На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием.
Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году.
Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов.
Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы. Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера.
Устройство процессора
Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления.
От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова.
Улучшаем быстродействие ОС Windows: тюнинг производительности ОС штатыми и проф методами 02.03.2021
Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.
Схема процессора
Работа процессора
Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти.
(Работа процессора сложнее, чем это изображено на схеме выше. Например, данные и команды попадают в кэш не сразу из оперативной памяти, а через блок предварительной выборки, который не изображен на схеме. Также не изображен декодирующий блок, осуществляющий преобразование данных и команд в двоичную форму, только после чего с ними может работать процессор.)
Блок управления помимо прочего отвечает за вызов очередной команды и определение ее типа.
Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров.
Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд. В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемого счетчика команд, который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или останова).
Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.
Характеристики процессора
Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду.
Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.
Как работает компьютерная память: что такое RAM, ROM, SSD, HDD и в чем разница?
Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адресазависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще.
На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти.
Источник: inf1.info
Что такое процессор и для чего он нужен
При выборе нового компьютера мы обращаем внимание на несколько характеристик: модель материнской платы, размер оперативной и внутренней памяти, объем видеокарты, наличие дополнительных возможностей.
Не обходим стороной и важнейший элемент любого ПК (это что?) — процессор.
И хоть большинство пользователей старается подбирать чип нового поколения с максимальным количеством ядер, далеко не все догадываются, для чего нужен и какие функции выполняет элемент.
Я попытаюсь ликвидировать этот пробел в ваших знаниях и простым языком объяснить, что такое процессор в компьютере и почему он настолько важен.
Процессор — что это
Процессор называют мозгом компьютера. И не зря, ведь он обеспечивает беспрерывную работу всего механизма. Процессор можно сравнить с сердцем в человеческом организме: пока он функционирует, работать будут другие составляющие системного блока и подключенные к нему внешние устройства.
С его помощью обрабатывается программный код, работает операционная система и устанавливаемые приложения. Чем выше скорость процессора, тем быстрее работает компьютер.
Википедия гласит, что процессор — это главная часть аппаратного обеспечения ПК, которое отвечает за исполнение кода программ, обрабатывает поток данных, регулирует работу частей системы.
Внешне он выглядит как небольшая пластинка квадратной формы и имеет толщину в несколько миллиметров. Настольные версии устройств прикрываются металлической крышкой, а в нижней части процессора находится много контактов.
Кроме привычного термина «процессор», встречаются также такие варианты, как микропроцессор, центральный процессор (ЦП) и центральное процессорное устройство (ЦПУ).
Часто можно встретить обозначение CPU, что расшифровывается как «central processing unit» и переводится с английского как «центральное обрабатывающее устройство».
Из чего состоит процессор
Процессор состоит из следующих компонентов:
- ядро (ядра) — сюда входят регистр (внутренняя память), кэш (быстрая память), арифметико-логическое устройство;
- шины — с их помощью происходит передача данных, а также управление операциями и внешними составляющими компьютера.
Функции процессора
ЦПУ выполняет две важные функции:
- управление всеми операциями ПК, начиная сложением двух чисел и заканчивая обработкой видео или запуском игр;
- обработка данных с помощью арифметических и логических операций.
Характеристики процессора
При выборе процессора для компьютера стоит обратить внимание на его характеристики.
Их довольно много, выделим несколько основных:
- тактовая частота;
- разрядность;
- количество ядер;
- размер кэша;
- интегрированная графика;
- энергопотребление и тепловыделение.
Тактовая частота
Тактовая частота — это число операций, выполняемое процессором за 1 секунду. Единицы измерения — мегагерц (миллион тактов за секунду) и гигагерц (миллиард). Высокая тактовая частота позволяет процессору быстрее обрабатывать данные.
Разрядность
Разрядность — это количество битов, которое обрабатывается ЦПУ за один такт. Процессоры бывают 32 или 64-разрядными, и от этого показателя зависит размер оперативной памяти, которую можно устанавливать в компьютер.
Для мощных игровых компьютеров с 4 ГБ ОЗУ и более подойдет 64-разрядный ЦП.
Количество ядер
Одноядерные процессоры выполняют задачи последовательно, двухъядерные — до двух одновременно, четырехъядерные — до четырех и так далее. Исходя из этого, современные компьютеры могут называться многозадачными, так как чем больше ядер у процессора, тем производительнее ПК.
Но иногда программы (это что?) бывают не заточены под многопоточность (идет использование только одного ядра), поэтому в этих приложениях многоядерные процессоры не дают пользователю возможность ощутить всю мощь компьютера.
Размер кэша
Кэш — это быстродействующая память внутри ЦПУ, которая выступает в роли буфера между ОЗУ (оперативной памятью на материнской плате) и ядром процессора, а также предоставляет ускоренный доступ к блокам обрабатываемых данных.
Этот вид памяти быстрее оперативной, так как взаимодействует напрямую с ядром ЦП.
Интегрированная графика
Наличие процессоров с интегрированной графикой дает возможность выполнять несложные видео-операции без покупки дискретной (отдельной) видеокарты. Это очень удобно, если ПК покупается для офиса или серфинга в сети.
Энергопотребление и тепловыделение
Чем больше энергии потребляет процессор, тем больше тепла он выделяет. Этот параметр следует учитывать при выборе системы охлаждения ПК и блока питания.
Производители процессоров
Ассортимент процессоров включает как слабые одноядерные процессоры, так и мощные многоядерные. Их созданием занимаются многие производители, но флагманами считаются две марки — Intel и AMD.
Различие между товарами двух брендов заключается в архитектуре и каждый из них предлагает свой вид процессора, который кардинально отличается друг от друга.
Продукция каждого из производителей имеет свои достоинства и недостатки. Предлагаю ознакомиться с ними ниже.
Intel
Достоинства процессоров Intel:
- низкое потребление энергии;
- высокая производительность в играх;
- высокий уровень доверия у разработчиков ПО;
- хорошая связь с ОЗУ;
- в рамках одной программы операции выполняются лучше, чем в случае с процессорами AMD.
Недостатки:
- высокая стоимость;
- снижение производительности при использовании нескольких ресурсоемких программ;
- интегрированная графика реализована хуже, чем в AMD.
AMD
Достоинства процессоров AMD:
- сравнительно невысокая стоимость;
- разгон процессора и последующее повышение его мощности до 20%;
- хорошие графические ядра.
Недостатки:
- не очень хорошее взаимодействие с ОЗУ;
- довольно высокое потребление энергии;
- иногда недостаточная производительность в играх при наличии мощной видеокарты.
Вот и все, дорогие друзья. Я постарался простыми словами рассказать, что такое процессор и для чего он необходим. Надеюсь, что после прочтения статьи у вас не останется вопросов.
Приглашаю пообщаться на эту тему с другими читателями блога KtoNaNovenkogo.ru в комментариях и высказать свое мнение насчет того, процессор какого производителя лучше — Intel или AMD.
Напоследок предлагаю посмотреть
Источник: ktonanovenkogo.ru
Устройства, входящие в состав процессора: описание, функции
Сегодня в домах подавляющего большинства жителей развитых стран есть по несколько компьютеров, а также планшетов и других мобильных устройств. «Сердцем» любого из них является процессор (ЦП или CPU). Он имеет сложное строение. Чтобы понять, как работает ПК, следует узнать, что входит в состав процессора.
Назначение и функции
Прежде чем изучать устройства, входящие в состав процессора, следует узнать, для чего он предназначен. Итак, процессор — центральное устройство ПК. Его назначение — это:
- управлять работой ЭВМ, следуя заданной программе;
- выполнять операции обработки информации.
Устройства, входящие в состав процессора
На данный момент ЦП представляет собой специальную интегральную микросхему.
Устройства, входящие в состав процессора, — это:
- регистр;
- кэш-память;
- шины данных и адресов;
- АЛУ (арифметико-логическое устройство);
- математический сопроцессор.
Регистр
Это блок ячеек памяти, которые образуют сверхбыструю оперативную память внутри ЦП. Он используется им самим и недоступен программистам. Объем памяти составляет всего несколько сотен байт.
Регистры ЦП делятся на 2 типа: общего назначения и специальные.
Регистры 1-го типа используются, когда выполняются операции логического и арифметического типа или операции таких дополнительных наборов инструкций, как SSE, MMX и пр.
В регистрах второго типа содержатся системные данные, требующиеся для работы процессора. К ним относятся регистры управления, системных адресов, отладки и пр. Доступ к ним жестко регламентирован.
Кроме того, к таким устройствам относится счетчик команд, содержащий адрес команды, к выполнению которой ЦП приступит на следующем такте работы.
Кэш-память
Устройства, входящие в состав процессора, достаточно разнообразны. К ним относится и кэш. Он представляет собой сверхоперативную память. Цель ее использования — ускорить работу ПК. Для этого при доступе ЦП в память прежде всего производится проверка, хранятся ли в кэш запрашиваемые данные.
С этой целью сравнивают адрес поступившего запроса со значениями всех тегов кэша, где могут храниться эти данные. Совпадения кэш-линии с тегом называется попаданием (cache hit). В обратном же случае фиксируется кэш-промах. Cache hit позволяет процессору незамедлительно произвести чтение либо осуществить запись данных в линии с совпавшим тегом. Мерой эффективности cache для выбранного алгоритма (программы) является отношение числа удавшихся обращений к кэшу к общему количеству запросов процессора к памяти, называемое рейтингом попаданий.
ALU
Хотя некоторые устройства, входящие в состав процессора, имеют собственную память, АЛУ представляет собой специальную комбинационную схему без элементов собственной памяти. Ее предназначением является реализация важнейших операций процесса обработки данных:
- принимает на 2 входа 2 операнда (содержимое 2 регистров и пр.);
- формирует и выдает на выход результат операции.
Она заключается в выполнении набора простых арифметических операций (АО), подразделяемых на 3 основные категории: логические, арифметические и операции над битами. АО — это процедуры обработки данных (вычитание, сложение, умножение или деление), аргументы и результат которых представляют собой числа. Они отличаются от логических операций. Под ними понимаются процедуры, осуществляющие построение сложных высказываний (И, НЕ, ИЛИ).
Арифметико-логическое устройство состоит из регистров, элемента управления и сумматора с логическими схемами. Оно функционирует в соответствии с кодами операций, выполняемых над переменными, которые помещаются в регистры.
Шины данных и адресов
Эти устройства, входящие в состав процессора, представляют собой набор проводников. Первое из них предназначено для передачи адреса ячейки памяти, в которую пересылаются данные. По каждому из них передается 1 бит. Он соответствует 1 цифре в адресе. Увеличение числа проводников, используемых для формирования адреса, дает возможность маркировать большее количество ячеек.
Разрядностью шины определяется максимальный объем памяти, который может быть адресуем процессором.
Если шину данных сравнить с автострадой и считать ее разрядность с количеством полос движения, тогда шина адреса ассоциируется с нумерацией улиц или домов. Число ее линий равно количеству цифр (знаков) в номере дома. Таким образом, если на конкретной улице номера домов состоят более чем из 2 десятичных цифр, то число расположенных на ней домов не может превышать 100 (т. е. 102). При 3-значных номерах число возможных адресов увеличивается до 103.
Шины адреса и данных являются независимыми, и разработчики микросхем сами выбирают их разрядность по своему усмотрению. В то же время чем в шине данных больше разрядов, тем их больше и в шине адреса. Их разрядность — показатель возможностей конкретного процессора. В частности, в шине данных ею определяется способность процессора в вопросе обмена информацией, а разрядность шины адреса указывает на объем памяти, с которым у нее есть возможность работать.
Математический сопроцессор
Продолжая рассматривать, что входит в состав процессора компьютера, нельзя не сказать несколько слов и об этом устройстве. Оно предназначено для расширения возможностей ЦП и обеспечения его функциональности посредством модуля так называемых операций с плавающей запятой, для процессоров, которые не имеют интегрированного модуля.
Математический сопроцессор не относится к числу обязательных элементов ПК, и от него можно отказаться. Раньше многие производители так и поступали, исходя из соображений экономии.
Однако при решении задач, требующих выполнения множества математических вычислений (при научных или инженерных расчетах), пришлось решать вопрос о повышении производительности ПК.
Если раньше модуль математического сопроцессора устанавливали на материнскую плату в качестве отдельного чипа, то в современных персональных компьютерах использование этого устройства в таком формате не требуется, так как оно изначально встроено в центральный процессор.
Другие устройства ПК
Персональный компьютер — это сложнейшая и слаженно работающая система.
Все возможные устройства, входящие в состав компьютера, перечислить в двух словах невозможно.
Кроме процессора, ПК включает в себя также:
- материнскую плату с разъемом подключения ЦП;
- накопители на жестком и гибком магнитных дисках;
- блок питания;
- оперативную память;
- накопители на компакт- и dvd-дисках;
- разъемы (порты) для дополнительных устройств и пр.
Кроме того, используются различные периферические устройства, такие как:
- компьютерная мышь;
- клавиатура;
- микрофон;
- динамики и пр.
Теперь вы знаете, что все возможные устройства, входящие в состав компьютера, — это части сложной системы, управляемой процессором. Его роль трудно переоценить, так как от его нормального функционирования зависит работа ПК. На данный момент специалисты прогнозируют, что в ближайшие десятилетия материальная часть процессоров претерпит существенные изменения. Это связано с тем, что технологический процесс устареет, на смену привычным ПК придут квантовые, биологические и пр. компьютеры.
Источник: fb.ru