Процессор персонального компьютера. назначение, функции, классификация процессора (ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Процессор, или ЦПУ (CPU) — это «мозг» компьютера, большая интегральная микросхема. Процессор выполняет арифметические операции с двоичными числами. Частота процессора — главный параметр процессора. Этот параметр является основной характеристикой быстродействия компьютера. Величина частоты примерно соответствует количеству арифметических операций, выполняемых процессором в секунду. Частота процессоров измеряется в герцах. Серия процессора — условный номер модели процессора. При переходе на следующую серию увеличивается скорость обмена данными между процессором и оперативной памятью.

Процессор представляет собой специально выращенный полупроводниковый кристалл, на котором располагаются транзисторы, соединенные напыленными алюминиевыми проводниками. Кристалл помещается в керамический корпус с контактами.

В первом процессоре компании Intel - i4004, выпущенном в 1971 году, на одном кристалле было 2300 транзисторов, а в процессоре Intel Pentium 4, выпущенном 14 апреля 2003 года, их уже 55 миллионов.

Современные процессоры изготавливаются по 0,13-микронной технологии, т.е. толщина кристалла процессора составляет 0,13 микрон. Для сравнения - толщина кристалла первого процессора Intel была 10 микрон.

В моей курсовой работе мы рассмотрим назначение, основные функции процессора, его основные особенности.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ПРОЦЕССОРА

Центральный процессор (ЦП; англ. central processing unit, CPU, дословно - центральное вычислительное устройство) - исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

ЦП выполняет следующие основные функции:

• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
• чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
• обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

В состав процессора входят следующие компоненты:

• устройство управления— формирует и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;
• арифметическо-логическое устройство (АЛУ)— предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;
• сопроцессор— дополнительный блок, необходимый для сложных математических вычислений и при работе с графическими и мультимедийными программами;
• регистры общего назначения— быстродействующие ячейки памяти, используемые в основном как различные счетчики и указатели на адресное пространство ПК, обращение к которым позволяет значительно увеличить быстродействие выполняемой программы;
• кэш-память— блок высокоскоростной памяти для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, обрабатываемой в данный момент времени или используемой в вычислениях. Это позволяет повысить производительность процессора;
• шина данных— интерфейсная система, реализующая обмен данными с другими устройствами ПК;
• генератор тактовых сигналов(импульсов);
• контроллер прерываний.

Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 1980-х последние практически вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Изначально термин «Центральное процессорное устройство» описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры, и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.

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

Д. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году. Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

Этапы цикла выполнения:

• Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;
• Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;
• Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
• Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;
• Снова выполняется п. 1.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом.

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

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

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

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

• получение и декодирование инструкции (Fetch);
• адресация и выборка операнда из ОЗУ (Memory access);
• выполнение арифметических операций (Arithmetic Operation);
• сохранение результата операции (Store).

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

Действительно, при отсутствии конвейера выполнение команды займёт n единиц времени (так как для выполнения команды по прежнему необходимо выполнять выборку, дешифрацию и т. д.), и для исполнения m команд понадобится Назначение и функции процессора, структура и функционирование микропроцессораединиц времени; при использовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения m команд понадобится всего лишь n + m единиц времени.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

• простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами);
• ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд);
• очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода).

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

Рассмотрим технологию изготовления процессоров.

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5Ч5Ч0,3 см) вставляющегося в ZIF-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов.

В начале 1970-х годов благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микросхем, стало возможным разместить все необходимые компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве. Появились так называемые микропроцессоры.

Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали еще, по крайней мере, 10-15 лет, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Надо сказать, что переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые теперь проникли почти в каждый дом.

Первый микропроцессор Intel 4004 был представлен 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 740 кГц и стоил 300 долл.

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

Большинство процессоров используемых в настоящее время являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и пр., как процессоры компании Intel.

Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM. Среди процессоров от Intel: 8086, i286 (в компьютерном сленге называется «двойка», «двушка»), i386 («тройка», «трёшка»), i486 («четвёрка»), Pentium («пень», «пенёк», «второй пень», «третий пень» и т. д. Наблюдается также возврат названий: Pentium III называют «тройкой», Pentium 4 - «четвёркой»), Pentium II, Pentium III, Celeron (упрощённый вариант Pentium), Pentium 4, Core 2 Quad, Core i7, Xeon (серия процессоров для серверов), Itanium, Atom (серия процессоров для встраиваемой техники) и др. AMD имеет в своей линейке процессоры архитектуры x86 (аналоги 80386 и 80486, семейство K6 и семейство K7 - Athlon, Duron, Sempron) и x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron и др.).

Центральный процессор (ЦП) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

Два направления применения ЦП:

• Используются в комплексе схемных элементов в виде микрокомпьютера, т.е. системы, собранной на одной или нескольких платах и содержащей собственно ЦП, оперативную память и модули ввода-вывода;
• ЦП, представляя собой семейство больших интегральных схем, встраиваемых как интегральное целое в создаваемую систему по усмотрению инженеров-проэктировщиков.

По конструкции ЦП подразделяются на:

• Однокристальные (вся логика размещается в 1 кристалле, они имеют постоянную разрядность и постоянный набор команд);
• На процессорных элементах (разрядность и система команд может изменяться и определяться в процессе разработки применительно к той прикладной области, где будет использоваться данный ЦП).

Центральный процессор содержит: 1. арифметико-логическое устройство; 2. шины данных и шины адресов; 3. регистры; 4. счетчики команд; 5. кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт); 6. математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Два основных типа архитектуры:

• CISC (complex instruction set computing) – архитектура с полным набором машинных команд;
• RISC (reduced instruction set computing) – архитектура с упрощённым набором команд, для мощных рабочих станций.

Основные характеристики ЦП:

• тип архитектуры или серия (CISC, RISC, Intel x86);
• система поддерживаемых команд (х86, IA-32, IA 64);
• расширения системы команд (ММХ – все х86 процессоры, SSE – Pentium 3, SSE2 – Pentium 4, 3Dnow! – процессоры AMD);
• конструктивное исполнение (Slot 1, Slot 2, Slot А – модульная конструкция с дискретными схемами; Socket 340, Socket 478, Socket A – интегрированная в кристалл кэш-память 2го уровня);
• тактовая частота (МГц, ГГц);
• частота системной шины.

2. ТИПЫ ПРОЦЕССОРОВ

• CISC-процессоры

Complex Instruction Set Computer - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).

• RISC-процессоры

Reduced Instruction Set Computer - вычисления с сокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).

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

• MISC-процессоры

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

• Многоядерные процессоры

Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию мультипроцессорности.

Двухъядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухъядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из двух физических ядер, каждое из которых в свою очередь разделено на два логических ядра, что существенно влияет на скорость его работы.

10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхъядерные процессоры для серверов AMD Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barcelona. 19 ноября 2007 года вышел в продажу четырёхъядерный процессор для домашних компьютеров AMD Phenom. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).

27 сентября 2006 года Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора. Предполагается, что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс, а это в свою очередь ожидается к 2010 году.

На данный момент массово доступны двух-, четырёх- и шестиядерные процессоры, в частности Intel Core 2 Duo на 65-нм ядре Conroe (позднее на 45-нм ядре Wolfdale) и Athlon 64 X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший объём кэша и рабочие частоты.

Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырехъядерные процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухъядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхъядерник» фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач.

К 1-2 кварталу 2009 года обе компании обновили свои линейки четырёхъядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трёх моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора является использование трёхканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой стороной платформы, использующей Core i7, является её чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете Intel X58 и трёхканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.

Компания AMD в свою очередь представила линейку процессоров Phenom II X4. При её разработке компания учла свои ошибки: был увеличен объём кэша (явно недостаточный у первого «Фенома»), а производство процессора было переведено на 45 нм техпроцесс, позволивший снизить тепловыделение и значительно повысить рабочие частоты. В целом, AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстаёт от Intel Core i7. Однако, принимая во внимание умеренную стоимость платформы на базе этого процессора, его рыночные перспективы выглядят куда более радужно, чем у предшественника.

3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА.

• Количество ядер — этот параметр показывает количество одновременно работающих программ. Но не думайте, что если вы запустите Word и Winamp на компьютере с одним ядром, что у вас программы работают одновременно. Они работают последовательно переключаясь с одной на другую. Количество ядер в последнее время прочно вошло в основные характеристики процессора, что многие ошибочно полагают, что если ядер больше, то всегда будет прирост производительности;
• Частота процессора — это скорость с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера. Её любят указывать продавцы в прайсах. Измеряется точно также как тактовая частота и по понятным причинам всегда ниже;
• Коэффициент умножения(или умножение) – он нужен, чтобы получить тактовую частоту процессора. Частоту шины вам нужно умножить коэффициент. Помнить нужно только одно в процессорах Intel есть одна полезная технология со смешным названием Quad Pumping — так вот она позволяет передать 4 блока данных за такт, поэтому маркетологи пользуются этим и преувеличивают в 4 раза физическую частоту шины;
• Тепловыделение процессора — измеряется в ватах. Простым языком если сказать, то показывает какой мощности у вас должен быть вентилятор(кулер), чтобы обеспечить бесперебойную работу;
• Максимальная рабочая температура — всё то, что вы прочитали о тепловыделении можно отнести и к температуре. Если вы превысите максимум, то процессор перегреется, и вполне возможно компьютер или выключится или сам начнет перезагружаться;
• Поддержка различных технологий — если в прайсе вдруг через запятую перечисляются непонятные для вас технологии типа SSE2 или 3DNow, то знайте, что это хорошо. Мир не стоит на месте, вот и производители придумывают разные фишки для лучшей работы процессора.

4. АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРА.

Процессор состоит из ячеек. В ячейках процессора данные не хранятся, а обрабатываются. Во время обработки они могут изменяться самыми разными способами. Ячейки процессора называются регистрами.

Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд).

Существует много разнообразных процессоров, и у каждой модели свои регистры. У одних процессоров регистров больше, у других - меньше. Бывают регистры восьмиразрядные – в такой регистр помещаются 8 битов, то есть один байт. Если регистр шестнадцатиразрядный, то в нем могут поместиться два байта. Пару взаимосвязанных байтов называют словом. В 32-разрядный регистр помещаются 4 байта (двойное слово).

Разные регистры процессора имеют разное назначение. Регистры общего назначения используются для операций с данными (байтами, словами и двойными словами). Адресные регистры служат для хранения в них адресов, по которым процессор находит данные в памяти.

Существуют специальные регистры для самопроверок процессора. Интересен флаговый регистр. Его биты служат как бы флажками, которые включаются или выключаются в особых случаях. Когда от меньшего числа отнимают большее, то занимают одну единичку в старшем разряде. На этот случай во флатовом регистре есть специальный флажок, который включается при таком событии. Есть там флажки, которые включаются при переполнении регистров или при их обнулении, а также еще несколько специальных флажков.

У каждого типа процессоров свой состав регистров, и у каждого и регистра свое назначение. Состав регистров процессора и их назначение называются архитектурой процессора. Чем сложнее процессор, тем сложнее его архитектура. В процессорах современных компьютеров несколько десятков регистров. Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.

Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

• сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции (принцип его работы рассмотрен в разделе 5.8);
• счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
• регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.

5. СИСТЕМА КОМАНДР ПРОЦЕССОРА.

Мы продемонстрировали действие лишь трех команд (инструкций) процессора, а на самом деле подобных команд порядка тысячи. У каждой команды есть спой код (номер). Например есть команда 000, есть команда 001, 002 и т. д. Для каждого процессора существует специальный документ, в котором описано, какая инструкция что выполняет, каким кодом она записывается и как ее следует использовать, - этот документ называется системой команд процессора. У каждого процессора своя система команд. У одного процессора, например, команда 079 может обозначать: “К. числу, которое находится в регистре А, прибавить число, которое находится в регистре В, и результат оставить в регистре А”.

Другой процессор, может быть, вообще не имеет регистров А и В и называются они по-другому, и команда 079 выполняет с другое действие. В этом случае говорят о том, что эти процессоры имеют разные системы команд

У компьютеров четвертого поколения функции центрального: процессора выполняет микропроцессор (МП) - сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 0,1 см.кв. Степень интеграции определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов. Так, центральный процессор содержит 1,2 млн. транзисторов, а Pentium - 5,5 млн. транзисторов.

Знание модели МП, установленного на системной плате компьютера, позволяет судить, к какому классу оборудования прилежит компьютер.

6. ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ.

Тактовая частота обработки информации. Тактом называют интервал времени менаду началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока, синхронизирующих работу, различных устройств компьютера. Специальные импульсы для отсчета времени для всех электронных устройств вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на СИСТЕМНОЙ плате. Его главный элемент представляет собой кристалл кварца, обладающий стабильностью резонансной частоты. Тактовая частота определяется как количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах (1МГц = 1 млн тактов/с). Тактовая частота влияет на скорость работы, быстродействие МП. Переход к микропроцессору с большей тактовой частотой означает повышение скорое обработки информации. Говоря о быстродействии процессор имеют в виду количество операций, выполняемых им в секунду

Один из способов повышения быстродействия МП -- использование кэш-памяти. Это позволяет избежать циклов ожидания в работе МП, пока информация из соответствующих схем памяти установится на системной шине данных компьютера. Таким образом кэш-память функционально предназначена для согласования скорости-работы сравнительно медленных устройств с относительно быстрым МП. Благодаря преимуществам в архитектуре процессоры с меньшей тактовой частотой могут иметь большее быстродействие.

Для определения производительности МП в настоящее время рассматривают четыре аспекта – целочисленные вычисления, вычисления с плавающей запятой, графика, видео, сравнивая их с производительностью процессора i486 SX-25 МГц, чьи показатели в 1992 г. были приняты за 100. Подчеркнем, что речь идет о производительности лишь самих процессоров, а не всей компьютерной системы в целом, которая зависит, помимо центрального процессора, от множества других факторов.

