Մշակիչ

Մշակիչ (անգլերեն՝ Processor) կամ Կենտրոնական մշակիչ հանգույցը (ԿՄՀ) (անգլերեն՝ Central Processing Unit (CPU)) հանդիսանում է համակարգչի սարքավորումներից մեկը և իրականացնում է մեքենայական հրահանգները։ Համակարգչային արդյունաբերության մեջ այս տերմինն օգտագործվում է սկսած 1960-ական թվականներից։ Մշակիչի ձևը, ճարտարապետությունն ու իրականացումը փոփոխվել են սկսած առաջին տարբերակներից, բայց նրա հիմնական գործողությունը մեծ մասամբ մնացել նույնը։

Ինթել 80486DX2 մշակիչը կերամիկական պատյանում

Ժամանակակից մշակիչները բավականաչափ փոքր են, ուղղանկյուն (հաճախ քառակուսի) և ունեն բազմակի մետաղական միացություններ։ Մշակիչները, որոնք կատարում են այս տիպի սարքավորումներին բնորոշ բոլոր գործողությունները և իրականացված են միկրոսխեմայի տեսքով կոչվում են միկրոպրոցեսորներ։

Պատմություն

Պրոցեսորների արտադրության զարգացման պատմությունը լիովին համահունչ է այլ էլեկտրոնային բաղադրիչների և սխեմաների արտադրության տեխնոլոգիայի զարգացման պատմությանը։

Առաջին փուլը, որն ազդեց 1940-ականներից մինչև 1950-ականների վերջ ընկած ժամանակահատվածի վրա, պրոցեսորների ստեղծումն էր՝ օգտագործելով էլեկտրամեխանիկական ռելեներ, ֆերիտային միջուկներ (հիշողության սարքեր) և վակուումային խողովակներ։ Դրանք տեղադրվել են դարակների մեջ հավաքված մոդուլների վրա հատուկ անցքերում։ Մեծ թվով նման դարակաշարեր, որոնք միացված են դիրիժորներով, ընդհանուր առմամբ ներկայացնում էին պրոցեսոր։ Հատկանշական հատկանիշներն էին ցածր հուսալիությունը, ցածր արագությունը և բարձր ջերմության ցրումը։

Երկրորդ փուլը՝ 1950-ականների կեսերից մինչև 1960-ականների կեսերը, տրանզիստորների ներդրումն էր։ Տրանզիստորներն արդեն տեղադրված էին արտաքին տեսքով ժամանակակիցին մոտ տախտակների վրա՝ տեղադրված դարակաշարերում։ Ինչպես նախկինում, միջին պրոցեսորը բաղկացած էր մի քանի նման դարակներից։ Բարձրացված կատարողականություն, բարելավված հուսալիություն, նվազեցված էներգիայի սպառում։

Երրորդ փուլը, որը եկավ 1960-ականների կեսերին, միկրոչիպերի օգտագործումն էր։ Սկզբում օգտագործվում էին ինտեգրման ցածր աստիճանի միկրոսխեմաներ, որոնք պարունակում էին պարզ տրանզիստորների և ռեզիստորների հավաքներ, այնուհետև, տեխնոլոգիայի զարգացմանը զուգընթաց, սկսեցին օգտագործվել թվային սխեմաների առանձին տարրեր ներդրող միկրոսխեմաներ (նախ տարրական բանալիներ և տրամաբանական տարրեր, ապա ավելի բարդ տարրեր - տարրական ռեգիստրներ, հաշվիչներ, գումարիչներ), ավելի ուշ հայտնվեցին միկրոսխեմաներ, որոնք պարունակում էին պրոցեսորի ֆունկցիոնալ բլոկներ՝ միկրոծրագրային սարք, թվաբանական-տրամաբանական միավոր, ռեգիստրներ, տվյալների և հրամանների ավտոբուսների հետ աշխատելու սարքեր։

Չորրորդ փուլը՝ 1970-ականների սկզբին, տեխնոլոգիայի բեկման շնորհիվ LSI և VLSI (համապատասխանաբար մեծ և չափազանց մեծ ինտեգրալ սխեմաներ), միկրոպրոցեսոր՝ միկրոշրջան, որի բյուրեղի վրա բոլոր հիմնական տարրերը և պրոցեսորի բլոկները գտնվում էին ֆիզիկապես։ Intel-ը 1971 թվականին ստեղծեց աշխարհում առաջին 4-բիթանոց միկրոպրոցեսորը՝ 4004, որը նախատեսված էր հաշվիչներում օգտագործելու համար։ Աստիճանաբար գրեթե բոլոր պրոցեսորները սկսեցին արտադրվել միկրոպրոցեսորային ձևաչափով։ Երկար ժամանակ բացառություն էին կազմում փոքրածավալ պրոցեսորները, որոնք օպտիմիզացված էին հատուկ խնդիրներ լուծելու համար (օրինակ՝ գերհամակարգիչներ կամ պրոցեսորներ՝ մի շարք ռազմական առաջադրանքներ լուծելու համար) կամ պրոցեսորները, որոնք հատուկ պահանջներ ունեին հուսալիության, արագության կամ էլեկտրամագնիսականից պաշտպանվելու համար։ իմպուլսներ և իոնացնող ճառագայթում։ Աստիճանաբար, ինքնարժեքի նվազման և ժամանակակից տեխնոլոգիաների տարածման հետ մեկտեղ, այս պրոցեսորները սկսում են արտադրվել նաև միկրոպրոցեսորային ձևաչափով։

Այժմ «միկրոպրոցեսոր» և «պրոցեսոր» բառերը գործնականում դարձել են հոմանիշ, բայց այն ժամանակ այդպես չէր, քանի որ սովորական (մեծ) և միկրոպրոցեսորային համակարգիչները խաղաղ գոյակցում էին առնվազն 10-15 տարի, և միայն 1980-ականների սկզբին միկրոպրոցեսորները փոխարինեցին դրանց։ ավելի հին գործընկերներ։ Այնուամենայնիվ, որոշ գերհամակարգիչների կենտրոնական մշակման միավորները նույնիսկ այսօր բարդ համալիրներ են, որոնք կառուցված են ինտեգրման մեծ և չափազանց մեծ աստիճանի միկրոսխեմաների հիման վրա։

Այնուհետև միկրոպրոցեսորների անցումը թույլ տվեց ստեղծել անհատական համակարգիչներ, որոնք թափանցեցին գրեթե յուրաքանչյուր տուն։

Առաջին հանրությանը հասանելի միկրոպրոցեսորը 4-բիթանոց Intel 4004-ն էր, որը ներկայացվել է 1971 թվականի նոյեմբերի 15-ին Intel կորպորացիայի կողմից։ Այն պարունակում էր 2300 տրանզիստոր, աշխատում էր 92,6 կՀց հաճախականությամբ^[1] և արժեր 300 դոլար։

