Мобилни процесори – всичко за тях

Каква е историята на процесорите – “мозъците” на компютърните системи? За какво служат те и какви са им задачите в днешните системи? Кой е дизайнерът на първия процесор и кои са гениите, стоящи зад проекта и отговорни за конструирането му? Каква е била неговата честота и колко точно е струвал? Кои са най-важните технически характеристики на днешните микропроцесори и кое какво означава?
Ако всички тези въпроси са ви заинтригували поне малко, то със сигурност ще ви е интересно да прочетете любопитната история на процесорите и да разберете как на вид малки и неочаквани ходове са могли да променят голяма част от историята на човечеството. Освен това ще разберете и за какво трябва да внимавате при покупка на нов компютър, както и отговорите на още много въпроси, които вероятно сте си задавали, използвайки любимата си машина. Приятно четене!

Какво е процесор?

Централен процесор – Изчислителен и управляващ модул на изчислителна машина, който интерпретира и изпълнява инструкциите на програмното осигуряване. Често за по-кратко той се нарича просто “процесор”, като от контекста се подразбира, че става въпрос за централен процесор. В хода на усъвършенстването му и намаляването на размерите му, модула се изпълнява като една интегрална схема и се нарича микропроцесор. В последните години производителите успяха да разположат два или повече процесора върху една интегрална схема, при което наричаме цялата схема “процесор”, а отделните микропроцесори – “ядра” (двуядрен, четириядрен процесор). Възможно е също да срещнете процесорът, обозначен с абревиатурата “CPU”, което е съкращение от “Central Processing Unit”.

Откъде започва всичко?

Не може да се определи кога точно започва всичко свързано с процесорите, но определено можем да кажем, че 18 юли 1968 година е много паметна дата. На този ден Гордън Мор (химик и физик) и Робърт Нойс (физик и съ-изобретател на микрочипа), след като напускат фирмата Fairchild Semiconductor, създават собствена компания, която по първоначален замисъл трябва да се казва “Мор Нойс”. Тъй като обаче на английски “More Noise” означава “Повече шум”, колегите преценяват, че това не е най-удачното наименование. Фирмата е наречена Integrated Electronics Corporation. Ако името й не ви говори нищо, пробвайте да съедините първите три букви от първата дума и първите две букви от втората…
Новосъздадената работилница се намира в легендарното градче Санта Клара в Калифорния и вече се приготвя за работа на пълни обороти. Тъй като двамата инженери решават, че ще е по-добре да запазят и съкратеното наименование “Intel”, се налага да закупят правата за това име от верига хотели.
Работата започва, а това с което Intel се занимават са главно полупроводниците и статични Random Access Memory памети (SRAM).
Това продължава до началото на 1970 година, когато японската компания за производство на калкулатори “Nippon Calculating Machine Corporation” възлага на Intel конструирането на чипове за новата им линия изчислителни машини Busicom 141-PF.

Тъй като Гордън Мор, Робърт Нойс и наскоро присъединилите се към Intel Стан Мейзър и Тед Хоф не са имали достатъчно опит с конструирането на компютри върху чипове се налага да използват услугите на Фредерико Фаджин, който по това време е работил за Olivetti в Италия. С негова помощ и общите усилия на всички в Intel, младата компания създава първият процесор в света. Неговото име е Intel i4004. За времето си, тактовата му честота от 108 Khz (0.108 Mhz) е голямо постижение в света на технологиите. Той е имал разрядност 4 бита, можел е да адресира 640 байта памет, съдържал е 2300 транзистора (в момента, Core 2 Duo процесорите съдържат над 291 милиона транзистора) и е имал производителност от 0.06 MIPS (Million Instructions Per Second – милиони инструкции за секунда). Изпълняван е по 10 микрометрова технология.
Поръчката е предадена, а Busicom е името на първото изчислително устройство в света, използващо микропроцесор.
Малко по-късно се случва и едно от най-важните събития в историята на компютрите – поради ниски продажби и съответно незадоволителнa печалба, Nippon Calculating Machine Corporation изтеглят своя продукт от продажба и продават правата за производство и развитие на микропроцесорът 4004 обратно на Intel. Той се оказва и предшественикът на всички процесори днес.

Конструкция на процесора

Основните компоненти на процесора са Аритметико-логическо устройство (АЛУ – Arithmetic/Logic Unit), Управляващо устройство (УУ – Control Unit) и Регистрите.

АЛУ се грижи за всички аритметични и логически функции. Това включва събиране, изваждане, умножение, деление и сравнение на стойности. Развитието му е от изключително значение, поради факта, че контролира скоростта на изчислителния процес.

Управляващото устройство (Control Unit) е електронна схема, която контролира сигналите между главната памет и аритметико-логическото устройство, както и контролните сигнали между централния процесор и входно-изходните устройства.

Параметри

Когато разглеждаме офертите за ноутбуци в Интернет ни е ясно, че едно от най-важните неща, които трябва да сравняваме е процесорът. Как обаче да разберем кой процесор е добър и какво означават означенията и техните стойности в техническите им характеристики?
Най-важните параметри, на които трябва да се обърне внимание са работната честота, шините, количеството кеш памет и енергопотреблението. По отношение на обема на паметта през март 1999 година Международната електотехническа комисия въвежда нов стандарт за наименованията на двоичните числа, който обаче не набира популярност, защото хората вече са свикнали със звученето на представките от системата SI.

Работна честота

Процесорите имат таймери, които управляват скоростта на операциите в машинните цикли. Тяхната честота, изразена в цикли за секунда се контролира от кварцов кристал в малък метален контейнер. Когато в него се подаде напрежение, той започва да трепти с определена честота, зависеща от формата и големината му. Вибрацията генерира променлив ток с честота, хармонична на честотата на трептене на кристала. Работната честота се измерва в херцове. Тъй като в момента тя е много висока сме свикнали да чуваме представките “мега” или “гига”.

Не винаги по-високата тактова честота означава по-голямо бързодействие и производителност на процесора. За нея зависят още много фактори, като в годините на усъвършенстване са създадени десетки технологии, ускоряващи изчислителната обработка.

Много процесори изпълняват няколко изчисления едновременно. Тази технология се нарича “конвейрна обработка”. При нея операцията зададена за изчисление се разделя на по-малки части, които се наричат фази. За всяка фаза се заделя отделен блок апаратура. Производителността се постига поради това, че в различните фази на конвейера се изпълняват няколко команди. В идеалния случай при всеки такт на процесора в конвейера влиза една конструкция и излиза резултатът от друга инструкция. Тези, които вече се намират в някаква фаза се преместват в следващата. Някои прескачат напред, за да изпълнят допълнителни изчисления, за които се предполага, че софтуерът ще ги поиска. Това пък се нарича “спекулативно изпълнение”.

Гигантът Intel например всяка година представя все по-нови и иновативни технологии и постижения на световния Intel Developer Forum. Техният основен конкурент Advanced Micro Devices също все още държи фронта и се старае винаги да бъде конкурентоспособен.

Шини

Шина за данни
Процесорът обменя информация с паметта чрез шината за данни.Тя представлява магистрала от проводници за предаване на електрически сигнали. Колкото е по-широка тази магистрала, толкова повече данни наведнъж могат да се предават. Например 32-битова шина предава наведнъж 32 бита информация. Широчината на шината за данни определя и размера на паметта от която се чете информацията.

Адресна шина
Тя определя мястото в паметта, където да се запишат или прочетат данните. Колкото е по-широка адресната шина, толкова повече памет може да се адресира. Например 20-битовата адресна шина (8086) може да адресира 1 МВ, а 32-битовата адресира 4094 МВ.

Кеш памет

Процесорът работи основно с оперативната памет, обменяйки данни и инструкции с нея. Проблем е обаче ниската скорост на този обмен, решение на което е използването на процесорна памет, наречена “кеш памет”. Най-често срещани са L1 и L2 паметите – L1 е внесена директно в процесора, а L2 е в непосредствена близост до него. В много случаи софтуерът с който работим изисква еднакви инструкции и данни – те се запаметяват в кеша и тъй като той е много по-близо то оперативната памет, системата се ускорява, защото процесорът проверява първо L1 и L2, а след тях – RAM.
Енергопотребление

При конструкцията на лаптоп е много важно да бъдат подбрани подходящи компоненти, които могат да осигуряват и задоволяват основните цели на мобилните машини. Една от тях е ниското енергопотребление, което съвсем пряко означава и висока издръжливост на батерията.Това е особено нужно при компютрите с по-малък корпус, при които няма място за голяма батерия.
Най-разпространените процесори, като Intel Core 2 Duo T6600 имат максимално потребление от 34-35 вата. Ако погледнем Intel Atom линиите обаче, ще видим учудващи стойности от рода на 0.65W максимално TDP при Intel Atom Z500 (800 Mhz, 512 KB кеш, 400 Mhz FSB). Именно заради това Z500 и събратята му могат да се използват във всякакви ултрапортативни устройства.
Intel Core i7 процесорите имат максимално енергопотребление от 45 вата, а Intel Core i7 Extreme Edition – 55 W.

Заключение:

Обяснихме накратко основните и най-важни характеристики на процесорите в мобилните компютри. Технологиите и наименованията ще се изменят със всяка изминала година, но тези основни неща ще останат такива много дълго. Принципът на работа на първите процесори от преди около 40 години, макар и леко променен се е запазил, така че в момента не можем да направим друго освен да се поклоним преди гениите, стоящи зад него и да им благодарим за нещата за които са допринесли, а всички знаем, че в днешно време почти всичко се конструира с помощта на компютрите и техните сърца – процесорите.
Ако информацията не ви е достатъчна и сте решили да продължите да дълбаете в тази насока, можем да ви препоръчаме една страхотна книга от 1986 година – „Микропроцесорът-сърцето на микрокомпютъра“ на Ангел Ангелов и Петър Петров, която със сигурност ще ви заинтригува.

Надявам се да съм бил максимално полезен за вас, а ако имате допълнителни въпроси и коментари, ще се постарая да отговоря на всички. С пожелания за дълга и безаварийна работа! Поздрави от мен Симеон Николов и от целия екип на Laptop.bg!

Още по темата:

1. Новите мобилни процесори на Intel – “Penryn”, излизат през януари
   От 6 януари 2008г. Intel ще пусне на пазара новите двуядрени мобилни процесори „Penryn„. Те ще бъдат и първите лаптоп процесори базирани на новата 45-нанометрична...
2. Intel обяви нови мобилни процесори
   Intel за пореден път обнови процесорните си линии, като основните промени идват при Arrandale моделите на компанията. Сред обновените серии са Core i7, Core i5,...
3. Нови мобилни процесори
   ARM, Qualcomm и Samsung обявиха своите планове за процесори, предназначени за мобилни устройства. Qualcomm обявиха, че двуядрения QSD8672 Snapdragon (1.5 Ghz) ще започне да бъде...