1 какие блоки входят в состав процессора

Устройство процессора и его назначение

На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием.

Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году.

Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов.

Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы. Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера.

Устройство процессора

Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления. От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова.

Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.

Схема процессора

Работа процессора

Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти.

(Работа процессора сложнее, чем это изображено на схеме выше. Например, данные и команды попадают в кэш не сразу из оперативной памяти, а через блок предварительной выборки, который не изображен на схеме. Также не изображен декодирующий блок, осуществляющий преобразование данных и команд в двоичную форму, только после чего с ними может работать процессор.)

Блок управления помимо прочего отвечает за вызов очередной команды и определение ее типа.

Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров.

Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд. В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемого счетчика команд, который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или останова).

Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.

Характеристики процессора

Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду.

Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.

Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адресазависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще.

На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти.

1 какие блоки входят в состав процессора

Единственным устройством обработки информации является процессор. Сегодня 95% процессоров применяемых в IBM совместимых компьютерах являются процессорами марок « Intel » и « AMD ». Несмотря на соперничество этих компаний в завоевании процессорного рынка процессоры обоих марок имеют много общего, а благодаря этому соперничеству процессоры развиваются настолько быстро, что каждые три месяца появляются новые модели процессоров от одного или другого производителя.

Рис. 4-2-001. Внешний вид процессоров производства INTEL и AMD .

В состав любого процессора входят следующие основные блоки:

— регистры процессорной памяти.

Техническими характеристиками процессора являются: тактовая частота, разрядность, объем адресуемой памяти и количество транзисторов на кристалле.

Тактовая частота – параметр, численно равный количеству тактовых импульсов электрического тока проходящих через схемы процессора за одну секунду. Единицей измерения тактовой частоты является 1 Герц, но обычно тактовая частота измеряется в Мега Герцах, а теперь уже в Гига Герцах, например тактовая частота 3 ГГц означает, что через схемы процессора за одну секунду проходит 3 миллиарда тактовых импульсов электрического тока.

Тактовая частота процессора непосредственно связана с быстродействием компьютера в целом. Дело в том, что любой процессор выполняет одну элементарную операцию за определенное число тактовых импульсов. Например, первые процессоры семейства « Intel » выполняли одну элементарную операцию за 12 тактовых импульсов, а процессоры Pentium , принадлежащие тому же семейству, но появившиеся гораздо позже, выполняют одну элементарную операцию уже за 1 тактовый импульс. Другими словами при частоте 100 МегаГерц процессор Pentium , выполняет 100 миллионов элементарных операций за одну секунду, в то время как первенцы Intel при той же частоте смогли бы выполнять не более 8,5 миллионов элементарных операций за 1 секунду.

Разрядность – параметр, показывающий, какое количество бит информации может обработать процессор одновременно. Первые процессоры были 4 разрядными (см. таблицу 1 приложения), затем разрядность процессора росла, и сегодня в персональных компьютерах применяются 64 разрядные процессоры, что позволило значительно увеличить общую производительность компьютера.

Адресуемая память – объем оперативной памяти, к которой может обращаться процессор. Например, первые процессоры могли обращаться только к 64 килобайтам (приблизительно 64000 байт) оперативной памяти, с тех пор объемы адресуемой памяти выросли во много раз и составляют у современных процессоров 4 Терабайта (приблизительно 4 триллиона байт).

Вообще говоря объем адресуемой памяти зависит от разрядности процессора и вычисляется как два в степени равной разрядности процессора.

Помимо характеристик процессора, обеспечивающих производительность вычислительной системы, есть еще чисто технические характеристики, которые собственно и обеспечивают характеристики, влияющие на вычислительный процесс. Таковыми являются: техпроцесс и количество транзисторов. Транзистор – это полупроводниковый прибор, из которых собственно и состоит процессор. Технологический процесс определяет толщину слоя полупроводника, на котором базируются эти транзисторы. Современные процессоры выполняются по технологическому процессу 45 нм (читается 45 нанометров), 1 нм составляет миллиардную долю метра или миллионную долю миллиметра, таким образом, если мы разделим 1 миллиметр на миллион равных частей, то толщина слоя полупроводника в процессоре будет составлять все 45 таких частей.

Совсем недавно появилась еще одна важная характеристика процессоров – число ядер. Сегодня, в персональных компьютерах, успешно работают процессоры, имеющие одно, два и даже четыре ядра. Каждое ядро процессора способно самостоятельно вести вычислительный процесс. Этот параметр значительно влияет на производительность всей вычислительной системы, та как наличие нескольких ядер позволяет разделить вычислительный процесс на два или четыре потока соответственно. Таким образом, многоядерность процессора позволяет осуществить истинную многозадачность операционной системы.

Значение процессора как важнейшего компонента компьютера привело к тому, что тип компьютера определяется типом лежащего в его основе процессора.

В частности, IBM-совместимые ПК используют процессоры фирмы Intel, которая является крупнейшим производителем процессоров в мире. Эти процессоры образуют целое семейство со все большей производительностью.

Компьютеры Maсintosh фирмы Apple основаны на процессорах фирмы Motorola.

В последнее время на рынке успешно продвигаются компьютеры на базе процессоров PowerPC, производимых совместно фирмами IBM, Apple и Motorola.

Многие компьютеры кроме основного имеют дополнительные процессоры, выполняющие специальные функции. Например — математический сопроцессор для обработки вещественных чисел, графический сопроцессор для повышения эффективности обработки изображений, особенно реалистичных трехмерных.

Рис. 4-2-002. Система охлаждения процессоров типа Pentium IV и выше. Состоит из вентилятора в пластмассовом корпусе и алюминиевого или медного радиатора.

Вариант 1. Тест по домашнему заданию от 10 января. «Процессор», «Поколения ЭВМ», «Особенности мобильных устройств»

Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.

Промежуточный опрос

Список вопросов теста

Вопрос 1

Какие блоки входят в состав процесора?

Варианты ответов

• арифметико-логическое устройство
• устройство управления
• постоянное запоминающее устройство
• регистры
• контроллеры

Вопрос 2

Отметьте все функции устройства управления

Варианты ответов

• выполнение вычислений
• анализ результата
• определение местоположения данных
• расшифровка команд
• загрузка данных в регистры

Вопрос 3

В — 1 . На микросхемах с какой архитектурой строится большинство мобильных устройств? Выбери все правильные варианты ответа.

Варианты ответов

• Архитектура ARM
• Классическая архитектура
• Архитектура однокристальной системы
• Кластерная архитектура

Вопрос 4

Как называется характеристика процессора, определяющая максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обработать за одну команду.

Вопрос 5

Выберите все названия или аббревиатуруы советских ЭВМ, принадлежащих к 1 поколению.

Устройства, входящие в состав процессора: описание, функции

Сегодня у подавляющего большинства людей в развитых странах дома есть несколько компьютеров, а также планшеты и другие мобильные устройства. «Сердце» каждого из них — процессор (CPU или CPU). Имеет сложную структуру. Чтобы понять, как работает ПК, нужно знать, что входит в состав процессора.

Назначение и функции

Прежде чем изучать устройства, из которых состоит процессор, вы должны знать, для чего он предназначен. Следовательно, процессор является центральным блоком ПК. Его цель:

• выполнять операции по обработке информации.
• проверить работу компьютера по определенной программе;

Устройства, входящие в состав процессора

На данный момент центральный процессор представляет собой специальную интегральную схему.

В состав процессора входят:

• шина данных и адреса;
• АЛУ (арифметико-логический блок);
• математический сопроцессор.
• войти;
• кэш-память;

Регистр

это блок ячеек памяти, которые образуют сверхбыструю оперативную память внутри процессора. Он используется отдельно и недоступен для программистов. Объем памяти составляет несколько сотен байт.

Регистры ЦП делятся на 2 типа: общего и специального назначения.

Регистры типа 1 используются при выполнении операций логического и арифметического типа или дополнительных операций с набором команд, таких как SSE, MMX и т.д.

Регистры второго типа содержат системные данные, необходимые для работы процессора. К ним относятся журналы управления, системные адреса, журналы отладки и т.д. Доступ к ним строго регламентирован.

Кроме того, такие устройства включают счетчик команд, содержащий адрес команды, которую ЦП начнет выполнять в следующем цикле операций.

Кэш-память

Устройства, входящие в состав процессора, совершенно разные. Это включает в себя кеш. Это кеш-память. Его цель — ускорить работу вашего ПК. Для этого, когда ЦП обращается к памяти, он сначала проверяет, кэшированы ли требуемые данные. Для этого адрес входящего запроса сравнивается со значениями всех тегов кеша, где эти данные могут храниться. Соответствие между строкой кэша и тегом называется попаданием в кеш. В противном случае регистрируется ошибка кеширования. Попадание в кэш позволяет процессору немедленно читать или записывать данные в строке с соответствующим тегом. Показателем эффективности кеш-памяти для выбранного алгоритма (программы) является отношение количества успешных обращений к кеш-памяти к общему количеству запросов процессора к памяти, называемое частотой попаданий.

ALU

Хотя некоторые устройства, составляющие процессор, имеют собственную память, ALU представляет собой специальную комбинаторную схему без собственных элементов памяти. Его цель — реализовать важнейшие операции процесса обработки данных:

• генерирует и выводит результат операции.
• принимает 2 операнда на 2 входа (содержимое 2 регистров и т д.);

Он состоит из выполнения набора простых арифметических операций (АО), разделенных на 3 основные категории: логические, арифметические и битовые операции. АО — это процедуры обработки данных (вычитание, сложение, умножение или деление), аргументы и результат которых являются числами. Они отличаются от логических операций. Они задуманы как процедуры, которые выполняют построение сложных предложений (И, НЕ, ИЛИ).

Арифметико-логический блок состоит из регистров, элемента управления и сумматора с логическими схемами. Он работает по кодам операций, выполняемых над переменными, которые помещены в регистры.

Шины данных и адресов

Эти устройства, входящие в состав процессора, представляют собой набор проводов. Первый из них предназначен для передачи адреса ячейки памяти, в которую передаются данные. Для каждого из них передается 1 бит. Соответствует 1 цифре в адресе. Увеличивая количество проводов, используемых для формирования адреса, можно маркировать больше ячеек. Ширина шины определяет максимальный объем памяти, который может быть адресован процессором.

Если шина данных сравнивается с автомагистралью и ее пропускная способность рассчитывается с количеством полос движения, то адресная шина связана с нумерацией улиц или домов. Количество его строк равно количеству цифр (знаков) в номере дома. Следовательно, если номера домов на определенной улице состоят более чем из двух десятичных знаков, количество домов, расположенных на ней, не может превышать 100 (т. Е. 102). С 3-значными числами количество возможных адресов увеличивается до 103.

Адрес и шина данных независимы, и разработчики микросхем сами выбирают разрядность по своему усмотрению. В то же время, чем больше битов на шине данных, тем больше их в адресной шине. Их разрядность — показатель возможностей конкретного процессора. В частности, в шине данных он определяет способность процессора обмениваться информацией, а ширина адресной шины указывает на объем памяти, с которым он может работать.

Математический сопроцессор

Продолжая рассматривать то, что входит в состав процессора компьютера, нельзя не сказать несколько слов об этом устройстве. Он направлен на расширение возможностей ЦП и обеспечение его функциональности с помощью так называемого модуля с плавающей запятой для процессоров, не имеющих встроенного модуля.

Математический сопроцессор не является одним из обязательных элементов ПК и от него можно отказаться. Раньше многие производители поступали так по экономическим причинам.

Однако при решении задач, требующих выполнения большого количества математических расчетов (для научных или инженерных расчетов), необходимо было решить вопрос о повышении производительности ПК.

Если ранее модуль математического сопроцессора устанавливался на материнской плате в виде отдельной микросхемы, то современные персональные компьютеры не требуют использования этого устройства в этом формате, поскольку изначально оно было встроено в центральный процессор.

Другие устройства ПК

Персональный компьютер — самая сложная и слаженная система.

перечислить в двух словах все возможные устройства, из которых состоит компьютер, невозможно.

Помимо процессора, в состав ПК входят:

• оперативная память;
• диск на компакт и dvd;
• источник питания;
• материнская плата с разъемом для процессора;
• разъемы (порты) для дополнительных устройств и др.
• жесткие диски и дискеты;

Кроме того, используются различные периферийные устройства, такие как:

• микрофон;
• клавиатура;
• динамики и т д.
• компьютерная мышь;

Теперь вы знаете, что все возможные устройства, составляющие компьютер, являются частями сложной системы, управляемой процессором. Его роль трудно переоценить, так как работа ПК зависит от его нормального функционирования. На данный момент специалисты прогнозируют, что в ближайшие десятилетия материальная часть процессоров претерпит существенные изменения. Это связано с тем, что технологический процесс устареет, а обычные ПК будут заменены квантовыми, биологическими и т.д. Компьютерами.

Похожие записи:

1. Интересно: техникум – это какое образование?
2. Компьютерная безопасность (специальность): кем работать?
3. Поступление в колледж психологии после 9 класса: экзамены, испытания
4. Центр компетенции — это что такое? Организация центра компетенций