Մշակիչ

Պրոցեսորը համակարգչի հիմնական միկրոսխեման է, որը կատարում է մաթեմատիկական և տրամաբանական գործողությունների մեծ մասը, ապահովում է կապը համակարգչի տարբեր սարքավորումների միջև։ Այն նույնպես կազմված է վանդակներից, ինչպես հիշողությունը, միայն սրանցում կարող են նաև փոփոխվել տվյալները։ Վանդակները կոչվում են ռեգիստրներ։ Որոշ ռեգիստրների տվյալներ դիտվում են որպես հրամաններ։ Ղեկավարելով տվյալների մուտքը դեպի այս կամ այն ռեգիստր, ղեկավարվում է տվյալների մշակումը։ Համակարգչի այլ սարքերի հետ (առաջին հերթին օպերատիվ հիշողություն) պրոցեսորը կապված է մի քանի խումբ շինաներով։ Հիմնականներից են - տվյալների շինա, որոնցով կատարվում է օպերատիվ հիշողությունից պրոցեսորի ռեգիստր և հակառակը տվյալների կրկնօրինակում։ Intel Pentium-ում տվյալների շինան 64 կարգանի է, այսինքն կապված է 64 գծից, մշակման համար միանգամից մտնում 8 բայթ, - հասցեների շինա, որը 32 կարգանի է։ Գծում լարում կա, նշանակում է ունենք 1 թվանշանը, լարում չկա՝ ունենք 0 թվանշանը։ 32 հատ 0 և 1-երի խումբը տալիս է կոնկրետ մեկ վանդակի հասցե, որին էլ միանում է պրոցեսորը տվյալ վերցնելու համար, - հրամանների շինա, որը կարող է լինել 32, 64, 128 կարգանոց։ Հրամանների խումբը, որ կարող է կատարել պրոցեսորը, կոչվում է պրոցեսորի հրամանների համակարգ։ Եթե երկու պրոցեսոր ունեն հրամանների նույն համակարգը, ապա նրանք կոչվում են համատեղելի։ Սահմանափակ համատեղելիություն ունեցող պրեցեսորների խումբը կազմում է պրոցեսորների ընտանիք, համատեղելիություն վերևից ներքև։ Օրինակ Intel 286, 386, 486 և այլն։ Նորերը հասկանում են հներին։ Պրոցեսորի հիմնական բնութագրիչ պարամետրերն են. կարգայնությունը - քանի բիթ տվյալ կարող է ընդունել և մշակել ռեգիստրում միաժամանակ (32, 64, 128)։ Պրոցեսորի աշխատանքը կատարվում է նույն տակտային սկզբունքով, ինչպես ժամացույցներում։ Յուրաքանչյուր հրամանի կատարում որոշակի քանակությամբ տակտեր է զբաղեցնում։ Համակարգչի մեջ տակտային ազդանշան ծնվում է հատուկ միկրոսխեմայի միջոցով, որը չիփսեթի կազմում է։ Ինչքան մեծ է պրոցեսոր մտնող տակտերի հաճախությունը, այնքան մեծ է նրա արտադրողականությունը։ Սա բնութագրում է աշխատանքի տակտային հաճախությունը։ Մայր պլատան չի կարող աշխատել նույնքան մեծ հաճախությամբ, ինչ որ պրոցեսորը, ուստի պրոցեսորում կատարվում է հաճախության ներքին բազմապատկում ինչ-որ գործակցով՝ 3, 3.5, 4։ Հաճախության ներքին բազմապատկման գործակիցն էլ հանդիսանում է պրոցեսորի հաջորդ բնուրագրիչ պարամետրը։ Պրոցեսորի մյուս բնութագրիչ պարամետրը քեշ հիշողության չափն է։ Պրոցեսորի ներսում տվյալների փոխանակումը ավելի արագ է կատարվում, քան այլ սարքավորումների հետ, օրինակ օպերատիվ հիշողության հետ։ Որպեսզի պակասեցվի օպերատիվ հիշողություն դիմելու քանակը, պրոցեսորի ներսում ստեղծվում է բուֆերային տիրույթ - քեշ հիշողություն՝ գերօպերատիվ հիշողություն։ Երբ պրոցեսորին տվյալ է պետք, այն սկզբում դիմում է քեշ հիշողությանը, այնտեղ չգտնելու դեպքում արդեն՝ օպերատիվ հիշողություն։ Հաջողված դիմումները կոչվում են «քեշի մեջ ընկնել»։ Ինչքան մեծ են նրա չափերը, այնքան մեծ է հաջողված դիմումների քանակը։ Ժամանակակից պրոցեսորները բավականաչափ փոքր են, ուղղանկյուն (հաճախ քառակուսի) և ունեն բազմակի մետաղական միացություններ։ Պրոցեսորները, որոնք կատարում են այս տիպի սարքավորումներին բնորոշ բոլոր գործողությունները և իրականացված են միկրոսխեմայի տեսքով կոչվում են միկրոպրոցեսորներ։

Socket Պրոցեսորի (CPU) տեղադրելու տեղն է մայր պլատայի վրա։ Տարբերվում է ոտքերի քանակով։ Օրինակ, socket 478, socket 939, socket AM/AM2 և այլ։ Պրոցեսորները համատեղելի են միայն նույնատիպ socket ունեցող մայրական պլատայի (motherboard) հետ։

Intel Celeron Intel կորպորացիայի կողմից ստեղծված Pentium բռենդի պրոցեսորների թույլ տարբերակն է։ Արտադրվել են 266 Mhz-ից մինչև 2800 Mhz հաճախություններով, տարբեր socket–ների համար (socket478, FC-PGA2, PPGA, …), տարբեր տեխ. պրոցեսներով (250 nm – 130 nm), շինայի արագությունները (bus speed) 66-400 Mhz.։ Այս պրոցեսորները 32-բիթային են։ Ամենաարագագործ պրոցեսորներն են՝ socket 478 - Intel Celeron 2,8 Ghz (400Mhz (bus), 128 Kb Cache), socket LGA775 - Celeron D365 3.6 Ghz (533Mhz (bus), 256Kb Cache) ։ Ունեն ցածր արտադրողականություն։ Արտադրությունից դուրս են մղվել 2006 թվականի հունվարին և 2007 թ. նոյեմբերին համապատասխանաբար։

Intel Celeron D Intel կորպորացիայի կողմից ստեղծված Pentium բռենդի պրոցեսորների չորրորդ սերնդի թույլ տարբերակն է։ Ունեն 775 հենք։ Արտադրողականությունը գերազնցում է Celeron բռենդի մնացած բոլոր պրոցեսսորներին։ Արտադրվել են 2,13 Ghz-ից մինչև 3.6 Ghz հաճախություններով, սկզբից socket 478-ի, հետո socket LGA775-ի համար, 90 nm տեխ. պրոցեսներով, շինայի արագությունը (bus speed) 533 Mhz.։ Նշման թվերը՝ 310-ից 365։ Այս պրոցեսորները 32-բիթային են։ Ամենաարագագործ պրոցեսորն է Intel Celeron D 365, 3,6 Ghz, 533Mhz (bus), 512 Kb Cache, socket LGA775։ Արտադրությունից դուրս են եկել։ Ներկայումս արտադրվում է նոր Celeron D պրոցեսոր Intel Core2Duo 65 nm տեխնոլոգիայի հիման վրա, որոնք մրցում են իրենց արտադրողականությամբ նույնիսկ Pentium 4 սերնդի հետ։ Նշվում են որպես Celeron 420, 430, 440 - 2.0 GHz (800 MHz (bus) 512Kb, socket LGA775)։ 2008 թ. փետրվարի 23-ից արտադրվում է նաև երկբջիջ Celeron (Dual Core) E1200, E1300, E1400 - 2.0 GHz (800 MHz (bus) 2*256Kb, socket LGA775) մոդելները, որոնք ըստ տեստերի շատ քիչ են զիչում Intel Dual Core սերիայի պրոցեսորներին, զգալի գերազանցելով P4 պրոցեսորներին։

Intel Pentium 4 Intel կորպորացիայի կողմից ստեղծված Pentium բռենդի պրոցեսորների չորրորդ սերունդը։ Ունի տարբեր ենթասերունդներ։ Արտադրվել են 1,3 Ghz-ից մինչև 3,8 Ghz հաճախություններով, LGA775, socket478 և socket423 socket–ների համար, տարբեր տեխ. պրոցեսներով (180 nm – 90 nm), շինայի արագությունները (bus speed) 400/533/800 Mhz.։ Նշման թվերը՝ 505-ից 672։ Այս պրոցեսորները արտադրվել են 32 բիթային տարբերակով (վերջինները՝ 64bit)։ Ամենաարագագործ պրոցեսորներից մեկն է Intel Pentium 4 670 3,8 Ghz, 800Mhz (bus), 2 Mb Cache, socket LGA775։ Ներկա պահին արտադրությունից դուրս է հանվել ցածր արտադրողականության պատճառով։ Արտադրվել են P4 պրոցեսորները երեք սերնդով՝ ա. Intel կորպորացիայի կողմից ստեղծված Pentium բռենդի Northwood սերիայի պրոցեսորները ունեն 478 ոտք։ Հիմնական պարամետրերն են՝ 333 MHz-ից 533 MHz շինայի արագության, 512Kb L2 քեշ, 32 բիտ)։ Արտադրությունից դուրս են մղվել 2003 թվականին։ բ. Intel կորպորացիայի կողմից ստեղծված Pentium բռենդի Prescott սերիայի պրոցեսորները ունեն 478 և LGA 775 ոտք։ Հիմնական պարամետրերն են՝ 533 MHz-ից 800 MHz շինայի արագություն, 1024-2048Kb L2 քեշ, 32-64 բիտ, տեխ. պրոցեսը (90 nm)։ 478 socket-ը արտադրությունից դուրս են մղվել 2006 թվականի հունվարին։ Որոշ դեպքերում LGA 775s պրոցեսորները անվանվում են Pentium 5, չնայած, օֆիցիալ P5 պրոցեսոր չի արտադրվել։ գ. Intel կորպորացիայի կողմից ստեղծված Pentium բռենդի Pentium D (Dual Core) պրոցեսորները երկբջիջ են, մեկ կրիստալի վրա տեղաբաշխված է երկու պրոցեսոր։ Ունեն 775 հենք։ Արտադրվել են 2,66 Ghz-ից մինչև 3,6 Ghz հաճախություններով, LGA775 socket–ի համար, 90 nm և 65 nm տեխ. պրոցեսներով, շինայի արագությունները (bus speed) 533/800 Mhz.։ Նշման թվերը՝ 805-ից 960։ Այս պրոցեսորները 32 և 64 -բիթային են։ Ամենաարագագործ պրոցեսորն ն է Intel Pentium D 960 3,6 Ghz, 800Mhz (bus), 4 (2x2) Mb Cache, socket LGA775։

Intel Dual Core Intel կորպորացիայի կողմից Centrino տեխնոլոգիայի հիմքի վրա ստեղծված պրոցեսորների նոր սերունդ։ Երկբջիջ են, մեկ կրիստալի վրա տեղաբաշխված է երկու պրոցեսոր։ Ունեն 775 հենք։ Արտադրվում են 1,6 Ghz-ից մինչև 2.6 Ghz հաճախություններով, LGA775 socket–ի համար, 65 nm տեխ. պրոցեսներով, շինայի արագությունները (bus speed) 800 Mhz.։ Նշման թվերը՝ Е2140-ից Е2220։ Այս պրոցեսորները 64-բիթային են։ L2 քեշը ընդամենը 1MB է (2*512Kb), բայց L1 քեշը մեծ է՝ 128Kb (2*64Kb)։ Չնայած ցածր արագությունների տեստերի ժամանակ ցույց են տալիս բավականին բարձր արդյունավետություն։

Intel Core 2 Duo Intel կորպորացիայի կողմից Centrino տեխնոլոգիայի հիմքի վրա ստեղծված պրոցեսորների նոր սերունդ։ Երկբջիջ կամ քառաբջիջ են, մեկ կրիստալի վրա տեղաբաշխված է երկու կամ չորս պրոցեսոր։ Ունեն 775 հենք։ Արտադրվում են 1,8 Ghz-ից մինչև 3.3 Ghz հաճախություններով, LGA775 socket–ի համար, 65 և 45 nm տեխ. պրոցեսներով, շինայի արագությունները (bus speed) 800/1066/1333/1600 Mhz.։ Նշման թվերը՝ Е4300-ից QX9770։ Այս պրոցեսորները 64-բիթային են։ Ներկա ժամանակ ամենաարագագործ պրոցեսորն է ըստ տեստերի Intel Core 2 Quad QX9770 3.2 Ghz, 1600Mhz (bus), 12 (4x2) Mb Cache, 45 nm Yorkfield Quad Core Extension

Պրոցեսորների ստեղծման պատմություն։ IBM ֆիրմայի առաջին IBM PC համակարգչում օգտագործված էր INTEL 8088 պրոցեսորը։ 1982-ին այդ համակարգիչը համալրվեց կոշտ սկավառակով ու նոր արտադրատեսակը կոչվեց PC XT։ Համակարգչի հետագա զարգացումն ու ստեղծումը պայմանավորված էր INTEL պրոցեսորների թողարկումներով։

1984 թ, համակարգիչ PC AT, Intel 80286 պրոցեսորի հիման վրա,
1987 թ, համակարգիչ PC 386, Intel 80386 պրոցեսորի հիման վրա,
1989 թ, համակարգիչ PC 486, Intel 80486 պրոցեսորի հիման վրա,
1994 թ, համակարգիչ Pentium, Intel Pentium պրոցեսորի հիման վրա,
1996 թ, համակարգիչ Pentium Pro, Intel Pentium Pro պրոցեսորի հիման վրա,
1997 թ, համակարգիչ Pentium 2, Intel Pentium 2 պրոցեսորի հիման վրա,
1999 թ, համակարգիչ Pentium 3, Intel Pentium պրոցեսորի հիման վրա,
2000 թ, համակարգիչ Pentium 4, Intel Pentium 4 պրոցեսորի հիման վրա։
Առ այսօր, համակարգիչը անընդհատ կատարելագործվում է, ենթարկվում տեխնիկական և ֆունկցիոնալ փոփոխությունների։

Ծանոթագրություններ

1. 4004 datasheet (в документе говорится, что цикл инструкции длится 10,8 микросекунды, а в рекламных материалах Intel — 108 кГц)