Процессоры применяются в компьютерах, смартфонах, умных часах и планшетах, бытовой и промышленной технике, а также медицинском оборудовании. В зависимости от типа решают различные задачи: от вычислений и обработки информации до применения методов искусственного интеллекта. Процессор есть даже в калькуляторе за двести рублей, только слабый и ориентированный в основном на арифметические операции.
Процессоры реального времени
Содержание
Процессоры RT (реального времени) спроектированы под задачи с повышенными требованиями к временным ограничениям. Применяются в системах, где задержки недопустимы, включая автоэлектронику, медицинские приборы и самолеты. Предсказуемо обрабатывают данные и укладывают выполнение задач в строго заданные временные рамки благодаря алгоритмам планирования и специализированным архитектурам.
RISC и CISC процессоры
Существуют два базовых подхода к архитектуре микропроцессоров. RISC характеризуются сокращенным набором инструкций, большинство из которых выполняются за одно действие, поэтому производительность высокая, энергопотребление низкое, а проектировать такие чипы проще. Оптимальны для встроенных систем и мобильных/носимых устройств, включая смартфоны, планшеты и умные часы. Наметился тренд создания RISC-процессоров для портативных и настольных компьютеров.
Процессоры CISC поддерживают более широкий набор инструкций. Поэтому способны просчитывать более сложные операции, на выполнение которых часто требуется более одного такта, что увеличивает время выполнения задачи. Данный подход позволяет уменьшить объем кода, но усложняет конструкцию чипа. К решениям CISC относятся классические центральные процессоры серверов, настольных ПК и ноутбуков. Хотя в современных чипах AMD и Intel сложные инструкции CISC преобразуются в простые RISC-подобные микрокоманды, что повышает производительность и оптимизирует выполнение задач.
Что такое CPU
Центральные процессоры (ЦП) являются ключевыми компонентами ПК или мобильных устройств, поэтому CPU нередко называют «сердцем» компьютера, смартфона или планшета. Выполняют инструкции ПО, а также координируют взаимодействие между ОЗУ, накопителями данных и периферией.
Настольные и мобильные решения
Предназначены для решения широкого спектра задач, поэтому рассматриваются как процессоры общего назначения, которые бывают:
- десктопными — для настольных компьютеров;
- мобильными — для портативных устройств, включая ноутбуки, смартфоны/планшеты.
Если сравнивать в одном сегменте, первые обычно мощнее. Вторые отличает сниженная тактовая частота, которая уменьшает энергопотребление и нагрев, поэтому компактным девайсам не требуется мощная система охлаждения. Обладают встроенной графикой, что позволяет обойтись без дискретной видеокарты, исключение: геймерские модели и портативные рабочие станции под видеомонтаж и дизайн. CPU общего назначения оснащают также продвинутые игрушки, включая роботов и говорящих кукол, которые способны взаимодействовать со своим юным пользователем. Некоторые даже распознают голос, обрабатывают изображения и выполняют команды.
Больше статей и видео в нашем Дзен-канале
Процессоры для серверов
Серверные процессоры предназначены для интенсивных вычислений и обработку больших объемов данных. Отличаются от ЦП для ПК большим числом ядер и потоков, увеличенной кэш-памятью и поддержкой многопроцессорной конфигурации. Обеспечивают высокие вычислительную мощность, производительность и масштабируемость, которые важны для типичных задач современного сервера: корпоративных приложений, баз данных и облачных сервисов. Примерами таких решений выступают AMD EPYC и Intel Xeon.
Архитектуры центральных процессоров для компьютеров, планшетов и смартфонов
Архитектура определяет работу, производительность и совместимость процессора с ПО. Задает набор инструкций, в соответствии с которыми чип выполняет команды. Две основные на сегодня: x86 и ARM. Первая базируется на CISC и была разработана компанией Intel, применяется в основном в процессорах серверов, десктопов и ноутбуков. Чипы обладают высокой вычислительной мощностью, но из-за значительного энергопотребления редко используются в смартфонах и планшетах.
Ведущие производители таких решений: Intel и AMD. Вторая создана компанией ARM Holdings, основана на RISC и стала приоритетной для процессоров смартфонов и планшетов, в числе которых: Qualcomm Snapdragon, MediaTek и Apple A-серии. С недавних пор применяются также в ноутбуках, стационарных ПК и моноблоках, например такие процессоры как Apple M1 и M2.
Центральные процессоры российской разработки
«Байкал» основаны на различных архитектурах, включая MIPS (Baikal-T1) и ARM (Baikal-M и Baikal-S), поэтому подходят для широкого круга приложений: от серверных систем до сетевого оборудования. «Эльбрус» базируются на архитектуре VLIW, которая отличается от классических RISC/CISC. Позволяет объединять несколько простых команд в одну сверхдлинную, которая выполняется одновременно несколькими вычислительными блоками. Предполагает разработку специализированного ПО, что важно для секторов, где критична независимость от зарубежных технологий.
Микропроцессоры для смарт-часов
Главные микрочипы носимых по функционалу аналогичны ЦП смартфонов, поскольку являются основными вычислительными модулями гаджетов: выполняют инструкции программного обеспечения и обрабатывают данные. Могут включать в себя дополнительные компоненты, такие как графические сопроцессоры, блоки обработки сигналов и модули беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth, NFC и GPS). В основном базируются на архитектуре ARM, которая обеспечивает высокую производительность при низком потреблении энергии.
Специализированные процессоры
Процессоры большинства типов ориентированы на определенный круг задач. Могут быть как вспомогательными для центрального, так и применяться в устройствах без CPU — например, кухонных или медицинских приборах. Основные виды специализированных процессоров:
- Микроконтроллеры (MCU) обладают интегрированными компонентами, включая память (ОЗУ, ROM) и интерфейсы ввода/вывода и периферийные устройства (АЦП/ЦАП, таймеры). Предназначены для встраиваемых решений: от автомобильных систем до медицинских приборов. Управляют основными функциями современной бытовой техники. К примеру, в стиральной машине выполняют контроль режимов стирки, мониторинг уровня воды и регулировку скорости отжима, а в холодильнике поддерживают оптимальную температуру, управляют компрессором и координируют работу системы разморозки. В простых музыкальных или говорящих игрушках управляют движениями, а также световыми эффектами и звуком. Обеспечивают ввод с кнопок, вычисления и вывод результата на экран в бюджетных калькуляторах. В числе популярных микроконтроллеров: ARM Cortex-M, AVR и PIC.
- Графические процессоры (GPU) предназначены для параллельной обработки данных, в основном графики, задач компьютерного зрения и вычислений ИИ. Изначально были созданы под рендеринг 3D. Сегодня активно применяются в научных вычислениях, машинном обучении и криптомайнинге. Основные производители дискретных решений: NVIDIA и AMD. Недавно на рынок вошла также Intel, на одном из GPU которой основана игровая видеокарта PREDATOR BiFrost Intel Arc A750, недавно протестированная «Блогом системного администратора»:
- Сопроцессоры разгружают ЦП, поскольку выполняют определенные задачи, например: шифрование. Сюда же относятся нейронные процессоры (NPU), такие как Apple Neural Engine и Google TPU, созданные под ИИ и машинное обучение.
- DSP обрабатывают цифровые сигналы в реальном времени: например, устраняют шумы и улучшают качество звучания наушниках. Используются в системах связи, видео- и аудиоустройствах, а также медицинских и автомобильных приборах и даже интерактивных игрушках, включая те, которые имитируют поведение животных. В числе известных производителей: Texas Instruments (TI) и Analog Devices.
- Процессоры ввода/вывода (I/O) ускоряют обмен данными между ЦП и периферией, такой как сетевые интерфейсы и устройства хранения данных (включая жесткие и твердотельные диски).
Помните, какой процессор был у вашего первого компьютера? Напишите в комментариях.
