Центральный процессор – всему голова
Работа любого компьютера обеспечивается одним небольшим устройством (микросхемой), которое носит название центральный процессор. Это кремниевая подложка с напыленными на нее слоями, содержащими структурные элементы: арифметико-логическое устройство (для обработки данных), устройство управления (для определения порядка выполнения команд), регистры (для хранения данных), внутренняя кэш-память (для ускорения обмена с оперативной памятью), внутренняя шина (для передачи информации между функциональными частями процессора) и т.д.
Центральный процессор, а точнее его тактовая частота, определяет быстродействие всей системы. Тактовая частота обеспечивает синхронизацию, т.е. согласованность действий отдельных блоков внутри процессора и за его пределами. У современных процессоров для персональных компьютеров эта характеристика составляет единицы гигагерц (ГГц), а это значит, что он способен выполнить несколько миллиардов элементарных действий в одну секунду. Также к основным характеристикам процессора относятся разрядность, объем внутренней кэш-памяти, количество ядер, сокет.
Для обеспечения заданной производительности компьютера в первую очередь необходимо правильно выбрать центральный процессор. Рассмотрим это устройство подробнее. Типы процессоров отличаются внутренней архитектурой, например, выделяют конвейерные и суперскалярные процессоры. Первые увеличивают производительность за счет разделения процесса выполнения команд на отдельные этапы, при этом процессор одновременно обрабатывает сразу несколько команд, находящихся на разных этапах. Чем больше ступеней у конвейера, тем выше тактовая частота и, соответственно, производительность. Но только в разумных пределах.
Супрескалярные процессоры, используя несколько вычислительных ядер, могут распараллелить процесс выполнения программы, однако это требует программного обеспечения, которое позволит разделить код на отдельные потоки, способные выполняться параллельно. При этом наличие, например, двух ядер внутри процессора не гарантирует увеличение производительности в два раза, т.к. далеко не каждая программа способна разбиться на два равноценных потока, не говоря уже о четырех или восьми потоках.
Центральный процессор назван так потому, что является главным вычислительным устройством в компьютере, но не единственным. Кроме него в системе существуют контроллеры различных устройств и интерфейсов, а также процессоры для обработки видео, звука и т.п.
Изначально компьютер задумывался и создавался исключительно как устройство для вычислений, поэтому центральный процессор «отвечал» за все процессы в системе: ввод информации, обработка (математические преобразования), вывод информации. Сейчас пользователи все больше настроены на другие виды информации, такие как текст, графика, видео, звук. Поэтому и центральный процессор постепенно лишился всеобъемлющей зоны влияния, принадлежавшей только ему, и разделил ответственность с другими вычислительными устройствами.