Для улучшения показателей при выполнении операций с плавающей запятой, на которые даже самые мощные универсальные микропроцессоры тратят достаточно много времени, создано и пользуется специальное устройство – математический сопроцессор. Это интегральная схема, работающая во взаимодействии центральным МП. Она предназначена только для выполнения математических операций. В них нет нужды, если работа на компьютере выполняется с базами данных или с обычными текстовыми редакторами, но если работают с электронными таблицами, с трехмерной графикой, издательскими пакетами, пакетами САПР, специальными программами по математическому моделированию, то отсутствие математического сопроцессора нежелательно. Поэтому все МП фирмы, начиная с i486, имеют встроенные сопроцессоры, что заметно повышает их производительность.

7. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОРОВ.

По количеству больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте:

• Однокристальный (вся архитектура процессора на одной БИС);
• Многокристальный (получены путем разбиения общей функциональной схемы горизонтальными плоскостями). Достоинства: независимые части могут работать отдельно – быстродействие (распараллеливание);
• Многокристальные секционные (получены путем разбиения общей функциональной схемы вертикальными плоскостями).

По назначению:

• Универсальные (широкий круг задач, обладают универсальной (расширенной) системой команд, они показывают примерно одинаковое быстродействие при решении различного класса задач);
• Специализированные (проблемно-ориентированные процессоры, показывают максимальную производительность при решении определенного круга задач);
• А. Цифровые сигнальные (фильтрация сигнала, свертка двух сигналов, усиление, ограничение, трансформация сигналов;
• Б. Коммуникационные (область использования – системы связи: сетевые процессоры (в трактах телекоммуникационных систем));
• В. Медийные /мультимедийные (выполнение числовых операций с такими типами данных, как видео и звук).

По виду обрабатываемых входных сигналов:

• Цифровые;
• Аналоговые.

По характеру временной организации работы:

• Синхронные (начало и конец выполнения операций задаётся устройством управления);
• Асинхронные (начало операции только фактическому окончанию предыдущей операции).

По количеству выполняемых программ:

• Однопрограммные;
• Мультипрограммные.

8. РАЗРЯДНОСТЬ ПРОЦЕССОРА.

Еще один параметр, влияющий на производительность – это его разрядность.

Разрядность процессора говорит о том, какое количество бит информации он примет и обработает через свои регистры за один такт. Первые процессоры х86 были 16 разрядными, начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру.

Современные процессоры в основном 64 разрядные, но они поддерживают и архитектуру х86.

В 2002 году произошёл скачок в эволюционном развитии разрядности процессоров.

Компания «AMD» выпустила на рынок процессоры с расширенной 64-битной

архитектурой вместо стандартной 32-битной. Компания «Intel выпустила 64-битный процессор с обозначением – «EM64T».

То есть основные внутренние регистры процессора увеличили свою разрядность в 2 раза – было 32 бита, стало 64. На сегодняшний день все выпускаемые процессоры имеют 64-битную разрядность, но на них также можно запускать 32-разрядные программные продукты. 32 и 64-разрядные процессоры имеют разную маркировку. У 32-р. Маркировка «х86», где «86» означает поколение процессора. 64-разр. маркируются символами «х64, EM64T, AMD64».

Чтобы вы имели возможность использовать 64-разр. процессор во всю силу вам

необходимо установить на компьютер 64-битную ОС, которая обозначается теми же символами «х64».

На компьютере, построенном на 32-разрядном x86 процессоре , с установленной 32-битной операционной системой – объем доступной оперативной памяти будет ограничен 4 Гб. Ну а в 64-битной операционной системе установленной на 64-разрядный процессор – объем поддерживаемой оперативной памяти специально логически ограничен до 16 Тб.

В целом для обычного рядового пользователя, использование 64-битной

операционной системы на ПК дает возможность использовать более 4 Гб оперативной памяти.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.

Структура компьютера - это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Персональный компьютер - это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. Достоинствами ПК являются:

• малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;
• автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
• гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
• "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;
• высокая надежность работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Богумирский В.С. Руководство пользователя ПК. В 2-х ч. - СПб: Ассоциация OILCO, 1992. – 88 c.

Макарова Н.В., Николайчук Г.С., Титова Ю.Ф. Компьютерное делопроизводство. - СПб.: Издательский дом «Питер», 2002.

Назаров П.М. Компьютерные технологии обработки информации. - М.: Финансы и статистика, 1995.

Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — С. 59—241. — ISBN 0-7897-3404-4.

Николай Алексеев. Кремниевая эволюция // ComputerBild : журнал. — 2011. — 10 октября (№ 22). — С. 80—85.

Каган Борис Моисеевич Электронные вычислительные машины и системы. Третье издание. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 590 с.

Лазарев В. Г., Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов 1989.