Сравнение процессоров разных производителей

Для комфортного пользования компьютером очень важна его производительность. Одним из важнейших модулей, который напрямую отвечает за скорость работы устройства, является процессор. В данной статье будут детально рассмотрены вопросы: что такое процессор, определение как таковое, его устройство и принцип работы, а также проведем сравнение основных типов процессоров Intel и AMD по назначению и производительности. Благодаря этому даже неопытный пользователь сможет подобрать процессор компьютера конкретно под свои нужды.

Что такое процессор

Это упрощенное название, которое привычнее употреблять в повседневном общении. Его правильное название звучит, как Центральное Процессорное Устройство, он же ЦПУ. Происходит от английского выражения Central Processing Unit или сокращенно CPU.

Центральный процессор — уникальная аппаратная составная часть компьютера, многоцелевое устройство, которое предназначено для выполнения кода программ. Код размещается в его собственной памяти. Работа приложений в операционной системе основана на выполнении различных команд и вычислении определенных данных. Задача ЦПУ — обрабатывать информацию, сопоставлять с ней конкретные команды. Запуск и работа десятков и сотен исполняемых файлов, невообразимые по количеству и объемам вычисления, обработка миллионов файлов весом в сотни гигабайт — лишь поверхностный список того, что он делает на компьютере. Таким образом, процессор — мозг, вычислительная сила вашей машины, которая также координирует работу остального железа.

Как он выглядит

Это небольшой квадратный модуль, который устанавливается в специальный разъем материнской платы. Пользователи, которые первый раз видят процессор, удивляются его неожиданно маленькому размеру — площадью он всего несколько квадратных сантиметров. На его поверхности чаще всего нанесен логотип производителя вместе с его названием. Некоторые модели имеют выгравированные или нанесенные краской технические характеристики.

Сверху него установлен вентилятор, который предназначен для охлаждения модуля во время работы. Для улучшения теплоотвода также может быть установлена система пассивного охлаждения в виде радиаторов.

Что внутри

Для начала будет приведен список элементов, за что отвечает каждый из них, общее устройство процессора:

• ядро (одно или несколько);
• дешифратор;
• системная шина;
• кеш;
• сокет.

Ядро — полноценная рабочая единица процессора. Фактически это и есть полноценный мини-процессор, способный полностью решать вычислительную задачу. Объединение нескольких ядер в один процессор позволяет значительно увеличить совокупный вычислительный потенциал компьютера или ноутбука.

Размеры самого кремниевого кристалла процессора, который занимается вычислениями несимметричны, чаще всего это черный плоский прямоугольник площадью несколько миллиметров. Эта самая площадь является одним из важнейших показателей кристаллов. С каждой новой версией производитель старается уменьшить площадь, чтобы в тот же корпус поместилось большее количество ядер. Чем больше ядер, тем большая суммарная вычислительная мощность, ведь  при решении очень сложных задач может быть одновременно задействовано 1, 2, 4, 6, 8 и даже 10 ядер. Ядра состоят из транзисторов, о которых мы поговорим чуть позже.

Также важна общая тактовая частота. Это значение, которое показывает, сколько информации устройство может обработать за единицу времени. Чем больше частота, тем больше данных оно способно переработать и представить пользователю в виде запущенных программ и игр. В современных компьютерах данный показатель измеряется в ГГц. Она формируется из частоты шины, о которой поговорим ниже, умноженной на множитель процессора. Перемножая их, получается итоговая частота, которая указывается в паспортных данных, доступных от производителя.

Тактовая частота ядер на домашних компьютерах редко достигает 2.6–2.8 ГГц. Для высокоэффективных систем созданы процессоры, которые при правильном разгоне выдают частоту более 4.4 ГГц. К частоте добавляем распределение выполняемой задачи на несколько ядер, такие процессоры называются многоядерными, и получаем общую производительность данного вычислительного элемента.

Дешифратор — элемент, который превращает команды программы в специальные сигналы, понятные для работы транзисторам ядер.

Системная шина — специальные пути передачи информации, при помощи которых процессор общается с остальными модулями компьютера. Он подключается к шине напрямую, когда как жесткий диск, видеокарта и оперативная память подключаются с помощью специальных разъемов — контроллеров или же для подключения используются высокоскоростные провода и шлейфы. Чем выше скорость системной шины процессора, тем быстрее он сможет управлять остальным железом. Для достижения наибольшей производительности тактовая частота шины процессора и материнской платы, куда он будет устанавливаться, должны совпадать. Идеально, если они совпадают, иначе либо производительность не раскроется в полной мере, либо же ее не будет хватать для поставленных задач.

Теперь разберемся, что такое кэш процессора. Это третий по важности показатель, от которого зависит производительность процессоров. Это прямой аналог оперативной памяти у компьютера в целом, поэтому второе название кэша — сверхоперативная память, ее скорость до 20 раз выше, чем у оперативной памяти. В кэше содержатся данные, которые обрабатываются в данный момент. Он имеет несколько важных параметров. Первый — его объем, чем он больше, тем больший объем информации процессор может обработать на высокоскоростной памяти. Второй показатель тесно связан с размером — количество уровней кэша. В обычных процессорах находятся два уровня, для более высокой производительности добавляют третий. Они нужны для накопления и хранения данных, к которым процессор через короткое время вернется вновь. Самый первый уровень (L1 или Level 1) содержит самую актуальную информацию, с которой прямо сейчас ведется работа. На втором уровне (L2) находятся чуть менее актуальные данные, третий уровень (L3) содержит остальной массив информации. Чем больше уровень, тем больше там памяти. Например, может быть L1 = 128 Кб, L2 = 512 Кб, L3 = 3 и более Mб.

Давайте уточним, на что это влияет. Чем больше уровней кэша и чем больше памяти они содержат, тем он более производительней. Эти параметры очень тесно связаны с частотой и ядрами, они должны иметь достаточные ресурсы для обработки такого массива данных.

Сокет (разъем) — техническое устройство, способ крепления, с помощью которого ЦПУ фиксируется на материнской плате. Прямое подключение обеспечивает обмен данными между процессором и остальным железом. Подбор сокета — самая важная часть при раздельной покупке комплектующих. Разъемы материнской платы и процессора должны быть идентичными для правильной установки и работы. Если сокеты будут различаться, то ЦПУ просто не встанет на свое место, не будет подходить разъем.

У некоторых моделей контакты торчат из корпуса, подключаясь к специальным углублениям в плате. Помимо этого, важно расположение контактов, их количество, размер и площадь распределения. Это обусловлено различными возможностями, которые «умеют» процессоры: подключение интегрированной графики, повышенная производительность и установка дополнительного охлаждения. Таким образом, совместимость «процессор и материнская плата» должна быть полная.

Как он работает

Несмотря на достаточно сложное и ювелирное устройство этого модуля, его работа вполне понятна пользователю, который решил в этом разобраться. Постараемся изложить принцип работы и назначение процессора понятным для большинства языком, упуская профессиональные термины и значения:

• На невидимом для нас уровне все действия, которые происходят во время активности программы, сводятся к банальной математике чисел, чаще всего это сложение и умножение, сравнение. Это условные обозначения, но они раскрывают суть процессов, которые происходят в модуле при вычислениях.
• Для выполнения любого процесса необходима инструкция, которая имеет в себе данные о протекании вычислений.
• Всей работой управляет дешифратор. При первом такте работы он загружает в сверхоперативную память необходимые данные. Вторым циклом он превращает эти данные в набор понятных для транзисторов команд, которые принимаются за вычисления, записывая результат в тот же кэш. Третий цикл запускает выполнение определенной инструкции, которая выводит в программу обработанные данные, а ядрам дает новую задачу.
• Больше ядер, кэша и частоты — больше обрабатываемых данных, больше открытых программ, больше скорость их работы как по отдельности, так и при суммарной нагрузке.
• При проведении вычислений ядра имеют свойство нагреваться. Для этого обязательно нужен активный куллер или пассивный радиатор. Во избежание сгорания модуля он имеет функцию «троттлинг процессора» — дешифратор начинает пропускать рабочие такты, уменьшая количество проводимых операций. Меньше вычислений — меньше температура, но и на производительность сильно влияет.
• Также не стоит забывать о битности. Старые поколения имеют значение 32, более современные x64. 32-битный процессор имел ограниченную вычислительную мощность, так как мог работать с оперативной памятью объемом до 4 гигабайт. Процессор 64-битный обошел это ограничение, получив в несколько раз возросшую производительность в сравнении со старым поколением. Требуется соответственно 64-разрядная операционная система.

Эволюция

От самого первого созданного вычислительного устройства до современных многоядерных монстров эволюция процессоров продвигалась по нескольким основным путям:

• увеличение количества транзисторов вследствие плотности их расположения при изготовлении;
• увеличение тактовой частоты ядер;
• увеличение количества ядер в одном корпусе;
• увеличение сверхоперативной памяти.

Если описать эволюцию очень грубо, то можно утверждать, что рост производительности процессоров происходил из-за одновременного уменьшения и уплотнения составных частей. Буквально 40 лет назад самые мощные модели были гораздо слабее современных офисных вариантов, при этом они уменьшились в разы, стали отдавать гораздо меньше тепла и потреблять электричества.

Производство

Можно смело заявлять, что процессоры делаются из обыкновенного песка. Дело в том, что песок — идеальный источник кремния, из которого и состоят ядра процессора. С помощью доменных печей и ряда химических реакций добывается кремний с чистотой 99,9999999%. Он заливается в специальную форму, после остывания получается кремниевый цилиндр весом около центнера и размером с человека. С помощью специальной резки этот цилиндр нарезается на тончайшие диски диаметром около 50 см.

Эти диски полируются до зеркального блеска, затем с помощью мощного пучка света и хорошей линзы на поверхности создается структура процессора. На нее сверху с помощью специальных веществ наращиваются транзисторы, о которых мы говорили ранее. Транзисторы — полупроводниковые элементы, из которых состоят ядра. Здесь нужно упомянуть такое определение, как техпроцесс. Он стал одним из путей эволюции процессора. Техпроцесс — толщина создаваемых транзисторов. Чем она меньше, тем больше транзисторов влезет в одно ядро, тем больше данных они могут обработать.

Современные процессоры создаются по техпроцессу 14 нм, в 2019 анонсировано появление техпроцесса 10 нм. После наращивания транзисторов нужное количество ядер помещается в корпус, который в итоге видит потребитель.

Отличие процессоров друг от друга

Устройство и производство всех процессоров практически идентично за исключением фирменных технологий, техпроцесса и прочих патентных тонкостей, которые потребителю не нужны. Потребителя интересует, чем отличаются процессоры фактически, по типам и назначению:

• Процессоры отличаются фирмой-производителем. Есть конкуренция — есть развитие продукта и регулирование цены. Процессора визуальные характеристики опустим, они бесполезны.
• Отличаются типом установки (это отсылка к сокету). Обычно различие наблюдается у разных производителей, подробнее поговорим ниже.
• Есть процессоры для повседневных задач — браузер, документы, кино. Чуть более мощные берут пользователи, желающие поиграть в более-менее современные игры на средних или низких настройках. Игровые системы имеют многоядерные и высокочастотные процессоры, которые помогают видеокарте обрабатывать динамические визуальные сцены в играх. Людям, которые работают в программах, где происходят колоссальные вычисления, требуются невероятно мощные модули, которые потребляют огромное количество электроэнергии и требуют специального охлаждения.
• Современные процессоры имеют архитектуру х64, 32 уже редко встречается, однако, это тоже повод найти отличия в возможностях и производительности.
• Сравнить процессоры можно по конкретным задачам — математическим, графическим и прочим.
• Они могут иметь интегрированную графику — идеальное решение для ноутбуков.

Основные разработчики

На сегодняшний день основные производители — Intel и AMD. Рядом с ними притаился ARM, который создает процессоры для устройств производства Apple Inc. Последний рассматривать не будет, так как модули процессора имеют назначение для конкретных компьютеров и программного обеспечения. Если возникла необходимость выбора процессора для своего компьютера, то нужно остановиться на первых двух.

Сравнение Intel и AMD

Доступное простому пользователю сравнение процессоров будет представлено, как удобная таблица.

Общий вывод: для различных задач предназначены и различные процессоры. AMD имеют меньшую стоимость, возможность оверклокинга до огромных тактовых частот. Их бюджетные варианты очень хорошо подойдут для домашних маломощных систем. Если же бюджет выше 150 долларов, стоит обратить внимание на 64-битные Интел процессоры, в данном ценовом сегменте они значительно превосходят по характеристикам своих конкурентов. Выбирайте x64-разрядный вариант для достижения наибольшей производительности.

Не стоит забывать, что ЦПУ фирмы Интел — основные варианты для ноутбуков. Они устанавливаются ввиду хорошей энергоэффективности и малой теплоотдачи, поэтому процессоры Intel подходят для ноутбуков.

Заключение

На данный момент производители процессоров предоставляют огромное количество различных моделей, которые предназначены для выполнения разнообразных работ. Работа у него одна — координировать и вычислять, но в зависимости от назначения подбираются различные характеристики как его самого, так и вспомогательного железа.

В данной статье подробно были рассмотрены такие вопросы, как что такое процессор, производство, работа, а также приведено сравнение по основным параметрам.

Видео по теме