Главное устройство компьютера предназначенное для выполнения вычислений и программ это

Процессор — «мозг» компьютера и любого другого электронного устройства, будь то айфон, смарт-часы или «Алиса». В этой статье мы расскажем простыми словами, за что отвечает процессор в компьютере и какие функции он выполняет.

· Обновлено 18 апреля 2023

Центральный процессор компьютера — это чип, покрытый миллиардами крошечных транзисторов, который встраивается в материнскую плату устройства. Материнская плата связывает его со всеми остальными системами компьютера. Именно процессор производит все вычисления и логические операции, которые нужны для работы компьютерных программ.

По-английски процессор называется CPU (расшифровка — Central Processing Unit, «центральное обрабатывающее устройство»).

Процессор работает в команде с другими компонентами компьютера: памятью, видеокартой и периферийными устройствами. Выполняет вычисления и общается с другими компонентами процессор на языке бинарного кода: нулей и единиц.

Урок 1 Устройство ПК

Как устроен компьютер Читать →

Как работает процессор

Процессор получает инструкции от приложений, установленных на компьютере, и выполняет вычисления по этим инструкциям. Этот цикл состоит из трёх стадий:

1. Fetch (выборка команды). Процессор получает команду из оперативной памяти компьютера.
2. Decode (декодирование). Декодер расшифровывает полученную команду.
3. Execute (исполнение). Процессор выполняет нужную операцию.

Этот цикл впервые был описан американским математиком Джоном фон Нейманом в статье 1945 года «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства» и получил название машинного цикла или, по-английски, fetch-decode-execute cycle. Каждую секунду внутри CPU происходят миллионы таких циклов.

Выполнив операцию, процессор может сохранить её результат в память компьютера или отдать команду другому компоненту — например, видеокарте или принтеру. Результатом работы процессора может стать запуск программы, выполнение формулы в Google Sheets, воспроизведение музыки, вывод документа на печать и т. п. А после машинный цикл запустится снова.

Получай лайфхаки, статьи, видео и чек-листы по обучению на почту

Из чего состоит процессор

Что такое процессор (CPU)

В статье расскажем о том, что такое ЦП (центральный процессор), рассмотрим функции процессора и разберем как он работает.

Процессор – это устройство, отвечающее за обработку информации. Его называют по-разному: центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ) или central processing unit (CPU), но все эти термины обозначают элемент, который является “мозгом” вычислительного устройства (смартфона, телевизора, компьютера, планшета, фотоаппарата, сервера).

Урок 02 — Устройство компьютера | Компьютерные курсы 2019 (Windows 10)

Процессор представляет собой квадратную пластину со стороной около 5 сантиметров, с одной стороны которой находятся, похожие на ножки, коннекторы. С их помощью он прикрепляется к материнской плате – специальному элементу для установки дополнительных расширений.

Мощность процессора отвечает за скорость обработки команд и сказывается на продуктивности работы.

Что делает процессор

Зачем нужен процессор в устройствах? Он осуществляет управление всеми вычислительными операциями и элементами. Функции, которые выполняет ЦП:

• выполняет операции с данными оперативной памяти.
• создает команды и обрабатывает запросы от внутренних компонентов или внешних устройств.
• временное хранит данные о проделанных операциях или отданных командах.
• выполняет логические и арифметические операции с полученной информацией.
• передает итоги обработки информации внешним устройствам.

Из чего состоит процессор

Центральный процессор это не конечная деталь. Он состоит из трех составных частей:

Ядро отвечает за большую часть всех функций CPU. Оно выполняет расшифровку, чтение, отправку инструкций другим элементам или принимает инструкции от них. Одномоментно ядро способно выполнять только одну команду, происходит это за сотые доли секунд. Таким образом, наличие одного ядра говорит о том, что ПК или сервер будет выполнять все инструкции поочередно. Современное оборудование редко использует одноядерные процессоры, так как в этом случае оно работает очень медленно.

Ядро в свою очередь состоит еще из двух частей:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно осуществляет выполнение арифметических и логических операций.
• Устройство управления (УУ). Оно координирует работу всех частей процессора, его взаимодействие с внешним оборудованием. Происходит это с помощью электрических сигналов.

1. Запоминающее устройство.

Это небольшая память процессора, в которой хранится информация о текущих командах и промежуточных результатах. Она состоит из кеша и регистров. Регистры отвечают за “запоминание” информации, а кеш хранит часто выполняемые инструкции. Обращение в кеш происходит быстрее, чем к оперативной памяти, поэтому объем кеш-память процессора влияет на скорость работы ЦПУ.

