Тест: насколько хорошо ты знаешь устройство процессора?
2026-02-21 10:25 Diff

#Тесты

  • 2 май 2023
  • 0

Тест: насколько хорошо ты знаешь устройство процессора?

Кто выполняет миллионы операций в секунду? Нет, это не программист за час перед дедлайном, а микропроцессор. Проверим, знаете ли вы, как он работает.

Кадр: фильм «Континуум» / Paramount Pictures

Автор. Пишет про социальные сети, маркетинг и код. Увлекается иллюстрацией, визуальным повествованием, видеоиграми и кино.

«Камень», «проц» и «пень» — это не вариация игры «Камень, ножницы, бумага», а сленговые названия центрального процессора. CPU занимает важное место не только среди компонентов компьютера, но и в наших умах, ведь часто первое, на что смотрят в характеристиках, — это название и модель того самого «камня».
Проверьте, насколько хорошо вы знаете устройство CPU и технологии их производства.

Разберёмся с базой. Зачем компьютеру центральный процессор?

Для управления логикой компьютера и запуска программ.

Верно! Центральный процессор не просто так называется — это действительно главные «мозги» компьютера, которые исполняют все машинные инструкции. Без него программы не будут работать — собственно, и сам компьютер тоже.

Для быстрой обработки данных.

И только? Нет, его функции этим не ограничиваются (а некоторые данные так и вообще быстро не обработаешь). Центральный процессор не просто так называется — это главные «мозги» компьютера, которые исполняют все машинные инструкции. Без него программы не будут работать — собственно, и сам компьютер тоже.

Для хранения данных.

Для хранения данных лучше использовать что-нибудь другое — например, HDD ?

Центральный процессор не просто так называется — это главные «мозги» компьютера, которые исполняют все машинные инструкции. Без него программы не будут работать — собственно, и сам компьютер тоже.

Изначально центральный процессор был набором разрозненных блоков и схем. В 1940-х процессоры состояли из кучи реле, ферритовых сердечников и вакуумных ламп, а в 1960-х уменьшились благодаря появлению транзисторов и микросхем. Настоящим прорывом стало размещение на одном кристалле всех основных блоков и элементов процессора. Как назывались эти новые CPU?

ARM-процессоры.

ARM-архитектура появится позже. Правильный ответ — микропроцессоры.

Сейчас понятия «процессор» и «микропроцессор» являются синонимами, но на протяжении 1970-х годов эти два вида процессоров существовали параллельно.

«Большие процессоры» использовали в суперкомпьютерах, а микропроцессоры — в калькуляторах. Затем, в 1980-х, микропроцессоры начали вытеснять своих больших собратьев, так как их мощность и энергоэффективность постоянно росли.

В итоге понятия «процессор» и «микропроцессор» смешались. Даже современные суперкомпьютеры строятся на базе микропроцессоров — например,

Frontier

, один из самых мощных в мире, использует комбинацию из серверных AMD Epyc.

Микропроцессоры.

Правильно! Сейчас понятия «процессор» и «микропроцессор» являются синонимами, но на протяжении 1970-х годов эти два вида процессоров существовали параллельно.

«Большие процессоры» использовали в суперкомпьютерах, а микропроцессоры — в калькуляторах. Затем, в 1980-х, микропроцессоры начали вытеснять своих больших собратьев, так как их мощность и энергоэффективность постоянно росли.

В итоге понятия «процессор» и «микропроцессор» смешались. Даже современные суперкомпьютеры строятся на базе микропроцессоров — например,

Frontier

, один из самых мощных в мире, использует комбинацию из серверных AMD Epyc.

Многоядерные процессоры.

Не-а, многоядерные решения станут лишь дальнейшим шагом. Правильный ответ — микропроцессоры.

Сейчас понятия «процессор» и «микропроцессор» являются синонимами, но на протяжении 1970-х годов эти два вида процессоров существовали параллельно.

«Большие процессоры» использовали в суперкомпьютерах, а микропроцессоры — в калькуляторах. Затем, в 1980-х, микропроцессоры начали вытеснять своих больших собратьев, так как их мощность и энергоэффективность постоянно росли.

В итоге понятия «процессор» и «микропроцессор» смешались. Даже современные суперкомпьютеры строятся на базе микропроцессоров — например,

Frontier

, один из самых мощных в мире, использует комбинацию из серверных AMD Epyc.

Какая компания вывела на рынок первый общедоступный микропроцессор?

AMD.

Мимо. Первым микропроцессором был Intel 4004 — этот четырёхразрядный микропроцессор работал с тактовой частотой 92,6 кГц и содержал 2300 транзисторов. Выпустили его 15 ноября 1971 года, и стоил он тогда около 400–500 долларов по современному курсу. Это была очень хорошая цена, ведь по мощности маленький процессор ничем не уступал своим более крупным собратьям.

История появления микропроцессора

интересная

— Intel выполняла заказ Nippon Calculating Machine, которая заказала микросхемы для настольного компьютера. В те годы ещё принято было делать уникальную начинку и разносить функциональные блоки процессора по плате, на несколько деталей. Однако в Intel решили, что невыгодно постоянно придумывать и разрабатывать платы с нуля, поэтому инженеры предложили сделать универсальный центральный процессор вместо набора микросхем.

IBM.

Не-а. Первым микропроцессором был Intel 4004 — этот четырёхразрядный микропроцессор работал с тактовой частотой 92,6 кГц и содержал 2300 транзисторов. Выпустили его 15 ноября 1971 года, и стоил он тогда около 400–500 долларов по современному курсу. Это была очень хорошая цена, ведь по мощности маленький процессор ничем не уступал своим более крупным собратьям.

История появления микропроцессора

интересная

— Intel выполняла заказ Nippon Calculating Machine, которая заказала микросхемы для настольного компьютера. В те годы ещё принято было делать уникальную начинку и разносить функциональные блоки процессора по плате, на несколько деталей. Однако в Intel решили, что было бы невыгодно придумывать и разрабатывать платы с нуля, поэтому инженеры предложили сделать один центральный процессор вместо набора микросхем.

Intel.

Да! Первым микропроцессором был Intel 4004 — этот четырёхразрядный микропроцессор работал с тактовой частотой 92,6 кГц и содержал 2300 транзисторов. Выпустили его 15 ноября 1971 года, и стоил он тогда около 400–500 долларов по современному курсу. Это была очень хорошая цена, ведь по мощности маленький процессор ничем не уступал своим более крупным собратьям.

История появления микропроцессора

интересная

— Intel выполняла заказ Nippon Calculating Machine, которая заказала микросхемы для настольного компьютера. В те годы ещё принято было делать уникальную начинку и разносить функциональные блоки процессора по плате, на несколько деталей. Однако в Intel решили, что было бы невыгодно придумывать и разрабатывать платы с нуля, поэтому инженеры предложили сделать один центральный процессор вместо набора микросхем.

Что изображено на картинке?

Аккумулятор для процессора.

Интуиция вас подвела. На фото — кремниевая пластина, которую используют для нанесения процессорных чипов.

Особенность технологии

производства

«процессорного» кремния в том, что изначально его выплавляют в форме цилиндра, который затем нарезают на очень и очень тонкие пластины. А уже на эти пластины наносят все детали будущей микросхемы.

Прямоугольную или квадратную форму не выбрали из чисто практических соображений: на круглой подложке помещается больше микросхем.

Кремниевая пластина для нанесения схем процессоров.

Верно! Особенность технологии

производства

«процессорного» кремния в том, что изначально его выплавляют в форме цилиндра, который затем нарезают на очень и очень тонкие пластины. А уже на эти пластины наносят все детали будущей микросхемы.

Прямоугольную или квадратную форму не выбрали из чисто практических соображений: на круглой подложке помещается больше микросхем.

Контактная схема для сокета под процессор.

Не-а, это кремниевая пластина, которую используют для нанесения процессорных чипов.

Особенность технологии

производства

«процессорного» кремния в том, что изначально его выплавляют в форме цилиндра, который затем нарезают на очень и очень тонкие пластины. А уже на эти пластины наносят все детали будущей микросхемы.

Прямоугольную или квадратную форму не выбрали из чисто практических соображений: на круглой подложке помещается больше микросхем.

Транзистор — мельчайшая структурная единица процессора (мы говорим именно о логических компонентах — в принципе, там есть и резисторы, и ещё куча других деталей). Чем выше плотность транзисторов, тем выше производительность процессора. И все борются за то, чтобы разместить как можно больше транзисторов на одном кристалле. Каким термином обозначают размер и плотность транзисторов в процессорах?

Техпроцесс.

Верно! Техпроцесс — это, условно, толщина транзитного слоя, которая измеряется в нанометрах (нм). Увеличение плотности во многом основывалось на

законе Мура

, согласно которому количество транзисторов должно было удваиваться каждые два года. Однако к 2023 году часть производителей

упёрлась

в техпроцесс 2–3 нм, и инженеры утверждают, что дальше увеличение мощности возможно только на принципиально иных технологиях. Intel же заявила, что собирается сделать процессор по

1-нм

-технологии, но когда это случится — неизвестно.

Тактовая частота.

Тактовая частота — это количество циклов, которые процессор выполняет за секунду. Она измеряется в гигагерцах (ГГц).

Правильный ответ — техпроцесс. Техпроцесс — это, условно, толщина транзитного слоя, которая измеряется в нанометрах (нм). Увеличение плотности во многом основывалось на

законе Мура

, согласно которому количество транзисторов должно было удваиваться каждые два года. Однако к 2023 году часть производителей

упёрлась

в техпроцесс 2–3 нм, и инженеры утверждают, что дальше увеличение мощности возможно только на принципиально иных технологиях. Intel же заявила, что собирается сделать процессор по

1-нм

-технологии, но когда это случится — неизвестно.

Архитектура.

Нет, архитектура — это принцип функционирования процессора.

Правильный ответ — техпроцесс. Техпроцесс — это, условно, толщина транзитного слоя, которая измеряется в нанометрах (нм). Увеличение плотности во многом основывалось на

законе Мура

, согласно которому количество транзисторов должно было удваиваться каждые два года. Однако к 2023 году часть производителей

упёрлась

в техпроцесс 2–3 нм, и инженеры утверждают, что дальше увеличение мощности возможно только на принципиально иных технологиях. Intel же заявила, что собирается сделать процессор по

1-нм

-технологии, но когда это случится — неизвестно.

На архитектуре фон Неймана построено большинство персональных ПК. Её основная суть в том, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти, а эта память связана с процессором с помощью шины (минутка душнины: внутри процессора тоже есть своя память, даже несколько видов, но сам принцип архитектуры фон Неймана от этого не меняется). Но есть и альтернативная архитектура. Как она называется?

Гарвардская.

Верно! Гарвардская архитектура

предлагает

хранить данные и инструкции на разных блоках, при этом каналы тоже разделяются.

Первым компьютером, который работал по этой системе, был Mark I: для хранения инструкций использовалась перфорированная лента, а для работы с данными — электромеханические регистры.

Такая схема реализации доступа к памяти имеет недостаток — высокую стоимость. При разделении каналов передачи команд и данных на кристалле процессора нужно больше интерфейсных выводов, так что Гарвардская архитектура со временем стала очень дорогостоящей. В итоге в некоторых устройствах со временем начали применять модифицированную версию — внешние шины данных и адреса стали общими, а внутренние сохранились раздельными. Такая схема используется в

сигнальных процессорах

, которые обрабатывают звук и изображения.

О том, как была придумана архитектура фон Неймана, можно узнать в нашей статье «

Принципы фон Неймана и первые компьютеры на их основе

».

Бостонская.

Не-а. Правильный ответ — Гарвардская архитектура. Она

предлагает

хранить данные и инструкции на разных устройствах, при этом каналы тоже разделяются.

Первым компьютером, который работал по этой системе, был Mark I, но из-за того, что для каналов нужно делать больше интерфейсных выводов, она со временем стала очень дорогостоящей. В итоге в некоторых устройствах начали применять модифицированную версию — внешние шины данных и адреса стали общими, а внутренние сохранились раздельными. Такая схема используется в

сигнальных процессорах

, которые обрабатывают звук и изображения.

О том, как была придумана архитектура фон Неймана, можно узнать в нашей статье «

Принципы фон Неймана и первые компьютеры на их основе

».

Кембриджская.

Не-а. Правильный ответ — Гарвардская архитектура. Она

предлагает

хранить данные и инструкции на разных устройствах, при этом каналы тоже разделяются.

Первым компьютером, который работал по этой системе, был Mark I, но из-за того, что для каналов нужно делать больше интерфейсных выводов, она со временем стала очень дорогостоящей. В итоге в некоторых устройствах начали применять модифицированную версию — внешние шины данных и адреса стали общими, а внутренние сохранились раздельными. Такая схема используется в

сигнальных процессорах

, которые обрабатывают звук и изображения.

О том, как была придумана архитектура фон Неймана, можно узнать в нашей статье «

Принципы фон Неймана и первые компьютеры на их основе

».

У архитектуры фон Неймана есть узкое место (или «бутылочное горлышко»). Что это такое?

Повышенное тепловыделение.

Не-а, тепловыделение тут ни при чём. Архитектура фон Неймана подразумевает совместное использование системной шины для памяти программ и памяти данных. В итоге появляется то самое

узкое место

— данные не могут быть доступны одновременно, что ограничивает пропускную способность.

Ошибки в логике тактов.

Не-а, с ними всё в порядке. Архитектура фон Неймана подразумевает совместное использование системной шины для памяти программ и памяти данных. В итоге появляется то самое

узкое место

— данные не могут быть доступны одновременно, что ограничивает пропускную способность.

Ограниченная пропускная способность.

Верно! Совместное использование системной шины для памяти программ и памяти данных

ограничивает

пропускную способность — в итоге эти данные не могут быть доступны одновременно. Это и называют узким местом архитектуры.

В процессорах есть кэш, который делят на несколько уровней. Зачем он нужен?

Для резервирования данных после отключения компьютера от электропитания.

Мимо. Кэширование

нужно

для сокращения времени доступа к оперативной памяти. Для этого внутри процессора установлена быстродействующая память, в которой хранится копия тех данных из RAM, к которой процессор, скорее всего, обратится в ближайшее время.

Выделяют три уровня кэширования. Чем ниже уровень, тем меньше объём, но выше скорость памяти. Например, у AMD Ryzen 5

3500U

кэш первого уровня (L1) — 384 КБ, второго (L2) — 2 МБ, третьего (L3) — 4 МБ.

Для сохранения информации о вычислениях.

Не-а. Кэширование

нужно

для сокращения времени доступа к оперативной памяти. Для этого внутри процессора установлена быстродействующая память, в которой хранится копия тех данных из RAM, к которой процессор, скорее всего, обратится в ближайшее время.

Выделяют три уровня кэширования. Чем ниже уровень, тем меньше объём, но выше скорость памяти. Например, у AMD Ryzen 5

3500U

кэш первого уровня (L1) — 384 КБ, второго (L2) — 2 МБ, третьего (L3) — 4 МБ.

Для быстрого обращения к данным из оперативной памяти.

Верно! Кэширование

нужно

для сокращения времени доступа к оперативной памяти. Для этого внутри процессора установлена быстродействующая память, в которой хранится копия тех данных из RAM, к которой процессор, скорее всего, обратится в ближайшее время.

Выделяют три уровня кэширования. Чем ниже уровень, тем меньше объём, но выше скорость памяти. Например, у AMD Ryzen 5

3500U

кэш первого уровня (L1) — 384 КБ, второго (L2) — 2 МБ, третьего (L3) — 4 МБ.

В спецификации четырёхъядерного процессора указано, что его тактовая частота составляет 2,6 ГГц. Что это значит?

Четыре ядра работают на частоте 2,6 ГГц, а итоговая мощность процессора составляет 10,4 ГГц.

Мимо. Вычислительные ядра размещены на одном процессорном кристалле, поэтому эта частота — общая на весь процессор. Ядро — это не мини-процессор, а вычислительная

часть процессора

, которая выполняет один поток команд параллельно с другими ядрами. Так что говорить о том, что у каждого ядра есть своя частота, не вполне корректно.

Из-за особенностей работы процессоров тепловыделение может быть очень большим, поэтому в многоядерных процессорах тактовая частота нередко снижается

намеренно

— это позволяет уменьшить энергопотребление, не теряя в производительности.

Каждое ядро работает на частоте 650 МГц, и в итоге четыре ядра выдают 2,6 ГГц.

Не-а. Вычислительные ядра размещены на одном процессорном кристалле, поэтому частота общая на весь процессор. Ядро — это не мини-процессор, а вычислительная

часть процессора

, которая выполняет один поток команд параллельно с другими ядрами. Так что говорить о том, что у каждого ядра есть своя частота, не вполне корректно.

Из-за особенностей работы процессоров тепловыделение может быть очень большим, поэтому в многоядерных процессорах тактовая частота нередко снижается

намеренно

— это позволяет уменьшить энергопотребление, не теряя в производительности.

Четыре ядра работают на частоте 2,6 ГГц.

Верно! Вычислительные ядра размещены на одном процессорном кристалле, поэтому частота общая на весь процессор. Ядро — это не мини-процессор, а вычислительная

часть процессора

, которая выполняет один поток команд параллельно с другими ядрами. Так что говорить о том, что у каждого ядра есть своя частота, не вполне корректно.

Из-за особенностей работы процессоров тепловыделение может быть очень большим, поэтому в многоядерных процессорах тактовая частота нередко снижается

намеренно

— это позволяет уменьшить энергопотребление, не теряя в производительности.

Что такое троттлинг процессора?

Тайная замена процессора в компьютере друга — вот как знатно я его потроттлю ?

Завидуем вашему чувству юмора и крепким дружеским отношениям, но троттлинг — это всё-таки немного другое :) А именно — пропуск тактов.

У процессоров есть температурный предел работы. Нормальной

считается

температура рабочей поверхности до 85 градусов Цельсия, но это с запасом. Когда температура вырастает до 100 градусов Цельсия, включается механизм пропуска, или дросселирования, тактов, который ещё называют троттлингом. Его цель — предотвратить разрушение кремния от высокой температуры: процессор начинает пропускать циклы, чтобы снизить температуру, и производительность системы падает.

Переход в спящий режим.

Не-а, это пропуск тактов.

У процессоров есть температурный предел работы. Нормальной

считается

температура рабочей поверхности до 85 градусов Цельсия, но это с запасом. Когда температура вырастает до 100 градусов Цельсия, включается механизм пропуска, или дросселирования, тактов, который ещё называют троттлингом. Его цель — предотвратить разрушение кремния от высокой температуры: процессор начинает пропускать циклы, чтобы снизить температуру, и производительность системы падает.

Пропуск тактов.

Верно! У процессоров есть температурный предел работы. Нормальной

считается

температура рабочей поверхности до 85 градусов Цельсия, но это с запасом. Когда температура вырастает до 100 градусов Цельсия, включается механизм пропуска, или дросселирования, тактов, который ещё называют троттлингом. Его цель — предотвратить разрушение кремния от высокой температуры: процессор начинает пропускать циклы, чтобы снизить температуру, и производительность системы падает.

С таким девизом вы запускаете компьютер, пользуетесь телефоном и другой микроэлектроникой. Вполне себе нормальный подход, но здорово, что мир устроен сложно и в нём можно разбираться практически бесконечно.

Рекомендуем послушать подкаст про микропроцессоры, где мы рассказываем об их устройстве, современных технологиях и их будущем, и прочитать спецпроект про историю создания транзисторов.

Эксперт по устройству компьютера

Однажды вы заглядывали в системный блок, чтобы сменить термопасту, или интересовались, почему перегревается компьютер. В любом случае вы с процессорами знакомы и знаете, зачем они нужны и как устроены.

В довесок рекомендуем послушать подкаст про микропроцессоры, где мы рассказываем об их устройстве, современных технологиях и их будущем, и прочитать спецпроект про историю создания транзисторов.

Если компьютерное железо не ваша страсть, то как минимум вы не прочь выяснить, как там всё устроено и почему компьютер работает именно так. Завидуем вашей эрудиции!

В довесок рекомендуем послушать подкаст про микропроцессоры, где мы рассказываем об их устройстве, современных технологиях и их будущем, и прочитать спецпроект про историю создания транзисторов.

Вы спите и видите, что ваш компьютер начнёт работать с такой тактовой частотой, поэтому вопросы в этом тесте были лёгкой задачкой. Вы так горячи в своём стремлении к 6 ГГц, что у вас даже начинается лёгкий троттлинг, — поосторожнее с ним :)

В довесок рекомендуем послушать подкаст про микропроцессоры, где мы рассказываем об их устройстве, современных технологиях и их будущем, и прочитать спецпроект про историю создания транзисторов.