Устройство обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами процессор
Презентация на тему: " Процессор - устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера. Процессор в своем развитии пережил все." — Транскрипт:
3 Процессор - устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера. Процессор в своем развитии пережил все этапы миниатюризации, характерные для развития вычислительных машин: от устройств на электронно-вакуумных лампах или транзисторах до микросхем. Электронно-вакуумные лампы имели существенные недостатки: большие размеры, потребление большого количества энергии, сильное выделение тепла и очень низкую надежность. Изобретение полупроводникового транзистора позволило уменьшить размеры, снизить потребляемую энергию и количество выделяемого тепла, повысить надежность работы устройств. Однако схемы как и электронно-вакуумных ламп, так и из транзисторов приходилось собирать вручную. Работа была трудоемкой, все компоненты образовывали хаотическое нагромождение, где трудно было разобраться в соединениях элементов. Вся технология сборки схем была неэкономична и ненадежна.
4 В 1952 году английский инженер Г.У.Даммер выдвинул смелое предложение: размещать всю схему целиком (транзисторы, резисторы и другие компоненты) в сплошном блоке полупроводникового материала. Реализовать эту идею сумел американский инженер Джек Килби, который понял, что резисторы и конденсаторы можно не только делать из того же полупроводникового матери- ала, что и транзисторы, но и изготавливать все компоненты одновременно на одной и той же полупроводниковой пластинке. Первая в мире интегральная схема (ИС, микросхема, чип) появилась в январе 1959 года. Многочисленные компоненты интегральной схемы формируются непосредственно в кристалле кремния. При обычных условиях кремний не проводит электрический ток, но при внесении примесей – незначительного количества таких элементов, как бор или фосфор – свойства его кристаллической структуры меняются и в кристалле могут распространяться электрические импульсы.
5 Процессор атлон 64 FX51 Тактовая частота – 2,5 ГГц Разрядность – 64 бита
6 Логическая схема системной платысистемной платы Видеокарта Сетевая карта Северный мост 133Мгц Южный мост – 33Мгц Модули DIMM (ОЗУ) до 6,4Гб/с Системная шина
7 Центральный процессор Центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit CPU). Микропроцессор – основная микросхема ПК. Все основные вычисления выполняются в ней.
8 Центральный процессор В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов. В начале 70-х годов ХХ века благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем), микросхем, стало возможным разместить все необходимые компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве. Большая интегральная схема на самом деле не является большой по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10-6 м). Например, в процессоре Intel Core 2 Duo с 4 МБ кэш-памяти их около 291 миллиона.
9 В 1971 году инженеры фирмы Intel посроили схему процессора на одном кремневом кристалле, который содержал 2250 транзисторов. Его можно было запрограммировать на решение практически любых функций. Это был первый микропроцессор, получивший название Микропроцессор – процессор, изготовленный в виде микросхемы. Микропроцессор (Central Processing Unit? CPU) представляет собой функционально законченное устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких БИС (большая интегральная схема) или СБИС (сверх большая интегральная схема) «Большая» или «сверх большая» оговаривает не размеры микросхемы, а количество заключенных в ней компонентов.
10 Характеристики некоторых моделей микропроцессоров Микропро- цессор Год выпуска Число элементов Значение Intel – Первый микропроцессор Intel – Первый универсальный микропроцессор Motorola – Первый 16-битный процессор Hewiett Packard superchip Первый 32-битный микропроцессор сложной конструкции
11 Микропро- цессор Год выпускаРазрядностьОсобенности Intel бита Intel битаВпервые была установлена полноценная операционная система UNIX Intel битаИмели некоторые черты RISC- архитектуры и кэш- память Intel Pentium 60, бита Intel Pentium 7590-е64 битаПроизошло уменьшение рабочего напряжения до 3,3В, имели много ошибок Intel Pentium MMX? Pro битаОбработка информации от звуковых и графических устройств
12 Современный процессор представляет собой микросхему или чип, выполненную на миниатюрной кремневой пластине - кристалле размером примерно 5х5 см., на которой размещается до 10 млн. функциональных элементов. У компьютеров четвертого поколения функции процессора выполняет микропроцессор - сверхбольшая интегральная схема, реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью менее 0,1 см2. На таком кристалле может размещаться до 5,5 млн. транзисторов. Эти элементы имеют сложную структуру и позволяют процессору производить обработку информации с очень высокой скоростью. Кристалл - пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический корпус и соединяется и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к материнской плате компьютера.
13 Назначение микропроцессора: Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти. Координировать работу всех устройств компьютера В состав процессора обязательно входят: Устройство управления (УУ) - координирует работу всех устройств компьютера; Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - выполняет команды программы, находящейся в оперативной памяти; Регистры памяти - ячейки, в которые по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения;
14 Шины данных, команд и адресов - по этим магистралям проходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему. Шина данных служит для обмена информацией между устройствами компьютера, например, между оперативной памятью и контроллерами устройств. Адресная шина используется процессором при чтении данных из оперативной памяти. По ней процессор сообщает оперативной памяти адрес ячейки, из которой нужно считать данные. Информация по адресной шине передается только в одном направлении – от процессора к памяти.
15 Интересное сравнение. Что было бы, если процессор работал не со скоростью сотни миллионов байтов в секунду, а в привычном для человеке ритме. Как часто оно получал бы сигналы? Сигнал от клавиатуры он получал бы один раз в 10 лет. Обработка слова «компьютер» занимала почти 100 лет; Данные от мыши - один раз в год. Перемещение указателя мыши из одного угла экрана в другой заняло бы тысячелетие. Данные, поступившие по телефонным проводам через модем, - один раз в сутки. Прием и обработка одной страницы текста занимало бы 5-7 лет. Данные от гибкого диска - один символ в несколько часов. Данные от жесткого или лазерного диска -1 байт в час.
16 Центральный процессор предназначен для пошагового выполнения хранящейся в памяти компьютера программы. Программа, выполняемая центральным процессорам, состоит из записанных в двоичном виде машинных команд. Совокупность всех машинных команд, которые могут быть поняты и выполнены процессором, называется системой команд процессора. Систему команд процессора можно также назвать его языком. Машинные команды обычно соответствуют элементарным операциям, например, поместить данные в заданную ячейку оперативной памяти, считать данные из ячейки, выполнить арифметическую или логическую операцию над данными, дать сигнал некоторому устройству к обмену данными с оперативной памятью. Система команд процессора является важной частью архитектуры компьютера. Если системы команд двух процессоров различны, то машинная программа, предназначенная для одного процессора, не сможет быть выполнена другим. Основные фирмы - производители процессоров - корпорация INTEL, Motorola, AMD
18 Тактовая частота Тактовая частота (быстродействие) - скорость передачи информации между устройствами компьютера, количество выполняемых команд в секунду (измеряется в герцах). Чем тактовая частота выше, тем быстрее работает процессор и больше информации оно может обработать. Повышение тактовой частоты происходит от одной модели процессора к другой. Так первые модели процессоров Intel работали с тактовой частотой 8 МГц, а современные (Pentium IV) до 4 ГГц. Один гигагерц соответствует миллиарду тактов в секунду. Следует заметить, что производительность процессора определяется не только тактовой частотой и количеством регистров, а также объемом кэш-памяти, быстродействием арифметико-логического устройства, эффективностью алгоритмов устройства управления и другими особенностями архитектуры процессора. Все эти факторы следует учитывать при сравнении быстродействия процессоров различной конструкции. Говорить о том, что один процессор быстрее другого, поскольку у него больше тактовая частота, можно лишь в том случае, если этот процессор не уступает по остальным показателям Если мы покупаем компьютер и в названии процессора есть цифры, например, Pentium IV-2500, это значение тактовой частоты
19 Как ускорить работу процессора Предположим, что вы рабочая группа, которой необходимо как можно быстрее решить некоторую задачу. Вы должны работать в помещении 1, а условие задачи, исходные данные и этапы решения находятся в помещении 2, причем выдача необходимой информации в помещении 2 происходит достаточно медленно. В помещение 2 может входить только один человек. Ваша работа должно выполнятся по следующему плану: Человек идет в помещение 2 за порцией данных, необходимых для решения задачи. Приносит их в помещение 1. Рабочая группа быстро их обрабатывает и посылает за следующей порцией информации. При этом она бездействует в ожидании. Человек идет в помещение 2 за следующей порцией данных. Приносит их в помещение 1. Рабочая группа быстро их обрабатывает и посылает за следующей порцией информации. При этом она бездействует в ожидании. И т.д. до тех пор, пока задача не будет решена.
20 Результат решения показываете заказчику. Подумайте и скажите, каким образом можно ускорить этот процесс, если вы обрабатываете информацию быстрее, чем её вам выдают, в результате чего вы теряете много времени. Ответы: Можно поручить решение задачи более «умной рабочей группе», которая решит задачу быстрее. (Помещение 1 - процессор, повышение тактовой частоты - более умная раб. группа) Можно информацию из помещения 2 частично сразу перенести в помещение 1. (Повышение разрядности процессора - поручить приносить информацию более чем одному человеку) Можно посылать за информацией в помещение 2 не одного человека, а нескольких. Об этом поговорим на следующем уроке. Процессор является одним из тех устройств, которые всегда должны работать. Процессор ПК не может быть выключен. Даже если на наш взгляд процессор ничего не делает, все равно выполняется какая- либо программа.
Презентация на тему: " Презентация. Микропроцессоры. Процессор Центральным устройством в компьютере является процессор. Он выполняет различные арифметические и логические операции," — Транскрипт:
2 Процессор Центральным устройством в компьютере является процессор. Он выполняет различные арифметические и логические операции, к которым сводится решение любой задачи обработки информации на компьютере. Процессор управляет работой всех устройств компьютера. Процессор – устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера.
3 Современный процессор представляет собой микросхему, или чип, выполненную на миниатюрной кремниевой пластине – кристалле. Поэтому его принято называть микропроцессором.
4 История развития процессоров Первым общедоступным микропроцессором был 4- разрядный Intel Его представила 15 ноября 1971 года корпорация Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 108 кГц.
5 Микропроцессор представляет собой интегральную микросхему, а точнее, сверхбольшую интегральную схему (СБИС). Слово сверхбольшая относится не к размерам интегральной схемы, а к количеству заключенных в ней электронных компонентов, размещенных на кремниевой пластине. Число компонентов достигает нескольких миллионов.
6 Арифметические операции Арифметические операции – это базовые математические операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление.
7 Логические операции Логические операции (логическое умножение, логическое сложение, отрицание) представляют собой некоторые специальные операции, которые чаще используются при проверке соотношений между различными величинами. Это необходимо для работы компьютера.
8 В состав процессора входят: Арифметико – логическое устройство (АЛУ), выполняющее базовые арифметические и логические операции. Устройство управления (УУ). Элементы памяти.
9 Процессор должен обеспечить автоматическое исполнение программы. Хранящейся в памяти компьютера, для чего выполняет следующие действия: Извлечь из памяти команду, Расшифровать команду, Выполнить команду.
10 Производительность Важной характеристикой процессора является его производительность (количество элементарных операций, выполненных им за одну секунду). В свою очередь, производительность процессора зависит от тактовой частоты и разрядности.
11 Тактовая частота Тактовая частота – это количество тактов в секунду. Такт – интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов. Единица измерения тактовой частоты – герц (Гц). В течение одного такта может быть выполнена элементарная операция, например сложение двух чисел. Современный персональный компьютер может выполнить миллионы и миллиарды таких элементарных операций в секунду.
12 Разрядность процессора Разрядность процессора определяет размер минимальной порции информации, обрабатываемой процессором за один такт. Эта порция информации, часто называемая машинным словом, представлена последовательностью двоичных разрядов (бит).
13 Сопроцессоры Кроме центрального микропроцессора во многих компьютерах имеются сопроцессоры – дополнительные специализированные процессоры. Например, математический сопроцессор – микросхема, которая помогает основному процессору в выполнении вычислений при решении на компьютере математических задач. Математический сопроцессор
Процессор— устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера. Современный процессор представляет собой микросхему, или чип (англ. chip — чип), выполненную на миниатюрной кремниевой пластине — кристалле. Поэтому его принято называть микропроцессором.
Центральный процессор или ЦП (часто просто процессор) состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), которое содержит схему, манипулирующую данными, и устройства управления, которое содержи: схему, координирующую деятельность машины.
Для временного хранения информации в процессоре содержатся ячейки, или регистры, которые похожи на ячейки оперативной памяти. Они служат для временного хранения данных, обрабатываемых центральным процессором.
Скорость передачи данных измеряется в битах в секунду. Существует два основных способа передачи данных: параллельный и последовательный. Этими терминами обозначают способ передачи битов относительно друг друга. В случае параллельной связи несколько битов передаются одновременно, каждый по отдельному проводнику (линии), Такая техника позволяет быстро передавать данные, но требует достаточно сложной линии связи. При последовательной передаче за один раз передается только один бит. Такая техника передачи данных медленнее, но для нее требуется более простой канал связи, поскольку все биты передаются по одной линии.
Вследствие такого строения компьютера задача сложения двух значений, хранящихся в оперативной памяти, представляет собой больше, чем простое выполнение операции сложения. Этот процесс включает в себя и работу устройства управления, которое координирует передачу информации между оперативной памятью и регистрами, находящимися в центральном процессоре, и работу арифметико-логического устройства, которое выполняет операцию сложения по команде устройства управления.
Процесс сложения двух чисел можно разбить на пять шагов:
1) взять одно из значений из памяти и поместить его в регистр;
2) взять другое значение из памяти и поместить его в другой регистр;
3) активировать схему сложения, на входе которой будут данные из регистров;
4) сохранить результаты в памяти;
Список команд (машинных команд) , которые должен выполнять и декодировать центральный процессор можно разделить на три группы:
- команды передачи данных (предписывают перемещение данных из одного места в другое. Как пример, шаги 1,2 (команды загрузки) и 4 (команда сохранения) вышерассмотренного алгоритма. В команды передачи данных входят инструкции для связи центрального процессора с внешними устройствами)
- арифметико-логические команды (в примере шаг 3. К этим командам относятся и команды сдвига)
- команды управления (управляют процессом выполнения программы. В примере шаг 5. Это команды перехода (условного и безусловного) и ветвления)).
Основным устройством обработки информации в ЭВМ является арифметико-логическое устройство, входящее в состав процессора. Его основой является электронная схема, составленная из большого числа транзисторов, называемая сумматором.
Важной характеристикой процессора является его производительность (количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду), которая и определяет быстродействие компьютера в целом. В свою очередь, производительность процессора зависит от двух других его характеристик — тактовой частоты и разрядности.
Тактовая частота определяет число тактов работы процессора в секунду. Под тактом мы понимаем чрезвычайно малый промежуток времени, измеряемый микросекундами, в течение которого может быть выполнена элементарная операция, например сложение двух чисел. Современный персональный компьютер может выполнять миллионы и миллиарды таких элементарных операций в секунду. Для числового выражения тактовой частоты используется единица измерения частоты — мегагерц (МГц) — миллион тактов в секунду. Тактовая частота современных микропроцессоров составляет более 100 МГц.
Разрядность процессора определяет размер минимальной порции информации, над которой процессор выполняет различные операции обработки. Процессор в зависимости от его типа может иметь одновременный доступ к 8, 16, 32, 64 битам.
Взаимодействие между компьютером и другими устройствами обычно происходит через контроллер. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллер представляет собой плату, которая вставляется в гнездо материнской платы.
Центральный процессор (ЦП) - функционально-законченное программно-управляемое устройство выполненное на одной или нескольких СБИС, предназначенное для выполнения арифметической и логической обработки информации программного управления работой устройств. В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур:
полная система команд переменной длины - Complex Instruction Set Computer (CISC);
сокращенный набор команд фиксированной длины - Reduced Instruction Set Computer (RISC).
Процессор разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Скорость его работы определяет быстродействие компьютера. Конструктивно, процессор - это кристалл кремния очень маленьких размеров. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.
В ПК обязательно должен присутствовать центральный процессор (Central Rpocessing Unit - CPU), который выполняет все основные операции. Часто ПК оснащен дополнительными сопроцессорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций, такие как, математический сопроцессор для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой, графический сопроцессор для обработки графических изображений, сопроцессор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными устройствами.
Основными параметрами процессоров являются:
· коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,
· размер кэш памяти.
Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемые процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров измеряется в МГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1 МГц=10 6 Гц). Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить процессор, и тем больше его производительность. Первые процессоры, которые использовались в ПК работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты современных процессоров достигают отметки в 2 ГГц (1 ГГц=10 3 МГц).
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды. Современные процессоры семейства Intel являются 32-разрядными.
Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Рабочее напряжение процессоров не превышает 3 В. Снижение рабочего напряжения разрешает уменьшить размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает увеличить его производительность без угрозы перегрева.
Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - это коэффициент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение на коэффициент 4, 4.5, 5 и больше.
В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его регистрах, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как собственно данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя продолжительность выполнения команд.
Весь ряд процессоров фирмы Intel, устанавливаемых в персональные компьютеры IBM, имеют архитектуру CISC, а процессоры Motorola, используемые фирмой Apple для своих персональных компьютеров, имеют архитектуру RISC. Обе архитектуры имеют свои преимущества и недостатки. Так CISC-процессоры имеют обширный набор команд (до 400), из которых программист может выбрать команду, наиболее подходящую ему в данном случае. Недостатком этой архитектуры является то, что большой набор команд усложняет внутреннее устройство управления процессором, увеличивает время исполнения команды на микропрограммном уровне. Команды имеют различную длину и время исполнения.
RISC-архитектура имеет ограниченный набор команд и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. К недостаткам RISC-архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.
Упрощенная схема процессора, отражающая основные особенности архитектуры микроуровня, приведена на рис. 5. Наиболее сложным функциональным устройством процессора является устройство управления выполнением команд. Оно содержит:
· буфер команд, который хранит одну или несколько очередных команд программы; читает следующие команды из запоминающего устройства, пока выполняется очередная команда, уменьшая время ее выборки из памяти;
· дешифратор команд расшифровывает код операции очередной команды и преобразует его в адрес начала микропрограммы, которая реализует исполнение команды;
Рис. 5. Архитектура процессора
· управление выборкой очередной микрокоманды представляет собой небольшой процессор, работающий по принципу фон Неймана, имеет свой счетчик микрокоманд, который автоматически выбирает очередную микрокоманду из ПЗУ микрокоманд;
· постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микрокоманд - это запоминающее устройство, в которое информация записывается однократно и затем может только считываться; отличительной особенностью ПЗУ является то, что записанная в него информация сохраняется сколь угодно долго и не требует постоянного питающего напряжения.
Поступивший от дешифратора команд адрес записывается в счетчик микрокоманд устройства выборки, и начинается процесс обработки последовательности микрокоманд. Каждый разряд микрокоманды связан с одним управляющим входом какого-либо функционального устройства. Так, например, управляющие входы регистра хранения «Сброс», «Запись», «Чтение» соединены с соответствующими разрядами микрокоманды. Общее число разрядов микрокоманды может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч и равно общему числу управляющих входов всех функциональных устройств процессора. Часть разрядов микрокоманды подается на устройство управления выборкой очередной микрокоманды и используется для организации условных переходов и циклов, так как алгоритмы обработки команд могут быть достаточно сложными.
Выборка очередной микрокоманды осуществляется через определенный интервал времени, который, в свою очередь, зависит от времени выполнения предыдущей микрокоманды. Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора. Тактовая частота является важной характеристикой процессора, так как определяет скорость выполнения процессором команд, и, в конечном итоге, быстродействие процессора. Другими словами тактовая частота показывает количество элементарных операций, выполняемых центральным процессором в секунду. Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, сравнения и т.д.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ состоит из нескольких специальных регистров, полноразрядного сумматора и схем местного управления.
Регистры общего назначения (РОН) используются для временного хранения операндов исполняемой команды и результатов вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов ввода-вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним устройствам. Необходимо отметить, что если операнды команды хранятся в РОН, то время выполнения команды значительно сокращается. Одна из причин, почему программисты иногда обращаются к программированию на языке машинных команд, это наиболее полное использование РОН для получения максимального быстродействия при выполнении программ, критичных по времени.
Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.
Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). Ранние модели процессоров x86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно понижено до 3,3 В, а в настоящее время составляет менее 3 В. Сверху микропроцессора всегда устанавливают вентилятор (куллер) для его охлаждения во время работы.
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за одни раз (за одни такт) и определяется разрядностью этих регистров. Первые процессоры x86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386, они имеют 32-разрядную архитектуру. Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32 разрядными, хотя и работают с 64 разрядной шиной данных.
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например, с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область - так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. Высокопроизводительные процессоры имеют повышенный объем кэш-памяти.
Рассмотрим аппаратную архитектуру физической памяти и организацию управления ею на примере последних поколений процессоров Intel Pentium. Для управления памятью в процессор включен специальный модуль управления памятью, или, иначе, контроллер памяти (Memory Controller). В этом контексте схема обмена данными в компьютерной системе может быть представлена так, как показано на рис. 6. Данная схема отображает обмен данными в компьютерной системе, в которой используется процессор Intel Pentium 4. Все операции по обмену данными с устройствами со стороны процессора выполняет контроллер памяти.
Количество памяти, которая может быть использована программой, ограничено максимальным размером адресного пространства процессора. У процессора Intel Pentium 4, например, максимальное адресное пространство, включая физическую (оперативную) и виртуальную память, может достигать 64 Гбайт.
Процессор Intel Pentium 4 имеет два кэша данных, которые называются кэшем 1-го уровня (L1 Cache) и кэшем 2-го уровня (L2 Cache). Для серверных платформ разработаны модификации процессора, содержащие и кэш 3-го уровня, реализуется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеют объем один и более Мб. Отметим важное обстоятельство - процессоры Intel Pentium 4 имеют также и кэш команд 1-го уровня (он называется Trace Cache), специфика работы которого отличается от особенностей работы кэшей данных.
Кэш 1-го уровня имеет очень маленький размер (8 Кбайт), но обладает очень высокой скоростью выборки данных, уступая только процессору. Конструктивно располагается на одном кристалле с процессором. Кэш 2-го уровня называют иногда универсальным кэшем, поскольку в нем могут находиться как данные, так и команды. Кэш 2-го уровня имеет размер 256 Кбайт и работает в 3 раза медленнее, чем кэш 1-го уровня. Размещается на отдельном кристалле, но в границах процессора.
При обмене данными с оперативной памятью ключевую для эффективной работы программы роль играет кэш 1-го уровня, поскольку практически все данные работающего приложения проходят через него и через буферы записи (write buffers).
Центральный процессор (ЦП) - функционально-законченное программно-управляемое устройство, выполненное на одной или нескольких СБИС, предназначенное для выполнения арифметической и логической обработки информации программного управления работой устройств. В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур.
Устройство управления (УУ) ― важнейшая часть ВМ, организующая автоматическое выполнение программ (путем реализации функций управления) и обеспечивающая функционирование ВМ как единой системы.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ состоит из нескольких специальных регистров, полноразрядного сумматора и схем местного управления.
Интерфейсная часть МП предназначена для связи и согласования МП системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд. Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП, узел формирования адреса, блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП, внутреннюю интерфейсную шину МП и схемы управления шиной и портами ввода-вывода.
Рис. Архитектура процессора
Основные характеристики процессора. Характеристики режима процессора 8086
Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быстродействию. Быстродействие процессора -- довольно простой параметр. Оно измеряется в мегагерцах (МГц); 1 МГц равен миллиону тактов в секунду. Чем выше быстродействие, тем лучше (тем быстрее процессор). Разрядность процессора -- параметр более сложный. В процессор входит три важных устройства, основной характеристикой которых является разрядность:
· шина ввода и вывода данных;
· шина адреса памяти.
Основные характеристики процессора:
· Максимальная рабочая температура
· Поддержка различных технологий
Одна из характерных особенностей процессоров 8086 — принцип сегментирования памяти. То есть вся память представляется не в виде непрерывного пространства, а в виде нескольких кусков — сегментов заданного размера (по 64 Кбайта), положение которых в пространстве памяти можно программно изменять. Процессор 8086 имеет 14 регистров разрядностью по 16 бит.
Читайте также: