Что такое ЦПС? Применение ЦПС в строительстве

Что такое ЦПС

ЦПС – это цементно-песчаная смесь, строительный материал, без которого не обходится ни одна стройка. Она необходима для различных работ: штукатурных, монтажных, кладочных. ЦПС используется и для стяжек пола. Цемент не часто используется в чистом виде, так как такой материал имеет сильную усадку, а в получившихся конструкциях легко образуются трещины. А вот добавление песка делает его пригодным для строительных работ.

Из чего делают цементно-песчаную смесь

Из названия очевидно, что смесь состоит из цемента и песка. Применяется портландцемент, чаще всего марок от М400. Песок имеет особое значение, и его выбор регламентируется ГОСТом. Песок может быть карьерным, речным, но только тщательно очищенный от илистых компонентов. Третья часть ЦПС – это вода. Как и песок, она должна отвечать стандартам. Лучше всего брать исследованную лабораторно воду, так как примеси, которые могут в ней быть, негативно влияют на итоговое качество строительного материала.

Помимо основных компонентов в ЦПС добавляют различные пластификаторы, регуляторы скорости твердения, гидрофобизирующие добавки, присадки и пигменты. Они нужны для того, чтобы придать смеси необходимые свойства, например, сделать ее более пластичной, водонепроницаемой, или придать декоративные качества.

Какие бывают цементно-песчаные смеси

Назначение и особенности ЦПС регламентирует ГОСТ. Согласно документации, смесь может быть кладочной, монтажной, облицовочной и штукатурной. У каждой из них есть свои особенности.

Так размер зерна кладочной смеси не должен превышать 2,5 мм. Однако если кладка производится их бутового камня, то допустимый размер уже 5 мм. Монтажная цпс часто используется для стяжки пола, но только если их толщина не более 30 мм. Состав облицовочной цпс зависит от проекта, поверхность может быть гладкая, или рельефная. Для изготовления штукатурной ЦПС используют песок до 2,5 мм, а марка выбирается в зависимости от назначения.

С более подробным ассортиментом можно ознакомиться на нашем сайте

https://gorizontbeton.ru/

Марка цементно-песчаного раствора

У ЦПС есть марки, которая определяет прочность. Марка зависит от пропорции компонентов. Как и у бетона, марка ЦПС – важный показатель, который учитывается при выборе материала.

Самая низкая марка ЦПС – М50. Такая смесь используется для окончательной отделки поверхности, реставрировании поверхностных трещин, словом, там, где не требуется хорошая прочность материала.

ЦПС М100 чаще всего используют для того, чтобы оштукатурить поверхность. М 150 применяется в кладочных работах, оштукатуривании и устройстве стяжек. Марка ЦПС М200 используется при работе над масштабным объектом, монтаже стяжек, которые должны выдерживать повышенные нагрузки. В ассортименте завода “Горизонт Бетон” есть также цпс марок М300 и М400, поэтому вы сможете приобрести материал для любых работ.

Купить ЦПС или сделать самостоятельно

Хоть ЦПС можно приготовить и самостоятельно, специалисты не рекомендуют этого делать. Во-первых, в полевых условиях невозможно проверить качество материалов. Если в песке будут примеси ила, или, например, в воде – слишком много щелочи, то цементно-песчаная смесь не будет обладать нужными свойствами. Конструкция получится не только ненадежная, но и опасная для дальнейшей эксплуатации.

Мы на заводе “Горизонт Бетон” производим строительные материалы, в том числе и ЦПС различных марок, от М50 до М400, с 2015 года. На каждую продукцию имеются не только сертификаты качества, но и гарантия. Мы предлагаем заказчикам самые выгодные условия сотрудничества, низкие цены и быструю доставку до объекта.

На месторождении «Русское» приступили к строительству центрального пункта сбора нефти

На площадке месторождения «Русское»,  которое разрабатывает АО «Тюменнефтегаз», с опережением графика началось строительство центрального пункта сбора нефти (ЦПС). Объект мощностью более 6,3 млн тонн будет предназначен для подготовки нефти до товарных свойств и ее дальнейшей транспортировки.

Для отсыпки площадки под будущий объект было завезено более 1 млн м3 песка. В настоящее время ведутся работы по установке свайных оснований под резервуарный парк общим объемом 80 тыс. м3.

Проект по строительству ЦПС будет реализован в три этапа. В рамках первой очереди будут построены пусковой комплекс с двумя технологическими линиями, насосная станция поддержания пластового давления, химико-аналитическая и метрологическая лаборатории, операторная и административно-бытовой корпус, мастерские, склады, пожарное депо и сооружения электроснабжения.

Подготовленная нефть с ЦПС будет транспортироваться по напорному нефтепроводу ЦПС «Русское» — ПСП «Заполярное» протяженностью 65 км, а далее в систему магистральных нефтепроводов.

В ходе строительства первого пускового комплекса центрального пункта сбора нефти будет забито свыше 28000 свай различной длины и диаметра, использовано около 9000 тонн металлоконструкций и 26000 тонн труб различного диаметра.

При реализации проекта специалистами предприятия используется комплексный подход по сохранению мерзлых грунтов. Для этого применяются теплоизоляционные материалы при отсыпке площадок, а все объекты капитального строительства имеют специальную свайную опору.

До конца 2016 года из недр планируется добыть более 230 тыс. тонн нефти. Запуск «Русского» месторождения в промышленную эксплуатацию запланирован в 2018 году. 

Справка:

«Русское» месторождение, разрабатываемое АО «Тюменнефтегаз», дочерним обществом НК «Роснефть», классифицируется как уникальное. По категории АВС1+С2 геологические запасы нефти составляют около 1,4 млрд тонн, извлекаемые запасы нефти 422 млн тонн.  Действующий фонд скважин на месторождении до конца 2016 года увеличится до 29 единиц.

​Нефть, добываемая на месторождении, обладает высокими товарными свойствами: низкопарафинистая и малосернистая (0,32% — лучше, чем у нефти сорта Brent), способна улучшать качество высокосернистых нефтей при смешивании. В период проведения опытно-промышленных работ (ОПР) был выполнен значительный объем по изучению геологического строения месторождения:

• завершена интерпретация ЗD сейсмики с построением геологической модели;
• проработаны основные технологические решения по разработке месторождения:

— выбрана система разработки месторождения,
— определена система заканчивания скважин,
— обоснованы оптимальные режимы работы скважин,
— подтверждены практикой дебиты скважин.

Для выполнения целей и задач ОПР введён в эксплуатацию технологический и социально-бытовой комплекс объектов.

К 2020 году АО «Тюменнефтегаз» планирует создать более 500 дополнительных рабочих мест.

 

Управление
информационной политики
ПАО «НК «Роснефть»
22 декабря 2016 г.

Цементно-Песчаная Смесь ЦПС с доставкой: стоимость, характеристики, применение

Цементно-Песчаная Смесь (ЦПС) — это распространенный на современных стройках материал, незаменимый по причине его готовности к выполнению работ. В состав ЦПС входят такие элементы, как цемент и песок. Часто добавляют разнообразные дополнительные вещества, признанные улучшить отдельные характеристики материала.

ЦПС используется во многих областях строительства и достаточно популярна. Одна из причин – простота использования. Чтобы начать непосредственно работы со смесью, достаточно добавить в её состав необходимое количество воды. Для этого не требуются специальные знания или технические средства.

Стоимость ЦПС

Цена за куб ЦПС

Куб ЦПС соотношение 1 : 1

цена 4350 р.

Куб ЦПС соотношение 1 : 2

цена 3210 р.

Куб ЦПС соотношение 1 : 4

цена 2800 р.

Куб ЦПС соотношение 1 : 6

цена 2470 р.

Куб ЦПС соотношение 1 : 8

цена 2280 р.

Куб ЦПС соотношение 1 : 10

цена 2080 р.

Примечание:
Стоимость ЦПС указана в рублях за 1 м3 (кубический метр) без учёта стоимости доставки и единовременной оплате от 500 м3

Характеристики ЦПС

Низкий расход

Расход смеси до 20 кг/м3 позволяет использовать малое количество материала для достаточно большого объема работы.

Морозостойкость

Благодаря показателям морозостойкости может быть использована при работах в суровых температурных режимах, так как устойчива к погодным изменениям.

Прочность

Прочность ЦПС достаточна для выполнения связанных с ней работ. Варьируя компоненты ЦПС, можно добиться идеальной стойкости для конкретного вида работ.

Долговечность

Изделия, выполненные при помощи цементно-песчаной смеси, надежны, так как материал прочен и устойчив к внешнему воздействию.

Применение ЦПС

Сфера ЦПС: работы по выравниванию, отделочные работы и дорожное строительство.

Используя этот материал, можно выровнять основания из бетона, газобетона, кирпича.

Отделочные работы заключаются не только в кладке, но и в последующем его ремонте – заполнения трещин, отколов. Заливка пола также часто осуществляется при помощи этого материала.

В дорожном строительстве ЦПС употребляется как один из слоев дороги, либо для придания обочинам дополнительной прочности.

Виды ЦПС

По соотношению элементов смеси подразделяются на: 1/10, 1/8, 1/6, 1/4, 1/2 и 1/1. Варьирование соотношения элементов обуславливает устойчивость и сферу применения смеси.

По прочности ЦПС делится на марки от М100 до М300, выдерживающие давление до 300 кг на см3. Рекомендуемая крупность наполнителя для них различается от 0,3 до 3 мм. Слой, которым лучше всего укладывать смесь – от 0,1 до 0,5 см.

Наименее крепкие виды ЦПС используются в основном для заделывания швов в стенах, укладки стенного массива, выравнивания, устройства бетонных стяжек. Более устойчивые разновидности используют при работах с полом, окрашенными поверхностями, ремонте выбоин.

Шпаргалка по использованию ЦПС

Поверхность, которая будет обрабатываться при помощи цементно-песчаной смеси, тщательно вымывается. В случаях, если слой активно взаимодействует с влагой, можно использовать состав-грунтовку.

После этого ЦПС разводят. Она готова к употреблению только в течение 2 часов после этого. Нанесенная на поверхность смесь будет высыхать от дня до трёх.

Продукция завода

Цементно-песчаная смесь | строй дом для жизни с foundhouse.ru

Цементно-песчаная смесь

Смеси из песка и цемента ( ЦПС ) имеют очень широкое применение в настоящее время, впрочем, как и тысячу лет тому назад. И в процессе строительства и при выполнении ремонтных работ. Еще в древнем Египте и Риме люди знали о различных тонкостях использования таких составов, их минусах и плюсах. Даже в те времена цемент в чистом виде почти не применялся. При строительстве зданий использовали идентичные современным составы, в основе которых лежит цемент.

Готовая Цементно-песчаная смесь

В настоящий момент на рынке строительных материалов можно увидеть разнообразные виды цементных смесей. Используют их в самых различных сферах, и при выполнении ремонта в зданиях и помещениях, и даже в процессе создания железобетонных водоёмов, различных могильников, гидроизоляции покрытий из бетона на автомобильных магистралях и так далее.

Готовые цементно-песчаные смеси можно разделить на 3 главные группы по цене. Первая группа включает в себя «горцовки», то есть элементарный по своему составу пескобетон с простым использованием и стабильным качеством всей смеси. Во вторую группу входят смеси с более высокой стоимостью, так ка в их составе есть реологические добавки ( эфиры целлюлозы). Последний вариант даёт возможность преумножить и водоудерживающие качества приготовленного раствора, и адгезию смеси. Третья группа – наиболее дорогая – кроме реологических добавок имеет в своём составе и различные прочностные аналоги, которые несут ответственность за устойчивость к истираниям, излому, разрыву и так далее.

Все указанные выше смеси имеют огромное количество достоинств. Во-первых, немаловажным можно считать то, что не надо отдельно рассчитывать нужное количество песка и цемента, а также различных добавок. Надо просто чётко следовать инструкции, которая напечатана на упаковке, и тогда у вас всё обязательно получится как нельзя лучше. Во-вторых, в составе специализированных цементно-песчаных смесей входят специализированные добавки, которые помогают улучшить их показатели. В-третьих, применять такие материалы очень легко, впрочем как и перевозить.

Но и определённые недостатки в данном строительном материале тоже есть. К ним стоит отнести более высокую цену, особенно если принимать во внимание входящие в состав компоненты. Следующий недостаток состоит в небольших сроках сохранности готового раствора. В итоге разводить до полной готовности стоит только то количество материала, которое надо вам для работы в этот момент и не больше того.

Приготовление Цементно-песчаной смеси

Устройство цементно — песчаной стяжки пола

Завершающим этапом перед устройством финишного напольного покрытия является устройство цементно – песчаной стяжки пола. Это наиболее востребованный и простой способ подготовки основания, но трудоемкий при производстве работ.

Стяжка своим выравнивающим слоем устраняет все неровности, задает поверхности заданную отметку, с приданием основанию при необходимости нужного уклона.

Она обладает достаточной прочностью, чтобы кроме собственного приличного веса, выдержать воздействующие на нее нагрузки, которые пропорционально распределяет на основание под ней.

Поэтому при расчете учитывается назначение помещения – квартира это или складское помещение, например. От этого будет зависеть ее толщина, марка, а при больших нагрузках цементная стяжка дополнительно армируется. Рассмотрим ее устройство более детально.

Подготовительные работы

Если это ремонтные работы, то снимаем финишное покрытие и исследуем прежнюю основу. В случае, когда она растрескалась, крошится, то, наверняка, была нарушена технология цементно — песчаной стяжки пола при ее устройстве.

Здесь ремонт не поможет. Сбиваем весь слой до плит перекрытия или утеплителя, бетонной подготовки в зависимости от пирога.Рассмотрим простой вариант – стяжка уложена на плиты перекрытия. Осматриваем поверхность плит. При новом строительстве тоже производим осмотр.

При наличии трещинок, отслоившихся фрагментов, сколов, ямок и прочих неприятностей следует отремонтировать поверхность, иначе устройство цементно – песчаной стяжки пола будет некачественным.

Для этого расшиваем трещинки, убираем все, что непрочно держится, очищаем поверхность от мусора, пыли и грунтуем проблемные места грунтовкой.

Заполняем все эти фрагменты смесью, ждем ее схватывания (достаточно сутки), а дальнейшую прочность состав будет набирать со стяжкой. Затем снова грунтуем всю площадь.

Если под сбитой подготовкой оказался засыпной, плитный утеплитель, бетонная подготовка, то она будет выполняться поверх этого утеплителя, бетонной подготовки.

Определяем отметки верха стяжки пола

Следующим этапом является необходимость высчитать толщину будущей стяжки. К этой толщине следует добавить толщину финишного покрытия.

Суммарную толщину сравните с отметкой низа двери или порогом (если он есть) в комнату. Отметка пола должна получиться ниже отметки двери, иначе вы просто дверь не откроете. Это важный момент.

Уровнем определите величину перепадов высот в разных точках ремонтируемого помещения. Наметьте на стене исходную точку и лазерным уровнем определите остальные отметки. Прочертив линии, соединяющие метки, вы получите горизонт верха будущей стяжки.

Есть и другие способы нанесения меток на стены. Можно применить нивелир, гидроуровень или обычный уровень. Если вами выполняется цементная стяжка пола своими руками, то самое доступное в этом случае — это обычный уровень (метровой длины и более).

На практике уровнем работают так:

• Разметка начинается от двери. Прикладываете уровень к дверному проему так, чтобы он был ниже полотна двери на толщину выбранного финишного покрытия плюс запас на открывание двери.
• Прочерчиваем первую линию. Далее переставляем уровень, чтобы край его совпадал с краем первой линии, а пузырек уровня укажет вам горизонт для продолжения разметки.
• Так обойдите всё помещение по периметру, определяя горизонт будущей стяжки. Способ не очень удобный, но самый простой, так как устройство цементно – песчаной стяжки пола должно быть качественным. Результат перепада отметок может вас удивить, так как разница отметок в противоположных углах может достигать 40 – 70мм.

Основание готово, горизонт намечен, можно приступать к выполнению работ.

Устройство выравнивающей цементно — песчаной стяжки

Для получения ровной горизонтальной поверхности лучше всего применить маяки. Они могут быть штукатурными, либо металлические профили для монтажа гипсокартона.

В отдельных случаях применяют тонкие металлические трубы, гладкую арматуру. На следующий день маяки извлекают, чтобы использовать их в дальнейшем – получается многократная оборачиваемость. Образовавшиеся борозды от них заделывают растворной смесью.

Установка маяков

Главное условие, когда производится установка маяков под стяжку пола, чтобы они не прогибались, иначе поверхность не будет ровной. Для этого под маяки выполняют полоски из раствора, чтобы надежно зафиксировать их на нужной отметке.

Маячные рейки, как правило, устанавливают параллельно друг другу, расстояние между маяками стяжки задается в пределах метра. Крайние направляющие располагают на расстоянии 15 – 20 см от стен. Уровнем проверьте их горизонтальность в поперечном и продольном направлениях.

После схватывания раствора под маяками (на следующий день), может выполняться заливка цементно — песчаной стяжки. Возможно использование шнуров, которые натягиваются между рисками на противолежащих стенах.

Для стяжек применяется жесткий цементно – песчаный раствор марки не ниже М100, который состоит из цемента, песка и воды. Растворную смесь вы можете приготовить самостоятельно или заказать ее в готовом виде.

Укладка раствора

Устройство цементно – песчаной стяжки пола начинается с укладки раствора от дальней стены помещения в направлении к входной двери. При больших объемах работ на строительных площадках его закачивают растворонасосом.

Если это квартира, то раствор подвозят тачками и разравнивают лопатами. Смесь укладывают полосами между маяками. Правилом стягивают растворную смесь по маячным направляющим и заглаживают поверхность.

Если предусматривается повышенная нагрузка на пол, например, в производственных цехах, то согласно проекту, стяжку армируют, повышают марку раствора и ее толщину.

Стягивание смеси

Нормы расхода материалов для приготовления куба раствора, какая по толщине должна быть стяжка в зависимости от основания под ней (бетонная подготовка, плитный или засыпной утеплитель, наличие теплого пола и прочее) можно взять из статьи толщина стяжки.

Во избежание ее растрескивания, твердение должно происходить во влажных условиях. Для этого на второй день, после устройства стяжки ее накрывают слоем увлажненных опилок ( 20-40мм). Во влажном состоянии их следует поддерживать на протяжении 7 – 10 суток.

Контроль качества стяжки пола

Ровность контролируется во всех направлениях профилемерной двухметровой рейкой. Зазор между стяжкой и рейкой не должен быть более 2мм.

Отклонения плоскости стяжки от горизонтали допускается не больше 0,2% площади помещения. При размерах помещения 25 метров и выше по ширине или длине, эти отклонения не должны быть более 50мм.

Фактическая прочность проверяется лабораторией, куда отправляются на испытание кубики с раствором, из которого выполнялась подготовка.

Кроме того, необходимо составить акт на скрытые работы, и лишь после его подписания представителем технического надзора, можно приступать к устройству финишного покрытия.

Сегодня можно выделить несколько основных видов стяжек – это мокрые, сухие, полусухие и их варианты. Цементно – песчаная стяжка является старым и проверенным способом выравнивания поверхности полов, несмотря на наличие современных технологий.

Она заслуживает похвалы благодаря своим большим прочностным характеристикам, простой технологии устройства, долгому сроку службы, сравнительно небольшой стоимости.

Главными недостатками ее выполнения можно назвать большую трудоемкость, обилие жидкости и грязи, она долго набирает прочность (28 суток), что сдерживает по временному фактору производство последующих работ. Можно их начать в отдельных случаях спустя 10 дней, в зависимости от вида финишного покрытия, но это тоже время, которое удлиняет сроки строительства.

Положительные характеристики с лихвой перекрывают неудобства, когда запроектировано выполнить именно устройство цементно — песчаной стяжки пола по расчетным показателям. Главное соблюдайте всю технологическую цепочку процесса для получения качественного основания.

Цементно-песчаные смеси

Цементно-песчаные смеси (ЦПС) выполняются обычно в отношении 1:3. Такую смесь можно приготовить самим, а можно приобрести уже готовую. Раствор из нее используют при бетонировании различных строительных конструкций, чаще всего полов, для возведения кирпичных построек, кладки, обработки швов, заполнения трещин и выбоин, наружного оформления зданий и пр. ЦПС имеют ряд достоинств: практичность, влагостойкость и атмосферостойкость, монолитность, отсутствие швов и пустот, длительный срок эксплуатации.

Качественное покрытие идеально выравнивает поверхность, что позволяет претворить в жизнь самые смелые дизайнерские решения и не вызывает проблем с навеской мебели. Смеси используют и при отделке влажных помещений, ведь при высыхании штукатурка принимает прежний вид, сохраняя все свои качества.

Марка цементно-песчаной смеси	М-100	М-150	М-200	М-300
Вяжущий компонент	портландцемент
Цвет сухой смеси	серый
Влажность сухой смеси (%)	0,1
Насыпная плотность (кг/м³)	1550	1530	1510	1355
Расход воды для затворения на 1 кг смеси (л)	0,16	0,166	0,195	0,202
Марка по подвижности бетонной смеси (Пк)	5-9	5 — 9	5-9	5-9
Время пригодности бетонной смеси к использованию (ч)	не более 1	не более 1	не более 1	не более 1
Средняя плотность бетона (кг/м³)	1720	1770	1780	1820
Прочность на сжатие бетона в возрасте 28 суток (МПа)	10,0	15,0	20,0	30,0
Толщина слоя бетона (мм)	до 100
Температура применения (°С)	5 – 30
Расход материала при толщине слоя 1 мм (кг/м²)	1,59
Фракция заполнителя (мм)	2,5
Вес мешка (кг)	30

 

В современном индивидуальном строительстве широкое применение получили перлит вспученный и перлитовый песок для пескоструйных работ, которые применяются как теплоизоляторы как в больших коттеджах, так и маленьких дачах.

Растворы, содержащие перлит вспученный, стали популярны на селе, так как 3-сантиметровый слой такого раствора заменяет 15 см кирпичной кладки. Такая штукатурка без проблем наносится на любую поверхность и придает более солидный вид отделке, а стены из вспученного перлита становятся огнеупорными.

Незаслуженно мало в российском строительстве используется песок для пескоструйных работ из перлита, он засыпается между слоями стены для огнестойкости и тепло и звукоизоляции сооружения и экономии стройматериалов. Также его применяют в перекрытиях между этажами, песком для пескоструйных работ заполняют пространство в углах между деревянными балками. Благодаря тому, что перлитовый песок способствует свободному доступу воздуха, дерево «дышит».

Все вышеперечисленные материалы пригодны для любых помещений, они не конкурируют друг с другом, а только дополняют. Песок и перлит природные, поэтому безопасны для здоровья. Смело используйте современные экологичные материалы в строительстве своего дома.

Виды цементно-песчаной смеси — Блог о строительстве и ремонте

Цемент – незаменимый материал при любом строительстве. Невозможно представить ремонт или возведение здания без участия этого материала или раствора песка с ним. Цемент обладает свойствами, придающими жесткость и надежность конструкции.

Цементно-песчаная смесь – это раствор из нескольких компонентов, соединенных между собой в определенной пропорции, где каждый из веществ отвечает определенным параметрам.

Кроме основных компонентов в составе раствора могут быть добавки, которые нужны в определенных условиях. Ранее приготовление раствора отнимало много сил, а сейчас существуют специальные аппараты, делающие это за рабочих, что значительно упрощает процесс.

Виды раствора

Основное отличие смеси в ее плотности и входящих в нее вяжущих компонентов. Различают скудные, нормальные и жирные смеси. В скудных смесях компонентов очень мало, в нормальных – достаточное количество, а в жирных – очень много. Отличие смесей влияет и на их время высыхания и на прочность поверхности, которую ими обрабатывают.

Виды раствора отличают по составу, в котором марка цемента может быть разной. Самые популярные – это 400 и 500. Кроме того пропорции смеси влияют на качество и характеристику смеси. Наполнители для цемента – щебень и песок самые распространенные. Для смесей берут песок мелкой фракции от 1,2 до 5 мм, а щебень от 4см до 7 см.

Содержание глины в песке не допустимо. Даже небольшое ее количество снижает прочность и другие характеристики будущего изделия.

Вода – необходимый элемент цементного раствора. Ее количество задается из расчета 1:2 или 1:3 от количества цемента. В раствор добавляют различные присадки, которые улучшают пластичность и влагостойкость будущего изделия. Есть и армирующие присадки.

В бытовых условиях домашние мастера часто самостоятельно делают цементно-песчаную смесь, при этом расход песка и цемента определяют, беря за основу его марку. Если это 500, то на пять частей наполнителя берется одна часть вяжущего, соответственно для 400 это отношение 1:4. Такой вариант приготовления раствора подразумевает отмер частей бытовыми ведрами, а вода вливается и вовсе «на глаз», поэтому конструкции из такого раствора имеют не надежные качества и характеристики.

В промышленных масштабах применяют специальные формулы для расчета правильных пропорций. В составе такой смеси нет щебня вообще, лишь сыпучие наполнители. При этом соблюдается соотношение 1:3 для наружных и нагруженных стен, а 1:4 для не несущих.

CPU Значение в строительстве — Что означает CPU в строительстве? Определение ЦП

Значение для ЦП — это центральный процессор, а другие значения расположены внизу, которые имеют место в терминологии конструкции, а ЦП имеет одно значение. Все значения, принадлежащие аббревиатуре CPU, участвуют только в терминологии Construction, другие значения не встречаются. Если вы хотите увидеть другие значения, щелкните ссылку «Значение процессора».Таким образом, вы будете перенаправлены на страницу, на которой указаны все значения CPU.
Если внизу не указано 1 аббревиатура ЦП с разными значениями, выполните поиск еще раз, введя такие структуры вопросов, как «что означает ЦП в строительстве, значение ЦП в строительстве». Кроме того, вы можете выполнить поиск, набрав CPU в поле поиска, которое находится на нашем веб-сайте.

Значение астрологических запросов

ЦП Значение в конструкции

1. Центральный процессор Электронная схема в компьютере, которая выполняет инструкции компьютерной программы, выполняя основные арифметические операции, логику, управление и ввод / вывод (ввод / вывод). ) операции, указанные в инструкции.

Значение CPU для Construction также можно найти в других источниках.

Что означает ЦП для строительства?

Скомпилированы запросы аббревиатуры CPU в Construction в поисковых системах. Наиболее часто задаваемые вопросы по аббревиатуре CPU для Construction были выбраны и включены на сайт.

Мы думали, что вы задали аналогичный вопрос CPU (для Construction) поисковой системе, чтобы найти значение полной формы CPU в Construction, и мы уверены, что следующий список запросов Construction CPU привлечет ваше внимание.

1. Что означает ЦП для строительства?

   CPU означает центральный процессор.

2. Что означает аббревиатура CPU в Construction?

   Аббревиатура ЦП в конструкции означает «Центральный процессор».

3. Что такое определение ЦП? ЦП

   определяется как «Центральный процессор».

4. Что означает ЦП в строительстве?

   CPU означает, что «Центральный процессор» для строительства.

5. Что такое аббревиатура CPU? Акроним ЦП

   — «Центральный процессор».

6. Что такое «центральный процессор»?

   Сокращение от «Центральный процессор» — ЦП.

7. Каково определение аббревиатуры CPU в Construction?

   Определения сокращенного обозначения ЦП — «Центральный процессор».

8. Какая полная форма аббревиатуры CPU?

   Полная форма аббревиатуры ЦП — «Центральный процессор».

9. В чем полное значение ЦП в строительстве?

   Полное значение CPU — «Центральный процессор».

10. Какое объяснение использования ЦП в конструкции?

    Пояснение к ЦП: «Центральный процессор».

Что означает аббревиатура CPU в астрологии?

Сайт не только включает значения аббревиатуры CPU в Construction. Да, мы знаем, что ваша основная цель — объяснение аббревиатуры CPU в Construction. Однако мы подумали, что помимо значения определений CPU в Construction, вы можете рассмотреть астрологическую информацию аббревиатуры CPU в Астрологии.Поэтому также включено астрологическое объяснение каждого слова в каждой аббревиатуре CPU.

CPU Аббревиатура в астрологии

• CPU (буква C)

  Вы очень общительный человек, и для вас важны отношения. Вам нужна близость и единение. Вы должны иметь возможность поговорить со своим сексуальным партнером до, во время и после. Вы хотите, чтобы объект вашей привязанности был социально приемлемым и красивым. Вы видите своего возлюбленного как друга и товарища.Вы очень сексуальны и чувственны, вам нужно, чтобы кто-то ценил вас и почти поклонялся вам. Когда этого невозможно достичь, у вас есть возможность долгое время обходиться без сексуальной активности. Вы отлично умеете контролировать свои желания и обходиться без них.

• CPU (буква P)

  Вы очень серьезно относитесь к социальным нормам. Вы бы не подумали о том, чтобы сделать что-либо, что может навредить вашему имиджу или репутации. Внешность имеет значение, поэтому вам нужен красивый партнер. Вам также нужен умный партнер.Как ни странно, вы можете рассматривать своего партнера как своего врага; Хороший бой стимулирует эти сексуальные флюиды. Вы относительно свободны от сексуальных привязанностей. Вы готовы экспериментировать и пробовать новые способы ведения дел. Вы очень общительны и чувственны; вы любите флирт и нуждаетесь в большом физическом удовлетворении.

• CPU (буква U)

  Вы полны энтузиазма и идеалистичны, когда влюблены. Когда вы не влюблены, вы влюблены в любовь и всегда ищете кого-то, кого можно обожать. Вы воспринимаете романтику как вызов.Вы бродяга, и вам нужны приключения, азарт и свобода. Вы имеете дело с потенциальными отношениями. Вам нравится дарить подарки и нравится видеть, как ваш друг хорошо выглядит. У вас сильное половое влечение, и вы желаете немедленного признания. Вы готовы ставить удовольствия партнера выше своих собственных.

ЦП: конструкция и механизм

ЦП — это ужасно сложное оборудование. Даже самые легкие процессоры Intel содержат более 40 миллионов транзисторов на куске кремния размером с ноготь.И дело не только в цифрах: то, как эти транзисторы реализуют базовую логику, которая управляет ноутбуками и настольными ПК, является продуктом серьезной передовой электронной инженерии.

Хотя физическая конструкция ЦП может быть непонятной, нетрудно понять принципы того, как устроены современные процессоры и как они работают. Понимание того, как инструкции обрабатываются внутри ЦП, также может помочь программистам построить свой код, чтобы он работал как можно быстрее и эффективнее, хотя в наши дни большая часть оптимизации процессора выполняется компилятором автоматически.

Создание процессора

Когда мы представляем себе ЦП, вы, вероятно, представляете себе небольшой квадрат печатной платы с установленным на ней металлическим корпусом. Это «пакет» ЦП. Корпус не снимается, но если вы его снимете, то обнаружите небольшой квадрат кремния под ним. Это кристалл, который содержит функциональные особенности процессора.

Эти элементы представляют собой миллионы транзисторов, выгравированных в кремнии с помощью процесса, называемого фотолитографией.Проще говоря, это включает в себя проектирование рисунка на лист силикона, использование светочувствительных химикатов для «закрашивания» этого изображения на поверхность, а затем использование коррозионных агентов для стравливания непокрытых участков. Путем наложения нескольких фотолитографированных слоев вместе можно создавать рабочие трехмерные электронные схемы в крошечном масштабе.

Точный масштаб этих транзисторов обычно выражается в микрометрах (мкм) или нанометрах (нм), отражая размер мельчайшей детали, которая может быть произведена в данном процессе производства.Производители микросхем постоянно сокращают размер своих микросхем: оригинальный процессор Intel 80386 был изготовлен с использованием процесса 1,5 мкм; первые модели Pentium IV использовали 180-нм техпроцесс; а новейшие процессоры Core i7 созданы по 32-нм техпроцессу.

Уменьшение размера технологического процесса позволяет производителям производить все более сложные микросхемы без соразмерного увеличения размера кристалла. Например, старый Intel 80386 состоял из 275 000 транзисторов; Благодаря усадке процесса процессор Core i7-7700K запихивает более 1.75 миллиардов транзисторов.

Это хорошо по нескольким причинам. Во-первых, производство высококачественного кремния стоит дорого. Меньшая матрица означает более низкие материальные затраты, поэтому чипы можно продавать дешево, а производитель по-прежнему может получать значительную прибыль с каждого из них.

Обычно, когда вы сжимаете транзистор, он также требует меньше энергии для работы и сжигает меньше энергии в виде тепла. Это означает, что транзисторы меньшего размера могут работать на более высоких частотах без перегрева, что дает бесплатный прирост производительности.Поскольку они потребляют меньше энергии, они лучше для окружающей среды, а также, в случае ноутбуков и мобильных устройств, для срока службы батареи.

Независимо от размера процесса все чипы выделяют некоторое количество тепла. Он отводится металлическим кожухом к внешнему охладителю. Максимальное количество тепла, которое, как ожидается, будет рассеивать чип, называется его расчетной тепловой мощностью (TDP) и измеряется в ваттах. Это не обязательно указывает на то, сколько энергии процессор будет потреблять в реальных условиях, но вы можете ожидать, что чип с TDP 35 Вт будет потреблять меньше энергии, чем чип с TDP 65 Вт.

Окрестности ЦП

ЦП устанавливается в специальный разъем на совместимой материнской плате, который соединяет его с остальными компонентами системы. Еще несколько лет назад связь между ЦП и другими компонентами осуществлялась двумя микросхемами на материнской плате: «северный мост» имел дело с высокоскоростными соединениями, такими как PCI Express и шины памяти, а «южный мост» — с более низкими. компоненты полосы пропускания, такие как звуковые карты и жесткие диски. Вместе эти чипы получили название набора микросхем.

В современных конструкциях контроллеры памяти — а иногда и контроллеры PCI Express — встроены непосредственно в процессор, что делает работу быстрее и эффективнее. Однако материнские платы по-прежнему предлагают ряд наборов микросхем, поддерживающих различные функции. Например, набор микросхем Intel H67 Express поддерживает встроенные графические процессоры, встроенные в современные процессоры Core i3, i5 и i7. Чипсет P67 Express не поддерживает встроенную графику, но позволяет разгон (на моделях ЦП, которые его поддерживают).На стороне AMD набор микросхем 870 позволяет материнской плате предлагать один слот PCI Express x16, а набор микросхем 890FX может поддерживать до четырех таких разъемов. Многие чипсеты AMD также включают маломощный графический процессор, поскольку процессоры AMD Athlon и Phenom не имеют графики внутри самих чипов.

Загрузка ЦП

Очевидно, что центральный процессор — это сложнейшая электронная инженерия. Но с точки зрения того, что он на самом деле делает, вы можете думать о нем как о калькуляторе, основная функция которого заключается в применении простых математических операций к значениям, хранящимся в его внутренних регистрах.Он также может копировать это содержимое регистров в основную память компьютера и из нее по мере необходимости.

Таким образом, по сути, компьютерное программирование — это процесс подготовки соответствующих инструкций, которые должны выполняться в правильном порядке над соответствующими данными. Первоначально это было сделано на языке ассемблера — системе кодов, которые непосредственно представляют внутренние инструкции ЦП. В наши дни стало более обычным писать на таких языках, как C ++, и использовать программное обеспечение компилятора для перевода вашей программы в собственный машинный код.Однако принцип тот же.

Когда ЦП выполняет программу, каждая инструкция проходит четырехэтапный цикл. Сначала код инструкции извлекается из памяти. Затем он декодируется, чтобы определить фактическую требуемую инструкцию. Если инструкция требует, чтобы часть данных была извлечена из основной памяти, это делается. Наконец, инструкция выполняется, и любой вывод записывается в память или во внутренний регистр. Затем выполнение продолжается со следующим кодом инструкции.

Если вы думаете о ЦП как о часовом механизме, каждая стадия этого процесса представляет собой «тик» — более формально известный как тактовый цикл. Количество тактов, выполняемых процессором в секунду, представляет его рабочую частоту или тактовую частоту. Типичный процессор может иметь частоту около 2 ГГц, что эквивалентно двум миллиардам циклов в секунду. (Фактически, современные процессоры могут автоматически настраивать свои частоты в соответствии с рабочей нагрузкой — см. SpeedStep и Turbo Boost — но для целей этого примера предположим, что частота постоянна.Если каждая инструкция проходит четырехэтапный процесс, можно ожидать, что ядро ​​ЦП с частотой 2 ГГц выполнит 500 миллионов инструкций в секунду. Фактически, современные процессоры могут работать лучше, чем это, благодаря такому подходу, который называется конвейерной обработкой.

Конвейерная обработка — ЦП — САНТЕХНИК!

В четырехэтапном цикле, описанном выше, каждый этап командного цикла выполняется отдельной частью ядра; например, после того, как сборщик инструкций получил инструкцию и передал ее блоку декодера, ему больше нечего делать.Конвейерная обработка использует это преимущество, немедленно заставляя сборщик работать со следующей инструкцией, в то время как блок декодера выполняет свою работу — и так далее по цепочке. Это означает, что все части ЦП могут работать одновременно, и теоретически одна инструкция может выполняться за каждый такт.

На практике система не настолько эффективна. Мы предположили, что каждый этап конвейера занимает один тактовый цикл, но на самом деле этап выполнения часто может занимать несколько циклов, в зависимости от сложности инструкции.Например, на процессоре Intel Sandy Bridge умножение двух 32-битных значений занимает четыре цикла, а деление одного значения на другое — 26 циклов. Пока эти операции выполняются, конвейер не может продвигаться. В зависимости от природы вашего кода, ядро ​​может далеко не выполнять одну инструкцию за такт.

Конвейерная обработка также может завершиться ошибкой при обнаружении инструкции условного перехода, т. Е. Когда поток программы потенциально отклоняется в соответствии с логическим тестом.Такие ответвления являются основным компонентом программирования: даже самый случайный мастер распознает такие конструкции, как «ЕСЛИ X <5, ТО НАХОДИТСЯ 20». Но такие конструкции - проклятие для конвейера. Пока не будет обработан логический тест - в конце конвейера - сборщик не имеет возможности узнать, следует ли ему продолжать выборку следующей инструкции в последовательности или следует переходить к другой точке программы.

Итак, сборщик делает обоснованное предположение с помощью специальной схемы, называемой предсказателем ветвления.Этот компонент пытается предсказать, каким будет результат логической проверки на основе результатов предыдущих аналогичных операций. Исходя из этого, сборщик продолжает предположительно загружать инструкции в конвейер. Но предсказатель ветвления не может быть всегда верным, и когда он неверен, конвейерные инструкции должны быть отброшены, что приводит к потраченным впустую циклам при повторном заполнении конвейера.

Более того, хотя мы охарактеризовали цикл выполнения как четырехэтапный процесс, современные архитектуры ЦП обычно разбивают работу на множество более мелких этапов.Например, в моделях Intel Core 2 Duo используется 14-ступенчатый конвейер, а в предшествующем им Pentium D — 31 ступень. В зависимости от процессора, неудачное предсказание ветвления может означать отбрасывание дюжины конвейерных инструкций или более — и потерю такого количества циклов.

Кэш-память: выполнение вне очереди (OoOE)

Есть еще одна проблема с моделью трубопровода, как мы описали выше. В наших примерах мы предполагали, что выборка инструкций и данных из системной памяти может выполняться за один такт.На самом деле, в зависимости от скорости ваших модулей DIMM и ЦП, загрузка значения из памяти в регистр ЦП может легко занять 15 или более циклов.

Очевидно, что для ЦП крайне неэффективно простаивать 15 циклов каждый раз, когда ему нужно получить доступ к значению из памяти. Чтобы обойти это, современные процессоры используют два подхода. Первый — это кэширование: создание небольших объемов очень быстрой памяти непосредственно на ЦП и использование ее по возможности вместо доступа к более медленной системной ОЗУ.Другая часть ЦП заботится о синхронизации этих кэшированных данных с основной памятью, в то время как исполнительный модуль выполняет другие задачи.

Современные процессоры используют многоуровневую систему кэширования: самый маленький и самый быстрый кэш — это уровень один (L1), который используется для хранения инструкций и данных и обычно имеет емкость 64 или 128 КБ. Затем идут более крупные и медленные кеши L2 и L3, размер которых измеряется в мегабайтах. Производство этой очень быстрой оперативной памяти на кристалле обходится дорого, поэтому распространенный способ снизить затраты — это уменьшить или удалить кеш-память, но это отрицательно сказывается на производительности.

Помимо кэширования, процессоры также могут реализовать выполнение вне очереди (OoOE). Это означает то, что он говорит: в конвейере OoOE инструкции не должны обрабатываться в строгой последовательности, но могут обгонять друг друга. Если одна инструкция задерживается в ожидании поступления данных из основной памяти, ЦП может продолжить обработку других инструкций, которые находились за ним в конвейере, и вернуться к инструкции, когда она будет готова к выполнению.

Очевидно, что у OoOE есть пределы.ЦП не может просто переключаться между инструкциями по своему усмотрению, иначе программы не будут работать должным образом. Система буферизации используется для обеспечения того, чтобы инструкции выполнялись в правильном порядке, даже если они были выполнены вне очереди.

Однако OoOE все же может сэкономить много времени — например, позволяя исполнительному блоку начать медленное вычисление, в то время как другая инструкция ожидает прибытия своих данных из основной памяти. Такая оптимизация может иметь большое значение, поэтому почти все современные процессоры используют OoOE.Заметным исключением является линейка Intel Atom — это одна из причин, по которой устройства на базе Atom кажутся вялыми по сравнению с процессорами массового производства.

Нарезка резьбы и ядра

До сих пор мы сосредоточились на работе отдельных ядер ЦП; но большинство современных процессоров объединяют два или четыре ядра. Это позволяет им обрабатывать несколько инструкций одновременно, что, в свою очередь, означает, что вы можете плавно запускать больше программ одновременно. Конечно, на одноядерном процессоре можно выполнять несколько задач одновременно; но это достигается за счет «квантования времени», а не за счет истинной одновременной обработки, и это может обеспечивать неравномерную производительность.

Наличие многоядерного процессора обычно не заставляет отдельные программы работать быстрее. Это связано с тем, что большинство программ спроектировано для выполнения строго линейным образом, поэтому вторая инструкция, например, должна выполняться после завершения первой, а не в одно и то же время. Этот последовательный процесс — этот «поток», как его называют — не имеет возможности использовать дополнительные ядра ЦП.

Однако некоторые типы задач можно разделить на несколько потоков. Например, представьте себе программу, предназначенную для преобразования папки, полной аудиофайлов, в формат MP3.Обнаружив, что она работает на четырехъядерном процессоре, такая программа может порождать четыре независимых процесса кодирования и передавать по одному каждому ядру ЦП. Таким образом, общее время кодирования можно разделить на четыре части. Приложения для 3D-рендеринга обычно могут распределять свою рабочую нагрузку аналогичным образом.

Процессоры Intel

используют функцию Hyper-Threading для увеличения пропускной способности. Каждое ядро ​​ЦП с Hyper-Threading представляется операционной системе как два виртуальных ядра. На самом деле ядро ​​может обрабатывать только одну инструкцию одновременно, но у него есть два набора регистров, что позволяет ему переключать свое внимание туда и обратно между двумя потоками, чтобы наиболее эффективно использовать свою вычислительную мощность.Как и следовало ожидать, выгода будет меньше, чем вы могли бы увидеть от двух физических ядер. Но в наших тестах мы увидели, что Hyper-Threading доказала свою эффективность, повысив производительность многопоточных задач примерно на 30%.

Расширенные инструкции

Ранее мы характеризовали CPU как «по сути калькулятор»; Это неплохая аналогия, но современный процессор может похвастаться несколькими хитростями, о которых среднестатистический Casio может только мечтать.

С одной стороны, обычный карманный калькулятор может обрабатывать только до восьми цифр, поэтому наибольшее число, которое может быть представлено, составляет 99 999 999.Все современные процессоры могут работать с 32-битными двоичными данными, что позволяет им работать напрямую со значениями до 4 294 967 296. Большинство из них также поддерживают 64-битные операции (при использовании с 64-битной операционной системой) для значений до 18 446 744 073 709 551 656. Это означает, что они могут работать с огромными числами на полной скорости и с идеальной точностью. Это также означает, что 64-разрядная операционная система может поддерживать миллионы терабайт памяти, в то время как 32-разрядные системы ограничены 4 ГБ (из которых на практике в Windows можно использовать только около 3,5 ГБ).

Помимо обычных операций калькулятора, процессоры также поддерживают «расширения», ускоряющие определенные типы задач. Расширения SSE, присутствующие в каждом современном процессоре, являются хорошим примером: аббревиатура означает Streaming SIMD Extensions, а SIMD, в свою очередь, означает Single Instruction, Multiple Data. На практике одна инструкция SSE может заставить процессор разорвать набор данных, применяя одну операцию — такую ​​как сложение или вычитание — к каждому элементу данных в наборе за долю времени, которое потребовалось бы для обработки каждого элемента по отдельности.Реализация этих специальных инструкций требует значительных инженерных работ на этапе проектирования, но как только эта функция будет реализована, она может значительно ускорить выполнение таких задач, как обработка видео и сжатие данных.

Еще один вид расширения, который обычно встречается в современных процессорах, — это виртуализация оборудования. Обычно программное обеспечение виртуализации действует как посредник между виртуальной средой и реальными аппаратными ресурсами, что может значительно замедлить работу. Расширения виртуализации позволяют коду, запущенному на виртуальной машине, выполняться непосредственно на процессоре на полной скорости, но инструкции, которые не могут быть выполнены изначально, автоматически захватываются, поэтому они могут обрабатываться программным обеспечением хоста виртуализации.

Расширения также могут использоваться для обеспечения безопасности. В линейке процессоров Intel Core i3, i5 и i7 2010 года появился новый набор расширений под названием AES-NI, которые позволяют процессору шифровать и расшифровывать данные с использованием стандартного алгоритма шифрования AES с повышенной скоростью. Технология Intel TXT (Trusted Execution Technology) предотвращает выполнение программ потенциально опасными действиями, такими как изменение ресурсов, используемых другим процессом, или отслеживание с помощью клавиатуры и мыши.Расширение, называемое Data Execution Prevention, не позволяет процессору запускать код, который не был загружен в память как таковой: это затрудняет проникновение вирусов и хакерских атак в систему.

Со всеми этими расширениями и функциями современный ЦП — это гораздо больше, чем простой калькулятор. Фактически, это чудо инженерной мысли. Когда вы задумываетесь о том, что микропроцессор был изобретен всего лишь полвека назад, невероятно представить, что было достигнуто… и нет никаких признаков того, что этот прогресс в ближайшее время замедлится.

Steppings: Ужасное название

На рынке представлено много различных типов процессоров. Некоторые предназначены для серверов и рабочих станций; некоторые предназначены для нетбуков и ноутбуков с низким энергопотреблением.

Но в рамках данного семейства вполне вероятно, что большинство моделей будут использовать один и тот же основной дизайн. Например, рассмотрим процессоры AMD Athlon II X4 640, Phenom II X4 940 и Phenom II X4 980. Они работают по-разному, но это благодаря разному объему кеш-памяти третьего уровня и разным тактовым частотам.Физическое расположение транзисторов внутри разных моделей функционально идентично.

Этот подход имеет коммерческий смысл, потому что наладить фотолитографический процесс стоит недешево. Но это означает, что если в процесс проникнут какие-либо ошибки, они затронут все семейство процессоров. AMD знает это по цене: когда она выпустила первые процессоры Phenom в 2007 году, каждая модель страдала от серьезной ошибки, которая снижала производительность как минимум на 10%.

В таких случаях единственное, что нужно сделать, — это пересмотреть дизайн и ввести так называемый новый «степпинг».В этом случае неисправные микросхемы были сделаны из конструкции с кодом шага B2; несколько месяцев спустя, когда AMD начала производить чипы с обновленным дизайном, это было известно как степпинг B3. (Первому плану тестирования процессора обычно присваивается степпинг A0 с последующими значительными изменениями, представленными новой буквой, а незначительные изменения — увеличением числа.)

Даже при отсутствии проблем с микросхемой процессоры обычно проходят несколько ступенчатых операций в течение своего срока службы.Первая серия процессоров Intel Core i7, выпущенная в 2008 году, имела код степпинга C0; но если бы вы купили одну из тех же моделей годом позже, это был бы степпинг D0. Никаких серьезных изменений не было объявлено, но оверклокеры сочли модели D0 более стабильными на очень высоких скоростях. Предположительно Intel нашла способ упростить конструкцию, сделав ее более стабильной и увеличив долю чипов, которые выходят из производственного процесса в идеальном рабочем состоянии — «доходность» на промышленном жаргоне.

Turbo Boost и SpeedStep: гонка начинается здесь

Мы традиционно думаем, что процессор работает с заданной частотой, но за более чем десятилетие почти все процессоры имели возможность динамически регулировать свою тактовую частоту.Технология Intel SpeedStep, впервые представленная в процессоре Pentium III, определяет, когда процессор не используется на полную мощность, и автоматически снижает скорость. Когда процессор нагружен, скорость сразу же снова увеличивается. Это позволяет компьютеру обеспечивать полную производительность, когда пользователь этого хочет, при этом выделяя меньше тепла и потребляя меньше энергии, когда пользователь делает что-то пассивное, например, читает веб-страницу. Процессоры AMD уже давно обладают такими же возможностями под названием PowerNow! для мобильных чипов и Cool’n’Quiet для настольных процессоров.

С представлением Core i7 в 2008 году Intel расширила этот принцип, чтобы работать и в другом направлении, добавив новую функцию под названием Turbo Boost. Он использовал тот факт, что четырехъядерные чипы i7 были разработаны с расчетом TDP для одновременного использования всех четырех ядер. Когда использовалось только одно или два ядра, можно было автоматически увеличить скорость этих ядер, оставаясь в рамках общего бюджета тепла и мощности.

В современных процессорах Core i5 и i7 Turbo Boost более агрессивен и может сработать, даже когда все четыре ядра активны.И AMD последовала этому примеру, и система Turbo Core с аналогичным названием появилась в шестиядерном диапазоне Phenom II X6, а в последнее время и в некоторых моделях процессоров A-Series. Поэтому, когда вы в следующий раз купите, скажем, процессор с тактовой частотой 2 ГГц, вполне вероятно, что он на самом деле будет проводить большую часть своего времени, работая значительно ниже этой скорости, а значительная часть — намного выше ее.

Источники: wiki, pc author, self, google.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

Что такое процессор? Вот все, что вам нужно знать

Если вы только изучаете мир компьютеров и электроники, терминология, используемая для обозначения различных частей, может сбивать с толку. Один компонентный термин, с которым вы, возможно, столкнулись, — это «ЦП», что означает инициализм центрального процессора.

Процессоры

установлены практически на всех ваших устройствах, будь то умные часы, компьютер или термостат. Они несут ответственность за обработку и выполнение инструкций и действуют как мозг ваших устройств.Здесь мы объясняем, как процессоры взаимодействуют с другими частями ваших устройств и что делает их неотъемлемой частью вычислительного процесса.

Что делает ЦП ЦП?

ЦП — это основной компонент, определяющий вычислительное устройство, и, хотя он имеет решающее значение, ЦП может работать только вместе с другим оборудованием. Силиконовый чип находится в специальном гнезде, расположенном на главной плате (материнской плате или материнской плате) внутри устройства. Он отделен от памяти, где временно хранится информация.Он также отделен от видеокарты или графического чипа, который отображает видео и трехмерную графику, отображаемую на вашем экране.

Процессоры

построены путем размещения миллиардов микроскопических транзисторов на одном компьютерном чипе. Эти транзисторы позволяют ему производить вычисления, необходимые для запуска программ, хранящихся в памяти вашей системы. По сути, они представляют собой миниатюрные ворота, которые включаются или выключаются, тем самым передавая единицы или нули, которые означают все, что вы делаете с устройством, будь то просмотр видео или написание электронного письма.

Одним из наиболее распространенных достижений технологии ЦП является уменьшение размеров этих транзисторов. Это привело к повышению скорости процессора за десятилетия, что часто называют законом Мура.

В контексте современных устройств настольный или портативный компьютер имеет выделенный ЦП, который выполняет множество функций обработки для системы. В мобильных устройствах и некоторых планшетах вместо этого используется система на кристалле (SoC), которая представляет собой микросхему, которая объединяет ЦП вместе с другими компонентами.Intel и AMD предлагают процессоры с графическими чипами и памятью, хранящейся на них, что означает, что они могут делать больше, чем просто стандартные функции процессора.

Что на самом деле делает ЦП?

По своей сути ЦП принимает инструкции от программы или приложения и выполняет вычисления. Этот процесс разбивается на три основных этапа: выборка, декодирование и выполнение. ЦП извлекает команду из ОЗУ, декодирует ее на самом деле, а затем выполняет ее, используя соответствующие части ЦП.

Выполняемая инструкция или вычисление может включать в себя основную арифметику, сравнение чисел, выполнение функции или перемещение чисел в памяти. Поскольку все в вычислительном устройстве представлено числами, вы можете думать о ЦП как о калькуляторе, который работает невероятно быстро. В результате рабочая нагрузка может запускать Windows, отображать видео на YouTube или вычислять сложные проценты в электронной таблице.

В современных системах ЦП играет роль начальника манежа в цирке, передавая данные специализированному оборудованию по мере необходимости.Например, центральный процессор должен сообщить видеокарте о взрыве, потому что вы выстрелили в бочку с топливом или приказали твердотельному накопителю передать документ Office в оперативную память системы для более быстрого доступа.

Ядра, тактовая частота и стоимость

Изначально процессоры имели одно ядро ​​обработки. Современный ЦП состоит из нескольких ядер, что позволяет ему выполнять несколько инструкций одновременно, эффективно заполняя несколько ЦП на одном кристалле. Большинство продаваемых сегодня процессоров имеют два или четыре ядра.Шесть ядер считаются массовыми, в то время как более дорогие чипы варьируются от восьми до 64 ядер.

Многие процессоры также используют технологию, называемую многопоточностью. Представьте себе одно физическое ядро ​​ЦП, которое может выполнять две линии выполнения (потоков) одновременно, тем самым проявляя себя как два «логических» ядра на стороне операционной системы. Эти виртуальные ядра не так мощны, как физические ядра, потому что они используют одни и те же ресурсы, но в целом они могут помочь повысить производительность многозадачности ЦП при запуске совместимого программного обеспечения.

Тактовая частота заметно рекламируется, когда вы смотрите на процессоры. Это число в «гигагерцах» (ГГц), которое фактически обозначает, сколько инструкций процессор может обработать в секунду, но это еще не вся картина, касающаяся производительности. Тактовая частота в основном играет важную роль при сравнении процессоров одного семейства или одного поколения. Когда все остальное одинаково, более высокая тактовая частота означает более быстрый процессор. Однако процессор с тактовой частотой 3 ГГц с 2010 года будет выполнять меньше работы, чем процессор с тактовой частотой 2 ГГц с 2020 года.

Итак, сколько вы должны платить за процессор? У нас есть несколько руководств, чтобы дать вам несколько советов по лучшим процессорам, которые вы можете купить. В общем, если вы не заядлый геймер или кто-то, кто хочет редактировать видео, вам не нужно тратить больше 250 долларов. Вы можете снизить стоимость, отказавшись от новейшего оборудования и вместо этого остановившись на процессоре последнего поколения.

Для процессоров Intel это чипы 8-го, 9-го или 10-го поколения. Определить их поколение можно по названию продукта.Например, Core i7-6820HK — это более старый чип 6-го поколения, а Core i5-10210U — более новый чип 10-го поколения.

AMD делает нечто подобное со своими процессорами Ryzen: Ryzen 5 2500X — это чип 2-го поколения, основанный на новом дизайне ядра «Zen +», а Ryzen 9 3950X — это процессор 3-го поколения. Ryzen 4000 был выпущен как линейка микросхем для ноутбуков и в форме APU с очень ограниченной доступностью на настольных компьютерах через сборщиков систем. Имея это в виду, остается спорным, является ли Ryzen 5000 четвертым или пятым поколением процессоров AMD Ryzen, но это последнее, и совсем недавно AMD объединила свои ноутбуки, APU и настольные платформы под знаменем Ryzen 5000.

Насколько важен ЦП?

В наши дни ваш процессор не так важен для общей производительности системы, как раньше, но он по-прежнему играет важную роль в отклике и скорости вашего вычислительного устройства. Геймеры, как правило, получат выгоду от более высоких тактовых частот, в то время как более серьезная работа, такая как CAD и редактирование видео, получит улучшение от большего количества ядер ЦП.

Вы должны иметь в виду, что ваш процессор является частью системы, поэтому вы должны быть уверены, что у вас достаточно оперативной памяти, а также быстрого хранилища, которое может передавать данные вашему процессору.Возможно, самый большой вопросительный знак будет висеть над вашей видеокартой, поскольку вам обычно требуется некоторый баланс в вашем ПК, как с точки зрения производительности, так и с точки зрения стоимости.

Теперь, когда вы понимаете роль ЦП, у вас больше возможностей сделать осознанный выбор в отношении вашего вычислительного оборудования. Используйте это руководство, чтобы узнать больше о лучших чипах AMD и Intel.

Рекомендации редакции

CPU против GPU | Определение и ответы на часто задаваемые вопросы

Как ЦП и ГП работают вместе

ЦП (центральный процессор) работает вместе с ГП (блок обработки графики) для увеличения пропускной способности данных и количества одновременных вычислений в приложении.Первоначально графические процессоры были разработаны для создания изображений для компьютерной графики и игровых консолей, но с начала 2010-х годов графические процессоры также можно использовать для ускорения вычислений с использованием огромных объемов данных.

ЦП никогда нельзя полностью заменить на ГП: ГП дополняет архитектуру ЦП, позволяя выполнять повторяющиеся вычисления в приложении параллельно, в то время как основная программа продолжает выполняться на ЦП. ЦП можно рассматривать как диспетчер всей системы, координирующий широкий спектр вычислительных задач общего назначения, а графический процессор выполняет более узкий круг более специализированных задач (обычно математических).Используя возможности параллелизма, графический процессор может выполнять больше работы за то же время по сравнению с центральным процессором.

‍

Часто задаваемые вопросы

Разница между ЦП и ГП

Основное различие между архитектурой ЦП и ГП заключается в том, что ЦП предназначен для быстрого выполнения широкого круга задач (измеряется тактовой частотой ЦП), но ограничен в параллелизме выполняемых задач. Графический процессор предназначен для быстрого одновременного рендеринга изображений и видео с высоким разрешением.

Поскольку графические процессоры могут выполнять параллельные операции с несколькими наборами данных, они также обычно используются для неграфических задач, таких как машинное обучение и научные вычисления. Разработанные с тысячами процессорных ядер, работающих одновременно, графические процессоры обеспечивают массовый параллелизм, когда каждое ядро ​​ориентировано на выполнение эффективных вычислений.

CPU против обработки GPU

Хотя графические процессоры могут обрабатывать данные на несколько порядков быстрее, чем CPU, из-за массивного параллелизма, графические процессоры не так универсальны, как процессоры.ЦП имеют большие и широкие наборы инструкций, управляющие каждым вводом и выводом компьютера, чего не может сделать графический процессор. В серверной среде может быть от 24 до 48 очень быстрых ядер ЦП. Добавление от 4 до 8 графических процессоров к этому же серверу может обеспечить до 40 000 дополнительных ядер. Хотя отдельные ядра ЦП быстрее (измеряется тактовой частотой ЦП) и умнее отдельных ядер ГП (измеряется доступными наборами инструкций), огромное количество ядер ГП и огромный объем параллелизма, который они предлагают, более чем составляют единое целое. — разница в тактовой частоте ядра и ограниченный набор инструкций.Графические процессоры

лучше всего подходят для повторяющихся и высокопараллельных вычислительных задач. Помимо рендеринга видео, графические процессоры превосходны в машинном обучении, финансовом моделировании и моделировании рисков, а также во многих других типах научных вычислений. В то время как в прошлые годы графические процессоры использовались для майнинга криптовалют, таких как Биткойн или Эфириум, графические процессоры, как правило, больше не используются в масштабе, уступая место специализированному оборудованию, такому как программируемые сетевые массивы (FPGA), а затем интегральные схемы для конкретных приложений (ASIC). .

Примеры вычислений ЦП в ГП

ЦП и ГП рендеринг видео — Графическая карта помогает перекодировать видео из одного графического формата в другой быстрее, чем полагается на ЦП.

Ускорение данных — GPU имеет расширенные возможности вычислений, которые ускоряют объем данных, которые CPU может обработать за заданный промежуток времени. Когда есть специализированные программы, требующие сложных математических вычислений, таких как глубокое обучение или машинное обучение, эти вычисления могут быть выгружены графическим процессором.Это высвобождает время и ресурсы ЦП для более эффективного выполнения других задач.

Майнинг криптовалюты — Получение виртуальных валют, таких как биткойн, включает использование компьютера в качестве реле для обработки транзакций. В то время как ЦП может справиться с этой задачей, графический процессор на видеокарте может помочь компьютеру генерировать валюту намного быстрее.

‍

‍

Поддерживает ли OmniSci CPU и GPU?

Да. Инициатива GPU Open Analytics (GOAI) и ее первый проект, GPU Data Frame (GDF, теперь cudf), были первым отраслевым шагом к открытой экосистеме для сквозных вычислений на GPU.Теперь известный как проект RAPIDS, основная цель — обеспечить эффективную связь внутри графического процессора между различными процессами, выполняемыми на графических процессорах.

По мере роста внедрения cudf в экосистеме науки о данных пользователи смогут беспрепятственно передавать процесс, выполняемый на графическом процессоре, другому процессу без копирования данных в центральный процессор. За счет удаления промежуточных сериализаций данных между инструментами обработки данных графического процессора время обработки резко сокращается. Более того, поскольку cudf использует функциональность межпроцессного взаимодействия (IPC) в программном API Nvidia CUDA, процессы могут передавать дескриптор данных вместо копирования самих данных, обеспечивая передачу практически без накладных расходов.В результате графический процессор становится первоклассным вычислительным центром, и процессы могут взаимодействовать друг с другом так же легко, как и процессы, выполняемые на центральном процессоре.

‍

Что такое центральный процессор (ЦП)?

Что означает центральный процессор (ЦП)?

Центральный процессор (ЦП) или процессор — это блок, который выполняет большую часть обработки внутри компьютера. Он обрабатывает все инструкции, полученные программным обеспечением, работающим на ПК, и другими аппаратными компонентами, и действует как мощный калькулятор.

ЦП помещается в специальное гнездо квадратной формы, которое есть на всех материнских платах, путем вставки металлических разъемов или контактов, расположенных на нижней стороне. Каждый сокет построен с определенной схемой контактов для поддержки только определенного типа процессора.

Поскольку современные процессоры выделяют много тепла и склонны к перегреву, их необходимо охлаждать с помощью соответствующих вентиляторов или систем вентиляции, а также покрывать радиаторами и термопастой.

Для управления инструкциями и потоком данных к другим частям компьютера и от них ЦП в значительной степени полагается на набор микросхем, который представляет собой группу микрочипов, расположенных на материнской плате.

Этот термин также известен как центральный процессор, микропроцессор или микросхема.

Techopedia объясняет центральный процессор (ЦП)

Центральный процессор (ЦП) состоит из двух компонентов:

Блок управления

Блок управления извлекает инструкции из памяти, декодирует и выполняет их.

Блок управления действует как посредник, который декодирует инструкции, отправленные процессору, сообщает другим блокам, таким как блок арифметической логики (ниже), что делать, предоставляя сигналы управления, а затем отправляет обработанные данные обратно в память.

Арифметико-логический блок (ALU)

Арифметико-логический блок (ALU) — это цифровая схема внутри процессора, которая обрабатывает арифметические и логические операции, загружая данные из входных регистров.

После того, как блок управления предоставляет ALU инструкцию об операциях, которые должны быть выполнены, ALU завершает их, подключая несколько транзисторов, а затем сохраняет результаты в выходном регистре.

Затем блок управления перенесет эти данные в память.

Для правильной работы ЦП полагается на системные часы, память, вторичную память, а также шины данных и адреса.

В небольших устройствах, таких как мобильные телефоны, калькуляторы, игровые системы и планшеты, используются процессоры меньшего размера, известные как процессоры ARM, чтобы приспособиться к их уменьшенному размеру и пространству.

Центральный процессор — это сердце и мозг компьютера. Он получает ввод данных, выполняет инструкции и обрабатывает информацию. Он взаимодействует с устройствами ввода / вывода (I / O), которые отправляют и принимают данные в ЦП и от него.

Кроме того, микропроцессор имеет внутреннюю шину для связи с внутренней кэш-памятью, которая называется задней шиной. Основная шина для передачи данных в ЦП, память, набор микросхем и разъем AGP и обратно называется лицевой шиной.

ЦП содержит блоки внутренней памяти, которые называются регистрами. Эти регистры содержат данные, инструкции, счетчики и адреса, используемые при обработке информации ALU.

В некоторых компьютерах используется два или более процессора.Они состоят из отдельных физических микропроцессоров, расположенных бок о бок на одной плате или на разных платах. Каждый ЦП имеет независимый интерфейс, отдельный кэш и отдельные пути к системной шине внешнего интерфейса.

Несколько процессоров идеально подходят для интенсивных параллельных задач, требующих многозадачности. Также распространены многоядерные процессоры, в которых один чип содержит несколько процессоров.

С тех пор, как Intel выпустила первый микропроцессор в ноябре 1971 года, процессоры увеличили свою вычислительную мощность в несколько раз.

Самый старый процессор Intel 4004 выполнял только 60 000 операций в секунду, в то время как современный процессор Intel Pentium может выполнять около 188 000 000 инструкций в секунду.

Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функции

Унаследованные от более ранних разработок, такие как разностный двигатель Бэббиджа и системы перфокарт для мэйнфреймов 1970-х годов, оказывают значительное влияние на сегодняшние компьютерные системы. В моей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсуждал несколько предшественников современного компьютера и перечислял характеристики, которые определяют то, что мы сегодня называем компьютером.

В этой статье я обсуждаю центральный процессор (ЦП), включая его компоненты и функции. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочтите ее, если вы еще этого не сделали.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП в современных компьютерах — это воплощение «мельницы» в разностной машине Бэббиджа. Термин центральный процессор возник еще в глубине компьютерного времени, когда один массивный шкаф содержал схемы, необходимые для интерпретации программных команд машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными.Центральный процессор также выполнил всю обработку любых подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабанные и дисковые накопители. Современные периферийные устройства сами по себе обладают значительной вычислительной мощностью и разгружают некоторые задачи обработки с центрального процессора. Это освобождает ЦП от задач ввода / вывода, так что его мощность направляется на выполнение основной задачи.

Ранние компьютеры имели только один ЦП и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин ЦП, но теперь он относится к пакету процессоров на типичной материнской плате. На рисунке 1 показан стандартный пакет процессора Intel.

Рисунок 1. Процессор Intel Core i5 (Джуд МакКрэни через Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).

Здесь действительно не на что посмотреть, кроме самого корпуса процессора. Пакет процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор (ы), запечатанный внутри металлического контейнера и установленный на небольшой печатной плате (ПК).Пакет просто вставляется в гнездо ЦП на материнской плате и фиксируется блокирующим рычагом. К процессору присоединяется кулер ЦП. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому выбор правильной упаковки, подходящей для разъема на материнской плате, имеет важное значение, если вы собираете свои собственные компьютеры.

Как работает ЦП

Рассмотрим процессор подробнее. На рисунке 2 представлена ​​концептуальная схема гипотетического ЦП, чтобы вам было проще визуализировать компоненты.ОЗУ и системные часы затенены, потому что они не являются частью ЦП и показаны только для наглядности. Кроме того, не предусмотрены никакие связи между часами ЦП и блоком управления с компонентами ЦП. Достаточно сказать, что сигналы от часов и блока управления являются неотъемлемой частью всех остальных компонентов.

Рисунок 2: Упрощенная концептуальная схема типичного ЦП.

Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Эта цифра достаточна для наших целей, но не слишком сложна.

Арифметико-логический блок

Арифметико-логический блок (ALU) выполняет арифметические и логические функции, которые являются работой компьютера. Регистры A, ​​ и B, , , хранят входные данные, а накопитель принимает результат операции. Регистр команд содержит команду, которую ALU должен выполнить.

Например, при сложении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B.ALU выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция является логической, сравниваемые данные помещаются во входные регистры . Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое аккумулятора затем помещается в место кэша, зарезервированное программой для результата.

Есть еще один тип операции, выполняемой ALU. Результатом является адрес и в памяти, который используется для вычисления нового местоположения в памяти, чтобы начать загрузку инструкций.Результат помещается в регистр указателя команд .

Регистр команд и указатель

Указатель инструкции указывает место в памяти, содержащее следующую инструкцию, которая должна быть выполнена ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из области памяти, на которую указывает указатель инструкции.

После загрузки инструкции в регистр инструкций указатель регистра инструкций увеличивается на один адрес инструкции.Увеличение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.

Кэш

ЦП никогда напрямую не обращается к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько уровней кеш-памяти . Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные в ЦП. Причины этого выходят за рамки данной статьи, но я рассмотрю их далее в следующей статье.

Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к ЦП, поскольку находится на микросхеме процессора.Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции для предотвращения ожидания ЦП данных, которые будут извлечены из ОЗУ. Когда ЦП нужны данные — а программные инструкции также считаются данными — кэш определяет, находятся ли уже данные в постоянном месте, и предоставляет их ЦП.

Если запрошенных данных нет в кэше, они извлекаются из ОЗУ и используют алгоритмы прогнозирования для перемещения дополнительных данных из ОЗУ в кэш. Контроллер кеша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из ОЗУ.Он загружает ожидаемые данные в кеш. Сохраняя некоторые данные ближе к ЦП в кэше, который быстрее ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.

Наш простой ЦП имеет три уровня кеш-памяти. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования, какие данные и программные инструкции потребуются дальше, перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо. Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ, в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.

Кэш-память уровня 1 находится ближе всего к ЦП. В нашем процессоре есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — это кэш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.

Блок управления памятью

Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (RAM) и ЦП. Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.

Тактовая частота ЦП и блок управления

Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной работы. Блок управления выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой , и отвечает за управление операциями других блоков с использованием сигналов синхронизации, которые распространяются по всему ЦП.

Оперативная память (RAM)

Хотя оперативная память или оперативная память показана на этой и следующей диаграммах, на самом деле она не является частью ЦП.Его функция — хранить программы и данные, чтобы они были готовы к использованию, когда они понадобятся ЦП.

Как это работает

ЦП

работают в цикле, который управляется блоком управления и синхронизируется часами ЦП. Этот цикл называется циклом команд ЦП и состоит из ряда компонентов выборки / декодирования / выполнения. Команда, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, выбирается и помещается в регистр команд. Инструкция декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B.Команда выполняется с использованием регистров A и B, а результат помещается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкции на длину предыдущего и начинает заново.

Базовый цикл команд ЦП выглядит так.

Рисунок 3: Основной цикл команд ЦП.

Жажда скорости

Хотя базовый ЦП работает хорошо, ЦП, работающие в этом простом цикле, можно использовать еще более эффективно. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и здесь мы рассмотрим две из них.

Повышение уровня командного цикла

Одной из проблем, с которыми столкнулись первые разработчики ЦП, была трата времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности ЦП было перекрытия частей цикла команд ЦП для более полного использования различных частей ЦП.

Например, когда текущая инструкция была декодирована, следующая выбирается и помещается в регистр инструкций. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции.Использование перекрывающихся командных циклов показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Цикл команд ЦП с перекрытием.

Такая конструкция выглядит красиво и гладко, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие нужных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU нашел нужные и переместил их в ЦП, а это может занять некоторое время. Некоторые инструкции также требуют больше циклов ЦП, чем другие, что мешает плавному перекрытию.

Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности процессора.

Гиперпоточность

Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — это гиперпоточность . Гиперпоточность заставляет одно ядро ​​процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя инструкций и регистра инструкций к нашему гипотетическому процессору, как показано на рисунке 5, заставляет его работать как два процессора, выполняя два отдельных потока инструкций в течение каждого цикла инструкций.Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных (опять же, инструкции также являются данными), второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум процессорам по способности обрабатывать инструкции.

Рисунок 5: Концептуальная схема ЦП с гиперпоточностью.

Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность намного сложнее.

Дополнительная терминология

Я встречал много разной терминологии, связанной с процессорами.Чтобы определить терминологию более подробно, давайте посмотрим на сам ЦП с помощью команды lscpu .

  [root @ hornet ~] # lscpu
Архитектура: x86_64
Операционные режимы ЦП: 32-разрядный, 64-разрядный
Порядок байтов: Little Endian
Размеры адресов: 39 бит физических, 48 виртуальных
ЦП: 12
Он-лайн список ЦП: 0-11
Потоков на ядро: 2
Ядра на сокет: 6
Розетка (и): 1
NUMA узлов: 1
ID поставщика: GenuineIntel
Семейство процессоров: 6
Модель: 158
Название модели: Intel (R) Core (TM) i7-8700 CPU @ 3.20 ГГц
Шаг: 10
Процессор МГц: 4300.003
Максимальная частота процессора: 4600.0000
CPU min MHz: 800.0000
BogoMIPS: 6399,96
Виртуализация: VT-x
Кэш L1d: 192 КБ
Кэш L1i: 192 Кбайт
Кэш L2: 1,5 МБ
Кэш L3: 12 МБ
NUMA node0 ЦП: 0-11
  

Показанный выше процессор Intel представляет собой корпус, который подключается к единственному разъему на материнской плате.Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро ​​поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое может запускать два одновременных потока, всего 12 процессоров.

Мои определения:

• Ядро — Ядро — это наименьшее физическое устройство, способное выполнять задачу обработки. Он содержит один ALU и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и вспомогательных схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер можно объединить в один физический пакет.
• CPU — логическая аппаратная единица, способная обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые пакет процессора может выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае процессор и ядро ​​являются синонимами. Гиперпоточный процессор с одним ядром является функциональным эквивалентом двух ЦП. Гиперпоточный процессор с восемью ядрами является функциональным эквивалентом 16 процессоров.
• Package — физический компонент, который содержит одно или несколько ядер, как показано на рисунке 1 выше.
• Процессор — 1) Устройство, которое обрабатывает программные инструкции для управления данными. 2) Часто используется как синоним пакета.
• Socket — иногда используется как еще один синоним пакета, но это более точно относится к физическому сокету на материнской плате, в который вставлен пакет процессора.

Термины socket , processor и package часто используются как синонимы, что может вызвать некоторую путаницу.Как видно из результатов команды lscpu выше, Intel предоставляет нам свою собственную терминологию, и я считаю ее авторитетным источником. На самом деле мы все используем эти термины по-разному, но пока мы понимаем друг друга в любой момент, это действительно важно.

Обратите внимание, что процессор выше имеет два кэша уровня 1 по 512 КиБ каждый, один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу за счет разделения инструкций и данных на этом этапе.Кеши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.

Что все это значит?

Хороший вопрос. В те времена, когда появились мэйнфреймы, на каждом компьютере был только один ЦП, и он не мог одновременно запускать более одной программы. На мэйнфрейме может выполняться расчет заработной платы, затем учет запасов, выставление счетов клиентам и т. Д., Но одновременно может работать только одно приложение. Каждая программа должна была заканчиваться до того, как системный оператор мог начать следующую.

Некоторые ранние попытки одновременного запуска нескольких программ основывались на простом подходе и были нацелены на лучшее использование одного процессора. Например, были загружены program1 и program2 , а program1 выполнялись до тех пор, пока не были заблокированы в ожидании выполнения ввода-вывода. В этот момент программа program2 работала до тех пор, пока не была заблокирована. Такой подход получил название многопроцессорности и помог полностью использовать драгоценное компьютерное время.

Ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного ЦП между потоками выполнения нескольких задач.Эта практика не является истинной многозадачностью в нашем понимании, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения. Это более правильно называется разделением времени.

Современные компьютеры, от умных часов и планшетов до суперкомпьютеров, поддерживают настоящую многозадачность с использованием нескольких процессоров. Несколько процессоров позволяют компьютерам выполнять множество задач одновременно. Каждый ЦП выполняет свои собственные функции одновременно со всеми другими ЦП. Восьмиядерный процессор с гиперпоточностью (т.е.е., 16 ЦП) могут одновременно выполнять 16 задач.

Заключительные мысли

Мы рассмотрели концептуальный и упрощенный ЦП, чтобы немного узнать о структурах. В этой статье я почти не коснулся функциональности процессора. Вы можете узнать больше, перейдя по встроенным ссылкам на изученные нами темы.

Помните, что схемы и описания в этой статье носят чисто концептуальный характер и не отражают реальный процессор.

В следующей части этой серии я рассмотрю оперативную память и дисковые накопители как разные типы хранилищ и объясню, почему каждый из них необходим для современных компьютеров.

[Бесплатный онлайн-курс: технический обзор Red Hat Enterprise Linux. ]

Как проектируются и строятся процессоры

Мы все думаем о ЦП как о «мозге» компьютера, но что это на самом деле означает? Что происходит внутри миллиардов транзисторов, которые заставляют ваш компьютер работать? В этой мини-серии из четырех частей мы сосредоточимся на дизайне компьютерного оборудования, охватывая все тонкости работы компьютера.

Серия

будет охватывать архитектуру компьютеров, проектирование схем процессоров, СБИС (очень крупномасштабную интеграцию), изготовление микросхем и будущие тенденции в вычислительной технике.Если вас всегда интересовали детали того, как процессоры работают внутри, оставайтесь здесь, потому что это то, что вы хотите знать, чтобы начать работу.

Мы начнем с очень высокого уровня того, что делает процессор и как строительные блоки объединяются в функциональную конструкцию. Сюда входят ядра процессора, иерархия памяти, прогнозирование ветвлений и многое другое. Во-первых, нам нужно базовое определение того, что делает ЦП. Самое простое объяснение состоит в том, что ЦП следует набору инструкций для выполнения некоторой операции с набором входных данных.Например, это может быть чтение значения из памяти, затем добавление его к другому значению и, наконец, сохранение результата обратно в память в другом месте. Это также может быть что-то более сложное, например деление двух чисел, если результат предыдущего вычисления был больше нуля.

Если вы хотите запустить такую ​​программу, как операционная система или игра, сама программа представляет собой серию инструкций, которые должен выполнять ЦП. Эти инструкции загружаются из памяти и на простом процессоре выполняются одна за другой, пока программа не будет завершена.Хотя разработчики программного обеспечения пишут свои программы на языках высокого уровня, таких как, например, C ++ или Python, процессор не может этого понять. Он понимает только единицы и нули, поэтому нам нужен способ представления кода в этом формате.

Программы компилируются в набор низкоуровневых инструкций под названием язык ассемблера как часть архитектуры набора команд (ISA). Это набор инструкций, которые ЦП создан для понимания и выполнения. Некоторые из наиболее распространенных ISA — это x86, MIPS, ARM, RISC-V и PowerPC.Так же, как синтаксис для написания функции в C ++ отличается от функции, которая делает то же самое в Python, каждый ISA имеет свой синтаксис.

Эти ISA можно разделить на две основные категории: фиксированной и переменной длины. RISC-V ISA использует инструкции фиксированной длины, что означает, что определенное заранее определенное количество битов в каждой инструкции определяет тип инструкции. Это отличается от x86, в котором используются инструкции переменной длины. В x86 инструкции можно кодировать по-разному и с разным количеством бит для разных частей.Из-за этой сложности декодер команд в процессорах x86 обычно является наиболее сложной частью всей конструкции.

Инструкции фиксированной длины позволяют упростить декодирование из-за их регулярной структуры, но ограничивают общее количество инструкций, которые может поддерживать ISA. В то время как общие версии архитектуры RISC-V содержат около 100 инструкций и имеют открытый исходный код, x86 является проприетарным, и никто точно не знает, сколько там инструкций. Обычно люди считают, что существует несколько тысяч инструкций x86, но точное количество не известно.Несмотря на различия между ISA, все они несут по существу одинаковые основные функции.

Пример некоторых инструкций RISC-V. Код операции справа 7-битный и определяет тип инструкции. Каждая инструкция также содержит биты, определяющие, какие регистры использовать и какие функции выполнять. Вот как инструкции по сборке разбиваются на двоичные файлы, чтобы процессор мог их понять.

Теперь мы готовы включить наш компьютер и начать работу.Выполнение инструкции фактически состоит из нескольких основных частей, которые разбиты на множество этапов процессора.

Первым шагом является выборка инструкции из памяти в ЦП для начала выполнения. На втором этапе инструкция декодируется, чтобы ЦП мог определить, какой это тип инструкции. Есть много типов, включая арифметические инструкции, инструкции перехода и инструкции памяти. Как только ЦП знает, какой тип инструкции он выполняет, операнды для инструкции собираются из памяти или внутренних регистров ЦП.Если вы хотите добавить число A к числу B, вы не можете выполнить сложение, пока не узнаете значения A и B. Большинство современных процессоров 64-битные, что означает, что размер каждого значения данных составляет 64 бита.

64-битный относится к ширине регистра ЦП, пути к данным и / или адресу памяти. Для обычных пользователей это означает, сколько информации компьютер может обрабатывать за один раз, и лучше всего это понимать по сравнению с его меньшим архитектурным родственником, 32-битным. 64-битная архитектура может обрабатывать вдвое больше бит информации за раз (64 бит против 32).

После того, как ЦП получит операнды для инструкции, он переходит к этапу выполнения, где операция выполняется на входе. Это может быть сложение чисел, выполнение логических манипуляций с числами или просто передача чисел без их изменения. После вычисления результата может потребоваться доступ к памяти для сохранения результата, или ЦП может просто сохранить значение в одном из своих внутренних регистров. После сохранения результата ЦП обновит состояние различных элементов и перейдет к следующей инструкции.

Это описание, конечно, является огромным упрощением, и большинство современных процессоров разбивают эти несколько этапов на 20 или более этапов меньшего размера для повышения эффективности. Это означает, что хотя процессор будет запускать и завершать несколько инструкций в каждом цикле, для выполнения любой одной инструкции от начала до конца может потребоваться 20 или более циклов. Эту модель обычно называют трубопроводом, поскольку для заполнения трубопровода и полного прохождения жидкости по нему требуется время, но как только он заполнится, вы получите постоянный выход.

Пример 4-х ступенчатого трубопровода. Цветные прямоугольники представляют собой независимые друг от друга инструкции.
Изображение предоставлено: Википедия

Весь цикл, который проходит инструкция, — это очень тщательно спланированный процесс, но не все инструкции могут завершиться одновременно. Например, сложение выполняется очень быстро, в то время как деление или загрузка из памяти может занимать сотни циклов. Вместо того, чтобы останавливать весь процессор при завершении одной медленной инструкции, большинство современных процессоров выполняются не по порядку.Это означает, что они будут определять, какую инструкцию было бы наиболее выгодно выполнить в данный момент, и буферизуют другие инструкции, которые не готовы. Если текущая инструкция еще не готова, процессор может перейти вперед в коде, чтобы увидеть, готово ли что-нибудь еще.

Помимо выполнения вне очереди, типичные современные процессоры используют так называемую суперскалярную архитектуру . Это означает, что в любой момент процессор выполняет множество инструкций одновременно на каждом этапе конвейера.Он также может ждать, когда начнутся казни еще сотни. Чтобы иметь возможность выполнять множество инструкций одновременно, процессоры должны иметь внутри несколько копий каждой стадии конвейера. Если процессор видит, что две инструкции готовы к выполнению и между ними нет зависимости, вместо того, чтобы ждать их завершения по отдельности, он выполнит их обе одновременно. Одна из распространенных реализаций этого называется одновременной многопоточностью (SMT), также известной как Hyper-Threading.Процессоры Intel и AMD в настоящее время поддерживают двусторонний SMT, в то время как IBM разработала микросхемы, которые поддерживают до восьми процессоров SMT.

Для выполнения этого тщательно продуманного исполнения процессор имеет много дополнительных элементов в дополнение к основному ядру. В процессоре есть сотни отдельных модулей, каждый из которых служит определенной цели, но мы рассмотрим основы. Двумя самыми большими и наиболее полезными являются кеши и предсказатель ветвлений. Дополнительные структуры, которые мы не будем рассматривать, включают такие вещи, как буферы переупорядочения, таблицы псевдонимов регистров и станции резервирования.

Назначение кешей часто сбивает с толку, поскольку они хранят данные точно так же, как RAM или SSD. Что отличает кеши, так это их задержка доступа и скорость. Несмотря на то, что оперативная память чрезвычайно быстра, она на несколько порядков медленнее для процессора. ОЗУ может потребовать сотни циклов, чтобы ответить с данными, и процессор зависнет, нечего делать. Если данных нет в ОЗУ, для доступа к данным на SSD могут потребоваться десятки тысяч циклов. Без кешей наши процессоры остановились бы.

Процессоры

обычно имеют три уровня кеш-памяти, которые образуют так называемую иерархию памяти . Кэш L1 самый маленький и самый быстрый, L2 находится посередине, а L3 — самый большой и самый медленный из кешей. Над кешами в иерархии находятся небольшие регистры, которые хранят одно значение данных во время вычислений. Эти регистры на порядки являются самыми быстрыми запоминающими устройствами в вашей системе. Когда компилятор преобразует высокоуровневую программу в язык ассемблера, он определит наилучший способ использования этих регистров.

Когда ЦП запрашивает данные из памяти, он сначала проверяет, хранятся ли уже эти данные в кэше L1. Если это так, к данным можно получить быстрый доступ всего за несколько циклов. Если его нет, ЦП проверит L2 и затем выполнит поиск в кэше L3. Кеши реализованы таким образом, что они обычно прозрачны для ядра. Ядро просто запросит некоторые данные по указанному адресу памяти, и любой уровень иерархии, на котором они есть, ответит. Когда мы переходим к следующим этапам в иерархии памяти, размер и задержка обычно увеличиваются на порядки.В конце концов, если ЦП не может найти данные, которые он ищет, ни в одном из кешей, только тогда он перейдет в основную память (ОЗУ).

В типичном процессоре каждое ядро ​​имеет два кэша L1: один для данных и один для инструкций. Кэш L1 обычно составляет около 100 килобайт, и размер может варьироваться в зависимости от чипа и поколения. Также обычно имеется кэш L2 для каждого ядра, хотя в некоторых архитектурах он может совместно использоваться двумя ядрами. Кэш L2 обычно составляет несколько сотен килобайт.Наконец, есть один кэш L3, который используется всеми ядрами и имеет порядок десятков мегабайт.

Когда процессор выполняет код, инструкции и значения данных, которые он использует чаще всего, кэшируются. Это значительно ускоряет выполнение, поскольку процессору не нужно постоянно обращаться к оперативной памяти за данными, которые ему необходимы. Мы поговорим больше о том, как эти системы памяти фактически реализованы во второй и третьей частях этой серии.

Помимо кешей, одним из других ключевых строительных блоков современного процессора является точный предсказатель ветвления .Инструкции перехода аналогичны операторам if для процессора. Один набор инструкций будет выполняться, если условие истинно, а другой будет выполняться, если условие ложно. Например, вы можете сравнить два числа и, если они равны, выполнить одну функцию, а если они разные, выполнить другую функцию. Эти инструкции ветвления чрезвычайно распространены и могут составлять примерно 20% всех инструкций в программе.

На первый взгляд, эти инструкции ветвления могут не показаться проблемой, но на самом деле процессору может быть очень сложно выполнить их правильно.Поскольку в любой момент времени ЦП может быть в процессе выполнения десяти или двадцати инструкций одновременно, очень важно знать , какие инструкции выполнить. Может потребоваться 5 циклов, чтобы определить, является ли текущая инструкция ветвью, и еще 10 циклов, чтобы определить, истинно ли условие. За это время процессор мог начать выполнение десятков дополнительных инструкций, даже не зная, были ли эти инструкции правильными для выполнения.

Чтобы обойти эту проблему, все современные высокопроизводительные процессоры используют метод, называемый спекуляцией.Это означает, что процессор будет отслеживать инструкции ветвления и угадывать, будет ли ветвление выполнено или нет. Если прогноз верен, процессор уже начал выполнение последующих инструкций, так что это обеспечивает прирост производительности. Если прогноз неверен, процессор прекращает выполнение, удаляет все некорректные инструкции, которые он начал выполнять, и начинает заново с правильной точки.

Эти предикторы ветвлений являются одними из самых ранних форм машинного обучения, поскольку предиктор изучает поведение ветвей по мере их прохождения.Если он слишком много раз предсказывает неверно, он начнет учиться правильному поведению. Десятилетия исследований методов прогнозирования переходов привели к получению точности более 90% современных процессоров.

В то время как предположения предлагают огромный прирост производительности, поскольку процессор может выполнять инструкции, которые готовы, вместо того, чтобы ждать в очереди на занятые, они также обнаруживают уязвимости безопасности. Знаменитая атака Spectre использует ошибки в предсказании ветвлений и предположениях. Злоумышленник будет использовать специально созданный код, чтобы заставить процессор спекулятивно выполнить код, который приведет к утечке значений памяти.Некоторые аспекты предположений пришлось переработать, чтобы исключить утечку данных, что привело к небольшому падению производительности.

Архитектура, используемая в современных процессорах, прошла долгий путь за последние несколько десятилетий. Инновации и продуманный дизайн привели к повышению производительности и лучшему использованию базового оборудования. Однако производители процессоров очень скрытно относятся к технологиям в своих процессорах, поэтому невозможно точно знать, что происходит внутри. При этом основы работы компьютеров стандартизированы для всех процессоров.Intel может добавить свой секретный соус для повышения скорости попадания в кеш, или AMD может добавить расширенный предсказатель ветвлений, но они оба выполняют одну и ту же задачу.

В этом обзоре с первого взгляда были описаны основные принципы работы процессоров. Во второй части мы обсудим, как проектируются компоненты, входящие в ЦП, охватывают логические элементы, синхронизацию, управление питанием, принципиальные схемы и многое другое.

Эта статья была первоначально опубликована 22 апреля 2019 года. Мы немного изменили ее и улучшили в рамках нашей инициативы #ThrowbackThursday.Изображение на шапке: электронная плата крупным планом, Raimudas

.