Это каналы для передачи команд внутри процессора.

Основные характеристики процессоров

1. Сокет (Socket)

Это разъем для установки процессора на материнскую плату. Существует множество видов сокетов, поэтому при выборе ЦП нужно обратить внимание, чтобы его сокет подходил к материнской плате. Например, если на материнской плате разъем LGA 1151, то нужно выбирать процессор с таким же сокетом, иначе его нельзя будет установить.

1. Тактовая частота

Этот параметр показывает количество обрабатываемых операций (тактов) в секунду. Измеряется в в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц) Чем выше показатель тактовой частоты, тем выше производительность процессора.

Например, процессор с частотой 1 МГц обрабатывает 1 миллион операций в секунду, а процессор с частотой 1 ГГц – 1 миллиард операций.

Как было сказано выше, ядро – самая главная часть процессора и чем больше ядер, тем больше команд одновременно сможет обрабатывать ЦПУ. Чем больше ядер в процессоре, тем выше его производительность и скорость выполнения операций.

Показывает сколько потоков информации может обрабатывать одно ядро. Поток это технология, которая позволяет разделить производительность ядра, то есть физически ядро одно, а фактически оно может одновременно обрабатывать два процесса. На текущий момент не все процессоры обладают дополнительными потоками.

Кэш состоит из трех уровней памяти: L1, L2, L3. Чем больше памяти, тем лучше работает процессор.

Кэш первого уровня L1 — содержит те данные, которые могут потребоваться программе для выполнения инструкции,

Кэш второго уровня L2 — медленнее, в сравнении с кэшем первого уровня, но больше по размеру. Кэш L2 содержит информацию, которая может потребоваться в будущем.

Кэш третьего уровня L3 — самый большой и при этом самый медленный кэш. Его объем варьируется от 4 до 50 мегабайт.

1. Разрядность процессора

Это количество бит информации, которые процессор может обрабатывать за один такт (операцию). Например, размер данных за такт равен 1 байту, процессор считает восьмиразрядным (8 bit), если размер данных 2 байта, то ЦПУ шестнадцатиразрядный (16 bit), при размере 4 байта – процессор тридцатидвухразрядный (32 bit), в случае с 8-байтовым размером данных процессор считается шестидесятичетырехразрядный (64 bit).

Чем больше размер обрабатываемых данных, тем выше производительность процессора.

Как работает процессор

ЦУ обрабатывает команды на языке двоичного кода, говоря простым языком: 0 – это “нет”, 1 – это “да”. Каждый запрос, приходящий процессору состоит из комбинаций двух чисел 0 и 1.

Все операции внутри процессора это повторяющийся цикл, который не останавливается, пока работает компьютер или сервер: взять инструкцию из памяти, прочитать и расшифровать команду, осуществить действия.

Рассмотрим как работает процессор компьютера более подробно:

• Блок управления процессора забирает из оперативной памяти, где находится программа, определенные данные и команды, которые требуется выполнить. Вся эта информация загружаются в кэш-память.
• Получив данные из кэша, процессор записывает их в регистры. При этом инструкции отправляются в регистры команд, а значения помещаются в регистры данных.
• После считывания инструкций и данных, арифметико-логическое устройство выполняет эти команды.
• Результаты выполнения команд записываются в регистры. Если вычисления завершены, то они записываются также в буферную память процессора. Так как число регистров небольшое, промежуточные результаты хранятся в кэш-памяти.
• Если цикл вычислений завершен, результат сохраняется в оперативной памяти компьютера, чтобы освободить место в буферной памяти ЦП для новых вычислений. Если кэш-память переполнена, то неиспользуемая информация отправляется в кэш нижнего уровня или в оперативную память.

Виды процессоров

Существуют процессоры для мелкой техники, такой как ноутбуки компьютеры, телефоны,их можно назвать настольные ЦП. Второй вид процессоров – серверные, предназначены для оборудования, работающего с огромными массивами данных.

Основные функции настольных процессоров – это выполнения функций домашних компьютеров: запуск нескольких программ, перемещение информации, работа с браузерами, запись данных на различные накопители, запуск игр, обработка фото- и видеоматериалов. Им не требуется большое число ядер, но необходима высокая тактовая частота.

Серверные процессоры могут работать с несколькими подключенными клиентами, поэтому им требуется большее число ядер, высокий объем кэш-памяти и поддержка больших объемов оперативной памяти.

Также различают типы процессоров по принципу выполнения команд:

• CISC (Complete Instruction Set Computing) – этот тип процессора с полным набором команд. Они характеризуется:

– большим количеством различных машинных команд, каждая команда выполняется за несколько тактов ЦП

– небольшим количеством регистров общего назначения

– различными форматами команд с разными длинами

– преобладанием множественной адресацией

• RICS (Restricted Instruction Set Computer) – процессор, повышение работоспособности которого происходит за счет упрощения инструкций. В ЦП с RISC-архитектурой применяется ограниченный набор быстрых команд.

Каждая команда выполняется за за один такт. В таких процессорах требуется меньшее число транзисторов, что снижает их энергопотребление и стоимость. Архитектура RISC использует наиболее простейшие команды, что упрощает процесс их выполнения. Более сложные команды обрабатываются как составные из “простых” команд.

• VLIW (Very Long Instruction Word) – процессоров, работающие через объединение простых команд в “связку”. Эти команды должны быть независимы друг от друга и осуществляться параллельно.

Архитектура VLIW известна с начала 80-х годов. Она основана на том, что задача эффективного параллельного выполнения команд возлагается на «разумный» компилятор (программу, переводящую команды в машинный код). Компилятор первоначально делает анализ всей инструкции, выбирает команды, которые могут быть выполнены одновременно. Затем объединяет такие команды в связки, которые рассматриваются как сверхдлинные команды. В результате получается несколько сверхдлинных команд, которые исполняются одновременно.

Как выбрать процессор

На рынке процессоров известны две крупные компании-производителя: AMD и Intel. Они находятся в тесной конкуренции друг с другом, хотя AMD стремится создать нишевый продукт с низкой ценой, а Intel нацелена на топовые, производительные процессоры с высокой эффективностью и низкой энергопотребляемостью.

Основные характеристики по которым необходимо выбирать процессор это: скорость работы (ГГЦ), количество ядер, объем кэш-памяти, тактовая частота (МГЦ или ГГЦ).

Прежде чем приступить к выбору CPU, необходимо определить для чего нужен процессор, какие задачи стоят перед оборудованием, на котором будет стоять ЦП.

Если вам требуется выполнения обычных задач (работа в поисковых системах, в Word и Excel, чтение почты) на ноутбуке или ПК, то вам достаточно встроенных процессоров, со стандартными параметрами.

Предположим, что вы хотите купить ноутбук для сетевых игр или для монтирования видеоматериалов. В этом случае вам потребуется более мощные характеристики оборудования. ПК для игр, обработки фото или видео лучше выбирать с процессорами у которых не менее четырех ядер.

Восьмиядерный ЦПУ потребуется для мощного персонального компьютера, например, под использование профессиональных программ (3ds Max, Adobe Lightroom Classic, SiSoftware Sandra 2020, Adobe Premiere Pro, AutoCAD) или для профессиональных геймеров.

Еще один важный показатель при выборе CPU – тактовая частота. У простых двухъядерных процессоров она 3,5 ГГц – это средний класс компьютеров. Чем выше уровень тактовой, тем быстрее работает процессор. Например, для игрового ноутбука желательно выбирать ЦП с частотой не менее 4 ГГц.

Выбор процессора для сервера это отдельная задача, которую лучше всего доверить специалисту. Кратко отметим, что стоит учитывать ряд параметров: характеристики CPU, структура и состав сервера, на какое количество пользователей он будет рассчитан, какой тип задач будет на нем выполняться (объемные вычисления, хранение данных, размещение программ с постоянным доступом к ним и т.д.). Также стоит учитывать бюджет, в рамках которого требуется приобрести оборудование.

Так как нагрузки на вычислительные системы быстро растут (появляются новые приложения и программы, которые обрабатывают больше информации), то при выборе процессора лучше сделать запас производительности примерно на 20-30% с перспективой на будущее.

Заключение

Назначение процессора – это обработка информации и выполнение различных команд. Без ЦПУ компьютер не будет работать, он выполняет абсолютно все задачи, даже самые простые. Процессор в оборудовании – как мозг внутри человека.

Мощность ПК и серверного оборудования зависит от процессора. При выборе устройств всегда отталкивайтесь от задач, которые вы планируете выполнять, также делайте запас производительности на случай увеличения нагрузки на оборудование.

Источник: www.nic.ru

Основные компоненты компьютера и их функции — 7 КЛАСС

Современный человек не может представить свою жизнь без компьютера. Компьютер используют и взрослые, и дети, для работы и развлечения.

Компьютер — универсальная машина для работы с информацией.

Слово « универсальная » подчёркивает, что компьютер может применяться для многих целей: обрабатывать, хранить и передавать самую разнообразную информацию, использоваться в самых разных видах человеческой деятельности.

Но что бы ни делал человек с помощью компьютера, это всегда работа с информацией — числами, текстами, звуками или изображениями.

Самую разнообразную информацию, представленную в форме, пригодной для обработки компьютером, называют данными . Обработку данных компьютер осуществляет с помощью установленных на нём программ .

Компьютерная программа — набор расположенных поэтапно команд, позволяющих компьютеру выполнить поставленную задачу.

Вспомним составные части компьютера:

Разобьем части компьютера на четыре основные группы:

Системный блок — основная часть компьютера, где происходят все вычислительные процессы. Системный блок достаточно сложен и состоит из различных компонентов.

Средства манипуляции : клавиатура, мышь, игровой джойстик. Все те устройства, с помощью которых мы указываем компьютеру что делать, какие вычислительные процессы запускать в настоящий момент.

Средства отображения — это, прежде всего, монитор. Вся информация о работе компьютера выводится именно на монитор. Монитор позволяет отслеживать, что происходит в компьютере в данное время, каким вычислительным процессом занят компьютер.

Периферийные устройства — устройство конструктивно отделённые от системного блока. Устройства, имеющие собственное управление и работающие по командам системного блока. Служат для внешней обработки данных. К периферийным устройствам можно отнести принтеры, сканеры, модемы, внешние запоминающие устройства.

Так же части компьютера можно разделить на устройства ввода и вывода информации.

Устройства ввода информации — это устройства, которые преобразуют информацию из формы, понятной человеку, в форму, понятную компьютеру.

К таким устройствам относятся:
Клавиатура
Координатные устройства:
o Мышь
o Трекбол
o Сенсорная панель
o Графический планшет
Цифровые камеры

Устройства вывода информации — это устройства, которые преобразуют информацию из формы понятной компьютеру в форму, понятную человеку.

К таким устройствам относятся:
Акустические колонки и наушники.

Функции и назначение внутренних и внешних устройств компьютера

Основной компонент системного блока — системная (или материнская) плата. На ней размещаются процессор, устройства памяти, набор микросхем, управляющих работой устройств, разъёмы для подключения устройств.

Процессор — это важнейшее устройство компьютера, его мозг, он предназначен для выполнения вычислений и исполнения программ.

Процессор строит свою работу следующим образом:

1) получает данные, то есть считывает из оперативной памяти команды;

4)отправляет результаты работы на требуемое устройство.

Основные характеристики процессора, определяющие его быстродействие: тактовая частота и разрядность.

Процессор обрабатывает поступающие к нему электрические сигналы (импульсы).

Промежуток времени между двумя последовательными электрическими импульсами называется тактом. На выполнение процессором каждой операции выделяется определённое количество тактов.

Тактовая частота — это число тактов, которые процессор выполняет за одну секунду. Различные операции могут занимать один или несколько тактов. Тактовая частота измеряется в герцах.

У современных процессоров тактовая частота достигает нескольких миллиардов герц. Поэтому её измеряют в производных единицах:

1 МГц = 1000000 Гц

1 ГГц = 1000000000 Гц

Процессоры выполняют операции не над десятичными числами, а над двоичными. Как вы помните двоичные числа записываются цифрами 0 и 1, которым соответствуют единицы информации, называемые битами.

Разрядность процессора — это количество двоичных цифр (битов), которые одновременно обрабатывает процессор.

Большинство современных процессоров имеет разрядность 32 бит или 64 бит.

Производительность процессора может быть повышена за счёт одновременного выполнения нескольких последовательностей операций (потоков).

Процессоры, способные одновременно обрабатывать несколько потоков, являются многоядерными.

Другое важнейшее устройство компьютера — это память.

Память компьютера предназначена для приёма, записи, хранения и выдачи данных.

Чтобы понять принцип работы памяти компьютера давайте представим лист бумаги в клеточку. Каждая клеточка этого листа ¾ это наименьший элемент памяти компьютера, 1 бит. В каждой клеточке может храниться одно из двух значений: 0 или 1.

То есть в 1 бите памяти содержится 1 бит информации.

Для хранения информации используются различные виды памяти или запоминающие устройства. Различают внутреннюю и внешнюю память.

Внутренняя память – это память, которая встроена в компьютер и напрямую управляется процессором.

Внутренняя память компьютера передаёт и принимает от процессора данные с такой же скоростью, с какой процессор их обрабатывает. Поэтому её ещё называют оперативной (быстрой).

Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство) предназначена для хранения данных и программ во время их выполнения.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью выполняется за очень короткие промежутки времени. Информация в оперативную память поступает после включения компьютера, а при его выключении не сохраняется.

ОЗУ представляет собой набор микросхем, которые собраны в модули. Для установки модулей на материнской плате имеются соответствующие разъёмы.

Для постоянного хранения информации даже при выключенном компьютере предназначено постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Хранимые в ПЗУ данные и программы обеспечивают запуск компьютера и работу с клавиатурой, монитором и другими устройствами.

Внешняя память относится к внешним устройствам компьютера и используется для долговременного хранения любой информации.

Если пользователь запускает программу, которая хранится во внешней памяти компьютера, то она сначала загружается в оперативную память и после этого начинает выполняться.

Основным устройством долговременного хранения информации является накопитель на жёстких магнитных дисках (винчестер). Он представляет собой набор вращающихся дисков с магнитным покрытием, у поверхности которых расположены головки для записи — чтения. Винчестер является энергонезависимым, перезаписываемым запоминающим устройством. Он является основным носителем данных практически во всех современных компьютерах. Обычно находится внутри системного блока.

Для переноса данных используют съёмные носители: оптические диски (СD и DVD), флэш-память и другие.

Если пользователь запускает программу, которая хранится во внешней памяти компьютера, то она сначала загружается в оперативную память и после этого начинает выполняться.

Максимальный объём информации, который может быть записан на носитель, называют его ёмкостью.

За единицу измерения объёма информации принят байт. Ёмкость носителей измеряют в производных единицах.

1 Кбайт = 1024 байт

1 Мбайт = 1024 Кбайт

1 Гбайт = 1024 Мбайт

1 Тбайт = 1024 Гбайт.

Основные внутренние компоненты компьютера

Рассмотрим устройства, которые входят в системный блок. К ним относятся:

· Материнская плата. Это плата, к которой подсоединены все устройства системного блока. Через неё происходит обмен информацией между устройствами и питание электроэнергией.

· Центральный процессор.

· Оперативная память.

· Жёсткий диск, это магнитный диск, который защищён герметичным корпусом. Основная функция жёсткого диска – хранение информации, то есть здесь хранятся все программы необходимые для работы компьютера и все личные файлы пользователя.

· Дисковод и накопитель – это специальное устройство для чтения или записи на оптические диски CD, DVD.

· Карты расширений, это отдельные устройства, соединённые с материнской платой и служащие для увеличения дополнительных функций персонального компьютера.

Видеокарта. Она передаёт изображение на монитор

Звуковая карта – передаёт звук на колонки, а также подготавливает звук для записи с микрофона.

Сетевая карта. Её функция — соединять компьютер с другими компьютерами по сети.

· Блок питания – служит для преобразования тока электрической сети в ток, необходимый для питания внутренних частей компьютера.

· Порты компьютера – специальные разъёмы, через которые можно подключить внешние устройства.

Основные внешние устройства компьютера

К системному блоку подключаются внешние устройства компьютера – устройства ввода и вывода информации.

Устройства ввода переводят человеческий язык в компьютерный, а устройства вывода наоборот компьютерный язык переводят в человеческий.

К устройствам ввода информации относятся:

1.Клавиатура. Она служит для ввода в компьютер текстовой информации и команд управления при помощи клавиш.

2. Манипуляторы, например, мышь, джойстик и другие. Это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

· Мышь перемещает указатель мыши по экрану и вводит команды пользователя. Управление курсором осуществляется путём перемещения мыши по поверхности стола или коврика для мыши. Клавиши и колёсико мыши вызывают определённые действия, например, активация указанного объекта, вызов контекстного меню, вертикальная прокрутка веб-страниц и электронных документов.

· Джойстик – это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора. Часто применяется в компьютерных играх.

· Трекбол – небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и перемещает курсор.

3.Сканер – устройство для ввода графической информации в компьютер.

4. Микрофон – устройство для ввода звуковой информации.

5. Веб-камера – видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшего использования.

К устройствам вывода относятся:

1. Монитор служит для вывода информации пользователю на экран.

2. Принтер – устройство для вывода информации на бумагу.

3. Звуковые колонки и наушники предназначены для воспроизведения звуковой информации.

Практическая часть урока.

На флеш-память объёмом 1 Гигабайт загрузили максимально возможное число фотографий. Каждое фото занимает 500 Килобайт. Нужно выяснить, сколько времени займёт просмотр всех фотографий на флеш-памяти, если на просмотр одной уходит 6 секунд.

Современный компьютер — универсальное электронное программно-управляемое устройство для работы с информацией.

Любой компьютер состоит из процессора, памяти, устройств ввода и вывода информации.

Функции, выполняемые этими устройствами, в некотором смысле подобны функциям мыслящего человека.

Источник: ars-games.ru