Что понимается под процессором данных
Само слово процессор происходит от английского глагола to process, что в переводе на русский будет звучать, как обрабатывать. В общем понимании, под данным термином подразумевается устройство или набор программ, которые используются для совершения вычислительных операций или обработки массива данных или процесса.
Содержание:
Два основных компонента процессора
Что такое разрядность процессора
Каждый пользователь ОС от Windows при установке новых программ сталкивался с выбором версии под разрядность системы. Что же такое разрядность ЦПУ? Выражаясь простым языком, это показатель, называемый иначе машинным словом, показывающий, сколько бит информации ЦП обрабатывает за один такт. В современных процессорах этот показатель может быть кратным 32 или 64.
Разрядность может иметь значение 32 и 64 бита
Что такое виртуализация процессора
Основа метода заключается в разделении ЦП на гостевую и мониторную часть. Если требуется переключение с основной на гостевую ОС, тогда процессор автоматически осуществляет эту операцию, сохраняя видимыми только те значения регистра, которые требуются для стабильной работы. Поскольку гостевая операционная система взаимодействует напрямую с процессором, то работа виртуальной машины будет значительно быстрее.
Включение виртуализации возможно в настройках BIOS. Большая часть материнских плат и процессоров от AMD не поддерживает технологию создания виртуальной машины аппаратными методами. Тут на помощь пользователю приходят программные способы.
Разрядности некоторых процессоров для ПК
* — Мультиплексированная шина данных и адреса (для ЦП с интегрированным контроллёром памяти — только межпроцессорная)
«A/B|C/D» — для данных указана разрядность скалярного целого / вещественного | векторного целого / вещественного доменов
«X+Y» — имеет домены этого вида двух разрядностей
«X-Y» — в зависимости от команды или ФУ принимает все промежуточные значения с целой степенью двойки
Инструмент проще, чем машина. Зачастую инструментом работают руками, а машину приводит в действие паровая сила или животное.
Компьютер тоже можно назвать машиной, только вместо паровой силы здесь электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.
Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Его основное назначение — арифметические и логические операции, и прежде чем погрузиться в дебри процессора, нужно разобраться в его основных компонентах и принципах их работы.
Хранение информации — регистры и память
Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.
Графическое ядро в процессоре: что это такое
Одной из деталей ЦП, кроме непосредственно основного ядра, может быть графический процессор. Что это такое, и для чего требуется применение подобного компонента? Сразу следует отметить, что встраивание графического ядра не является обязательным и присутствует не в каждом процессоре. Это устройство требуется для исполнения основных функций CPU в виде решения вычислительных задач, а также поддержку графики.
Причинами, по которым производители используют технологии объединения двух функций в одном ядре, являются:
- сокращение энергопотребления, поскольку меньшие по размеру устройства требуют меньше питания и затрат на охлаждение;
- компактность;
- снижение стоимости.
Применение интегрированной или встроенной графики чаще всего наблюдается в ноутбуках или недорогих ПК, предназначенных для офисной работы, где нет завышенных требований к графике.
Что такое потоки в процессоре
Поток выполнения в ЦП – это наименьшая единица обработки, которая назначается ядром, необходимая для разделения кода и контекста исполняемого процесса. Одномоментно может существовать несколько процессов, которые одновременно используют ресурсы ЦП. Существует оригинальная разработка компании Intel, которая стала применяться в моделях, начиная с процессора Intel Core i3, которая именуется HyperThreading. Это технология деления физического ядра на два логических. Таким образом, операционная система создаёт дополнительные вычислительные мощности и увеличивает поточность. Получается, что только показатель количества ядер не будет решающим, поскольку в некоторых случаях компьютеры, имеющие 4 ядра, проигрывают по быстродействию тем, которые имеют всего 2.
Что такое центральный процессор, и для чего он нужен
В персональном компьютере процессор выполняет функцию «мозга», являясь основной микросхемой, которая требуется для бесперебойной и правильной работы ПК. Под управлением CPU находятся все внутренние и периферийные устройства.
Внешне процессор представляет собой небольшую квадратную плату, верхняя часть которой закрыта металлической крышкой, служащей для защиты микросхем, а нижняя поверхность усыпана большим количеством контактов. Именно этой стороной процессор устанавливается в специальный разъём или сокет, располагающийся на материнской плате. ЦП, или центральный процессор, является самой важной деталью современного компьютера. Без команды, которую отдаёт CPU, не происходит выполнение ни одной, даже самой простой, операции, например, сложение двух чисел или запись одного байта информации.
Арифметико-логическое устройство
Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, например сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т. п. АЛУ состоит из логических элементов, которые и выполняют эти операции.
Большинство логических элементов имеют два входа и один выход.
Ниже приведена схема полусумматора, у которой два входа и два выхода. A и B здесь являются входами, S — выходом, C — переносом (в старший разряд).
Схема арифметического полусумматора
Как работает процессор
- Принцип работы процессора – это последовательная обработка разных операций. Они происходят очень быстро, основные из них:
При запуске любого процесса, заключающегося в исполнении программного кода, управляющий блок ЦП извлекает все необходимые данные и набор операндов, требуемых к исполнению. Далее это отгружается в буферную или кэш-память. - На выходе из кэша весь поток информации делится на две категории – инструкции и значения. Они перенаправляются в соответствующие ячейки памяти, которые называются регистры. Первые помещаются в регистры команд, вторая категория − в регистры данных.
