Процессор в современном компьютере зачастую выступает синонимом всего ПК. На вопрос «Какой у вас компьютер?» с очевидностью следует ответ — «четвертый Pentium» или «Athlon 64», частота такая-то... Кстати, такому отношению к ЦП немало способствовала кампания Intel Inside, начавшаяся еще в 1993 году.

Центральный процессор — венец технологических достижений человека. Из простой пригоршни песка люди научились создавать кристаллы размером с ноготь, способные выполнять миллиарды вычислений в секунду. Несмотря на сложность архитектуры самого процессора, он состоит из простых «кирпичиков» — транзисторов, своеобразных переключателей-защелок. Работает транзистор так: если на запирающем затворе нет напряжения, элемент не проводит ток. Когда же напряжение к затвору прикладывается, транзистор «открывается» и сам становится проводящим. А дальше их начинают комбинировать: ведь «открывшийся» транзистор способен пропустить ток к затвору другого транзистора и, в свою очередь, повлиять на его поведение. Такие комбинации усложняются, а из элементарных сочетаний строятся более громоздкие блоки. Усложняется и их поведение. В современных процессорах присутствуют сотни миллионов транзисторов, работающих в тесной связи друг с другом. Далее мы остановимся на ключевых особенностях процессоров, которые определяют их скорость и возможности.

Техпроцесс

Мы специально упомянули о транзисторах, поскольку они связаны с важной характеристикой процессора — так называемым «техническим процессом». Он имеет размерность длины и измеряется в нанометрах (на данный момент — 130, 90 или 65 нм). А чтобы понять, откуда он берется, давайте посмотрим, как появляется на свет отдельно взятый процессор.

На таких подложках выращивают все современные процессоры.

Сначала из кремниевого песка выращивают цилиндрический кристалл с диаметром основания 20-30 см и разрезают его на тонкие круглые пластины — они станут основой для будущих процессоров. Пластины полируют, а затем с помощью фотолитографии наносят на них транзисторы и другие компоненты. На каждой пластинке размещается несколько сотен процессоров. Потом их вырезают, наносят слои алюминиевых или медных соединений, связывающих транзисторы и участки кристалла. Наконец, «насаживают» готовый процессор на упаковку, тестируют и продают.

В течение многих лет технологи ведущих фирм работали над тем, чтобы уменьшить размер транзисторов. Ведь чем он меньше, тем, вообще говоря, лучше. Транзистор меньшего размера требует меньшего напряжения, снижая потребление энергии. Чем меньше транзисторы, тем больше их можно расположить на поверхности кристалла. Наконец, процессоры, произведенные на транзисторах меньших размеров, лучше разгоняются. Столь важная величина не могла не получить отдельного названия. Собственно, техпроцесс — это и есть характерный размер одного транзистора.

Это интересно: поначалу уменьшение техпроцесса шло довольно успешно. Совершенствовались технологии выращивания кристаллов, достигался более высокий класс полировки, все более усложнялось фотолитографическое оборудование. Но вскоре компании-производители столкнулись с тем, что вплотную подошли к ограничениям самого материала: как-никак, ячейка кристаллической решетки имеет свои размеры, которые уже давно нельзя считать пренебрежимо малыми. Так, при 90-нанометровом техпроцессе затвор транзистора состоит всего из пяти атомных слоев диэлектрика (SiO2), а при 65-нанометровом — из трех-четырех. Дальше уменьшать просто некуда: никакой диэлектрик не в силах предотвратить туннелирование электронов сквозь такой тонкий барьер. Кремний отслужил свое. Можно с уверенностью сказать, что следующие планки — 45 и 30 нм — будут взяты с использованием других материалов. Силикат никеля? Углеродные нанотрубки? Поживем — увидим.

Размер кэша

Схематично представить себе работу процессора довольно просто. Он считывает данные из памяти, обрабатывает их и записывает обратно в память. Все! Скорость второго этапа зависит от архитектуры процессора, а вот первый и третий этапы — от производительности памяти. И здесь проблемы есть. В 80-х годах прошлого века процессоры были относительно медленными и память успевала их обслуживать. Со временем скорость ЦП стремительно росла, в то время как память развивалась заметно медленнее. А если так, то какой толк в мощном процессоре, если он не будет своевременно получать данные?

Для разрешения проблемы добавили скоростную память, которая играет роль буфера между процессором и оперативной памятью, — кэш-память. Она применяется для хранения наиболее часто используемых данных, чтобы сократить число повторных обращений к «медленной» памяти. Кэш делится на несколько уровней, но чаще всего приходится сталкиваться с кэшем второго уровня (L2). У самых простых процессоров он составляет 128—256 кбайт, у более мощных — 1—2 Мбайт.

Тактовая частота

Раньше, выбирая процессор, пользователи обращали внимание лишь на частоту. И, в общем, вполне закономерно — до недавнего времени именно она в первую очередь определяла скорость работы всей системы. За последние десять лет этот параметр вырос со 100 МГц до 3,8 ГГц. Чем выше тактовая частота, тем быстрее переключаются транзисторы, тем больше вычислений выполняет процессор за единицу времени. Оборотная сторона медали — большее выделение тепла.

Мы привыкли считать, что чем выше частота процессора, тем лучше. Intel усвоила урок и выпустила Pentium 4. Его архитектура была «заточена» под возможность увеличения частот до немыслимых ранее величин. Но в 2005 году компания отошла от былых лозунгов...

Причин тому множество, ведь производительность можно увеличить не только путем наращивания частот, есть и другие пути. Расширить кэш-память, функциональные блоки, инструкции, усовершенствовать архитектуру. И вот с последним были проблемы. Архитектура NetBurst оказалась не столь эффективной в плане производительности. За один такт Pentium 4 выполняет меньше работы, чем Athlon 64. Именно поэтому сегодня 2-гигагерцовый Athlon легко побеждают 3-гигагерцовый Pentium. Сравнивать Athlon и Pentium по тактовой частоте уже бессмысленно.

Чтобы было проще ориентироваться в моделях, AMD применила систему рейтингов (иногда это называлось «пентиум-рейтинг», как бы гипотетическая производительность процессора Pentium аналогичной частоты). К примеру, при рейтинге 4000+ фактическая частота Athlon'а составляет 2,4 ГГц.

Что же касается Intel, то после перехода на 90-нм техпроцесс компания не смогла дальше повышать частоту. В итоге о выпуске 4-ГГц процессора пришлось забыть, заодно свернуть программу рекламирования мегагерц, и ввести... модельные номера, как AMD сделала несколькими годами раньше.

Выбрав архитектуру (Pentium 4/D или Athlon 64/64 X2), остается определиться с частотой. Тут важно иметь в виду, что прирост производительности не прямо пропорционален росту частоты, а несколько меньше. Сравним, допустим, процессоры Pentium 4 630 (3,0 ГГц) и Pentium 4 660 (3,6 ГГц). Выбрав второй вместо первого, вы получите увеличение частоты всего на 20%, а прирост производительности окажется и того меньше — 5—15%! Зато заплатите вдвое больше. Надо ли? На наш взгляд, нет: гораздо важнее подобрать более мощную видеокарту или лишний гигабайт памяти.

На заметку: высокая тактовая частота нужна при кодировании звука и видео в реальном времени, отчасти в играх. Для офисных приложений, фильмов и музыки этот показатель на сегодняшний день практически не играет роли. Компьютер будет лишь впустую потреблять энергию. Для решения этой проблемы даже существуют технологии, динамически снижающие частоту и напряжение при низких нагрузках. У AMD технология называется Cool'n'Quiet и способна уменьшать частоту до 1 ГГц, у Intel есть SpeedStep, но частоту она уменьшает всего до 2,8 ГГц.

Два ядра и Hyper-Threading

Если частота — это не «наше все», то как еще можно увеличивать производительность? Самым кардинальным решением оказалось увеличение числа ядер. Купив двуядерный процессор, мы получаем два процессора в одном компьютере. Intel'овская технология Hyper-Threading работала схожим образом.

Два процессора в компьютере — идея не новая, но только в 2005 году мы получили подобные продукты. В принципе, все достоинства и недостатки традиционных двухпроцессорных систем перенеслись и на двуядерные.

Начнем с многозадачности. Современные операционные системы поддерживают работу нескольких приложений. Как это обеспечивается? Ведь ЦП может выполнять только одно приложение в один момент времени. Все просто: приложения выполняются поочередно. Если вы играете, а в фоне работает антивирус, то игра незаметно, но постоянно прерывается, чтобы процессор обработал и другую задачу. При этом скорость падает, отзывчивость тоже. Переход на два процессора решает проблему: система способна выполнять два приложения одновременно, не в режиме имитации многозадачности, а физически.

Продолжим многопоточностью. С приложением четко ассоциируется поток кода. Традиционно он один у каждого приложения. Поэтому пусть в системе будет хоть двадцать процессоров, поток все равно сможет использовать только один из них. При таком раскладе прироста скорости не получить. Другое дело, если приложение разбивает себя на несколько потоков. В таком случае каждый поток будет обрабатывать отдельный ЦП.

Возникает резонный вопрос: какие приложения сегодня поддерживают многопоточность? Их немало, число только растет: Adobe Photoshop CS 2, ABBYY FineReader 8.0, 3D Studio Max 8, кодер DivX, кодер Windows Media Encoder 9 и т.д. В играх тоже есть примеры: «Периметр», Peter Jackson's King Kong.

NX/xD-bit, наборы инструкций

Выпуская новые процессоры, производители обычно стараются ввести как можно больше новых функций. Одни в меру полезны, другие, как водится, в меру бесполезны...

Начнем с NX/xD-bit (AMD/Intel). В памяти есть области с кодом и данными. Некоторые вредоносные программы использовали «дыры» в системе, создавая переполнение буфера. Понять идею просто: чаша рассчитана на литр жидкости, а вливают туда два литра. Ясное дело, что половина воды выйдет за края, но вся, так или иначе, пройдет через чашу. Также и у процессора — после переполнения буфера процессор покорно обработает все. Аппаратная поддержка NX/xD-bit прикрывает эту брешь. Но если ваш антивирус справляется с работой, то от этой функции — ни горячо, ни холодно.

Далее по списку 64-битные вычисления. Вы можете поставить Windows XP Professional x64 Edition, но найти специальное ПО и нужные версии драйверов будет сложно. Даже если все пройдет удачно, особого роста производительности ждать не приходится. Единственный плюс такого перехода — поддержка большего объема оперативной памяти. Тут вы не ограничены 2 гигабайтами.

Наконец, наборы инструкций. Они призваны увеличить скорость вычислений, но при условии их поддержки со стороны ПО. Еще давно Intel разработала MMX, далее последовали SSE, SSE2 и SSE3. AMD адаптировала MMX, но потом решила пойти своим путем, предложив 3DNow! Путь оказался не очень удачным, так что сегодня почти все их процессоры поддерживают SSE/SSE2 и даже SSE3. Польза от инструкций есть, но они не определяют производительность ЦП в целом.

Выбор процессора

Все модели Sempron и Athlon 64 используют встроенный контроллер DDR-памяти.

Для начала, мы не рекомендуем вам брать совсем уж дешевые модели. Процессоры серии Celeron и Sempron нацелены на офисные ПК. Они урезаны по частоте шины, по функциям, объему кэш-памяти — все это сильно бьет по производительности, особенно в играх и «тяжелых» приложениях.

А теперь — сакраментальный вопрос. AMD или Intel? Вопрос тут не в качестве — обе компании выпускают вполне качественную продукцию. А вот производительность... Приходится признать, что Intel постепенно сдает позиции, и лидерство Athlon 64 на данный момент не вызывает сомнений. Особенно — в игровом плане. К тому же процессоры Athlon потребляют меньше энергии, а технология Cool'n'Quiet позволяет эффективнее ее экономить. Когда фирма AMD обратится за разрешением разместить на своих процессорах строчку «Выбор редакции ЛКИ», мы пойдем им навстречу.

Более сложный выбор — взять два ядра или одно? Первые стоят дороже, но, с другой стороны, сейчас уже полным ходом появляются игры и приложения, оптимизированные под многоядерные процессоры.

Сначала рассмотрим одноядерные линейки. AMD выпускает Athlon 64 для Socket 939 и Socket 754. Второй вариант мы не рекомендуем: сэкономив копейки, вы получите модель с одноканальным контроллером памяти и меньшей производительностью.

Рекомендуем: для игровых приложений советуем остановиться в выборе на Athlon 64 для Socket 939, в диапазоне рейтингов от 3000+ до 4000+.

Справедливости ради, рассмотрим и процессоры Intel. Эта компания в свою очередь предлагает две линейки Pentium 4 — 5xx и 6xx. Основное различие между ними — размер кэша (1 Мбайт против 2 Мбайт). В плане производительности «шестая» серия заметно лучше, причем разницы цен между ними практически нет. Так что, если вы предпочитаете процессоры Intel, оптимальным выбором станет Pentium 4 630. Старшая версия с индексом 670 обойдется намного дороже, а лишние 800 МГц никого не спасают.

Ситуация с двуядерными моделями не менее интересна. Если AMD предлагает довольно дорогие, зато производительные Athlon 64 X2, то Intel взяла на вооружение иную стратегию, выпустив линейку простеньких двуядерных процессоров Pentium D серий 8xx и 9xx. Последняя предпочтительней, так как в ней удалось снизить потребление энергии, а разницы в ценах при одинаковой частоте нет.

Рекомендуем: если вам нужен двуядерный процессор, берите Athlon 64 X2. Он объективно быстрее в играх и других приложениях, что подтверждают и наши тесты.

Особняком стоят дорогие процессоры — Athlon 64 FX и Pentium Extreme Edition. На наш взгляд, их суть не в том, чтобы быть процессорами, а в том, чтобы стоить по тысяче долларов. На практике они не особо мощнее старших версий Athlon 64/64 X2 и Pentium 4/D. Переплата идет за «эксклюзивность» и чуть большую частоту.