Що таке процесор – характеристики CPU компютера, принцип роботи, для чого призначений, архітектура і склад, tdp

Процесор – це одна з найголовніших частин комп’ютера, його мозок. Він керує його обчислювальної частиною, виконує коди програм. Інакше процесор називають мікропроцесором. А в перекладі з англійської абревіатури CPU значить центральне процесорний пристрій.

Перший процесор подібного роду був винайдений в компанії Intel. Дата появи на світ 15 листопада 1971 року. Це був перший чотирьохбітний процесор під назвою intel 4004. Він дуже сильно відрізнявся від сучасних нащадків потужністю, дизайном. Мав тактову частоту не більше 740 кГц, шістнадцять чотирибітних виходів і стільки ж входів. Він активно використовувався у світлофорах, аналізаторах крові, а потім у зонді Піонер-10″. Звичайно у всіх перших ЦПУ було дуже слабке ядро для обчислень.

Що таке процесор

Процесор або CPU (як розшифровується абревіатура було написано раніше) обробляє отриману інформацію з інших пристроїв. Він робить це як у своїй власній пам’яті, так і в пам’яті інших пристроїв. Крім цього пристрій може самостійно керувати роботою інших елементів материнської плати, як вбудованих, так і дискретних.

Дивіться також: Як збільшити швидкість домашнього інтернету – практичні поради

ЦП знаходиться не тільки в материнській платі. У відеокартах є свої власні пристрої або GPU (графічні процесори). Вони відповідають за продуктивність відео і висновок на екран зображення. Можна зробити висновок, що там, де необхідні складні математичні обчислювальні роботи, де необхідно управління командами і взаємодією між електронними деталями пристроїв – завжди потрібен мозок, який буде збирати все докупи і створювати правила, не дасть процесу текти хаотично. Цим мозком служить центральне процесорний пристрій (ЦПУ).

Потужність залежить від вкладеної виробником швидкості зіставлення команд, обробки даних. Швидкість та інші параметри залежать від кількості транзисторів, що знаходяться в пристрої, кількості ядер, його розрядності. А здатність виконувати певний набір команд називається архітектурою ЦПУ.

Принцип роботи сучасного комп’ютерного процесора

Центральний процесор є основним і найголовнішим елементом системи. Завдяки йому виконуються всі завдання пов’язані з передачею даних, виконанням команд, логічними і арифметичними діями. Більшість користувачів знають, що таке ЦП, але не розбираються в принципі його роботи. У цій статті ми постараємося просто і зрозуміло пояснити, як працює і за що відповідає CPU в комп’ютері.

Як працює комп’ютерний процесор

Перед тим, як розібрати основні принципи роботи CPU, бажано ознайомитися з його компонентами, адже це не просто прямокутна пластина, вмонтовується в материнську плату, це складний пристрій, що утворюється з багатьох елементів. Більш детально з пристроєм ЦП ви можете ознайомитися в нашій статті, а зараз давайте приступимо до розбору головної теми статті.

Що Їх операції

Операція являє собою одне або декілька дій, які обробляються і виконуються комп’ютерними пристроями, в тому числі і процесором. Самі операції діляться на кілька класів:

1. Введення і виведення. До комп’ютера обов’язково підключено кілька зовнішніх пристроїв, наприклад, клавіатура і миша. Вони безпосередньо пов’язані з процесором і для них виділена окрема операція. Вона виконує передачу даних між CPU і периферійними девайсами, а також викликає певні дії з метою запису інформації в пам’ять або її виведення на зовнішню апаратуру.
2. Системні операції відповідають за зупинку роботи софта, організовують обробку даних, ну і, крім усього, відповідають за стабільну роботу системи ПК.
3. Операції запису і завантаження. Передача даних між процесором і пам’яттю здійснюється за допомогою посилочних операцій. Швидкодія забезпечується одночасною запис або завантаженням груп команд або даних.
4. Арифметично-логічні. Такий тип операцій обчислює значення функцій, відповідає за обробку чисел, перетворення їх в різні системи числення.
5. Переходи. Завдяки переходах швидкість роботи системи значно збільшується, адже вони дозволяють передати управління будь-якій команді програми, самостійно визначаючи найбільш підходящі умови переходу.

Всі операції повинні працювати одночасно, оскільки під час активності системи за раз запущено кілька програм. Це виконується завдяки чергуванню обробки даних процесором, що дозволяє ставити пріоритет операцій і виконувати їх паралельно.

