный процессор UltraSPARC T2. Каждое ядро процессора выполняло восемь потоков. В дальнейшем, выпускаются нативные четырехъядерные процессоры для серверов AMD Opteron и четырехъядерные процессоры для домашних компьютеров AMD Phenom.
Идя параллельно, в последующие годы, компании обновляли свои линейки четырехъядерных процессоров. Так компания Intel представила семейство процессоров Core I7, использующие трехканальные контроллеры памяти и технологии эмулирования восьми ядер. Компания AMD, в противовес компании Intel, представила свою линейку процессоров Phenom II Х4. В них был увеличен объем кэша, значительно повысились рабочие частоты и снизилось тепловыделение. Кэш микропроцессора используется для более быстрого времени доступа к компьютерной памяти. Кэш использует очень быструю память, хранящую копии наиболее часто используемых данных из основной памяти. Увеличение размера кэш-памяти, положительным образом влияет на производительность всех приложений.
Еще одной разновидностью архитектуры процессоров является гарвардская архитектура. Ее отличием является то, что данные и программный код хранятся в разной памяти. Она применяется во встраиваемых системах, что позволяет более эффективно выполнять работу, в случае ограниченных ресурсов. Ее минусом является то, что в ней невозможны многие методы программирования.
Параллельная архитектура процессоров используется в суперкомпьютерах. Параллельная архитектура процессора предлагается для преодоления эффекта "узкого горлышка фон Неймана", когда огромный поток данных должен пройти через центральный процессор, даже если требуется произвести одну и ту же операцию.
Наша компания предоставляет услугу обслуживание компьютеров организаций.
