Mini-ats102.ru

ООО “Мультилайн”
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает процессор и что важно знать

Как работает процессор и что важно знать?

Процессор — сердце любого компьютера. Мы знаем, как он выглядит снаружи. Но интересно же — как он выглядит изнутри?

Intel® Core™ i7-1065G7, Ice Lake (10-е поколение), техпроцесс — 10 нм

Процессор состоит из миллиардов транзисторов сопоставимых по размеру с молекулой ДНК. Действительно размер молекулы ДНК составляет 10 нм. И это не какая-то фантастика! Каждый день процессоры помогают нам решать повседневные задачи. Но вы когда-нибудь задумывались, как они это делают? И как вообще люди заставили кусок кремния производить за них вычисления?

Сегодня мы разберем базовые элементы процессора и на практике проверим за что они отвечают. В этом нам поможет красавец-ноутбук — Acer Swift 7 с процессором Intel на борту.

Ядро процессора

Модель нашего процессора i7-1065G7. Он четырёхядерный и ядра очень хорошо видны на фотографии.

Каждое ядро процессора содержит в себе все необходимые элементы для вычислений. Чем больше ядер, тем больше параллельных вычислений процессор может выполнять. Это полезно для многозадачности и некоторых ресурсоемких задач типа 3D-рендеринга.

Например, для теста мы одновременно запустили четыре 4К-видео. Нагрузка на ядра рспределяется более менее равномерно: мы загрузили процессор на 68%. В итоге больше всего пришлось переживать за то хватит ли Интернет-канала. Современные процессоры отлично справляются с многозадачностью.

Почему это важно? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте разберемся — как же работает ядро?

По своей сути ядро — это огромный конвейер по преобразованию данных. На входе загружаем одно, на выходе получаем другое. В его основе лежат транзисторы. Это миниатюрные переключатели, которые могут быть в всего в двух состояниях: пропускать ток или нет. Эти состояния компьютер интерпретирует как нули и единицы, поэтому все данные в компьютере хранятся в двоичном коде.

Можно сказать, что компоненты внутри компьютера общаются между собой при помощи подобия Азбуки Морзе, которая тоже является примером двоичного кода. Только компьютер отстукивает нам не точки и тире, а нолики и единички. Казалось бы, вот есть какой-то переключатель, и что с ним можно сделать? Оказывается очень многое!

Если по хитрому соединить несколько транзисторов между собой, то можно создать логические вентили. Это такие аналоговые эквиваленты функции “если то”, ну как в Excel. Если на входе по обоим проводам течет ток, то на выходе тоже будет течь или не будет или наоборот, вариантов не так уж и много — всего семь штук.

Но дальше комбинируя вентили между собой в сложные аналоговые схемы, мы заставить процессор делать разные преобразования: складывать, умножать, сверять и прочее.

Поэтому ядро процессора состоит из множества очень сложных блоков, каждый из которых может сделать с вашими данными что-то своё.

Прям как большой многостаночный завод, мы загружаем в него сырье — наши данные. Потом всё распределяем по станкам и на выходе получаем результат.

Но как процессор поймёт, что именно нужно делать с данными? Для этого помимо данных, мы должны загрузить инструкции. Это такие команды, которые говорят процессору:

  • это надо сложить,
  • это перемножить,
  • это просто куда-нибудь отправить.

Инструкций очень много и для каждого типа процессора они свои. Например, в мобильных процессорах используется более простой сокращённый набор инструкций RISC — reduced instruction set computer.

Читайте так же:
Звуковая карта crystal cs4281

А в ПК инструкции посложнее: CISC — complex instruction set computer.

Поэтому программы с мобильников не запускаются на компах и наоборот, процессоры просто не понимают их команд. Но чтобы получить от процессора результат недостаточно сказать — вот тебе данные, делай то-то. Нужно в первую очередь сказать, откуда брать эти данные и куда их, собственно, потом отдавать. Поэтому помимо данных и инструкций в процессор загружаются адреса.

Память

Для выполнения команды ядру нужно минимум два адреса: откуда взять исходные данные и куда их положить.

Всю необходимую информацию, то есть данные, инструкции и адреса процессор берёт из оперативной памяти. Оперативка очень быстрая, но современные процессоры быстрее. Поэтому чтобы сократить простои, внутри процессора всегда есть кэш память. На фото кэш — это зелёные блоки. Как правило ставят кэш трёх уровней, и в редких случаях четырёх.

