какую роль выполняет процессор в компьютере

Что такое процессор (CPU)

В этой статье мы рассмотрим, что такое процессор CPU, какие у него функции и из чего он состоит.

В каждом вычислительном устройстве (ПК, смартфон, фотоаппарат) есть центр, который отвечает за правильную работу машины ― процессор.

В широком смысле процессор ― это устройство, которое выполняет вычислительные и логические операции с данными. Чаще всего этот термин используется для обозначения центрального процессора устройства. Расшифровка CPU ― Central Processing Unit (центральное обрабатывающее устройство). Это самая важная часть компьютера. Его мозг. Он выглядит как квадрат размером приблизительно 5×5 см:

С обратной стороны CPU находятся ножки, с помощью которых он крепится к материнской плате:

От мощности центрального процессора зависит скорость обработки команд и продуктивность работы других составляющих компьютера. Например, можно купить современную видеокарту, но она не сможет показать свои возможности, если управляется слабым CPU.

Функции CPU

Какие функции выполняет центральный процессор CPU? Главная функция ― управление всеми операциями компьютера: от простейших сложений чисел на калькуляторе до запуска компьютерных игр. Если рассматривать основные функции центрального процессора подробнее, CPU:

Из чего состоит CPU

Центральный процессор состоит из 3-х частей:

Каждое ядро может выполнять только одну задачу, хоть и за долю секунды. Одноядерный процессор выполняет каждую задачу последовательно. Для современного объёма операций этого мало, поэтому ценятся CPU с более чем одним ядром, чтобы выполнять несколько задач одновременно. Например, двухъядерный выполняет две задачи одновременно, трехъядерный ― три и т. д.

Главной характеристикой процессора является производительность. Она зависит от двух параметров: тактовая частота и разрядность.

Тактовая частота ― число выполненных операций в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц — миллион тактов в секунду ) и гигагерцах (ГГц — миллиард тактов в секунду). Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает машина.

Разрядность ― количество информации (байт), которое можно передать за такт. Разрядность процессора бывает 8, 16, 32, 64 бита. Современные процессоры 32-х и 64-битные.

Производители CPU

На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.

Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.

Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.

Подписывайтесь на рассылку нашего блога — впереди много полезных статей!

Источник

Для чего нужен процессор в компьютере

Трудно оценивать новую технологию без учёта процессора. Проблема в том, что декодировать то, что делает процессор, довольно сложно, даже если вы технарь.

Процессоры — это мозг компьютера. Они управляют логикой, которая выполняет вычисления и запускает программы на вашем компьютере.

В этой статье мы поговорим о том, что такое процессоры, как они работают, и обсудим основные элементы процессора.

Что такое процессор

Процессор — это часть оборудования, которая интерпретирует инструкции, управляющие компьютером. Процессоры называют мозгом компьютера неспроста: без него компьютеры не могут запускать программы.

Процессоры часто называют ЦП. Технически в компьютере есть более одного процессора, например, графический процессор (GPU), но центральный процессор, возможно, является самым важным из них.

Блоки обработки принимают инструкции из оперативной памяти (RAM) компьютера. Когда эти инструкции получены, ЦП декодирует и обрабатывает действие, а затем выдаёт результат.

Intel и AMD — самые известные компании в индустрии процессоров для настольных, портативных и серверных компьютеров. Intel Core и AMD Ryzen — одни из самых популярных процессоров для настольных ПК. Apple, Nvidia и Qualcomm известны своими процессорами для мобильных устройств.

Где находится процессор

Процессоры расположены на материнской плате компьютера. Они подключаются к так называемому сокету ЦП или слоту ЦП. Обычно рядом с процессором есть рычаг, который используется для обеспечения того, чтобы он оставался прикреплённым к материнской плате.

Что делает процессор процессором

Процессор состоит из четырёх компонентов: ALU, FPU, регистров и кэш-памяти.

Арифметико-логический блок (ALU) выполняет все арифметические и логические операции. Он работает с целыми числами. Модуль с плавающей запятой (FPU) управляет числами с плавающей запятой, которые являются числами, включающими десятичную дробь.

Тогда есть реестр. В регистре хранятся инструкции, полученные от других частей компьютера. Затем он сообщает ALU, какие процессы выполнять, и сохраняет результаты этих операций.

Наконец, процессоры включают в себя память L1, L2 и L3. Этот кэш-память позволяет процессору хранить данные локально, не извлекая их из ОЗУ. Включение этого компонента помогает сделать ЦП более быстрым и эффективным.

Как работает процессор

Процессоры могут поставляться с большим количеством наворотов, чем когда-либо прежде. По своей сути они состоят из одного и того же набора процессов. Эти процессы называются циклом выборки-выполнения. Этот цикл состоит из трёх шагов: выборка; декодировать; и выполнить.

Выборка

Первый шаг в цикле выборка-выполнение — выборка. Он включает в себя получение — или «извлечение» — инструкции. Эта инструкция передаётся из ОЗУ в ЦП.

Когда процессор получает инструкцию, он будет отслеживать ту, над которой работает, используя счётчик программ. Все инструкции, которые он получает, хранятся в регистре команд.

Декодировать

Когда инструкция была выбрана и сохранена в регистре инструкций, ЦП обрабатывает инструкцию, используя свой декодер. Это превращает инструкцию в серию сигналов, которые могут интерпретироваться другими частями ЦП.

Выполнить

В конце этого процесса декодированные инструкции выполняются. Инструкции отправляются другим частям процессора для выполнения. После выполнения этих инструкций они обычно сохраняются в регистре ЦП. Это помогает повысить скорость процессора, поскольку он может запоминать некоторые инструкции, которые он ранее обработал.

Технические характеристики процессора

Хотя все процессоры выполняют одни и те же — инструкции процесса, — спецификации процессора различаются в зависимости от варианта его использования. Давайте обсудим несколько основных характеристик, о которых вам следует знать.

32- и 64-битные процессоры

Есть два основных типа процессоров: 32-битные и 64-битные. Эти числа относятся к тому, сколько бит может быть передано одновременно между разными частями ЦП. Чем выше количество битов, тем быстрее будет процессор.

Тактовая частота

Тактовая частота означает, сколько инструкций процессор может обработать в секунду. Обычно они представлены в гигагерцах (ГГц), и вы часто будете видеть это число в спецификациях процессора. Чем выше тактовая частота, тем быстрее будет работать процессор.

В большинстве случаев сравнивать тактовую частоту необходимо только при оценке процессоров одного поколения. Это потому, что, хотя тактовая частота является фактором, влияющим на скорость процессора, есть и другие компоненты, которые имеют такое же значение.

L2 / L3 кэш

Память L2 и L3 — это место, где ЦП хранит обычно используемые данные. Вместо того, чтобы обращаться к ОЗУ каждый раз, когда ЦП необходимо обработать инструкцию, ЦП может хранить некоторые инструкции, которые часто возникают внутри себя. Кэш работает быстрее, чем ОЗУ, потому что он является частью процессора, чем больше у вас кеша, тем быстрее будет ваш процессор.

Как работают ядра процессора

В старые времена вычислительной техники компьютерный процессор имел бы одно ядро. Это означает, что он мог одновременно выполнять только один набор инструкций. Аппаратные инженеры раздвинули этот предел, и сегодня многоядерные процессоры стали стандартом. Многоядерные процессоры имеют несколько ядер, поэтому они могут выполнять разные инструкции одновременно.

Большинство компьютеров сегодня имеют от двух до четырёх ядер. Вы часто слышите, что эти настройки называются «двухъядерными» и «четырехъядерными» соответственно. Некоторые процессоры имеют до 12 ядер, в зависимости от их назначения. Чем больше ядер у ЦП, тем больше инструкций может интерпретировать процессор.

Многоядерные процессоры — это просто два или более процессора на одном кристалле. Четырехъядерный процессор — это четыре процессора, всё на одном кристалле. Затем они связываются, чтобы они могли работать вместе.

Подведение итогов

Процессоры — неотъемлемая часть компьютера. Он отвечает за обработку данных, которые позволяют запускать программы на вашем компьютере. В последние годы процессоры значительно улучшились.

Внедрение многоядерных процессоров, а также новые инновации, такие как гиперпоточность, позволяют нашим компьютерам работать быстрее и эффективнее.

Источник

Что такое центральный процессор?

Персональный компьютер состоит из множества компонентов, соединенных в единую систему. Взаимодействие и контроль между ними осуществляется благодаря центральному процессору, выполняет роль электронного мозга ПК. Без него любая техника, будь то ноутбук, планшет или системный блок – груда железок. Давайте подробнее разберемся, как работает центральный процессор компьютера и какова его структура.

Виды процессоров

Прежде чем переходить к рассмотрению ключевых характеристик ЦП, необходимо разобраться каких видов он бывает. Центральных процессоров или CPU, как их называют заграницей много, и они разделяются по следующим критериям.

По способу применения:

По фирме производителю:

Обратите внимание! Помимо Интеловских и Амдэшных ЦП существуют продукты, выпускаемые под брендами других компаний, но они мало востребованы, составляя малую часть об общего объема товаров на рынке компьютерного железа.

Многие пользователи ошибочно полагают, что продукция компании Intel отличается от AMD только названием, но это далеко не так. Структура каждого центрального процессора, произведенного под торговой маркой данных компаний, существенно отличается от конкурентов. Благодаря этому, они обладают своими достоинствами и недостатками. Например, продукция компании Intel наделена следующими положительными характеристиками, выгодно отличающими их центральные процессоры от AMD:

Товары от AMD также имеют ряд характеристик, позволяющих им активно конкурировать на рынке компьютерного железа:

Описание центрального процессора

Итак, с видами ЦП и их отличительными особенностями мы разобрались, пора переходить к описанию самого изделия и разобраться в том, что это такое. Для простоты понимания разобьём его на несколько пунктов, выделяя в них ключевые особенности изделия:

С их помощью мы разберемся как работает процессор и как он устроен.

Назначение

Главная задача любого центрального процессора – выполнение вычислительных процессов, с помощью которых устройствам передается набор команд, необходимых для выполнения. Команды находятся в ОЗУ ПК и считываются CPU оттуда напрямую. Соответственно, чем выше вычислительные мощности процессора, тем большим быстродействием обладает вся система.

Структура

Общая структура любого центрального процессора состоит из следующих блоков:

Блок интерфейса содержит следующие компоненты:

В операционный блок входят:

Обратите внимание! Операционный блок и блок интерфейса работают в параллельном режиме, но интерфейсная часть находится на шаг впереди, записывая в блок регистров команды, которые в дальнейшем выполняются операционной частью.

Системная шина служит для передачи сигналов от центрального процессора к другим компонентам устройства. С каждым новым поколением структура процессора немного меняется и последние разработки сильно отличаются от первых процессоров, используемых на заре становления компьютерных технологий.

Характеристики

Характеристики любого центрального процессора оказывают большое влияние на быстродействие как отдельных элементов системы, так и всего комплекса устройств в целом. Среди основных характеристик, влияющих на параметры производительности, выделяют:

Из побочных характеристик, напрямую не относящихся от технологии производства, выделяют тепловыделение и количество потребляемой во время работы энергии. Мощные устройства выделяют много тепла и требуют большую энергетическую подпитку во время работы. Для их полноценной работы применяются вспомогательные системы охлаждения.

Источник

Процессоры. Что это такое. История развития.

(очень длиннопост, читать до конца не обязательно).

Всем доброго времени суток. Сейчас хочу немного поговорить о процессорах, не только, как компьюерная комплектующая, а в целом что из себя он представляет и как работает.

Конечно же, таких статей вы и сами можете найти сотни в интернете, только вбив в поисковой строке одно слово, но эта статья тем интересней, что входит в серию статей, разбирающие все комплектующие, что дает более целостную картину восприятия, также, тут вы найдете для себя интересные сравнения, изложение сложных терминов языком не просвященных, а также историю того, как человечество дошло до такой невероятной вещи, как процессор.

Что такое процессор? Процессор (от англ. «to process» — «обрабатывать») — это программа или устройство, предназначенные для обработки чего-либо. Является центральным вычислительным элементом любого компьютера, управляет всеми остальными его элементами. Современный микропроцессор — это прямоугольная пластинка из кристаллического кремния. На ее маленькой площади расположены схемы (транзисторы). Пластинка находится в керамическом или пластмассовом корпусе, к которому она подсоединяется посредством золотых проводков. Благодаря такой конструкции процессор легко и надежно подсоединяется к системной плате ПК.

Тактовая частота процессора.

Тактовая частота указывает скорость работы процессора в герцах – количество рабочих операций в секунду. Тактовая частота процессора подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Да, эта характеристика процессора значительно влияет на скорость работы вашего ПК, но производительность зависит далеко не только от неё.

Внутренняя тактовая частота обозначает темп, с которым процессор обрабатывает внутренние команды. Чем выше показатель – тем быстрее внешняя тактовая частота.

Внешняя тактовая частота определяет, с какой скоростью процессор обращается к оперативной памяти.

Разрядность представляет собой предельное количество разрядов двоичного числа, над которым может производиться машинная операция передачи информации.

Размерность технологического процесса.

Определяет размеры транзистора (толщину и длину затвора). Частота работы кристалла определяется частотой переключений транзисторов (из закрытого состояния в открытое). С уменьшением размера уменьшается выделение тепла. Размерность технологического процесса измеряется в нанометрах.

Гнездовой или щелевой разъем, предназначен для интеграции чипа в схему материнской платы. Каждый разъем допускает установку только определенного типа процессоров.

PGA (Pin Grid Array) – корпус квадратной или прямоугольной формы, штырьковые контакты.

BGA (Ball Grid Array) – шарики припоя.

LGA (Land Grid Array) – контактные площадки.

Кэш-память процессора является одной из ключевых характеристик, на которую стоит обратить внимание при выборе. Кэш-память – массив сверхскоростной энергозависимой ОЗУ. Является буфером, в котором хранятся данные, с которыми процессор взаимодействует чаще или взаимодействовал в процессе последних операций. Благодаря этому уменьшается количество обращений процессора к основной памяти. Этот вид памяти делится на три уровня: L1, L2, L3. Каждый из уровней отличается по размеру памяти и скорости, и задачи ускорения у них отличаются. L1 — самый маленький и быстрый, L3 — самый большой и медленный. К каждому уровню процессор обращается поочередно (от меньшего к большему), пока не обнаружит в одном из них нужную информацию. Если ничего не найдено, обращается к оперативной памяти.

Энергопотребление и тепловыделение.

Чем выше энергопотребление процессора, тем выше его тепловыделение.

TDP (Thermal Design Power) – параметр, указывающий на то количество тепла, которое способна отвести охлаждающая система от определенного процессора при наибольшей нагрузке. Значение представлено в ваттах при максимальной температуре корпуса процессора.

ACP (Average CPU Power) – средняя мощность процессора, показывающая энергопотребление процессора при конкретных задачах.

Рабочая температура процессора.

Наивысший показатель температуры поверхности процессора, при котором возможна нормальная работа (54-100 °С). Этот показатель зависит от нагрузки на процессор и от качества отвода тепла. При превышении предела компьютер либо перезагрузится, либо просто отключится. Это очень важная характеристика процессора, которая напрямую влияет на выбор типа охлаждения.

Множитель и системная шина.

Front Side Bus – частота системной шины материнской платы. Тактовая частота процессора является произведением частоты FSB на множитель процессора. У большинства процессоров заблокирован разгон по множителю, поэтому приходится разгонять по шине.

Встроенное графическое ядро.

Процессор может быть оснащен графическим ядром, отвечающим за вывод изображения на монитор. В последние годы, встроенные видеокарты такого рода хорошо оптимизированы и без проблем тянут основной пакет программ и большинство игр на средних или минимальных настройках. Для работы в офисных приложениях и серфинга в интернете, просмотра Full HD видео и игры такой видеокарты вполне достаточно.

Количество ядер (потоков).

Многоядерность одна из важнейших характеристик центрального процессора, но в последнее время ей уделяют слишком много внимания. Не так давно процессоры были одноядерными, их производительность на то время была достаточно хорошой, и не требовала увеличения мощности, когда процессоры уже уперлись в какой-то “потолок”. На замену одноядерным пришли процессоры с 2, 4 и 8 ядрами.

Если 2 и 4-ядерные вошли в обиход очень быстро, процессоры с 8 ядрами пока не так востребованы. Для использования офисных приложений и серфинга в интернете достаточно 2 ядер, 4 ядра требуются для САПР и графических приложений, которым просто необходимо работать в несколько потоков.

Что касается 8 ядер, очень мало программ поддерживают так много потоков, а значит, такой процессор для большинства приложений просто бесполезен. Обычно, чем меньше потоков, тем больше тактовая частота. Из этого следует, что если программа, адаптированная под 4 ядра, а не под 8, на 8-ядерном процессе она будет работать медленнее. Но этот процессор отличное решение для тех, кому необходимо работать сразу в большом количестве требовательных программ одновременно. Равномерно распределив нагрузку по ядрам процессора можно наслаждаться отличной производительностью во всех необходимых программ.

В большинстве процессоров количество физических ядер соответствует количеству потоков: 8 ядер – 8 потоков. Но есть процессоры, где благодаря Hyper-Threading, к примеру, 4-ядерный процессор может обрабатывать 8 потоков одновременно.

Сам процессор представляет собой небольшую квадратную пластину (чип), внутри которой находятся миллионы транзисторов.

Если говорить о том, как работает процессор Intel или его конкурент AMD, нужно посмотреть, как устроены эти чипы. Первый микропроцессор появился еще в далеком 1971 году. Он мог выполнять только простейшие операции сложения и вычитания с обработкой всего лишь 4 бит информации, т. е. имел 4-битную архитектуру.

Современные процессоры, как и первый, основаны на транзисторах и обладают куда большим быстродействием. Изготавливаются они методом фотолитографии из определенного числа отдельных кремниевых пластинок, составляющих единый кристалл, в который как бы впечатаны транзисторы. Схема создается на специальном ускорителе разогнанными ионами бора. Во внутренней структуре процессоров основными компонентами являются ядра, шины и функциональные частицы, называемые ревизиями.

Если посмотреть, как работает процессор, нужно четко представлять себе, что любая команда имеет две составляющие – операционную и операндную.

Операционная часть указывает, что должна выполнить в данный момент компьютерная система, операнда определяет то, над чем должен работать именно процессор. Кроме того, ядро процессора может содержать два вычислительных центра, которые разделяют выполнение команды на несколько этапов:

обращение к памяти самого процессора

Сегодня применяется раздельное кэширование в виде использования двух уровней кэш-памяти, что позволяет избежать перехвата двумя и более командами обращения к одному из блоков памяти.

Процессоры по типу обработки команд разделяют на линейные (выполнение команд в порядке очереди их записи), циклические и разветвляющиеся (выполнение инструкций после обработки условий ветвления).

Среди основных функций, возложенных на процессор, в смысле выполняемых команд или инструкций различают основные задачи:

математические действия на основе арифметико-логического устройства;

перемещение данных (информации) из одного типа памяти в другой;

принятие решения по исполнению команды, и на его основе – выбор переключения на выполнения других наборов команд.

Взаимодействие с памятью (ПЗУ и ОЗУ)

В этом процессе следует отметить такие компоненты, как шина и канал чтения и записи, которые соединены с запоминающими устройствами. ПЗУ содержит постоянный набор байт. Сначала адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, затем передает его на шину данных, после чего канал чтения меняет свое состояние и ПЗУ предоставляет запрошенный байт.

Но процессоры могут не только считывать данные из оперативной памяти, но и записывать их. В этом случае используется канал записи. Но, если разобраться, по большому счету современные компьютеры чисто теоретически могли бы и вовсе обойтись без ОЗУ, поскольку современные микроконтроллеры способны размещать нужные байты данных непосредственно в памяти самого процессорного чипа. Но вот без ПЗУ обойтись никак нельзя.

Кроме всего прочего, старт системы запускается с режима тестирования оборудования (команды BIOS), а только потом управление передается загружаемой операционной системе.

Нужно четко понимать, что, если бы процессор не работал, компьютер бы не смог начать загрузку вообще.

Но на примере функционирования человеческого организма нужно понимать, что в случае остановки сердца умирает весь организм. Так и с компьютерами. Не работает процессор – «умирает» вся компьютерная система.

История создания. Дальнейшее развитие процессоров.

В настоящее время технология развивается стремительно, каждый год появляется несколько новых микропроцессоров. Однако факторы, влияющие на это развитие, известны. Зная эти факторы, довольно уверенно можно предсказывать и основные пути развития процессоров в ближайшем будущем.

Нам необходимо, выявить основную цель развития процессоров, определить ограничения, которые накладываются на процессоры, оценить существующие современные подходы построения микропроцессоров.

Устремления и ограничения Общая цель, которую стремятся достичь все разработчики микропроцессоров – получить процессор максимальной производительности с наименьшими затратами как в разработке, так и в производстве. При этом процессор должен быть как можно более универсален. Лишь при достаточно большой массовости производства можно разделить все расходы по разработке модели на такое количество выпущенных экземпляров, что цена одного процессора будет иметь разумный размер. Если же процессор найдет весьма узкое применение, то львиную долю его стоимости будут составлять расходы по собственно разработке процессора, а не расходы по его производству. Именно поэтому так дороги уникальные серверные и процессорные платформы, применяемые для нужд обороны и прочих малораспространенных задач. В общем случае, расходы по разработке, скажем, новой модели Celeron и какой-либо сложной специализированной структуры весьма сопоставимы. Однако цена специализированной системы будет превышать цену обычной в десятки раз.

Проще всего создать процессор, оптимизированный под одну-единственную задачу. В рамках этой задачи можно достичь пика производительности для данной элементной базы. Но в связи с универсальностью происходят потери в производительности. Борьба противоположных требований, при всей своей простоте, является основным фактором влияния.

Другим фактором, является удобство применения процессора для разработки приложений. При разработке любого сложного проекта на каком-то этапе сама технология производства оказывается делом первостепенной важности. Качественная реализация проекта оказывается невозможной без применения специальных средств для контроля за качеством производимых программных продуктов. Именно в этом заключаются корни популярности объектно-ориентированного подхода в языках высокого уровня. В той же мере и на уровне машинных кодов удобство системы команд может оказывать большое влияние на качество работы. Чем удобнее окажется процессор для разработчиков, тем больше будет выпущено программных продуктов именно для этой платформы, и тем привлекательней окажется эта платформа для конечных пользователей. Процессор должен обладать максимальной производительностью, при этом он должен сохранять свою относительную универсальность, обеспечивающую массовость производства. Также процессор должен быть достаточно удобен для разработки сложных приложений. С учетом всех этих требований можно рассматривать ныне существующие модели, оценивать их перспективность и, до некоторой степени, предсказывать их дальнейшее развитие.

Самым существенным фактором, влияющим на архитектурные решения современных процессоров, является постоянное совершенствование технологии производства. Как следствие,- рост уровня интеграции, уменьшение задержек в транзисторах и связях, снижение энергопотребления при переключении транзистора.С ростом уровня интеграции увеличиваются ресурсы на кристалле и повышается тактовая частота работы, что позволяет повышать производительность процессоров. Первое направление связано с увеличением объёма внутренней кэш-памяти. Второе направление связано с реализацией в процессорах принципов конвейеризации и параллельной обработки в нескольких конвейерах на разных стадиях выборки и выполнения команд.

Практически все накопленные в процессе конкуренции различных фирм архитектурные решения находят своё воплощение в новых архитектурах. В архитектуре современных процессоров различных производителей много общего, и ставится вопрос об унификации архитектур.

Современный процессор – это 64-разрядный суперконвейерный, суперскалярный процессор с RISC-операционным ядром и большим числом дополнительных блоков, реализующий динамическое исполнение команд. Для эффективной обработки данных мультимедиа и графики система команд современных процессоров расширяется за счёт специализированных команд мультимедийной обработки.

Для унификации структур обработки данных в структуры некоторых современных процессоров включают специальные преобразователи исходных кодов команд во внутренние машинные команды «исполнительного процессора».

Масштабные исследования ведутся по созданию процессорных элементов и компьютеров в целом с использованием принципиально иной элементной базы: биполярных молекул, молекул ДНК, квантовых кубитов и света.

История возникновения центрального процессора.

История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.

Первым этапом было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, затем, по мере развития технологии, стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство,арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Четвёртым этапом стало создание, благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.

Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё долгое время, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Тем не менее, центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции.

Переход к микропроцессорам позволил создать персональные компьютеры, которые проникли в каждый дом.

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц и стоил 300 долл.

Далее его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен дешевый 8088, упрощенная версия 8086, с 8-разрядной шиной памяти.

Затем проследовала его модификация, 80186.

В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти.

Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например Intel x86, развившаяся вначале в 32-битную IA-32, а позже в 64-битную x86-64 (которая у Intel называется EM64T). Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений. Также можно перечислить такие архитектуры как Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC-архитектуры) и IA-64 (EPIC-архитектура).

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см), вставляющегося в сокет, находящийся на материнской плате. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.

Перспективы центральных процессоров.

В перспективе изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Имеются различные направления.

• Оптические компьютеры — в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны).

• Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.

• Молекулярные компьютеры — вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве

Архитектура фон Неймана.

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Дж. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году.

Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов.

Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения.

2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности.

3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её.

4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды остановка или переключение в режим обработки прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Конвейерная, Гарвардская, Параллельная и Суперскалярная архитектура.

Конвейерная архитектура (англ. pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипных операций, например: выборка команды из ОЗУ, дешифровка команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера. Например, конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:

• получение и декодирование инструкции,

• адресация и выборка операнда из ОЗУ,

• выполнение арифметических операций,

• сохранение результата операции.

После освобождения 4-й ступени конвейера она сразу приступает к работе над следующей командой. Если предположить, что каждая ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение команды на конвейере длиной в 4 ступеней займёт 4 единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждую единицу времени.

Действительно, при отсутствии конвейера выполнение команды займёт 8 единиц времени (так как для выполнения команды по-прежнему необходимо выполнять выборку, дешифровку и т. д.), и для исполнения команд понадобится 8 единиц времени; при использовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения команд понадобится всего лишь 4 единиц времени.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

1. Простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (например, адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами).

2. Ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд — out-of-order execution).

3. Очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что повышает производительность процессора, но, однако, приводит к увеличению длительности простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода). Не существует единого мнения по поводу оптимальной длины конвейера: различные программы могут иметь существенно различные требования.

Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора путем увеличения числа исполнительных устройств. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности, в то же время существует определенный предел роста числа исполнительных устройств, при превышении которого производительность практически перестает расти, а исполнительные устройства простаивают. Частичным решением этой проблемы являются, например, технология Hyper-threading.

Complex instruction set computer — вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложненном наборе команд. Типичными представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд: в начале процесса исполнения сложные команды разбиваются на более простые микрооперации (МОП), исполняемые RISC-ядром).

Reduced instruction set computer — вычисления с упрощенным набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе упрощенного набора команд, характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).

Упрощение набора команд призвано сократить конвейер, что позволяет избежать задержек на операциях условных и безусловных переходов. Однородный набор регистров упрощает работу компилятора при оптимизации исполняемого программного кода. Кроме того, RISC-процессоры отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением.

Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.

Minimum instruction set computer — вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и обогнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).

Very long instruction word — сверхдлинное командное слово. Архитектура процессоров с явно выраженным параллелизмом вычислений, заложенным в систему команд процессора. Являются основой для архитектуры EPIC. Ключевым отличием от суперскалярных CISC-процессоров является то, что для них загрузкой исполнительных устройств занимается часть процессора (планировщик), на что отводится достаточно малое время, в то время как загрузкой вычислительных устройств для VLIW-процессора занимается компилятор, на что отводится существенно больше времени (качество загрузки и, соответственно, производительность теоретически должны быть выше). Примером VLIW-процессора является Intel Itanium.

Продолжение- квантовые компьютеры, не влезло в пределы одного поста.

Спасибо, что дочитали.

Отлично подано. Молодец.

Процессор неправильно выглядит
Вот его правильный внешний вид:

Большое спасибо! Отличная статья

на одном ядре выйди в интернет и офигеешь))

Задача серьёзная

ZX Spectrum

23 апреля 1982 года британская компания «Синклер Рисёрч» представила 8-разрядный домашний компьютер «ZX Spectrum», один из наиболее популярных компьютеров в Европе в 1980-е годы!

Компьютер был создан на основе микропроцессора Z80 фирмы «Zilog», улучшенного и более продвинутого варианта Intel 8080 (в отличие от прототипа ему, в частности, требовалось только один источник питания +5В).

В ходе разработки компьютер назывался «ZX81 Colour» и «ZX82», название «Spectrum» должно было подчеркнуть одно из главных отличий от его предшественника ZX81 — цветное изображение. Почитатели этого компьютера часто называют его «Спекки» (англ. Speccy).

В апреле 1982 года компьютер был представлен в двух вариантах — с 16 и 48 КБ оперативной памяти. В ПЗУ был прошит диалект языка Бейсик, так называемый Sinclair BASIC.

Эта же программа ПЗУ обеспечивала базовый ввод-вывод и пользовательский интерфейс. Системными процедурами (например, печатью на экран) можно было воспользоваться из машинного кода, вызвав их по абсолютным адресам. Архитекторами компьютера была принята политика не изменять программу ПЗУ, несмотря на наличие в ней ошибок. Расположение такой «операционной системы» и языка программирования в постоянной памяти обеспечивало перезагрузку компьютера за пару секунд, включая тестирование ОЗУ, и, что важно, уменьшало размер программ (программист мог использовать «стандартные» процедуры ПЗУ, не расходуя доступную оперативную память и не теряя при этом совместимость).

Первая модель «ZX Spectrum» имела недорогую в производстве клавиатуру, состоящую из 40 резиновых клавиш. Характерной её особенностью была многофункциональность: алфавитно-цифровые клавиши имели до семи значений в различных режимах. При этом режим ввода отображался с помощью курсора. Такими режимами были: L — для ввода строчных букв, C — для ввода заглавных букв, K — для ввода основных ключевых слов BASIC, E — для ввода дополнительных ключевых слов и операторов и G — для ввода псевдографических, управляющих символов и символов, определённых пользователем.

Режим переключался как автоматически, так и с помощью управляющих клавиш Caps Shift и Symbol Shift. Например, в начале набора BASIC ждёт номер строки или команду, поэтому курсор находится в режиме K. Однократное нажатие клавиши «G» в таком режиме приведёт к автоматическому вводу оператора GO TO. После этого курсор перейдёт в режим L и позволит набрать число, имя переменной по буквам или математическое выражение (в том числе с помощью режима Е). Более поздние модели (начиная с ZX Spectrum 128) позволяли в качестве альтернативы набирать команды языка по буквам.

Благодаря невысокой цене, за первые 17 месяцев было продано более миллиона этих машин. Низкая стоимость компьютера была обусловлена целым рядом факторов: низкими техническими и пользовательскими характеристиками по сравнению с более дорогими компьютерами того времени; использованием бытового телевизора в качестве монитора и магнитофона в качестве внешнего накопителя.

В начале 80-х ZX Spectrum был одним из самых популярных компьютеров в Европе. На мировом рынке его основным соперником были американские компьютеры Commodore 64, а также 8-битные Atari, BBC Micro, Amstrad CPC и компьютеры системы MSX. Любопытно, что европейские MSX-системы (например, Philips VG80XX) были также построены на базе процессора Z80.

Появление в продаже доступных компьютеров привело не только к всплеску популярности видеоигр, но и программирования. Несколько поколений европейских программистов называют своим первым компьютером ZX Spectrum. Комментируя вызванный им компьютерный бум, сэр Клайв Синклер (владелец Sinclair Research) тогда заявлял, что «программное обеспечение, работающее на кремнии» должно положить конец «долгой монополии углеродных организмов, являющихся самой разумной жизнью на Земле».

В 80-е годы большинство советских микрокомпьютеров было построено на базе микропроцессора КР580ВМ80А (аналог Intel 8080) и не имело общей совместимости. С открытием советского рынка и приходом на него импортных микропроцессоров Z80 (а позднее и собственных аналогов Т34ВМ1 и КР1858ВМ1), появилась возможность клонировать ZX-Spectrum и адатировать его богатейшую библиотеку игр и программ!

В результате, в начале 90-х многочисленные клоны ZX Spectrum, полностью или частично собранные на отечественной элементной базе (включая наборы для самостоятельной сборки), получили широкое распространение на территории бывшего СССР.

Иной раз кажется, что если бы и фирма Sinclair Research вовремя подсуетилась и выпустила свою игровую приставку, она сумела бы сохранить лидирующее положение на рынке. Как ни удивительно, но такая идея у неё была!

Создатели ZX-Spectrum готовили к выпуску игровую консоль

В 1983-м (том самом году, когда компания Nintendo выпустила легендарный Famicom) Sinclair Research могла выпустить первую европейскую игровую приставку!

Инженер Sinclair Research Мартин Бреннан разработал игровую систему LC3 (Low Cost Colour Computer), реализованную всего на двух микросхемах, с играми не на кассетах, а на картриджах. Стив Берри написал для LC3 многозадачную операционную систему с оконным графическим интерфейсом. Если бы этот игровой «low-coster» увидел свет, возможно, он повторил бы успех ZX-Spectrum и смог бы составить конкуренцию Nintendo, Atari и Sega!

По всей видимости, прообразом будущей консоли стал интерфейс ZX Microdrive, позволявший загружать игры с картриджей.

Но в ноябре 1983-го все работы над LC3 прекратились. Силы были переброшены на проект Sinclair QL, который должен был стать первым в мире 32-разрядным домашним компьютером.

В 1983-м до Клайва Синклера дошли слухи о том, что американская фирма Apple готовит к выпуску компьютер на 32-разрядном процессоре, ориентированный для домашнего и бизнес-использования. Он решил действовать на опережение. Им было приложено максимум усилий для того, чтобы успеть выпустить Sinclair QL раньше компьютера Apple. Спешка отразилась даже в названии компьютера: буквы QL означали Quantum Leap — «Квантовый Скачок».

В свою очередь, разработчики игр и ПО также не спешили осваивать платформу QL из-за необходимости использования картриджей Microdrive. В итоге владельцы ZX-Spectrum, которые были вполне довольны тем, что у них уже было, делать апгрейд до компьютера с довольно скромной библиотекой игр не пожелали.

Фирма Amstrad продолжила линейку Spectrum, снабдив их встроенным магнитофоном (величаво именуемым «datacorder»), как и компьютеры своей марки. В 1986-м был выпущен ZX Spectrum +2, а год спустя ZX Spectrum +3, ZX Spectrum +2A и +2B. Ни одному из них не удалось даже приблизиться ни к успеху ZX-Spectrum, ни к популярности Amstrad CPC-664.

Фирма Sinclair Research продолжила своё существование, однако компьютерным бизнесом уже не занималась. Интересы Клайва Синклера переключились на транспортные средства: инвалидные коляски, велосипеды и электромобили. Оглядываясь в прошлое, можно с уверенностью сказать, что ZX-Spectrum стал самым большим успехом его жизни!

Че предкам не сиделось до поздна

Как работает компьютер (для самых маленьких)

Ответ sl3w в «Новый компьютер»

Такими темпами вместо компов будут печатные машинки

Про аппаратное декодирование, или зачем нужна интегрированная графика

Т.к. пост больше для не особо опытного пользователя, продвинутым огромная просьба сильно помидорами не закидывать. Конструктивная критика приветствуется.

Чем читать HEVC? В принципе, если это телевизор, то у него наверняка будет USB-порт, плюс встроенная аппаратная поддержка данного формата. Но туда-сюда таскать каждый раз флешку/хард с видеофайлами может быть утомительно. Да и пост все-таки о компах 🙂

Будем отталкиваться от следующих фактов:

2. Аппаратное ускорение на компьютерах (и ноутбуках/моноблоках) целиком и полностью привязано к графическому чипу.

Теперь практическая сторона.

Пункт 1. Как посмотреть аппаратную поддержку того, что есть.

Чтобы не гадать на кофейной гуще, можно использовать DXVA Checker, который бесплатен и доступен на официальном сайте. Качаете, запускаете, видите примерно такое окно (картинка из интернета):

Здесь можно видеть, что мы можем смотреть HEVC без HDR (HEVC_VLD_Main) в практически любых разрешениях вплоть до 8К, и HEVC с HDR (HEVC_VLD_Main10) в разрешениях вплоть до 4К.

И тут мы натыкаемся на еще одну важную деталь: поддержка HDR идёт отдельно, и её может и не быть, даже если сам чип умеет в HEVC!

Пункт 2. Апгрейд существующей машины.

1. Купить новую видеокарту взамен старой. Вариант подходит, если проц по производительности более-менее адекватный, но в компе стоит или затычка, или просто не особо производительная карта.

2. Воткнуть слабенькую, но современную видеокарту во второй слот. Этот вариант подходит, если уже есть достаточно производительная видеокарта, которую хватает для игр, но она не настолько современная, чтобы иметь аппаратную поддержку нужного нам формата.

Но как понять, что брать? Особенно если не новое из магазина, а с какого-нибудь авито.

Аппаратное декодирование построено на следующих технологиях (ссылки на таблицу поддержки):

3. Unified Video Decoder у чипов AMD, вышедших до 2017 года

4. Video Core Next у чипов AMD, вышедших с 2018 года (поддержка HEVC есть у всех)

Пункт 3. Покупка нового ПК.

1. Процессор без видеоядра+затычка

2. Процессор с встроенным видеоядром.

Вот ограничения для DisplayPort:

Поэтому, не стоит недооценивать интегрированную графику. Она может вас выручить там, где дискретная попросту не имеет поддержки того, что требуется.

В России разработан пятикубитовый квантовый компьютер

Российские ученые создали первую отечественную пятикубитную интегральную схему для квантовых вычислений. Над ней работали специалисты МФТИ, и это полноценный российский прототип квантового процессора, который может использоваться в квантовом машинном обучении. Глава IBM Арвинд Кришна в начале 2020 г. открыто выразил сомнение, что Россия способна сделать прорыв в области квантовых вычислений.

Отечественный квантовый процессор

В России разработана первая интегральная схема на базе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе. Ее создали специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) в Лаборатории искусственных квантовых систем (ЛИКС), и, как сообщили CNews представители вуза, эту разработку можно считать прототипом квантового процессора.

Разработчики этой многокубитовой системы в своем официальном сообщении утверждают, что она уникальна и полностью управляема. С их слов, даже на нынешней стадии разработки она может применяться в квантовом машинном обучении – отдельной области науки на пересечении квантовой физики и современных технологий обработки информации.

Созданная в лаборатории МФТИ, интегральная схема была изготовлена при участии сотрудников Центра коллективного пользования (ЦКП) (еще одно подразделение МФТИ). На момент публикации материала она прошла ряд испытаний, которые показали, что все ее элементы работают именно с теми параметрами, на которые рассчитывали разработчики.

Первый российский кубит, по словам научного сотрудника ЛИКС Алексея Болгара, был получен шесть лет назад, в 2015 г. непосредственно в этой лаборатории. С его слов, после этого сотрудники лаборатории и ЦКП продолжили работу в данном направлении. «Все эти годы сотрудники ЦКП МФТИ и лаборатории трудились над улучшением технологии изготовления сверхпроводящих квантовых структур с различной архитектурой. В результате сейчас мы имеем технологию, которая уже достаточно надежна для создания многокубитных вычислительных устройств. Созданная нами интегральная квантовая схема, в отличие от ранее разработанных в России прототипов, позволяет полностью контролировать состояние всех пяти кубитов. Такие интегральные схемы и необходимы для создания универсального квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах. Это большой технологический успех», – отметил Алексей Болгар.

Представители МФТИ отметили, что создание российской многокубитовой интегральной схемы стало возможным благодаря четырем факторам, и первый среди них – это значительное улучшение контроля геометрических и электрических параметров туннельных контактов. По словам представителей вуза, эти контакты можно считать «сердцем» сверхпроводящих кубитов, поскольку от качества и воспроизводимости их изготовления напрямую зависит работоспособность всей квантовой схемы.

Второй фактор заключается в наладке технологии изготовления микроволновых резонаторов, добротность которых в однофотонном режиме составляет сотни тысяч. Это тоже очень важная часть квантовых интегральных схем – они нужны для считывания квантового состояния кубитов.

Третий фактор – отладка процесса изготовления «навесных мостиков» (air bridge), необходимых для подавления паразитных резонансных модов, что положительно сказывается на добротности структур. Но самой важной составляющей, позволившей специалистам МФТИ создать многокубитовую схема, по их мнению, является накопленный ими за последние несколько лет опыт в этой сфере.

В МФТИ не уточняют, когда именно начнется эра российских квантовых компьютеров, как и не раскрывают свои дальнейшие планы по разработке новых многокубитовых интегральных схем и их внедрению. По словам Алексея Болгара, принимавшего непосредственное участие в разработке пятикубитовой схемы, Для каких-либо дальнейших действий в этой сфере необходимо модернизировать как ЦКП, так и лабораторию ИКС в составе МФТИ.

«Наши текущие результаты говорят о том, что технологические и измерительные возможности ЦКП и нашей лаборатории позволяют отработать и выполнить все этапы, необходимые для создания элементов квантовых процессоров, от технологических чертежей до интегральной квантовой схемы на чипе и ее измерений. Однако дальнейшее развитие работ по созданию управляемых элементов квантового компьютера и самого компьютера потребует модернизации “чистой зоны” ЦКП и дополнительного оснащения лаборатории современным исследовательским оборудованием», – отметил Алексей Болгар.

IBM сомневалась в успехах России

Компания IBM в лице своего генерального директора Арвинда Кришны (Arvind Krishna) выказывала сомнения в возможностях России создать собственный квантовый компьютер. В конце февраля 2020 г. Кришна, возглавивший IBM в апреле 2020 г., заявил, что IBM опережает другие страны «на десятилетия, а то и больше». На момент этого заявления Кришна, как сообщал CNews, занимал пост старшего вице-президента IBM по облачным и когнитивным решениям. Кришна также сообщил, что некоторые конкуренты компании, включая Google и ряд китайских предприятий, могут догнать IBM в ближайшие несколько лет. В потенциале России он усомнился: «Россия сообщила, что инвестирует несколько миллиардов рублей на создание квантового компьютера. Я полагаю, это вовсе не означает, что у них есть возможность сделать это», – отметил глава корпорации.

Арвинд Кришна ссылался на заявление директора по цифровизации госкорпорации «Росатом» Екатерины Солнцевой, сделанное в ноябре 2019 г. Она говорила о проекте по инвестированию в квантовые компьютеры не просто миллиардов, а десятков миллиардов рублей, точнее, 24 млрд руб.

Слова Екатерины Солнцевой подтвердились в июне 2020 г., когда в распоряжении CNews оказалась дорожная карта, подготовленная госкорпорацией «Росатом» в рамках соответствующего контракта с Правительством. В ней говорилось, что на развитие квантовых вычислений планируется вложить 23,6 млрд руб.

Основные затраты, согласно документу, будут связаны с разработкой квантовых процессоров, причем четырех разных типов. Также запланировано создание облачной платформы для доступа к квантовых вычислениям.

Что до IBM, то компания делает определенные успехи на поприще квантовых вычислений. К примеру, еще в начале января 2019 г. она продемонстрировала разработанный ее специалистами прототип квантового 20-кубитного компьютера в оригинальном компактном корпусе.

Система представляла собой квантовое вычислительное устройство четвертого поколения, заключенное в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м, который был выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. IBM позиционировала новинку как устройство для научного и коммерческого использования.

Китайцы сокрушили миф о квантовом превосходстве Google

Для этого понадобилось всего 60 видеокарт NVIDIA.

Группа исследователей из пекинского Института теоретической физики Китайской академии наук повторила эксперимент компании Google по демонстрации квантового превосходства. На решение специфической задачи квантовая система Google Sycamore затратила 3 минуты и 20 секунд. Ту же самую задачу новый алгоритм китайских учёных без затей решил за 5 дней всего на 60 видеокартах компании NVIDIA. Квантового превосходства Google не случилось. Ждём нового.

О достижении квантового превосходства — способности быстро решать задачи, на которые классическим компьютерам требуется буквально вечность — Google сообщила в октябре 2019 года. По словам компании, её квантовая система Sycamore решила за 200 секунд задачу, на решение которой самому быстрому на тот момент суперкомпьютеру IBM Summit потребовалось бы 10 тыс. лет. В IBM оспорили это утверждение. Компания заявила, что улучшенный алгоритм мог бы решить квантовую задачу Google за 2,5 дня. Правда, компания не подтвердила эти слова практическим экспериментом.

Вместо IBM заявление Google о квантовом превосходстве опровергли учёные из Китая. Они разработали алгоритм, который на 60 видеокартах NVIDIA на графических процессорах V100 и A100 решил задачу Google примерно за пять дней. Тем самым, кстати, китайские исследователи показали, что суперкомпьютеры тоже не всегда самые лучшие инструменты, и важна не сама вычислительная мощность, а умение ею пользоваться.

В то же время необходимо отметить, что поиск доказательств квантового превосходства той или иной квантовой платформы имеет больше спортивный характер, чем прикладной (китайцы тоже играют в эту игру). Но это позволяет нащупать границу между классическими и квантовыми вычислениями, ведь полной ясности в прикладных возможностях последней всё ещё нет. Китайцы, к слову, в новой пятилетке планируют перевести поиск квантовых алгоритмов из теоретической плоскости в практическую. Посмотрим, что из этого получится.

Ответ zayce в «Новый компьютер»

Ответ на пост «Новый компьютер»

Когда пытаешься найти оставшиеся в продаже видеокарты

Квантовый компьютер.

Компания Google заявила о создании 72-кубитного квантового компьютера. Анонс был сделан на ежегодных мартовских встречах Американского физического общества, одного из самых крупных в мире мероприятий для физиков, конференция объединяет более 10 000 участников со всего мира. Поэтому выбор площадки для объявления Джоном Мартинисом результатов работы его группы в Google является неслучайным — среди докладчиков и участников конференции ключевые фигуры «квантовой гонки», включая Михаила Лукина из Гарвардского университета, представителей IBM и Intel. Квантовый процессор от Google с 72 кубитами потенциально является значительным шагом вперед по сравнению с анонсированными в прошлом году 49-кубитными процессорами IBM и Intel, 51-кубитной системой Гарвардского университета и 53-кубитного симулятора Криса Монро из Объединенного квантового института в Мэриленде.

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1. В результате можно обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая гигантского превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.

Ученые хотят выяснить, являемся ли мы квантовыми компьютерами

На первый взгляд может показаться, что компьютер и мозг работают одинаково – оба обрабатывают информацию, могут ее сохранять, принимают решения, а также имеют дело с интерфейсами ввода и вывода. В случае мозга этими интерфейсами выступают наши органы чувств, а также способность управлять различными объектами, не являющимися частью нашего тела, например, искусственными протезами.

Если исходить из вышеописанного, то квантовые компьютеры обещают просто невероятный потенциал в компьютерных вычислениях, который позволит справляться с задачами (в том числе и в науке), на которые не способны даже самые мощные, но при этом обычные компьютеры.

Что же касается нового исследования ученых из Калифорнийского университета, которое вот-вот начнется, то оно будет направлено на поиск «мозговых кубитов».

Одной из основных особенностей «обычных» кубитов является то, что для их работы требуется среда с очень низкой температурой, приближающейся к абсолютному нулю, однако исследователи предполагают, что это правило может не распространяться на кубиты, которые могут находиться в человеческом организме.

Задачей еще одного эксперимента станет исследование митохондрий – клеточных субъединиц, отвечающих за наш метаболизм и передачу энергии внутри нашего организма. Ученые предполагают, что эти органеллы могут играть существенную роль в квантовой запутанности и обладать квантовой связью с нейронами.

В общем и целом нейромедиаторы (активные химические вещества, с помощью которых происходит перенос электрохимических импульсов) между нейронами и синаптические связи, возможно, создают в нашем мозге объединенные квантовые сети. Фишер и его команда хотят это проверить, попытавшись воспроизвести такую систему в лабораторных условиях.

Процессы квантовых вычислений, если они действительно присутствуют в нашем мозге, помогут нам объяснить и понять самые загадочные его функции, например, его способность переводить память из кратковременной в долговременную, или же приблизиться к понимаю вопросов о том, откуда же на самом деле берутся наши сознание, осознание и эмоции.

Все это – очень высокий уровень, очень сложная физика, наряду с биохимией, поэтому здесь никто не будет гарантировать, что мы сможем получить все ответы на поставленные выше вопросы. Даже если окажется, что мы пока еще не достигли нужного уровня, который позволил бы нам ответь на вопрос о том, является ли наш мозг квантовым компьютером, запланированные исследования могут привнести большой вклад в понимание того, как работает самый сложный орган человека.

Источник