виконання команд

Обробка команди ділиться на дві складові частини – операційну та операндную. Операційна складова показує всій системі те, над чим вона повинна працювати в даний момент, а операндная робить те ж саме, тільки окремо з процесором. Виконанням команд займаються ядра, а дії здійснюються послідовно. Спочатку відбувається вироблення, потім дешифрування, саме виконання команди, запит пам’яті і збереження готового результату.

Завдяки застосуванню кеш-пам’яті виконання команд відбувається швидше, оскільки не потрібно постійно звертатися до ОЗУ, а дані зберігаються на певних рівнях. Кожен рівень кеш-пам’яті відрізняється обсягом даних і швидкістю вивантаження і записи, що впливає на швидкодію систем.

Взаємодії з пам’яттю

ПЗУ (Постійний запам’ятовуючий пристрій) може зберігати в собі лише незмінну інформацію, а ось ОЗУ (Оперативна пам’ять) використовується для зберігання програмного коду, проміжних даних. З цими двома видами пам’яті взаємодіє процесор, запитуючи і передаючи інформацію. Взаємодія відбувається з використанням підключених зовнішніх пристроїв, шин адрес, управління і різних контролерів. Схематично всі процеси зображені на малюнку нижче.

Якщо розібратися про важливість ОЗУ і ПЗУ, то без першої і зовсім можна було б обійтися, якби постійне запам’ятовуючий пристрій мав набагато більше пам’яті, що поки реалізувати практично неможливо. Без ПЗУ система працювати не зможе, вона навіть не запуститься, оскільки спочатку відбувається тестування обладнання за допомогою команд БІОС.

Робота процесора

Стандартні засоби Windows дозволяють відстежити навантаження на процесор, подивитися всі виконувані завдання і процеси. Здійснюється це через «Диспетчер завдань», який викликається гарячими клавішами Ctrl + Shift + Esc.

У розділі «Швидкодія» відображається хронологія навантаження на CPU, кількість потоків і виконуваних процесів. Крім цього показана невивантажуваного і вивантажують пам’ять ядра. У вікні «Моніторинг ресурсів» присутній більш детальна інформація про кожного процесі, відображаються робочі служби та пов’язані модулі.

Сьогодні ми є і детально розглянули принцип роботи сучасного комп’ютерного процесора. Розібралися з операціями і командами, важливістю кожного елемента в складі ЦП. Сподіваємося, дана інформація корисна для вас і ви дізналися щось нове.

Як вибрати процесор

У нашому матеріалі ми розповімо, як вибрати процесор для ПК, чому на ринку чіпів з архітектурою x86 домінують AMD і Intel, і на які параметри важливо звернути увагу при виборі.

У нашому матеріалі ми розповімо, як вибрати процесор для ПК, чому на ринку чіпів з архітектурою x86 домінують AMD і Intel і на які параметри важливо звернути увагу при виборі.

Вибираємо тип конструктивного роз’єму

Тип конструктивного роз’єму – головний критерій, який визначає вибір центрального процесора та материнської плати, у зв’язці вони утворюють основу, «платформу» сучасного ПК.

Розповімо про типи актуальних процесорних платформ.

Процесори у виконанні Socket AM3+ (ліворуч) і Socket AM4 (праворуч). Один виробник – різні архітектури

AM4. Актуальний socket для масового сегмента. Конструктивно зазнав значних змін в порівнянні з AM3/AM3+, адже процесори побудовані на новій, сучасній архітектурі. Кріплення систем охолодження несумісні зі старими моделями, це важливо враховувати при виборі.

sTRX4 і sWRX8. Платформи для робочих станцій і високопродуктивних комп’ютерів на базі процесорів сімейства AMD Ryzen Threadripper. sTRX4 передбачає настільний сегмент, тоді як sWRX8 належить до серверних рішень.

Конкуренція провідних компаній на ринку CPU важлива. Раніше процесори AMD були лідерами в бюджетному сегменті, а у рішень Intel не було конкурентів серед топових рішень. Зараз в обох компаніях є свої вигідні рішення абсолютно в кожному ціновому діапазоні

Intel LGA2066. Це нова платформа Intel, яка прийшла на зміну LGA2011-v3. Саме в рамках LGA2066 виробник пропонує багатопотокові процесори для настільних ПК. Це кращі рішення для продуктивних робочих станцій і збірок з декількома графічними адаптерами.

Intel LGA1150. Платформа позаминулого покоління для масового споживача. Для неї є багато центральних процесорів з вбудованою графікою. З виходом цієї платформи стали доступні моделі з двома, чотирма ядрами і технологією віртуальної багатопоточності (Hyper-Threading).

LGA1151-V2. Десктопна платформа Intel минулого покоління, для масового сегмента. Зовні сокет зберіг форму свого попередника LGA1151, але ось електрично вони не сумісні. Це важливо враховувати при виборі процесора, позаяк сама Intel не розрізняє ці типи сокетів. Ця лінійка привнесла зміни в кількість ядер/потоків, яких так давно чекали користувачі. Як найпродуктивніше рішення, був представлений 8-ми ядерний процесор з підтримкою Hyper-Threading серії i9.

LGA 1200. Найактуальніша десктопна платформа від Intel сумісна з процесорами Comet Lake і Rocket Lake. Розроблена як заміна роз’єму LGA 1151. Основні відмінності – поліпшена подача живлення, підтримка життєвих функцій вводу-виводу, наприклад, PCI Express 4.0, а також підтримка 10 фізичних ядер процесора.

Процесори візуально розрізняються:

• за розміром;
• за формою теплорозподільника;
• за наявністю ніжок або контактних майданчиків;
• за спеціальними виступами – «ключами», які не дозволяють встановити зовні схожі CPU в «чужі» роз’єми.

Візуальна відмінність платформи LGA 1200 від LGA1151. Наявність додаткових контактів, а також переміщення ключа в протилежну частину робить процесори, починаючи з Comet Lake, механічно несумісними з минулою платформою

Тож вибрати процесор відповідно до типу роз’єму початківцю практично неможливо. Тому переходимо до інших параметрів.

Робочі завдання

Практично будь-який сучасний ПК дозволить працювати в офісному середовищі, онлайн, дивитися відео та слухати музику, відволіктися від справ простенькими іграми. У цьому випадку вибір швидше визначать фінансові можливості, і бажання мати запас на майбутнє.

Для таких робочих завдань сміливо купуйте бюджетний процесор з інтегрованою відеокартою – AMD Athlon AM4 або будь-який CPU Intel Pentium. Коли їх можливостей виявиться недостатньо, або з часом вирішите поліпшити якість графіки – завжди можна придбати дискретний адаптер.

Для максимальної швидкодії, активної роботи з графікою, вирішення специфічних «важких» завдань або ігор радимо придивитися до старших CPU для платформ LGA1200, AM4, sTRX4. Ці ж моделі варто вибирати тим, хто не згоден на компроміси в настройках і діагоналі монітора.

А ось в середньому ціновому сегменті все дійсно непросто і на вибір CPU можна витратити не один день, вивчаючи тестові матеріали та питаючи порад у бувалих користувачів. Що ж має значення для вибору процесора?

Мікроархітектура

«Гонитва за гігагерцами» давно закінчилася, і сучасні процесори розвиваються в декількох різних напрямках. Кількість ядер, частота, техпроцес, рівень енергоспоживання, швидкодія, набір допоміжних технологій можна об’єднати одним словом – мікроархітектура.

Вона визначає спадкоємність платформ і можливість в майбутньому встановити вдосконалений CPU в роз’єм материнської плати.

В цьому напрямку найперспективніші процесори AMD AM4 та Intel LGA 1200.

В рамках однієї архітектури CPU можна міняти, не вдаючись до модернізації інших вузлів системного блоку. Наприклад, ви можете почати з молодшого для LGA 1200 процесора, а згодом в разі необхідності проапгрейдити до топового Core i9-11900K.

Графіка та порівняння

Визначтеся, чи потрібна графіка, інтегрована в процесор. Ця порада стосується в першу чергу тих, хто купує бюджетний комп’ютер. При складанні недорогого ПК краще придбати CPU з інтегрованою графікою і відмовитися від дискретного рішення, яке відчутно підвищить кінцеву вартість системи.

Компанія AMD застосовує у своїх процесорах APU Radeon Vega. При виборі CPU з вбудованою графікою варто придивитися до серії Athlon, а також до процесорів Ryzen G-сімейства.

Беручи до уваги Intel, зверніть увагу на префікс F в найменуванні процесорів. У всіх CPU виробника без цього префікса є вбудоване графічне ядро Intel Graphics.

Потужність вбудованої графіки варіюється від продуктивності самого CPU. Наприклад, у процесора Ryzen 3 3200G APU Radeon Vega 8, тоді як Ryzen 5 3400G включає вже Radeon Vega 11, яка перевищує за потужністю молодші версії. Це стосується й процесорів від Intel.

Інтегрована графіка не зможе змагатися за продуктивністю з дискретними рішеннями. Однак цілком впорається з повсякденними завданнями, а за необхідності дозволить перечекати час до придбання відеокарти.

Колись за фразою «мій процесор працює на частоті 1 ГГц» можна було з високою ймовірністю визначити швидкодію комп’ютера в цілому.

Сьогодні це вже не показник, оскільки CPU, що функціонує на частотах порядку 3-3,5 ГГц, може виявитися швидше за 4-гігагерцевого представника іншого модельного ряду.

Важливо: порівняння процесорів за тактовою частотою коректно тільки в межах одного сімейства, однієї мікроархітектури, однієї платформи.

Колись процесорам Cedar Mill в екстремальних умовах підкорялися частоти близько 7-8 ГГц, проте рівень швидкодії при цьому залишався жалюгідним

Більше ядер – більше швидкості

Збільшена кількість ядер і багатопоточність процесора допомагає CPU продуктивніше розподіляти завдання запущених процесів. Наприклад, під час запуску декількох програм водночас:

• 4 ядра – це мінімум, необхідний сучасному процесору;
• 6-8 ядер – оптимальна кількість;
• 10-16 ядер – максимальна продуктивність. На ПК з таким процесором можна спокійно обробляти графіку, тримати в активному режимі улюблену гру, браузер з безліччю вкладок, зробити стрім ігрового процесу.

Використання технологій віртуальної багатопоточності дозволяє істотно підняти швидкісні характеристики системи в багатьох додатках і наблизити швидкодію двоядерного CPU з HT до показників чотирьохядерної моделі з аналогічними параметрами.

Блок-схема архітектури ZEN 3 процесорів AMD Ryzen

Втім, без вивчення тестових матеріалів не обійтися. Все визначається типом вирішуваних завдань.

Наприклад, для ігор краще чотирьох або шестиядерний CPU з Hyper-Threading і високою тактовою частотою.

А при кодуванні відео або рендерингу 3D-сцени перевага буде у моделі з великою кількістю обчислювальних блоків, нехай навіть вони функціонують на меншій частоті.

Разом з тим, нові ігри все активніше використовують багатопотокові обчислення, дозволяючи ефективно задіяти ресурси багатоядерних CPU. Іноді у повноцінних чотирьохядерних чіпів є помітна перевага над двоядерними.

Більш того, деяким проєктам вже недостатньо можливостей чіпів з двома обчислювальними ядрами. З цієї причини при складанні ігрових систем на платформі AMD краще використовувати мінімум 4-ядерні процесори, так само як і розумний мінімум для ПК на Intel – Core i3 10-го покоління.

Важливо: порівняння процесорів за кількістю ядер, як і порівняння за тактовою частотою, коректно виключно в межах одного сімейства, однієї платформи та мікроархітектури.

До питань про кулери

Будь-який CPU в процесі роботи споживає електрику та виділяє теплову енергію. Для відведення тепла потрібні активні системи охолодження – кулери.

Маркування BOX в назві процесора говорить про те, що виробник надає базову СО в комплекті.

Часто це дешеві рішення, виконані з алюмінію, іноді з мідними вставками, з невеликими, часто гучними, вентиляторами.

Але в повсякденних завданнях «боксові» кулери цілком можуть забезпечити «робочі» для процесора температури. Особливо в зв’язці з негарячими процесорами, TDP яких не перевищує 65 Вт.

Для потужніших процесорів або версій, спрямованих на «розгін», наприклад, Ryzen 5 3600X, для оптимального охолодження комплектного кулера буде недостатньо.

Щоб досягти справжньої тиші та оптимального теплового режиму роботи CPU, потрібен «запас міцності» для подальшого форсування системи. Для цього краще купувати високоефективні кулери від сторонніх виробників.

Самі ж топові процесори Intel і AMD навіть в коробковій версії поставки пропонуються без штатного охолоджувача.

Виробник вважає що ентузіасти, які розганятимуть свої чіпи, напевно підберуть ефективнішу систему охолодження.

Ще один момент, на який слід звернути увагу: у коробкових версіях (BOX) для роздрібного продажу нерідко є 3-річна гарантія виробника.

А трохи доступніші Tray-верcії, крім того, що завжди поставляються без кулерів, номінально призначені для відвантаження ОЕМ-виробникам і забезпечуються гарантією тільки на один рік.

Боксові CPU часто поставляються з кулерами, але бувають винятки. Так, наприклад, для чіпів Core i7-11700K виробник пропонує підібрати ефективну систему охолодження самостійно

Крім трьох ключових показників – конструктивного типороз’єму (платформи, мікроархітектури), тактової частоти та кількості ядер, у процесорів є характеристики, які позначаються на швидкодії та рівні енергоспоживання ПК.

Це об’єм кеш-пам’яті, техпроцес виробництва, тепловий пакет, технології віртуалізації та енергозбереження. Вони безперечно важливі, але для більшості користувачів це не критерій, який визначає вибір CPU.

Pentium, Core, Ryzen, Threadripper – як розібратися в ієрархії

Виробники центральних процесорів подбали про створення чітких систем класифікації власної продукції. Вони відображають ієрархію моделей як в межах одного сімейства, так і в модельному ряду в цілому.

У бюджетному сегменті AMD використовує торгову марку Athlon і A-series.

Найпродуктивніші процесори AMD представлені сімейством Ryzen і Threadripper, які діляться на серії та покоління.

Процесори Ryzen представлені такими лінійками:

• Ryzen 3 – бюджетні рішення.
• Ryzen 5 і Ryzen 7 – середньо-високий сегмент.
• Ryzen 9 – високопродуктивні моделі.

Як для Ryzen, так і для Threadripper, AMD час від часу оновлює свої лінійки, випускаючи нові покоління процесорів.

Залежно від цього у всіх CPU є числове позначення. Наприклад, Ryzen 5 5600X – це процесор 5-го покоління, тоді як Ryzen 5 3600X належить до 3-го покоління.

У Intel ситуація аналогічна:

• Core i3 – молодші рішення.
• Core i5 і Core i7 розраховані на середній і верхній сегменти.
• Core i9 – представляє високопродуктивніші процесори в серії.

Модель Core i7-11700 буде швидшою, ніж Core i5-11400, а Core i5-10400 повільнішою за Core i7-10700K.

Тобто розгорнуте цифрове позначення служить вторинним засобом ідентифікації, первинним – суфікси i3, i5, i7. Бюджетні варіанти представлені моделями Intel Celeron і Pentium, Xeon – серверні рішення.

Гнати або не гнати? Чарівна буква «К»

Сучасний ПК – пристрій, що має гнучкі налаштування на апаратному рівні. Процесори та відеокарти частіше за інших піддаються форсуванню (розгону, «оверклокінгу»).

Завдяки цій процедурі майже завжди можна отримати незначну прибавку продуктивності системи, а часом навіть більш ніж помітний приріст швидкодії.

Стенд з екстремально розігнаним CPU. Для охолодження використовується спеціальний контейнер з рідким азотом

Якщо ви чули про оверклокінг, є досвід розгону комп’ютерів або хотіли б спробувати це незабаром – придивіться до CPU з розблокованим множником. Вибираючи подібний процесор від компанії Intel, зверніть увагу на префікс K в назві. Наприклад, Core i5-11600K. У таких процесорів буде розблокований множник.

Ці моделі коштують трохи дорожче моделей з аналогічними параметрами, але у них є вільний множник, за допомогою якого легко міняти тактову частоту в будь-яку сторону. Для початку вистачить навіть боксового кулера, який за необхідності змінюється на більш серйозну систему охолодження.

Що стосується чіпів AMD, то обмеження є тільки для лінійки Athlon. У всіх інших процесорів множник розблокований для частотних експериментів.

Інтегровані процесори

Існує окремий клас CPU – інтегровані. Це чіпи, розпаяні на материнській платі.

Фактично це представники мобільного сегменту, які стараннями розробників мігрували в десктоп-клас. Вони не підлягають заміні, а якщо з ладу вийде будь-який компонент зі зв’язки «процесор-плата», доведеться міняти зв’язку цілком.

Завдяки низькому рівню енергоспоживання та скромному нагріванню, такі рішення – відмінний варіант для побудови HTPC і створення ультракомпактних ПК.

Втім, говорити про високу швидкодію інтегрованих процесорів не доводиться, адже вони вибираються нерозривно від материнських плат.

Чи можна проапгрейдити процесор в ноутбуку?

У ноутбуках процесори практично завжди інтегровані в материнські плати. Це допомагає здешевити виробництво та зберігає показники розміру й ваги гаджета на прийнятному рівні.

Серед моделей з діагоналлю екрана 15-17 дюймів і вище зустрічаються варіанти з багаторазовими роз’ємами і теоретично вони піддаються апгрейду.

Однак скромний асортимент моделей, низька доступність, висока вартість і складність процедури роблять модернізацію ноутбука шляхом заміни процесора долею підкованих ентузіастів і фахівців.

Важливий нюанс: вибирайте процесор для комп’ютера з прив’язкою до материнської плати, в якій він використовуватиметься. Часом вибір платформи визначають не стільки можливості CPU, скільки функціональні особливості сімейства плат або навіть конкретної моделі.

Ми постаралися уникнути складних технічних термінів, і сподіваємося, що цей матеріал допоможе вибрати CPU для десктопного ПК.

Автори: Олег Голубович, оверклокер, ІТ-журналіст; Олег Касич, редактор ITC.UA, Ігор Голованов, редактор hotline.ua