Самая быстрая память — это кэш первого уровня, обозначается как L1 cache. Обычно он всего несколько десятков килобайт. Дальше идёт L2 кэш он уже может быть 0,5-1 мб. А кэш третьего уровня может достигать размера в несколько мегабайт.

Правило тут простое. Чем больше кэша, тем меньше процессор будет обращаться к оперативной памяти, а значит меньше простаивать.

В нашем процессоре кэша целых 8 мб, это неплохо.

Думаю тут всё понятно, погнали дальше.

Тактовая частота

Если бы данные в процессор поступали хаотично, можно было бы легко запутаться. Поэтому в каждом процессоре есть свой дирижёр, который называется тактовый генератор. Он подает электрические импульсы с определенной частотой, которая называется тактовой частотой. Как вы понимаете, чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор.

Занимательный факт. По-английски, тактовая частота — это clock speed. Это можно сказать буквальный термин. В компьютерах установлен реальный кристалл кварца, который вибрирует с определенной частотой. Прямо как в наручных кварцевых часах кристалл отсчитывает секунды, так и в компьютерах кристалл отсчитывает такты.

Обычно частота кристалла где-то в районе 100 МГц, но современные процессоры работают существенно быстрее, поэтому сигнал проходит через специальные множители. И так получается итоговая частота.

Современные процессоры умеют варьировать частоту в зависимости от сложности задачи. Например, если мы ничего не делаем и наш процессор работает на частоте 1,3 ГГц — это называется базовой частотой. Но, к примеру, если архивируем папку и мы видим как частота сразу увеличивается. Процессор переходит в турбо-режим, и может разогнаться аж до 3,9 ГГц. Такой подход позволяет экономить энергию, когда процессор простаивает и лишний раз не нагреваться.

А еще благодаря технологии Intel Hyper-threading, каждое ядро делится на два логических и мы получаем 8 независимых потоков данных, которые одновременно может обрабатывать компьютер.

Что прикольно, в новых процессорах Intel скорость частот регулирует нейросеть. Это позволяет дольше держать турбо-частоты при том же энергопотреблении.

Вычислительный конвейер

Так как ядро процессора — это конвейер, все операции через стандартные этапы. Их всего четыре штуки и они очень простые. По-английски называются: Fetch, Decode, Execute, Write-back.

  1. Fetch — получение
  2. Decode — раскодирование
  3. Execute — выполнение
  4. Write-back — запись результата

Сначала задача загружается, потом раскодируется, потом выполняется и, наконец, куда-то записывается результат.

Чем больше инструкций можно будет загрузить в конвейер и чем меньше он будет простаивать, тем в итоге будет быстрее работать компьютер.

Читайте так же:
Зарядное устройство для сяоми редми ноут 4

Предсказатель переходов

Чтобы конвейер не переставал работать, инженеры придумали массу всяких хитростей. Например, такую штуку как предсказатель переходов. Это специальный алгоритм, который не дожидаясь пока в процессор поступит следующая инструкция её предугадать. То есть это такой маленький встроенный оракул. Вы только дали какую-то задачу, а она уже сделана.

Такой механизм позволяет многократно ускорить систему в массе сценариев. Но и цена ошибки велика, поэтому инженеры постоянно оптимизируют этот алгоритм.

Микроархитектура

Все компоненты ядра, как там всё организовано, всё это называется микроархитектурой. Чем грамотнее спроектирована микроархитектура, тем эффективнее работает конвейер. И тем больше инструкций за такт может выполнить процессор. Этот показатель называется IPC — Instruction per Cycle.

А это значит, если два процессора будут работать на одинаковой тактовой частоте, победит тот процессор, у которого выше IPC.

В процессорах Ice Lake, Intel использует новую архитектуру впервые с 2015 года. Она называется Sunny Cove.

Показатель IPC в новой архитектуре аж на 18% на выше чем в предыдущей. Это большой скачок. Поэтому при выборе процессора обращаете внимание, на поколение.

Система на чипе

Естественно, современные процессоры — это не только центральный процессор. Это целые системы на чипе с множеством различных модулей.

В новый Intel больше всего места занимает графический процессор. Он работает по таким же принципам, что и центральный процессор. В нём тоже есть ядра, кэш, он тоже выполняет инструкции. Но в отличие от центрального процессора, он заточен под только под одну задачу: отрисовывать пиксели на экране.

Поэтому в графический процессорах ядра устроены сильно проще. Поэтому их даже называют не ядрами, а исполнительными блоками. Чем больше исполнительных блоков тем лучше.

В десятом поколении графика бывает нескольких типов от G1 до G7. Это указывается в названии процессора.

А исполнительных блоков бывает от 32 до 64. В прошлом поколении самая производительная графика была всего с 24 блоками.

Также для графики очень важна скорость оперативки. Поэтому в новые Intel завезли поддержку скоростной памяти DDR4 с частотой 3200 и LPDDR4 с частотой 3733 МГц.

У нас на обзоре ноутбук как раз с самой топовой графикой G7. Поэтому, давайте проверим на что она способна! Мы проверили его в играх: CS:GO, Dota 2 и Doom Eternal.

Что удобно — Intel сделали портал gameplay.intel.com, где по модели процессора можно найти оптимальные настройки для большинства игр.

В целом, в Full HD разрешении можно комфортно играть в большинство игр прямо на встроенной графике.

Thunderbolt

Но есть в этом процессоре и вишенка на торте — это интерфейс Thunderbolt. Контроллер интерфейса расположен прямо на основном кристалле, вот тут.

Такое решение позволяет не только экономить место на материнской плате, но и существенно сократить задержки. Проверим это на практике.

Подключим через Thunderbolt внешнюю видеокарту и монитор. И запустим те же игры. Теперь у нас уровень производительности ноутбука сопоставим с мощным игровым ПК.

Но на этом приколюхи с Thunderbolt не заканчиваются. К примеру, мы можем подключить SSD-диск к монитору. И всего лишь при помощи одного разъёма на ноуте мы получаем мощный комп для игр, монтажа и вообще любых ресурсоемких задач.

Читайте так же:
Можно ли подключить к роутеру два компьютера

Мы запустили тест Crystalmark. Результаты вы видите сами.

Но преимущества Thunderbolt на этом не заканчиваются. Через этот интерфейс мы можем подключить eGPU, монитор, и тот же SSD и всё это через один кабель, подключенный к компу.

Надеюсь, мы помогли вам лучше разобраться в том, как работает процессор и за что отвечают его компоненты.

Решение

Алгоритмы управления памятью в операционных системах Windows 7 и Windows Server 2008 R2 были обновлены для устранения многих проблем кэширования файлов, найденных в более ранних версиях Windows. Существует лишь несколько уникальных ситуаций, в которых необходимо реализовать эту службу на компьютерах с Windows 7 или Windows Server 2008 R2.

Как определить, влияет ли это на систему

Чтобы определить, влияет ли эта проблема на вашу систему, установите средство SysInternals RamMap. Вы можете получить это средство на следующем веб-сайте Windows Sysinternals:

http://technet.microsoft.com/en-us/sysinternals/ff700229
При запуске средства выберите параметр «Использовать подсчеты». Отображается несколько столбцов, которые отображают текущий шаблон использования памяти. Щелкните столбец «Активные», чтобы отсортировать данные по количеству использованных bytes, и заметьте верхнее использование непосредственно под итогом.

Если в качестве наиболее часто используемого файла используется метафил и используется большая часть доступной памяти, у вас наблюдается проблема с кэшом системных файлов, описанная в разделе «Симптомы». Это можно проверить с помощью монитора производительности, чтобы отслеживать счетчик Resident Bytes в памятиsystem cache, и со временем кэш постоянно растет.

Рисунок 1. Пример вывода RamMap, в котором проблема наблюдается на компьютере.

заме желтая текст
Рисунок 2. Пример вывода RamMap, в котором проблема не наблюдается на компьютере.

заме желтая текст
Если в счетчике Resident Bytes между памятью и системой в мониторе производительности показана восходящая тенденция, проблема наблюдается на компьютере( на рисунке 3).

Рисунок 3. Пример выходного монитора производительности, в котором компьютер со временем испытывает проблему.

заме желтая текст

Требования к перезапуску

Вам не нужно перезапускать компьютер при установке, установке или использовании этой службы.

Если вы читаете эту статью, так как работаете с клиентом, который считает, что на них влияет эта проблема, выполните указанные здесь действия, чтобы устранить проблему.

Убедитесь в том, что выходные данные клиента, данные perfmon или poolmon подтверждают, что системный кэш файлов расходует большую часть физического ОЗУ, как описано выше.

Чтобы получить службу Windows Dynamic Cache, скачайте ее здесь.

Некоторые параметры реестра Динамического кэша параметров находятся в этой области:

Файловые серверы, возможно, вы захотите попробовать 1 ГБ.
[HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesDynCacheParameters]
«MaxSystemCacheMBytes»=dword:00000400
«MinSystemCacheMBytes»=dword:00000064
«SampleIntervalSecs»=dword:0000003c
«CacheUpdateThresholdMBytes»=dword:00000064

Exchange 2007 может потребоваться попробовать 500 МБ:
[HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesDynCacheParameters]
«MaxSystemCacheMBytes»=dword:000001F4
«MinSystemCacheMBytes»=dword:00000064
«SampleIntervalSecs»=dword:0000003c
«CacheUpdateThresholdMBytes»=dword:00000064

SQL 2005 и более высоких версий в прошлом при SQL EE использовали 2 ГБ:
[HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesDynCacheParameters]
«MaxSystemCacheMBytes»=dword:000007D0
«MinSystemCacheMBytes»=dword:00000064
«SampleIntervalSecs»=dword:0000003c
«CacheUpdateThresholdMBytes»=dword:00000064

Кэширование на компьютере

Операционная система компьютера использует программное кэширование. В выделенной области диска хранятся различные временные файлы, которые возникают при работе компьютера.

Кэшированием можно назвать и использование так называемого файла подкачки, который создает ОС на диске ПК.

Как известно, при работе компьютера файлы программ и обрабатываемые данные загружаются в оперативную память для более быстрого доступа к ним. Но этой памяти может быть недостаточно, тогда часть данных отправляется в файл подкачки, который играет роль дополнительного ОЗУ. Объем этого файла регулируется ОС и тем самым компенсируется недостаток оперативной памяти.

Читайте так же:
Лэптоп и ноутбук в чем разница

Кто и когда придумал термин?

Слово «кэш», означающий буферную память в мире компьютеров, стало использоваться с 1968 года. Предложил его редактор Лайл Джонсон, когда работал над статьёй в журнал «IBM Systems Juornal» на тему улучшения качества памяти 85 модели компьютера IBM System/360, чтобы заменить сложное словосочетание «высокоскоростной буфер».

Важно! В русский язык слово «кэш» как компьютерный термин пришло от английского «cache», что означает «тайник», «тайный склад».

В разговорной речи существует созвучное с ним «cash», которое переводится как «наличные деньги».

Кэш данных

Кэш данных предназначается для хранения информации, которую запрашивает центральный процессор гораздо чаще, чем с оперативной памяти. Из-за малого объема кэш-памяти процессора там хранится только часто запрашиваемая информация. Однако расположение такого рода хранилища, то есть на кристалле процессора, позволяет сокращать время запроса, сводя его к минимуму.

В большинстве современных процессорах используется объем кэша до 16 мегабайт, но в процессорах, предназначенных для серверов, максимальный кэш процессора достигает 20 мегабайт и выше.

Что такое кэш-память компьютера?

На языке программирования кэш – кладовая временных файлов. Программа Windows, диск или процессор хранят там сведения, которые нужно быстро извлечь. Кладовая обеспечивает быстрый доступ к памяти компьютера, увеличивает скорость загрузки интернет-страниц и приложений. Другими словами – это пространство, зарезервированное на жестком диске, используемое ОС или отдельным сервисом для быстрого соединения с веб-сайтами.

screenshot_1

  • системный – предназначен под нужды Windows;
  • программный – используется для быстрого запуска приложений.

Большинство пользователей ПК заблуждаются, думая, что чем больше незанятый запас временного хранилища, тем лучше. Но и переполненная кладовая замедляет работу устройства. Программе приходится перебирать огромное количество комбинаций, пока она найдет необходимую. В действительности, увеличивая кэш, главное – вовремя остановиться.

screenshot_2

Кэш — это временное хранилище для данных посещенного сайта.

В кэше сохраняются:

· Изображения — логотипы, картинки, фоны и т. д.;

Зачем нужен кэш?

Сохранение данных веб-страниц на компьютере, вместо их повторной загрузки, помогает экономить время открытия веб-сайтов в браузере. Также используется меньше данных, что особенно полезно для мобильных пользователей с ограниченными тарифными планами. Ваш телефон не должен загружать каждое изображение и веб-страницу несколько раз, поскольку он может восстановить данные из кэша. Но сохранение данных происходит не только в браузере и для веб-страниц.

Как работает кэш?

Когда вы открываете веб-страницу, браузер кэширует эти данные: загружает картинки, текст на ваш компьютер. Когда вы заходите на сайт снова, эти данные уже находятся на вашем компьютере или устройстве. При повторном заходе на сайт, если веб-страница не изменилась, браузер загружает файлы из кэша, а не заново скачивает из Интернета.

Типы использования кэша

Сервер кэширования: выделенный сетевой сервер или служба, действующая как сервер или веб-сервер, который сохраняет веб-страницы или другой интернет-контент локально. Кэш-сервер иногда называют прокси-кэшем.

Дисковый кэш: содержит недавно прочитанные данные и, возможно, смежные области данных, которые, вероятно, будут доступны в ближайшее время. Некоторые диски кэшируют данные в зависимости от того, как часто они читаются. Часто читаемые блоки хранения называются горячими блоками и автоматически отправляются в кэш.

Кэш-память: кэш-память процессора часто связана непосредственно с процессором и используется для кэширования часто используемых инструкций. Кэш-память оперативки намного быстрее, чем кэш-память на диске, но кэш-память процессора намного быстрее, чем кэш-память оперативки, потому что она находится так близко к процессору.

Читайте так же:
Информация про оперативную память

Флэш-кэш: временное хранение данных на микросхемах флэш-памяти — часто с использованием твердотельных накопителей — для выполнения запросов данных быстрее, чем это было бы возможно, если бы кэш находился на традиционном жестком диске или его части.

Постоянный кэш: учитывается фактическая емкость хранилища, где данные не теряются в случае перезагрузки или сбоя системы. Резервная батарея используется для защиты данных или данные сбрасываются в динамической оперативной памяти с резервным питанием от батареи в качестве дополнительной защиты от потери данных.

Алгоритмы кэша

Алгоритм кэширования — это подробный список инструкций, который указывает, какие элементы следует отбрасывать в кэш.

Наименее часто используемые (Least Frequently Used — LFU). Данный алгоритм основывается на отслеживании частоты доступа к записи. При использовании алгоритма кэширования LFU запись с наименьшим счетом удаляется первой. Этот метод используется не так часто, так как он не учитывает элемент, который изначально имел высокую скорость доступа, а затем долго не использовался.

Давно неиспользованные (Least Recently Used LRU): этот алгоритм кэширования хранит недавно использованные элементы в верхней части кэша. При каждом обращении к новому элементу LRU помещает его в верхнюю часть кэша. Когда лимит кеша будет достигнут, элементы, к которым давно не обращались, будут удалены, начиная с нижней части кэша. Это может быть дорогостоящим алгоритмом, поскольку он должен содержать «биты возраста», которые точно показывают, когда к элементу обращались. Кроме того, когда алгоритм кэширования LRU удаляет элемент, «возрастной бит» изменяется для всех других элементов.

Последние использованные (Most Recently Used MRU): этот алгоритм кэширования, в отличии от предыдущего, удаляет самые последние использованные элементы в первую очередь. LRU ориентируется на время: здесь чем старше элемент, тем он меньше используется и удаляется в первую очередь. MRU — наоборот, чем старше элемент, тем чаще к нему обращаются, и в первую очередь здесь удаляются последние использованные элементы, так как они меньше всего использовались. Таким образом, LRU удаляет самые неиспользуемые элементы — самые старые, а в MRU удаляет самые новые.

Кэш адаптивной замены (Adaptive Replacement Cache ARC): этот алгоритм использует оба вышеуказанных, чтобы наилучшим способом использовать доступный кэш.

Использование при тестировании

Проблемы с Кэшем

Несмотря на то, что кэш позволяет сохранять время и данные, он может быть искаженным и иногда приносить больше вреда, чем пользы.

Вирус может скачать себя в кэш браузера, заражая весь ваш компьютер.

Файлы могут сильно устареть, если кэш не очищается автоматически, а это означает, что просматриваемые страницы могут быть неактуальными или даже вызывать ошибки.

Один из частых вопросов разработчика на баг это: “А ты кэш почистил?”. Не забывайте очищать кэш перед воспроизведением бага.

Кэш может занимать гигабайты данных. Учитывая, что компьютеры и телефоны имеют очень ограниченный размер хранилища. Кэш всех видов должен очищаться по необходимости.

Очистка кэша

Удалить кэш в браузере можно через опцию «Очистить историю».

Одна из самых известных и используемых программ – Ccleaner. Программа очищает операционную систему от неиспользуемых временных файлов, кэш интернет-браузеров со всей историей просмотров страниц.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector