Привет! Об архитектурах процессора, я уверен, вы слышали. Но если спрашиваешь, кто как понимает, что это такое, часть обычно затрудняется с ответом, а часть и вовсе путает архитектуру и разрядность, не видя в них разницы. Поэтому я решил сделать отдельный материал, чтобы внести ясность, что значит архитектура процессора, влияет на что и как посмотреть её с помощью простых программ.
Что такое архитектура CPU
Если вы уже пробовали узнать больше об архитектурах процессора, то наверняка видели, насколько по-разному авторы статей могут формулировать описание этого термина. И пусть они в целом говорят об одном и то же, разность подачи нередко приводит к тому, что читатели путаются. Я постараюсь этого избежать.
В одном из своих материалов я уже рассказывал об инструкциях процессора, поэтому для лучшего понимания темы напомню, что это.
Любая программа любой сложности, даже ОС Windows 10, состоит из набора команд, которые процессор должен выполнить. Чтобы процессору это удавалось, в него закладывается набор инструкций. Процессор использует инструкции, чтобы правильно обработать каждый запрос программы, благодаря чему она и работает. То есть процессор должен знать инструкции, а программа — быть под них заточена. В этом симбиозе считай весь смысл использования ПК.
Так вот, если говорить простыми словами, архитектура расскажет вам о составе инструкций процессора и особенностях их обработки.
Какие существуют виды
Можно сказать, что архитектур много, но все их перечислять нет необходимости. Тем более, вряд ли можно найти информацию прямо о всех-всех сборках инструкций. Но их знать и не обязательно, гораздо полезнее будет разобраться в видах, объединяющих в себе сразу много архитектур.
В первую очередь, бывают CISC и RISC. CISC — это Complex Instruction Set Computer, тип с полным набором команд. Считается, что разработчики здесь относятся к фирме IBM, и для основы использовали набор команд для IBM/360.
Среди характеристик CISC:
- Длина команды может быть любой, поэтому больших инструкций много. Они выполняются не за один такт, а за несколько.
- Вычислительные арифметические действия выполняются по одному.
- Число регистров небольшое, каждое занято собственной функцией.
Среди наиболее популярных CISC-архитектур, например, х86 от Intel и x86_64 от AMD.
Когда CISC достигла своеобразного потолка развития, её логичным продолжением стала RISC — Reduced Instruction Set Computer, то есть компьютер с сокращённым набором собственных команд.
Главное отличие от CISC — сокращённые набор команд, которые, в большинстве, выполняются по одной за такт. Регистров гораздо больше, чем у CISC-процессоров. И пусть программы из-за RISC стали длиннее из-за использования множества мелких команд, процессоры с этой архитектурой всё равно отличаются сниженным энергопотреблением.
И несмотря на то, что RISC опережали CISC по производительности, они не полностью заменили собой предыдущую архитектуру. Среди основных причин — популярные Intel x86 и x86_64 от AMD сделаны на CISC, и многие компании слишком щедро вложились в технологию, чтобы от неё отказываться. А вскоре Intel смогла ещё улучшить CISC, благодаря добавлению RISC-ядра и некоторых других элементов.
На RISC сделаны ARM, MIPS, PowerPC, SPARC. На SPARC создан российский R1000 от МЦСТ, а на ядре MIPS Warrior — Baikal-T1 от «Байкал Электроникс».
Также нельзя оставить без внимания MISC и VLIW. Здесь:
- MISC — это Minimal Instruction Set Computer, что значит «компьютер с минимальным набором команд». Здесь энергопотребление ниже, но производительность может быть повышена за счёт выполнения команд до того, как станет понятно, нужны они или нет.
- VLIW, наоборот, переводится как Very Long Instruction Word, то есть называется «очень длинная машинная команда». Здесь предполагается, что некоторые инструкции могут выполняться одновременно, а не по очереди. Это своего рода CISC-архитектура, но доработанная. На VLIW сделаны Intel Itanium, Эльбрус-3.
На эти базисы опирается большинство архитектур, а CISC остаётся наиболее популярной, так как на ней сделаны основные сборки инструкций Intel и AMD, ключевых игроков рынка.
Влияние на производительность
Пока вам могло быть непонятно, какая польза от знания архитектур, но я сейчас расскажу и об этом. Ведь здесь всё опирается на производительность процессора.
В первую очередь, дело как раз таки в самих инструкциях, которые входят в состав сборок. Ведь я уже рассказывал, что есть универсальные инструкции, которые и позволяют процессору обрабатывать запросы пользователя, а есть дополнительные, сделанные для оптимизации работы CPU.
Чем больше инструкций процессор может обрабатывать, тем лучше, ведь с большим количеством инструментов можно оптимальнее выполнять задачи вне зависимости от их сложности.
При этом важно понимать, что дело не в скорости, за которую отвечает разрядность процессора. Дело именно в обработке запросов и подходе к их решению. Ведь, например, знание математических формул заметно упрощает работу над примерами.
Чем отличаются архитектуры процессоров и можно ли их сравнивать
Как я уже упоминал выше, архитектуры процессоров в основном отличаются длиной команд и принципами их обработки — за один такт, за несколько, целиком или разделяя. И может сложиться впечатление, что раз есть признаки, положительные и отрицательные качества, значит их можно и сравнивать, чтобы найти самые лучшие экземпляры. Но на самом деле, всё не так просто.
Базовые, о которых я упоминал, продолжают развиваться, как и их гибриды, потому что разработчики постоянно ищут лучшие решения.
Архитектуры, построенные на упомянутых базах, тоже улучшаются, и состав дополнительных инструкций, часто направленных на оптимизацию работы всего ПК, постоянно меняется, чтобы отвечать современным требованиям.
И это я ещё максимально упрощаю тему, потому что не рассказал вам ещё много важных деталей, которые делают картину более полноценной. Поэтому вы можете заняться тонким сравнением, но перед этим вам придётся гораздо глубже погрузиться в тему.
Как посмотреть какая архитектура используется
Узнать, какая архитектура принята для вашего процессора, можно попробовать через спецификации. Но на самом деле, там эта информация может и не встретиться. Лучше воспользоваться программами, которые предоставляют больше данных о ваших ПК, вроде CPU-Z.
Используя CPU-Z, будет легко разобраться, как узнать какая сборка инструкций принята для ЦП. Ведь здесь будет поле Instructions в первом же окне. Здесь подробнее, какими инструкциями пользуется ваш процессор, а также его архитектура. Обычно она предпоследняя в строчке.
Конечно того, что я рассказал вам сегодня, недостаточно, чтобы разобраться, что это такое — архитектуры процессора. Но общее представление о том, почему эта тема не такая простая, у вас теперь есть. А если захотите узнать больше, подпишитесь на мои социальные сети, чтобы новые публикации не прошли мимо вас. Всего доброго!
С уважением, автор блога Андрей Андреев.
