ПРОЦЕ́ССОР

ПРОЦЕ́ССОР (от англ. processor, от process – об­ра­ба­ты­вать), ос­нов­ное уст­рой­ст­во ком­пь­ю­те­ра, осу­ще­ст­в­ляю­щее про­грам­ми­руе­мую об­ра­бот­ку ин­фор­ма­ции и ко­ор­ди­на­цию ра­бо­ты его уст­ройств. В со­став П. вхо­дят ариф­ме­ти­че­ское уст­рой­ст­во и управ­ле­ния уст­рой­ст­во. Осн. ха­рак­те­ри­сти­ки П. – про­из­во­ди­тель­ность, по­треб­ляе­мая мощ­ность (энер­го­по­треб­ле­ние), так­то­вая час­то­та (см. в ст. Мик­ро­про­цес­сор), а так­же га­ба­ри­ты (для мик­ро­про­цес­со­ра – пло­щадь кри­стал­ла) и ар­хи­тек­ту­ра, оп­ре­де­ляю­щая схе­му ор­га­ни­за­ции его ра­бо­ты (см. Ар­хи­тек­ту­ра ЭВМ). Ар­хи­тек­ту­ра сис­те­мы ко­манд (англ. Instruction Set Architecture, ISA) в зна­чит. сте­пе­ни оп­ре­де­ля­ет внутр. ор­га­ни­за­цию П., тре­бо­ва­ния к ис­пол­няе­мым П. про­грам­мам (ти­пы дан­ных, ко­ман­ды, ре­ги­ст­ры, ад­ре­са­цию па­мя­ти и т. п.). По ха­рак­те­ру вы­пол­няе­мой об­ра­бот­ки П. де­лят­ся на уни­вер­саль­ные и спе­циа­ли­зи­ро­ван­ные.

Универсальные процессоры

Мо­гут быть ис­поль­зо­ва­ны для ре­ше­ния ши­ро­ко­го спек­тра за­дач и, как пра­ви­ло, вы­пол­ня­ют роль цен­траль­но­го П. ком­пь­ю­те­ра (Central Processing Unit, CPU), ис­пол­няю­ще­го ма­шин­ные ин­ст­рук­ции сис­тем­но­го про­грамм­но­го обес­пе­че­ния и поль­зо­ва­тель­ских при­ло­же­ний. П. пер­вых ком­пь­ю­те­ров бы­ли по­строе­ны на ба­зе элек­тро­ме­ха­нич. ре­ле (напр., Mark I) и элек­трон­ных ламп (напр., EDVAC – Electronic Discrete Variable Automatic Computer, элек­трон­ный ав­то­ма­тич. вы­чис­ли­тель с дис­крет­ны­ми пе­ре­мен­ны­ми), в даль­ней­шем про­изо­шёл пе­ре­ход к тран­зи­сто­рам и ин­те­граль­ным схе­мам, за­вер­шив­ший­ся раз­ра­бот­кой мик­ро­про­цес­со­ра в ви­де еди­ной ин­те­граль­ной схе­мы. Ран­ние П. об­ра­ба­ты­ва­ли ко­ман­ды стро­го по­сле­до­ва­тель­но (од­на ко­ман­да за один такт), до­жи­да­ясь окон­ча­ния об­ра­бот­ки те­ку­щей ко­ман­ды пе­ред пе­ре­хо­дом к сле­дую­щей (напр., Intel 8086, про­из­во­ди­тель­ность 0,75 млн. опе­ра­ций/с, так­то­вая час­то­та 10 МГц). В по­сле­дую­щих П. для по­вы­ше­ния про­из­во­ди­тель­но­сти ис­поль­зо­ва­лись кон­вей­ер­ная (напр., In­tel 80286, 1,5 млн. опе­ра­ций/с, 10 МГц) и су­пер­ска­ляр­ная (имею­щая неск. кон­вей­е­ров и пре­ду­смат­ри­ваю­щая воз­мож­ность вы­пол­не­ния бо­лее од­ной ска­ляр­ной ко­ман­ды за такт, напр. Intel Pen­tium, 100 млн. опе­ра­ций/с, 60 МГц) об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции, зна­чи­тель­но по­вы­сив­шие про­из­во­ди­тель­ность П. (см. Кон­вей­ер в вы­чис­ли­тель­ной тех­ни­ке). В мно­го­про­цес­сор­ном ком­пь­ю­те­ре до­пус­ка­ет­ся од­но­врем. функ­цио­ни­ро­ва­ние не­сколь­ких цен­траль­ных П., па­рал­лель­но ис­пол­няю­щих разл. за­да­чи, ли­бо не­сколь­ких по­то­ков (под­за­дач) од­ной за­да­чи; рас­пре­де­ле­ние на­груз­ки по П. вы­пол­ня­ет опе­ра­ци­он­ная сис­те­ма. Совр. цен­траль­ный П. (мик­ро­про­цес­сор) объ­е­ди­ня­ет в се­бе два и бо­лее вы­чис­лит. яд­ра и об­щее обо­ру­до­ва­ние (кон­трол­лер па­мя­ти, кэш-па­мять и др.) на од­ном кри­стал­ле (кор­пу­се), т. н. мно­го­ядер­ный П. (напр., Intel Core i7-4770 K, 4 яд­ра, 177 млрд. опе­ра­ций/с, 3,5 ГГц). Яд­ро – гл. эле­мент цен­траль­но­го П. (часть П.), осу­ще­ст­в­ляю­щее вы­пол­не­ние од­но­го по­то­ка ко­манд. Яд­ра от­ли­ча­ют­ся по раз­ме­ру кэш-па­мя­ти, час­то­те, тех­но­ло­гии из­го­тов­ле­ния и т. д. Час­то­та ра­бо­ты ка­ж­до­го яд­ра – это час­то­та, с ко­то­рой П. об­ра­ба­ты­ва­ет за­да­чи за од­ну еди­ни­цу вре­ме­ни. Отд. яд­ра мно­го­ядер­но­го П. функ­цио­ни­ру­ют не­за­ви­си­мо, ло­ги­че­ски со­от­вет­ст­вуя мно­го­про­цес­сор­ной ком­по­нов­ке ком­пь­ю­те­ра. При од­но­вре­мен­ной мно­го­по­точ­но­сти (англ. simultaneous multithreading) внут­ри од­но­го фи­зич. яд­ра П. соз­да­ёт­ся неск. ло­гич. ядер, осу­ще­ст­в­ля­ет­ся од­но­вре­мен­ная па­рал­лель­ная об­ра­бот­ка не­сколь­ких по­то­ков ко­манд. Напр., П. Intel Pen­ti­um 4 HT име­ет од­но фи­зич. яд­ро, ко­то­рое раз­де­ле­но на два ло­ги­че­ских, по­это­му опе­ра­ци­он­ная сис­те­ма оп­ре­де­ля­ет его как два раз­ных П. (вме­сто од­но­го). Та­кой под­ход по­зво­ля­ет улуч­шить эф­фек­тив­ность ис­поль­зо­ва­ния ап­па­ра­ту­ры, за­пус­кать по­лез­ные опе­ра­ции из др. по­то­ков, ес­ли по­ток бло­ки­ру­ет­ся к.-л. дли­тель­ным со­бы­ти­ем [напр., про­мах (англ. cache miss) в кэш-па­мя­ти].

Специализированные процессоры

Пред­на­зна­че­ны для бо­лее эф­фек­тив­но­го ре­ше­ния уз­ко­го клас­са вы­чис­лит. за­дач. Так, циф­ро­вые сиг­наль­ные П. (англ. Di­gital Signal Processor, DSP) ис­поль­зу­ют­ся для мно­го­крат­но по­вто­ряю­щей­ся циф­ро­вой об­ра­бот­ки по­то­ка вход­ных дан­ных; гра­фич. П. – для об­ра­бот­ки и ото­бра­же­ния сцен ком­пь­ю­тер­ной гра­фи­ки (напр., NVidia GeForce GTX780 Ti, 2880 ядер, до 5 трлн. опе­ра­ций/с, час­то­та яд­ра 876 МГц); крип­то­гра­фич. П. – для об­ра­бот­ки ал­го­рит­мов шиф­рова­ния и ау­тен­ти­фи­ка­ции. Вспо­мо­гат. спе­циа­ли­зир. П., ра­бо­таю­щие со­вме­ст­но с цен­траль­ным П., на­зы­ва­ют­ся со­про­цес­со­ра­ми; сре­ди них – ма­те­ма­тич. со­про­цес­сор Weitek 4167, вво­да-вы­во­да Intel 8089, вы­со­ко­па­рал­лель­ных вы­чис­ле­ний Intel Xeon Phi (1,2 трлн. опе­ра­ций/с).

П. так­же на­зы­ва­ют про­грам­му, вы­пол­няю­щую ком­плекс­ную об­ра­бот­ку ин­фор­ма­ции; так, ес­ли тек­сто­вый ре­дак­тор пред­на­зна­чен для вво­да и ре­дак­ти­ро­вания тек­ста, то тек­сто­вый про­цес­сор (напр., Microsoft Word) по­зво­ля­ет так­же вы­пол­нять его фор­ма­ти­ро­ва­ние, вёр­ст­ку и др.