Informatika Tanuljunk Technológia

Hogyan működik a processzor

Hogyan működik a processzor? A mai számítástechnikai rendszerek alapja, ahogy a processzoroké is, a bináris műveletek feldolgozása. A bináris vagy kettes számrendszer mindössze két állapotot tesz lehetővé, 0 és 1, amelyeket a processzoron belül nagyon egyszerűen lehet feszültségszintekkel létrehozni.

Most az elektronikai kapcsolatok alacsonyabb szintjére lépünk. A processzor építőköve a tranzisztor, amely kapcsolóként működik. Feladata, hogy megváltoztassa a logikai nulla és egyes állapotát. Egyetlen tranzisztor nem lenne képes túl sok számítást elvégezni, így manapság a processzoron belül több milliárd tranzisztor található, amelyek lehetővé teszik a legösszetettebb műveletek végrehajtását is.

Az egyes műveletek együttese olyan utasításokat képez, amelyek kötegeit programoknak nevezünk. A programok utasításai szekvenciálisak, ami azt jelenti, hogy a processzor az utasításokat egymás után hajtja végre az úgynevezett utasítási ciklusokban.

Mit jelent a processzor frekvenciája?

Ha a processzor funkcióját nagyon leegyszerűsítjük, azt állíthatjuk, hogy a tranzisztorok olyan nagyszámú rendszeréről van szó, amelyek gyorsan változtatják állapotukat a szükséges műveletek függvényében. A két impulzus közötti intervallumot frekvenciaciklusnak nevezzük. Ilyenkor a processzor képes tranzisztorait egyesbe, majd vissza nullába kapcsolni. Az állapotváltozást nulláról egyre belépőélnek, az egyesről nullára változást pedig kilépőélnek nevezzük. Ezen ciklusok mennyisége egy másodperc alatt adja a processzor frekvenciáját. Az egysége a Hertz (Hz), és mivel a mai processzorok frekvenciája több milliárd Hertz, gyakran használjuk a giga (GHz) vagy a mega (MHz, millió Hertz) előtagot. A frekvenciát gyakran nevezik órajelnek vagy órajel-frekvenciának.

A frekvencia az egyik fő tényező, amely hatással van a processzor teljesítményére. Leegyszerűsítve elmondható, hogy minél magasabb a frekvencia, annál nagyobb a teljesítmény. De ezt az állítást fenntartással kell kezelnünk. Ha két egyébként azonos processzor csak a frekvenciában különbözik, akkor a nagyobb frekvenciával rendelkező a hatékonyabb. Azonban más tényezők is hatással vannak a teljesítményre, mint pl. az architektúra, a magok száma stb., tehát csupán a magasabb frekvencia nem jelent fölényt. A többi processzor paraméterről később ejtünk szót.

Mi a processzormag?

A magokról tiszta lelkiismerettel elmondható, hogy ezek különálló számítási egységek. Egy többmagos processzor lényegében több darab egymagos processzor egybe integrálva. Mivel a magok függetlenek egymástól, lehetővé teszik, hogy a processzor egyszerre több különböző utasításon dolgozzon, több programot kezeljen egyszerre. Ez kulcsfontosságú a hatékony multitasking esetében. Napjainkban egyre több alkalmazás és játék képes kihasználni a több mag adta előnyöket.

Az operációs rendszer szempontjából az utasítások párhuzamosan kezelt szálakra osztódnak, amelyek egy jól programozott alkalmazás esetében lehetővé teszik, hogy az gyorsabban fusson. Amíg az Intel néhány évvel ezelőtt be nem mutatta a  Hyper-Threading technológiát, normális volt, hogy egy processzor mag csak egyetlen szoftvert szálat tudott kezelni. Ma már a processzorok többsége olyan technológiával rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy egy fizikai mag két szálat dolgozzon fel. Emiatt ezeket a processzor szálakat szokták virtuális vagy logikai magoknak is nevezni. Fontos megjegyezni, hogy teljesítmény szempontjából a processzor szálak nem egyenértékűek egy fizikai maggal, mert megosztják velük a hardver eszközöket, ezért teljesítményük korlátozott. Bár az ilyen technológiát hatékonynak tekintjük, nem állíthatjuk, hogy egy négyszálas kétmagos processzor egyenértékű lenne egy négymagos processzorral.

Mint ahogy már említettük, az Intel technológiáját Hyper-Threading-nek, az AMD processzorok technológiáját pedig SMT (Simultaneous multithreading) nevezzük.

Hogyan osztjuk fel a processzorokat?

A világon két nagy asztali processzorokat gyártó vállalat van, amelyek szinte száz százalékban uralják a piacot. Az első az Intel, a második az AMD. Mindkét gyártó sorozatokra és konkrét modellekre osztja termékeit. A sorozatok elsősorban felhasználási terület illetve teljesítmény szempontjából osztják fel a processzorokat (és természetesen ár szerint).

Jelölés Magyarázat
Intel Celeron Az Intel Celeron processzorcsalád a legalacsonyabb teljesítményt és árkategóriát képviseli. Ezek kétmagos, HyperThreading nélküli, rögzített – általában 3 GHz alatti frekvenciával rendelkező processzorok.
Intel Pentium Napjainkban ezen megnevezés alatt az alacsonyabb osztályú chipek futnak, általában két maggal rendelkeznek, néhány kivételtől eltekintve HyperThreading vagy Turbo Boost technológia nélkül. Az aktuális generáció frekvenciája körülbelül 3,5 GHz.
Intel Core i3 Ez a sorozat az alsó középosztályú chipek szintjét képviseli, amely elsősorban napi irodai munkákhoz, valamint kisebb gépigényű játékokhoz alkalmas. Két fizikai mag, HyperThreading és 4 GHz körüli frekvencia jellemzi Turbo Boost nélkül.
Intel Core i5 Az arany középút elegendő teljesítménnyel az igényes alkalmazásokhoz is. Négy fizikai mag HyperThreading nélkül, valamint 4 GHz feletti frekvencia Turbo Boost technológiával. Általában minden generációban van legalább egy szorzózár nélküli modell.
Intel Core i7 A legjobb, amit egy halandó megengedhet magának. Négy fizikai mag HyperThreading és Turbo Boost technológia, valamint 4 GHz-et meghaladó frekvencia. Az i5-höz hasonlóan itt is van legalább egy szorzózár nélküli modell.
Intel Core i9 Újdonság a HEDT (high-end desktop) szegmensben, amelyet ezidáig a Core i7 sorozat extrém verziói uraltak. Akár 18 maggal, magas frekvenciával, HyperThreading és Turbo Boost technológiával ellátva. A sorozat minden modellje szorzózár nélküli.
Intel Xeon Az Intel szerver processzora. Az egyes modellek specifikációi jelentősen eltérnek, de alapszabály a sok mag, az alacsonyabb frekvencia és az asztali processzorokhoz képest sokkal nagyobb gyorsítótár. A HyperThreading és a Turbo Boost technológia jelenléte magától értetődő.

Az Intel processzorok előnye a konkurenciával szemben, hogy minden modell tartalmaz integrált grafikus magot (a Xeon kivételével), ez azon vásárlók szempontjából érdekes, akik nem szeretnének külön grafikus kártyát.

Az AMD, mint processzorgyártó, néhány évvel ezelőtt hagyta, hogy az Intel alakjában megtestesült konkurencia technológiailag megelőzze, így piaci részesedése lecsökkent. Évekig igaz volt, hogy ha technikailag fejlett és erőteljes processzorra volt szükségünk, akkor a kék istálló felé vettük az irányt. De ez most változóban van, mert megjelentek a piacon az AMD újonnan kifejlesztett Ryzen processzorai, amelyek 14 nm-es gyártási folyamattal készülnek, ahogy egy ideje az Intel processzorok is, ami végre egészséges konkurenciát teremtett a piacon. A processzorokat az Intel sorozatokhoz hasonlóan Ryzen 3, 5 és 7-nek nevezték el. Természetesen az AMD is megjelenik a HEDT szegmensben, mégpedig a Ryzen 9 Threadripper processzorával.

Jelölés Magyarázat
AMD Sempron Az AMD kínálatában a Sempron processzorok a legolcsóbbak. Rendelkezésünkre áll egy kétmagos és egy négymagos változat, integrált grafikus maggal. Mindkettő nagyon alacsony frekvencián dolgozik, és a régi 28nm gyártási technológián alapulnak.
AMD Athlon X4 Ezek a modellek szintén az elavult 28nm gyártási technológián alapulnak, négy maggal, 4 GHz körüli frekvenciával és Turbo Core technológiával rendelkeznek. Nincs grafikus magjuk.
AMD FX Az AMD sötét kora: ezek azok a processzorok, amelyek lehetővé tették, hogy az Intel Core sorozata megelőzze őket. Az elavult 32nm gyártási folyamattal készültek, négy, hat és nyolc magos változatban. A magok számának kérdése az erőforrások megosztása miatt ebben az esetben kicsit ellentmondásos téma, ugyanis az AMD FX processzorok belső topológiája inkább fele annyi, de több szálon futó magnak felel meg.
AMD Ryzen 3 Az AMD újdonsága, melynek gyártása, ahogy a többi Ryzen processzoré is, a modern 14nm-es gyártási folyamatra épül. Ezek négymagos processzorok SMT nélkül, Turbo Core technológiával és 3 GHz feletti frekvenciával.
AMD Ryzen 5 Az AMD válasza a népszerű Intel Core i5 processzorokra. Ebben az árkategóriában azonban ezek a hatmagos processzorok csúcsmodellek. A négymagos változatokkal együtt Turbo Core és SMT technológiával rendelkeznek, így a 12 szál megjelent a középkategóriás processzoroknál.
AMD Ryzen 7 Magasabb osztályú Ryzen processzorok. Nyolc mag SMT technológiával, vagyis összesen 16 szál. Rendelkezésre áll a Turbo Core technológia is, amely lehetővé teszi az automatikus tuningolást, grafikus maggal nem rendelkezik.
AMD Threadripper Egy HEDT megoldás az AMD-től. Jelenleg két AMD Ryzen Threadripper modell érhető el. Természetesen mindkettő a legmodernebb technológiákkal rendelkezik, beleértve a gyártási folyamatot is. Frekvenciája a Turbo Core alkalmazás után 4 GHz körüli. Az AMD portfóliójában a legtöbb fizikai maggal rendelkező processzorok. A 12 és 16 mag SMT technológiával összesen 24 illetve 32 szálat tartalmaz.

Az AMD kínálata sokkal szélesebb volt az alacsonyabb osztályokban. Ezek az FX, az Athlon X4 és a anno Sempron sorozatok, de a Ryzen modellek terjedésével gyorsan veszítenek vonzerejükből. Érdekesek még az  A-series sorozat modelljei, amelyek az Intel chipekhez viszonyítva erősebb integrált grafikus maggal rendelkeznek. Ez nagy előny az alacsony költségvetésű fogyasztók megszólításánál, mert még a régebbi technológia ellenére is jobban futnak a játékok dedikált grafikus kártya nélkül, mint az Intel processzorain.

%d bloggers like this: