Архитектура ПК: процессор и материнская плата

Материнская плата и центральный процессор

Материнская плата содержит два основных моста: северный и южный.

• Северный мост (Northbridge) или MCH (Memory Controller Hub) отвечает за соединение центрального процессора (ЦП) с высокопроизводительными шинами, такими как ОЗУ и графический контроллер. Для связи ЦП с системным контроллером могут использоваться FSB-шины, например, Hyper-Transport и SCI. Обычно ОЗУ подключается к системному контроллеру, который включает в себя контроллер памяти. От типа системного контроллера зависит максимальный объём и пропускная способность ОЗУ. В последние годы наблюдается тенденция к интеграции контроллера памяти в сам ЦП (как в процессорах AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и уменьшает количество выделяемого тепла. Графический контроллер в современных материнских платах подсоединяется через PCI Express, в то время как раньше использовались шины ISA, VLB, PCI и AGP.
• Южный мост (Southbridge) или ICH (I/O Controller Hub) управляет контроллерами периферийных устройств, включая жесткие диски, Ethernet и аудио, а также контроллерами шин для подключения периферийных устройств (таких как PCI, PCI-Express и USB) и более медленных интерфейсов (например, LPC, который соединяет загрузочные ПЗУ и мультиконтроллеры, поддерживающие старые низкопроизводительные интерфейсы).

Центральный процессор (ЦП) отвечает за выполнение машинных инструкций, представляя собой важнейший элемент аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.

История создания микропроцессоров

В 1970-х годах благодаря прорыву в производстве БИС и СБИС появилась возможность интегрировать все компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве — возникли микропроцессоры. Хотя в настоящее время термины "микропроцессор" и "процессор" используют как синонимы, тогда они были различны, и традиционные ЭВМ сосуществовали с микропроцессорами еще на протяжении 10-15 лет. Лишь в начале 1980-х микропроцессоры начали полностью вытеснять свои предшественники, что ускорило развитие персональных компьютеров, ставших повсеместными.

С течением времени были разработаны множество различных архитектур микропроцессоров, многие из которых используются и сегодня. Среди них — архитектура Intel x86, преобразованная в 32-битную IA-32 и позже в 64-битную x86-64 (EM64T у Intel). Первоначально процессоры x86 использовались только в IBM PC, но в нынешнее время их используют во всех отраслях компьютерной индустрии, вплоть до суперкомпьютеров. Также стоит упомянуть RISC-архитектуры, такие как Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC и MIPS, а также архитектуру IA-64 (EPIC).

Большинство современных процессоров совместимы с архитектурой Intel, обладая набором инструкций и интерфейсами, реализованными в продуктах компании. Наиболее востребованные процессоры производят компании Intel, AMD и IBM.

• Среди процессоров Intel можно выделить 8086, i286, i386, i486, Pentium и его вариации, Core 2 Quad, Core i7, а также Xeon и Atom, ориентированные на серверы и встраиваемые системы.
• В предложении AMD представлены процессоры архитектуры x86, такие как Athlon и Duron, а также x86-64 (Athlon 64, Phenom и Opteron).
• Процессоры IBM (POWER6, POWER7 и PowerPC) используются в суперкомпьютерах и встраиваемых решениях, раньше находились в компьютерах Apple.

Характеристики процессоров

• Тактовая частота (число тактов в секунду) — это время, за которое выполняется операция (ГГц). К примеру, частота 2 ГГц указывает на то, что 1 такт равен 0,5 наносекунды.
• Разрядность показывает количество битов, обрабатываемых процессором за один цикл (обычно 32 или 64), определяя "микропоколение" ПК и набор приложения, которые могут быть использованы.
• Частота системной шины определяет скорость обмена данными с памятью и внешними устройствами, достигая 1000 МГц.
• Объём кэш-памяти, доступной на одно ядро, может достигать до 2 Мб.