- Находящуюся в регистрах памяти информацию обрабатывает арифметически-логическое устройство. Это одна из частей ЦП, которая требуется для проведения арифметических и логических операций.
- Результаты вычислений разделяются на два потока – законченные и незаконченные, которые, в свою очередь, отправляются обратно в кэш-память.
- По завершению цикла вычислений конечный итог записывается в оперативную память. Это требуется для высвобождения места в буфере, которое необходимо для проведения новых вычислительных операций. При переполнении кэша все неактивные процессы перемещаются в ОЗУ или на нижний уровень.
Что такое ядро процессора
Если сам центральный процессор можно назвать «мозгом» компьютера, то ядро считается основной деталью самого ЦП. Ядро – это набор микросхем, расположенных на площадке из кремния, размер которой не превышает квадратного сантиметра. Совокупность микроскопических логических элементов, посредством которых реализована принципиальная схема работы, носит название архитектуры.
Немного технических подробностей: в современных процессорах крепление ядра к платформе чипа осуществляется с помощью системы «флип-чип», такие стыки обеспечивают максимальную плотность соединения.
Каждое ядро состоит из определённого количества функциональных блоков:
- блок работы с прерываниями, который необходим для быстрого переключения между задачами;
- блок выработки инструкций, отвечающий за получение и направление команд для последующей обработки;
- блок декодирования, который нужен для обработки поступающих команд и определения действия, необходимых для этого;
- управляющий блок, который занимается передачей обработанных инструкций на прочие функциональные части и координацией нагрузки;
- последними являются блоки выполнения и сохранения.
Поток инструкций
Современные процессоры могут параллельно обрабатывать несколько команд. Пока одна инструкция находится в стадии декодирования, процессор может успеть получить другую инструкцию.
Однако такое решение подходит только для тех инструкций, которые не зависят друг от друга.
Если процессор многоядерный, это означает, что фактически в нём находятся несколько отдельных процессоров с некоторыми общими ресурсами, например кэшем.
Что такое дисковод?
устройство, предназначенное для чтения информации с гибких магнитных дисков, а также записи на них (как правило, используется для переноса информации с одного компьютера на другой)
К системам с раздельной памятью относятся
суперкомпьютеры MBC-1000
Что относится к абсолютным манипуляторам?
дигитайзер
Каково главное преимущество систем с раздельной памятью?
хорошая масштабируемость
Какая архитектура вычислительной системы предполагает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд?
многопроцессорная архитектура
Какой уровень комплексирования машин в вычислительную систему предназначается для передачи больших объемов информации между блоками оперативной памяти, сопрягаемых в ВС?
уровень комплексируемых каналов ввода-вывода
Какие мониторы работают только при наличии постороннего источника света - отраженного или проходящего?
жидкокристаллические
Чем должен сопровождаться переход к конструированию ЭВМ на СБИС и ультра-СБИС?
снижением тактовой частоты работы схемы
Адресуемой единицей информации основной памяти IBM PS является
байт
Что такое операционная система?
система программ, предназначенная для обеспечения определенного уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям набора услуг
Какие языки относятся к языкам программирования низкого уровня?
машинно-ориентированные
Принцип действия каких мониторов заключается в том, что испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый специальным веществом, люминофором, вызывает его свечение?
мониторов на основе ЭЛТ
Если выделение ресурсов производится перед выполнением программы, такой процесс называется
статическим перемещением
Что являлось основным активным элементом компьютеров первого поколения?
электронная лампа
Объем работ, выполняемый ЭВМ в единицу времени, - это
производительность
К системам с архитектурой NUMA относится
HP 9000
Что является основной(ыми) характеристикой(ами) ОЗУ?
объем и быстродействие
В графическом режиме работы дисплея
изображение на экране формируется из отдельных точек (пикселов), имеющих свои адреса
Главным элементом какого типа принтеров является печатающая головка, состоящая из сопел, к которым подводятся чернила?
струйных принтеров
Какие операнды всегда бывают числовыми?
непосредственные
Какая информация может быть как статической, так и динамической?
видеоинформация
Какие типы устройств включает основная память?
оперативное и постоянное запоминающие устройства
К какой группе устройств ввода-вывода относятся модемы?
к устройствам, служащим как для ввода, так и для вывода информации
Какой недостаток имеют системы с общей памятью, построенные на системной шине?
такие системы плохо масштабируются
Что относят к системам автоматизации программирования?
языки программирования, языковые трансляторы, редакторы, средства отладки
Отличительной особенностью развития программных средств какого поколения является появление ярко выраженного программного обеспечения и развитие его ядра - операционных систем, отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом?
третьего
Основным признаком каких систем является наличие векторно-конвейерных процессоров?
PVP-систем
Что относится к целям построения кластеров?
улучшение масштабируемости, повышение надежности и готовности системы в целом, увеличение суммарной производительности, эффективное перераспределение нагрузок работы системы
Какой элемент операционной системы IBM PC отвечает за работу файловой системы, обслуживает прерывания верхнего уровня (32. 63), обеспечивает информационное взаимодействие с внешними устройствами?
базовый модуль ДОС
Что понимается под процессором данных?
функциональное устройство, работающее как преобразователь данных, в соответствии с арифметическими операциями
Какие операции может выполнять ПЗУ?
чтение и хранения
По какому признаку мониторы делятся на цифровые и аналоговые?
по способу управления яркостью луча
В каком классе структур вычислительных систем различают сильносвязанные и слабосвязанные системы?
МКМД-структуры
Что такое стример?
внешнее устройство ПЭВМ для записи и воспроизведения цифровой информации на кассету с магнитной лентой
В какой вычислительной системе несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную)?
в многомашинной вычислительной системе
Какие мониторы обладают такими недостатками, как значительная масса, габариты и энергопотребление, наличие излучения, вредного для здоровья?
мониторы на основе ЭЛТ
Какая функция DVD-проигрывателя дает возможность вывода изображения с DVD-диска в различных форматах на стандартные и широкоэкранные телевизоры?
Multi Aspect Function
В цифровых мониторах для управления яркостью на сетку подаются
дискретные сигналы, которые в зависимости от настройки могут полностью запирать трубку или полностью отпирать ее
Что относится к периферийным устройствам?
адаптер каналов связи
Как определяется среднее время доступа?
Среднее время доступа = (Среднее время поиска) + (Среднее запаздывание)
Что такое архитектура компьютера?
многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ
Какая информация имеет динамический характер?
аудиоинформация
Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает создание структур векторной или матричной обработки?
ОКМД (SIMD)
По какой формуле рассчитывается коэффициент готовности систем?
Как называется процесс наложения видеосигнала на несущую частоту?
модуляцией
По шине управления передается
сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить
Какое из устройств предназначено для обработки векторной графической информации?
дигитайзер
Какие оптические носители информации предназначены для хранения в цифровом формате кино- и фотокадров?
диски Photo-CD
По какому признаку интерфейсы делятся на магистральный, радиальный, цепочный и комбинированный?
по способу соединения компонентов
По какому признаку компьютеры подразделяют на супер-ЭВМ, большие ЭВМ, средние ЭВМ, персональные и профессиональные компьютеры, мобильные и карманные компьютеры?
по возможностям и назначению
Что относится к внешним запоминающим устройствам?
накопители на магнитных лентах, магнитных дисках, оптических и магнитооптических дисках
Что понимается под генерацией системы?
процесс выделения отдельных частей операционной системы и построения частных операционных систем, отвечающих требованиям системы обработки данных
Какие числа представляются в виде мантиссы и порядка ?
числа с плавающей точкой
Какие устройства обслуживает локальная шина?
наиболее быстрые
Как называется основной тип компьютера, используемый в больших информационных сетях, работающий с большой скоростью и по производительности уступающий суперкомпьютеру, но охватывающий более широкий круг решаемых задач?
базовый (большой) компьютер
В каком(их) режиме(ах) функционирует механизм поддержки мультизадачности?
только в защищенном
Что относится к наиболее важным характеристикам памяти (ЗУ ПК)?
емкость и время доступа
Периферийные устройства ЭВМ могут быть
либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением
Векторная (или матричная) обработка предполагает
обработку одной командой нескольких комплектов операндов
О чем говорят буквы DX в обозначениях микропроцессоров?
длина машинного слова увеличена вдвое по сравнению с МП предыдущей модели
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является
программное управление
Какой из внешних интерфейсов обладает первоначальной скоростью 850 Мбит / c?
Fire Wire 800
Что является главным преимуществом шины EISA по сравнению с MCA?
совместимость с ISA и, соответственно, возможность использования многочисленных плат адаптеров, разработанных для ISA
В какой структуре вычислительных систем для реализации программного параллелизма, включающего циклы и итерации, используются матричные и векторные структуры?
в ОКМД-структуре
Принцип работы элементов какого компьютера основан на способности электрона в атоме иметь различные уровни энергии Е0, Е1. Еn?
квантового компьютера
Какие виды ЭВМ выделяют в соответствии с физическим представлением обрабатываемой информации?
аналоговые, цифровые, гибридные
В чем заключается основное назначение стримера?
в архивировании редко используемых больших массивов информации, в резервном копировании
Скорость внутреннего обмена
характеризует производительность НЖМД, когда буфер НЖМД не используется
Какое из устройств представляет собой небольшую коробку с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса?
трекбол
Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд?
МКМД (MIMD)
Что представляют собой флоптики?
внешние запоминающие устройства, имеющие две головки: одну - обычную, для работы с дискетами DD и HD, другую - магнитооптическую
К каким носителям информации относятся DVD?
к оптическим
По какой технологии выпускался микропроцессор Pentium II?
0,35 мкм
Что составляет основу центрального процессора ПЭВМ?
микропроцессор
Какая архитектура ВС предполагает, что система строится из отдельных модулей, каждый из которых содержит процессор, локальный банк оперативной памяти, два коммуникационных процессора (один - для передачи команд, другой - для передачи данных), а также жесткие диски и / или другие устройства ввода / вывода?
массивно-параллельная архитектура
Адрес непрерывного, несегментированного адресного пространства - это
линейный адрес
CISC (Complex Instruction Set Computer) подразумевает, что процессор
поддерживает очень большой набор команд и имеет небольшое число регистров
Совокупность оперативной памяти и внешних запоминающих устройств, а также комплекса программно-аппаратных средств, обеспечивающих динамическую переадресацию данных, - это
виртуальная память
Что является важнейшей характеристикой компьютеров?
быстродействие и производительность
Укажите верное утверждение.
Чем больше уровней системы объединены кластерной технологией, тем выше надежность, масштабируемость и управляемость кластера.
Укажите верное утверждение.
Время доступа к статической памяти существенно меньше, чем к динамической памяти.
Для больших ЭВМ размер слова составляет
4 байта
Что относится к устройствам вывода информации?
плоттер
Какой объем информации может хранить каждый элемент памяти?
1 бит
Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке?
МКОД (MISD)
Что такое ЭВМ?
комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей
Устройством для ввода графической растровой информации в ЭВМ является
сканер
Каких размеров бывают дисководы?
пяти- и трехдюймовые
В чем состоит основная задача процессора?
в выполнении программы
Каково соотношения времени обращения к памяти и времени вычислений в CISC-машинах?
5 : 1
Какой компьютер называется суперскалярным?
компьютер, способный одновременно выполнять несколько последовательных команд программы
Архитектура с какой топологией считается наиболее эффективной?
с топологией «толстое дерево»
Что образует ядро ПЭВМ?
процессор и основная память
Микропроцессоры пятого поколения имеют
64-разрядную шину данных и адресов
Какие классы интерфейсов выделяют в соответствии с функциональным назначением?
системные интерфейсы, интерфейсы периферийного оборудования, программно управляемые модульные системы и приборы, интерфейсы сетей передачи данных
Что понимается под кластеризацией?
технология, с помощью которой несколько серверов, сами являющиеся вычислительными системами, объединяются в систему более высокого ранга для повышения эффективности функционирования системы в целом
Какой уровень комплексирования машин в вычислительную систему предполагает использование встроенного в УВУ двухканального переключателя и команд «зарезервировать» и «освободить»?
уровень устройств управления внешними устройствами
К адресным регистрам исполнительного блока микропроцессора относится
SP
Каково главное достоинство интерфейса IDE?
невысокая стоимость, простота
Самые популярные модели и производители
Рынок микропроцессоров делят два крупных производителя – Intel и AMD, которые ведут непримиримую борьбу на протяжении всего времени своего существования. Каждая компания предлагает свои готовые решения. Выбор конкретной модели является субъективным решением конечного пользователя, поскольку каждый производитель предлагает широкую линейку моделей, имеющую как бюджетные варианты, так и топовые игровые ЦП.
Наибольшую популярность в линейке процессоров от Intel приобрели модели Intel Core i3, i5 и i7. В зависимости от модификации они могут использоваться как в игровых ПК, так и в офисных машинах. У AMD одними из лучших считаются процессоры серии Ryzen, демонстрирующие хорошие показатели производительности. Серия Athlon до сих пор встречается, но относится уже к архивным. Для нетребовательного пользователя подойдут процессоры AMD A серии.
AMD и Intel являются двумя самыми крупными компаниями по производству процессоров.
Что такое тактовая частота процессора
Многие пользователи слышали такое понятие, как тактовая частота, но не все до конца представляют себе, что это такое. Говоря простым языком, это количество операций, которое может выполнять ЦП за 1 секунду. Здесь действует правило – чем выше показатель такта, тем более производительный компьютер.
Единицей измерения тактовой частоты является Герц, который по физическому смыслу является отображением количества колебаний за установленный отрезок времени. Образование тактовых колебаний происходит за счёт действия кристалла кварца, который располагается в тактовом резонаторе. После подачи напряжения происходит возникновение колебаний электрического тока. Они передаются на генератор, преобразующий их в импульсы, которые посылаются на шины данных. Тактовая частота процессора не единственная характеристика оценки скорости работы ПК. Также требуется учитывать количество ядер и объём буферной памяти.
Что такое сокет процессора
Термин socket переводится с английского языка как «гнездо» или «разъём». Для персонального компьютера данный термин одновременно относится непосредственно к материнской плате и процессору. Сокет – это место крепления ЦП. Они различаются между собой такими характеристиками, как размер, количество и тип контактов, особенностями монтажа охлаждения.
Два крупнейших производителя процессоров – Intel и AMD − ведут давнюю маркетинговую войну, предлагая каждый свой собственный сокет, подходящий только под CPU своего производства. Цифра в маркировке конкретного сокета, например, LGA 775, обозначает количество контактов или контактных ножек. Также в технологическом плане сокеты могут различаться между собой:
- присутствием дополнительных контроллеров;
- возможностью технологии поддержи графического ядра процессора;
- производительностью.
Сокет также может оказывать влияние на следующие параметры работы компьютера:
- вид поддерживаемой ОЗУ;
- частоту работы шины FSB;
- косвенно, на версию PCI-e и разъём SATA.
Создание специального гнезда для крепления центрального процессора требуется, чтобы пользователь мог совершать апргрейд системы и менять ЦПУ в случае его выхода из строя.
Сокет процессор – это гнездо для его установки на материнской плате
Основные понятия процессора в информатике
Виды процессоров
Всего принято выделять 5 основных видов процессоров в компьютере:
- Буферный. Это сопроцессор, который требуется для предварительной обработки информации между периферией и ЦП.
- Препроцессор. По своей сути, это аналогичный предыдущему процессор, назначением которого является промежуточная обработка данных.
- CISC. ЦП, выпускаемый компанией Intel, который отличается от обычного увеличенным набором команд.
- RISC. Альтернативная версия CISC, имеющая сокращённое количество команд. Большинство крупных производителей процессоров работает на сочетании двух разновидностей (CISC и RISC), что позволит увеличить мощность и скорость работы ядра.
- Клоны. Это процессоры, которые выпускаются некрупными производителями по лицензии или полностью пиратским способом.
Как разогнать процессор
Проведение оверклокинга, или разгона центрального процессора, может быть целесообразно при наличии устаревшего оборудования и отсутствии средств для покупки нового камня. Обычно проведение процедуры позволяет получить прирост производительности от 10 до 20%. Существует два метода, как провести разгон, – путём увеличения частоты шины FSB или повышения множителя процессора. Современные компьютеры, по общему правилу, поставляются с заблокированным множителем, поэтому самым доступным будет способ изменения частоты системной шины.
Основные советы по разгону:
- Трогать питание ядра при отсутствии опыта не рекомендуется.
- Повышение показателя частоты следует проводить поэтапно, увеличивая за один раз не более чем на 100 МГц.
- Отслеживать температуру, поскольку при повышении частоты увеличивается тепловыделение.
- При решении увеличить питание ядра шаг составляет 0,05В, при этом максимальный предел не должен превышать 0,3В, иначе велика вероятность выхода ЦП из строя.
- После каждого повышения требуется тестировать стабильность работы. При первых сбоях разгон необходимо прекратить.
Упростить процесс разгона можно посредством применения специальных программ, которые самостоятельно контролируют основные параметры, затрагиваемые при оверклокинге.
Процессор – это сердце вашего ПК. Именно здесь идёт администрирование всех процессов машины. От того, насколько эффективно будет работать этот блок, зависит качество работы всего компьютера. А значит, и ваша уверенность и спокойствие полностью зависят от выбора качественной начинки аппаратно-вычислительной машины.
64. Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке?
• МКОД (MISD)
65. Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает создание структур векторной или матричной обработки?
• ОКМД (SIMD)
66. Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд?
• МКМД (MIMD)
67. Какой уровень комплексирования машин в вычислительную систему предназначается для передачи больших объемов информации между блоками оперативной памяти, сопрягаемых в ВС?
• уровень комплексируемых каналов ввода-вывода
68. Какой уровень комплексирования машин в вычислительную систему предполагает использование встроенного в УВУ двухканального переключателя и команд «зарезервировать» и «освободить»?
• уровень устройств управления внешними устройствами
70. Основным признаком каких систем является наличие векторно-конвейерных процессоров?
• PVP-систем
71. По какой формуле рассчитывается коэффициент готовности систем?
• Кг = Тр / (Тр + Т0)
72. Укажите верное утверждение.
• Чем больше уровней системы объединены кластерной технологией, тем выше надежность, масштабируемость и управляемость кластера
73. Что относится к целям построения кластеров?
• улучшение масштабируемости, повышение надежности и готовности системы в целом, увеличение суммарной производительности, эффективное перераспределение нагрузок работы системы
74. Что понимается под кластеризацией?
• технология, с помощью которой несколько серверов, сами являющиеся вычислительными системами, объединяются в систему более высокого ранга для повышения эффективности функционирования системы в целом
75. Что понимается под процессором данных?
• функциональное устройство, работающее как преобразователь данных, в соответствии с арифметическими операциями
Целью данной статьи является попытка посеять сомнение в голове читателя, уверенного, что он знает о разрядности всё или почти всё. Но сомнение должно быть конструктивным, дабы сподвигнуть на собственное исследование и улучшить понимание.
Термин «разрядность» часто используют при описании вычислительных устройств и систем, понимая под этим число бит, одновременно хранимых, обрабатываемых или передаваемых в другое устройство. Но именно применительно к центральным процессорам (ЦП), как к наиболее сложным представителям вычислительного железа, не делимым на отдельные детали (до тех пор, пока кто-то не придумал, как продать отдельно кэш или умножитель внутри чипа), понятие разрядности оказывается весьма расплывчатым. Продемонстрировать это поможет умозрительный пример.
Представьте себе, что вокруг благодатные 80-е, в мире (всё ещё) десятки производителей ЦП, и вы работаете в одном из них над очередным поколением. Никаких 256-битных SSE8, встроенных GPU и 5-канальных контроллёров памяти на свете пока нет, но у вас уже есть готовый 16-битный процессор (точнее, «16-битный» пишется в технической документации), в котором 16 бит везде и во всём — от всех внешних шин до архитектурного размера обрабатываемых данных. Реальным примером такого ЦП могут быть первые однокорпусные (правда, не однокристальные) ЦП для архитектуры DEC PDP-11. И вот приходит задание руководства — разработать новое, обратно совместимое поколение этого же ЦП, которое будет 32-битным — не уточняя, что понимается под последним. Именно это понимание и предстоит прояснить в первую очередь. Итак, наш главный вопрос: что именно надо удвоить по разрядности в нашем пока насквозь 16-битном ЦП, чтобы получившийся процессор мог называться 32-битным? Чтобы решать задачу было легче, применим два подхода: систематизируем определения и посмотрим на примеры.Систематизируем
Первое, что приходит в голову — разрядность чего именно считать? Обратимся к определению любой информационной системы: её три основных функции — это обработка, хранение и ввод-вывод данных, за которые отвечают, соответственно, процессор(ы), память и периферия. Учитывая, что сложная иерархически самоподобная система состоит из многих компонент, можно утверждать, что такое разделение функций сохраняется и на компонентном уровне. Например, тот же процессор в основном обрабатывает данные, но он также обязан их хранить (для чего у него есть относительно небольшая память) и обмениваться с другими компонентами (для этого есть разные шины и их контроллёры). Поэтому будем функционально разделять разрядности обработки, хранения и обмена информации.
Рискну предположить, что все производители любого программируемого «железа», особенно процессоров, на 90% стараются не для конечных пользователей, а для программистов. Следовательно, с точки зрения производителей процессор должен выполнять нужные команды нужным образом. С другой стороны, детали структуры кристалла (топологические, электрические и физические параметры отдельных транзисторов, вентилей, логических элементов и блоков) могут быть скрыты не только от пользователя, но и от программиста. Выходит, что разрядность надо отличать и по реализации — физическую и архитектурную.
Следует добавить, что программисты тоже бывают разные: большинство пишут прикладные программы на языках высокого уровня с помощью компиляторов (что делает код до некоторой степени платформонезависимым), некоторые пишут драйверы и компоненты ОС (что заставляет более внимательно относиться к учёту реальных возможностей аппаратной части), есть творцы на ассемблере (явно требующем знания целевого процессора), а кто-то пишет сами компиляторы и ассемблеры (аналогично). Поэтому под программистами далее будем понимать именно тех, для кого детали аппаратной реализации важны если не для написания программы вообще, то хотя бы для её оптимизации по скорости — «архитектурная» разрядность чего-либо будет относиться именно к программированию на родном машинном языке процессора или более удобном ассемблере, не залезая при этом в нутро ЦП (это уже вопросы микроархитектуры, которую мы для большего различия и назвали физической реализацией). Описанные нюансы всё равно влияют на всех программистов, т.к. языки высокого уровня почти всегда переводятся компиляторами в машинный код, а компиляторы тоже должен кто-то написать. Исключения в виде интерпретируемых языков тоже не стоят в стороне — сами интерпретаторы тоже создаются с помощью компиляторов.
Осталось рассмотреть, разрядность какой именно информации нам интересна. Что вообще потребляет и генерирует ЦП в информационном смысле? Команды, данные, адреса и сигнально-управляющие коды. О последних речь не идёт — их разрядность жёстко зафиксирована в конкретной аппаратной реализации и в большинстве случаев программно не управляема. Чуть трудней с командами — в семействе архитектур RISC, например, разрядность любого обращения к памяти должна быть равна физической разрядности шины данных процессора, в т.ч. и при считывании кода (кроме некоторых послаблений в современных ARM и PowerPC). Это хорошо для ЦП — нет проблем с невыровненным доступом, все команды имеют одинаковую, либо переменную, но просто вычисляемую длину. Зато плохо для программиста — RISC это усечённый набор команд, которые ещё и занимают больше места, чем при более компактном кодировании (для того же алгоритма нужно больше команд, но и для того же числа команд надо больше байтов). Поэтому именно CISC-парадигма завоевала наибольший подход с её разнообразием и переменной длинной команд, не равной разрядности чего-либо. Разумеется, все современные ЦП внутри — настоящие RISC, но это только физически, а не архитектурно. Остались только два вида информации — данные и адреса. Их и рассмотрим.Собираем
У нас имеется три критерия видов разрядности: функциональный (обработки, хранения и обмена), реализационный (физическая и архитектурная) и типовой (данных и адресов). Итого уже 12 видов этой непонятной штуки. Предположим, что на каждую комбинацию критериев для нашего исходного ЦП мы отвечаем «16-битная» (и физическая разрядность обработки данных, и архитектурная хранения адресов, и все остальные). Теперь посмотрим, какие из этих вопросов обязательно должны давать ответ «32-битная», чтобы получившийся процессор оказался именно таким.
На аналогичные вопросы об архитектурных вычислениях над 32-битными данными и адресами, а также программно 32-битном обмене данных с программно 32-битной адресацией ответ может быть таким же — с данными надо, а с адресами не факт.
Intel 486DX2. Где-то здесь притаилась разрядность…
Но это ещё не всё. Зачем нам вообще 32-битная физическая или логическая адресация? Середина-конец 80-х, на рынке только-только появились мегабитные микросхемы памяти, типичный объём памяти для ПК пока что измеряется сотнями килобайт, но чуть позже — мегабайтами. А 32-битная адресация позволит получить доступ к 4 ГБ физического ОЗУ! Да кому вообще такое может понадобиться в ближайшие лет 20 в персоналках?! Неудивительно, что первые популярные «32-битные» ЦП имели совсем не 32 бита логической ширины шины адреса: MC68000 имел 24 (23 физических + 1 для управления разрядами), а MC68008 — и вовсе 20. Intel 386SX (вышедший на 3 года позже оригинального полностью 32-битного i80386), помимо уполовинивания шины данных, сократил и шину адреса до 24 (23 физических) бит, а его встраиваемые версии 386EX/CX имели 26-битную шину. Более того, первые чипсеты, позволявшие оперировать 32-битными адресами, появились лишь в 90-х, а первые материнские платы, имевшие достаточное число слотов памяти, чтобы набрать >4 ГБ модулями максимального на тот момент размера — лишь в 2000-х. Хотя первые ЦП с 64-битной физической шиной адреса (IBM/Motorola PowerPC 620) появились аж в 1994 г.. Выводим
Итак, физически в процессоре вообще ничего не требуется делать 32-битным. Достаточно лишь архитектурно убедить программиста, что ЦП выполняет 32-битные операции одной командой. И хотя она при отсутствии полноценных внутренних ресурсов неизбежно будет декодироваться в цепочки микрокода для управления 16-битными физическими порциями информации и аппаратными блоками — это уже программиста не волнует. Так что же, достаточно переписать прошивку, переделать декодер и схему управления, и вот наш 16-битный процессор сразу стал 32-битным?
Но означает ли всё это, что в ЦП как можно больше ресурсов, и аппаратных, и архитектурных, должны быть 32-битными, чтобы его можно было бы назвать полноценным 32-битным процессором? Совсем нет. Возьмём тот же MC68000 — у него 32-битная архитектура для данных и адресов и 32-битные регистры, но 16-битные АЛУ и внешняя шина данных и 24-битная физическая внешняя адресация. Тем не менее, недостаточная «32-битность» не мешает ему обгонять появившийся на 3 года позже «16-битный» 80286: на популярном в 1980-е бенчмарке Dhrystones MC68000 на 8 МГц набирает 2100 «попугаев», а 286 на 10 МГц — 1900 (также 16-битный i8088 на 4,77 МГц — 300).
Что такое регистры процессора
Регистр процессора – это специальный набор цифровых электрических схем, которые относятся к сверхбыстрой памяти, необходимой ЦП для хранения результатов промежуточных операций. Каждый процессор содержит великое множество регистров, большая часть которых недоступна программисту и зарезервирована для исполнения основных функций ядра. Существуют регистры общего и специального назначения. Первая группа доступна для обращения, вторая используется самим процессором. Поскольку скорость взаимодействия с регистрами ЦП выше, чем обращение в оперативной памяти, они активно применяются программистами для написания программных продуктов.
Из чего состоит процессор
Чтобы представить, как работает ЦПУ, нужно понимать, из каких частей он состоит. Основными составляющими процессора являются:
- Верхняя крышка, которая представляет собой металлическую пластину, выполняющую функции защиты внутреннего содержимого и теплоотведения.
- Кристалл. Это самая важная часть CPU. Кристалл изготавливается из кремния и содержит на себе большое количество мельчайших микросхем.
- Подложка из текстолита, которая служит контактной площадкой. На ней крепятся все детали ЦП и располагаются контакты, через которые происходит взаимодействие со всей остальной системой.
При креплении верхней крышки применяется клей-герметик, способный выдерживать воздействие высоких температур, а для устранения зазора внутри собранного процессора используется термопаста. После застывания она образует своеобразный «мостик», который требуется для обеспечения оттока тепла от кристалла.
Что такое скальпирование процессора
Скальпирование процессора – это процедура снятия крышки для замены термопасты. Проведение данной процедуры является одной из составных частей разгона или может потребоваться для снижения нагрузки на аппаратную часть ЦП.
Сама процедура заключается в:
- снятии крышки;
- удалении старой термопасты;
- очистке кристалла;
- нанесении нового слоя термопасты;
- закрытии крышки.
При проведении процедуры следует учитывать тот факт, что одно неверное движение может привести к выходу процессора из строя. Поэтому лучше доверить это мероприятие профессионалам. Если решение провести скальпирование в домашних условиях принято окончательно, то можно посоветовать приобрести специальный прибор в виде зажима для ЦП, что облегчит снятие крышки без повреждения кристалла.
Регистры
Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.
Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.
По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:
- RS-триггер: сохраняет своё состояние при нулевых уровнях на обоих входах и изменяет его при установке единице на одном из входов (Reset/Set — Сброс/Установка).
- JK-триггер: идентичен RS-триггеру за исключением того, что при подаче единиц сразу на два входа триггер меняет своё состояние на противоположное (счётный режим).
- T-триггер: меняет своё состояние на противоположное при каждом такте на его единственном входе.
- D-триггер: запоминает состояние на входе в момент синхронизации. Асинхронные D-триггеры смысла не имеют.
Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.
Принцип действия RS-триггера
Команды (инструкции)
Команды — это фактические действия, которые компьютер должен выполнять. Они бывают нескольких типов:
- Арифметические: сложение, вычитание, умножение и т. д.
- Логические: И (логическое умножение/конъюнкция), ИЛИ (логическое суммирование/дизъюнкция), отрицание и т. д.
- Информационные: move , input , outptut , load и store .
- Команды перехода: goto , if . goto , call и return .
- Команда останова: halt .
Прим. перев. На самом деле все арифметические операции в АЛУ могут быть созданы на основе всего двух: сложение и сдвиг. Однако чем больше базовых операций поддерживает АЛУ, тем оно быстрее.
Инструкции предоставляются компьютеру на языке ассемблера или генерируются компилятором высокоуровневых языков.
В процессоре инструкции реализуются на аппаратном уровне. За один такт одноядерный процессор может выполнить одну элементарную (базовую) инструкцию.
Группу инструкций принято называть набором команд (англ. instruction set).
Температура процессора и видеокарты
При работе ядра и прочих элементов ЦП выделяется большое количество тепла, именно поэтому в современных компьютерах используются мощные системы охлаждения, как центрального процессора, так и основных узлов материнской платы. Требовательные программы, которые активно используют мощности ЦП и видеокарты (обычно это игры), нагружают процессор, что приводит к быстрому повышению температуры. В этом случае включается троттлинг. Многие производители видеокарт утверждают, что их продукция способна нормально функционировать даже при 100°C. В реальности предельной температурой будет та, которая указана в технической документации.
Самостоятельно контролировать температурный режим можно посредством специального софта для мониторинга (AIDA64, GPU Temp, Speccy). Если при работе или игре наблюдается подтормаживание, значит, вполне вероятно, температура возросла до критической отметки, и автоматически сработала защита.
Самостоятельно отслеживать температуру ЦП и видеокарты можно посредством специального софта
Устройство управления
Устройство управления (УУ) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. УУ сообщает компонентам, что именно нужно делать. В соответствии с инструкциями он координирует работу с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции вначале поступают именно на устройство управления.
Существует два типа реализации УУ:
- УУ на жёсткой логике (англ. hardwired control units). Характер работы определяется внутренним электрическим строением — устройством печатной платы или кристалла. Соответственно, модификация такого УУ без физического вмешательства невозможна.
- УУ с микропрограммным управлением (англ. microprogrammable control units). Может быть запрограммирован для тех или иных целей. Программная часть сохраняется в памяти УУ.
УУ на жёсткой логике быстрее, но УУ с микропрограммным управлением обладает более гибкой функциональностью.
Память (ОЗУ)
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.
Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.
Что такое техпроцесс в процессоре
Под техпроцессом в информатике понимается размер транзисторов, применяемых в ядре компьютера. Процесс изготовления ЦП происходит по методу фотолитографии, когда из покрытого диэлектрической плёнкой кристалла под действие света вытравливаются транзисторы. Используемое оптическое оборудование имеет такой показатель, как разрешающая способность. Это и будет технологическим процессом. Чем она выше, тем большее количество транзисторов можно уместить на одном кристалле.
Снижению размеров кристалла способствует:
- снижение тепловыделения и энергопотребления;
- производительность, поскольку при сохранении физического размера кристалла удаётся поместить на нём большее количество рабочих элементов.
Единицей измерения техпроцесса является нанометр (10-9). Большинство современных процессоров изготавливается по 22 нм технологическому процессу.
Техпроцесс – это увеличение количества рабочих элементов процессора при сохранении его размеров
Что такое турбо буст в процессоре
Turbo Boost – это запатентованная технология компании Intel, которая применяется в процессорах Intel Core i5 и i7 первых трёх генераций. Она применяется для аппаратного ускорения работы ЦП на определённое время. С использованием технологии процедура разгона осуществляется с учётом всех важных параметров – силы тока, температуры, напряжения, состояния ОС, поэтому она полностью безопасна для компьютера. Прирост в скорости работы процессора носит временный характер и будет зависеть от типа нагрузки, количества ядер и конфигурации платформы. Дополнительно следует отметить, что технология поддерживается только операционными системами Windows 7 и 8.
Фирменная технология от компании Intel позволяет добиться временного улучшения производительности компьютера.
Основные технические характеристики процессора
Что такое троттлинг процессора
Троттлинг, или дросселирование, – это защитный механизм, который применяется для предотвращения перегрева центрального процессора или возникновения аппаратных сбоев при работе. Функция активна по умолчанию и срабатывает при повышении температуры до критической отметки, которая установлена для каждой конкретной модели ЦП производителем. Защита осуществляется путём снижения производительности ядра. При возвращении температуры к нормальным показателям функция автоматически отключается. Существует возможность принудительно поменять параметры троттлинга через БИОС. Она активно используется любителями разгона ЦП или оверклокерами, но для простого пользователя подобные изменения чреваты поломкой ПК.
Тактирование процессора
Быстродействие компьютера определяется тактовой частотой его процессора. Тактовая частота — количество тактов (соответственно и исполняемых команд) за секунду.
Частота нынешних процессоров измеряется в ГГц (Гигагерцы). 1 ГГц = 10⁹ Гц — миллиард операций в секунду.
Чтобы уменьшить время выполнения программы, нужно либо оптимизировать (уменьшить) её, либо увеличить тактовую частоту. У части процессоров есть возможность увеличить частоту (разогнать процессор), однако такие действия физически влияют на процессор и нередко вызывают перегрев и выход из строя.
Выполнение инструкций
Инструкции хранятся в ОЗУ в последовательном порядке. Для гипотетического процессора инструкция состоит из кода операции и адреса памяти/регистра. Внутри управляющего устройства есть два регистра инструкций, в которые загружается код команды и адрес текущей исполняемой команды. Ещё в процессоре есть дополнительные регистры, которые хранят в себе последние 4 бита выполненных инструкций.
Ниже рассмотрен пример набора команд, который суммирует два числа:
- LOAD_A 8 . Это команда сохраняет в ОЗУ данные, скажем, . Первые 4 бита — код операции. Именно он определяет инструкцию. Эти данные помещаются в регистры инструкций УУ. Команда декодируется в инструкцию load_A — поместить данные 1000 (последние 4 бита команды) в регистр A .
- LOAD_B 2 . Ситуация, аналогичная прошлой. Здесь помещается число 2 ( 0010 ) в регистр B .
- ADD B A . Команда суммирует два числа (точнее прибавляет значение регистра B в регистр A ). УУ сообщает АЛУ, что нужно выполнить операцию суммирования и поместить результат обратно в регистр A .
- STORE_A 23 . Сохраняем значение регистра A в ячейку памяти с адресом 23 .
Вот такие операции нужны, чтобы сложить два числа.
Все данные между процессором, регистрами, памятью и I/O-устройствами (устройствами ввода-вывода) передаются по шинам. Чтобы загрузить в память только что обработанные данные, процессор помещает адрес в шину адреса и данные в шину данных. Потом нужно дать разрешение на запись на шине управления.
У процессора есть механизм сохранения инструкций в кэш. Как мы выяснили ранее, за секунду процессор может выполнить миллиарды инструкций. Поэтому если бы каждая инструкция хранилась в ОЗУ, то её изъятие оттуда занимало бы больше времени, чем её обработка. Поэтому для ускорения работы процессор хранит часть инструкций и данных в кэше.
Если данные в кэше и памяти не совпадают, то они помечаются грязными битами (англ. dirty bit).
Читайте также: