В данной статье вы найдете для себя интересные сравнения, изложение сложных терминов языком не просвещённых, а также историю того, как человечество дошло до такой невероятной вещи, как процессор.
Что такое процессор? Процессор (от англ. «to process» — «обрабатывать») — это программа или устройство, предназначенные для обработки чего-либо. Является центральным вычислительным элементом любого компьютера, управляет всеми остальными его элементами. Современный микропроцессор — это прямоугольная пластинка из кристаллического кремния.
На ее маленькой площади расположены схемы (транзисторы). Пластинка находится в керамическом или пластмассовом корпусе, к которому она подсоединяется посредством золотых проводков. Благодаря такой конструкции процессор легко и надежно подсоединяется к системной плате ПК.
У процессора есть:
Тактовая частота процессора.
Тактовая частота указывает скорость работы процессора в герцах – количество рабочих операций в секунду. Тактовая частота процессора подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Да, эта характеристика процессора значительно влияет на скорость работы вашего ПК, но производительность зависит далеко не только от неё.
КАК РАБОТАЕТ ПРОЦЕССОР
Внутренняя тактовая частота обозначает темп, с которым процессор обрабатывает внутренние команды. Чем выше показатель – тем быстрее внешняя тактовая частота.
Внешняя тактовая частота определяет, с какой скоростью процессор обращается к оперативной памяти.
Разрядность процессора.
Разрядность представляет собой предельное количество разрядов двоичного числа, над которым может производиться машинная операция передачи информации.
Размерность технологического процесса.
Определяет размеры транзистора (толщину и длину затвора). Частота работы кристалла определяется частотой переключений транзисторов (из закрытого состояния в открытое). С уменьшением размера уменьшается выделение тепла. Размерность технологического процесса измеряется в нанометрах.
Сокет (разъем).
Гнездовой или щелевой разъем, предназначен для интеграции чипа в схему материнской платы. Каждый разъем допускает установку только определенного типа процессоров.
PGA (Pin Grid Array) – корпус квадратной или прямоугольной формы, штырьковые контакты.
BGA (Ball Grid Array) – шарики припоя.
LGA (Land Grid Array) – контактные площадки.
Кэш-память процессора.
Кэш-память процессора является одной из ключевых характеристик, на которую стоит обратить внимание при выборе. Кэш-память – массив сверхскоростной энергозависимой ОЗУ. Является буфером, в котором хранятся данные, с которыми процессор взаимодействует чаще или взаимодействовал в процессе последних операций.
Благодаря этому уменьшается количество обращений процессора к основной памяти. Этот вид памяти делится на три уровня: L1, L2, L3. Каждый из уровней отличается по размеру памяти и скорости, и задачи ускорения у них отличаются. L1 — самый маленький и быстрый, L3 — самый большой и медленный.
КАК РАБОТАЕТ ПРОЦЕССОР | ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
К каждому уровню процессор обращается поочередно (от меньшего к большему), пока не обнаружит в одном из них нужную информацию. Если ничего не найдено, обращается к оперативной памяти.
Энергопотребление и тепловыделение .
Чем выше энергопотребление процессора, тем выше его тепловыделение.
TDP (Thermal Design Power) – параметр, указывающий на то количество тепла, которое способна отвести охлаждающая система от определенного процессора при наибольшей нагрузке. Значение представлено в ваттах при максимальной температуре корпуса процессора.
ACP (Average CPU Power) – средняя мощность процессора, показывающая энергопотребление процессора при конкретных задачах.
Рабочая температура процессора.
Наивысший показатель температуры поверхности процессора, при котором возможна нормальная работа (54-100 °С). Этот показатель зависит от нагрузки на процессор и от качества отвода тепла. При превышении предела компьютер либо перезагрузится, либо просто отключится. Это очень важная характеристика процессора, которая напрямую влияет на выбор типа охлаждения.
Множитель и системная шина.
Front Side Bus – частота системной шины материнской платы. Тактовая частота процессора является произведением частоты FSB на множитель процессора. У большинства процессоров заблокирован разгон по множителю, поэтому приходится разгонять по шине.
Встроенное графическое ядро.
Процессор может быть оснащен графическим ядром, отвечающим за вывод изображения на монитор. В последние годы, встроенные видеокарты такого рода хорошо оптимизированы и без проблем тянут основной пакет программ и большинство игр на средних или минимальных настройках. Для работы в офисных приложениях и серфинга в интернете, просмотра Full HD видео и игры такой видеокарты вполне достаточно.
Количество ядер (потоков).
Многоядерность одна из важнейших характеристик центрального процессора, но в последнее время ей уделяют слишком много внимания. Не так давно процессоры были одноядерными, их производительность на то время была достаточно хорошой, и не требовала увеличения мощности, когда процессоры уже уперлись в какой-то “потолок”. На замену одноядерным пришли процессоры с 2, 4 и 8 ядрами.
Если 2 и 4-ядерные вошли в обиход очень быстро, процессоры с 8 ядрами пока не так востребованы. Для использования офисных приложений и серфинга в интернете достаточно 2 ядер, 4 ядра требуются для САПР и графических приложений, которым просто необходимо работать в несколько потоков.
Что касается 8 ядер, очень мало программ поддерживают так много потоков, а значит, такой процессор для большинства приложений просто бесполезен. Обычно, чем меньше потоков, тем больше тактовая частота. Из этого следует, что если программа, адаптированная под 4 ядра, а не под 8, на 8-ядерном процессе она будет работать медленнее. Но этот процессор отличное решение для тех, кому необходимо работать сразу в большом количестве требовательных программ одновременно. Равномерно распределив нагрузку по ядрам процессора можно наслаждаться отличной производительностью во всех необходимых программ.
В большинстве процессоров количество физических ядер соответствует количеству потоков: 8 ядер – 8 потоков. Но есть процессоры, где благодаря Hyper-Threading, к примеру, 4-ядерный процессор может обрабатывать 8 потоков одновременно.
Как это работает.
Сам процессор представляет собой небольшую квадратную пластину (чип), внутри которой находятся миллионы транзисторов.
Если говорить о том, как работает процессор Intel или его конкурент AMD, нужно посмотреть, как устроены эти чипы. Первый микропроцессор появился еще в далеком 1971 году. Он мог выполнять только простейшие операции сложения и вычитания с обработкой всего лишь 4 бит информации, т. е. имел 4-битную архитектуру.
Современные процессоры, как и первый, основаны на транзисторах и обладают куда большим быстродействием. Изготавливаются они методом фотолитографии из определенного числа отдельных кремниевых пластинок, составляющих единый кристалл, в который как бы впечатаны транзисторы. Схема создается на специальном ускорителе разогнанными ионами бора. Во внутренней структуре процессоров основными компонентами являются ядра, шины и функциональные частицы, называемые ревизиями.
Если посмотреть, как работает процессор, нужно четко представлять себе, что любая команда имеет две составляющие – операционную и операндную.
Операционная часть указывает, что должна выполнить в данный момент компьютерная система, операнда определяет то, над чем должен работать именно процессор. Кроме того, ядро процессора может содержать два вычислительных центра, которые разделяют выполнение команды на несколько этапов:
обращение к памяти самого процессора
Сегодня применяется раздельное кэширование в виде использования двух уровней кэш-памяти, что позволяет избежать перехвата двумя и более командами обращения к одному из блоков памяти.
Процессоры по типу обработки команд разделяют на линейные (выполнение команд в порядке очереди их записи), циклические и разветвляющиеся (выполнение инструкций после обработки условий ветвления).
Среди основных функций, возложенных на процессор, в смысле выполняемых команд или инструкций различают основные задачи:
математические действия на основе арифметико-логического устройства;
перемещение данных (информации) из одного типа памяти в другой;
принятие решения по исполнению команды, и на его основе – выбор переключения на выполнения других наборов команд.
Взаимодействие с памятью (ПЗУ и ОЗУ)
В этом процессе следует отметить такие компоненты, как шина и канал чтения и записи, которые соединены с запоминающими устройствами. ПЗУ содержит постоянный набор байт. Сначала адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, затем передает его на шину данных, после чего канал чтения меняет свое состояние и ПЗУ предоставляет запрошенный байт.
Но процессоры могут не только считывать данные из оперативной памяти, но и записывать их. В этом случае используется канал записи. Но, если разобраться, по большому счету современные компьютеры чисто теоретически могли бы и вовсе обойтись без ОЗУ, поскольку современные микроконтроллеры способны размещать нужные байты данных непосредственно в памяти самого процессорного чипа. Но вот без ПЗУ обойтись никак нельзя.
Кроме всего прочего, старт системы запускается с режима тестирования оборудования (команды BIOS), а только потом управление передается загружаемой операционной системе.
Нужно четко понимать, что, если бы процессор не работал, компьютер бы не смог начать загрузку вообще.
Но на примере функционирования человеческого организма нужно понимать, что в случае остановки сердца умирает весь организм. Так и с компьютерами. Не работает процессор – «умирает» вся компьютерная система.
Продолжение следует.
Источник: dzen.ru
Программное обеспечение. Центральный процессор
Центральный процессор (ЦП) — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.
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.
Микропроцессорная память — предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины
Кэш процессора — встроенная в процессор оперативная память. Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Для универсальных процессоров — до 3.
7) Программное обеспечение для персонального компьютера
Программное обеспечение
Совокупность программ, предназначенная для решения задач на ПК, называется программным обеспечением. Состав программного обеспечения ПК называют программной конфигурацией.
Программное обеспечение, можно условно разделить на три категории:
· системное ПО (программы общего пользования), выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д.
· прикладное ПО, обеспечивающее выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, обработка информационных массивов и т.д.
· инструментальное ПО (системы программирования), обеспечивающее разработку новых программ для компьютера на языке программирования.
· К системному ПО относятся:
· операционные системы (эта программа загружается в ОЗУ при включении компьютера)
· программы – оболочки (обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером, чем с помощью командной строки DOS, например, Norton Commander)
· операционные оболочки – интерфейсные системы, которые используются для создания графических интерфейсов, мультипрограммирования и.т.
· Драйверы (программы, предназначенные для управления портами периферийных устройств, обычно загружаются в оперативную память при запуске компьютера)
· утилиты (вспомогательные или служебные программы, которые представляют пользователю ряд дополнительных услуг)
К утилитам относятся:
· диспетчеры файлов или файловые менеджеры
· средства динамического сжатия данных (позволяют увеличить количество информации на диске за счет ее динамического сжатия)
· средства просмотра и воспроизведения
· средства диагностики; средства контроля позволяют проверить конфигурацию компьютера и проверить работоспособность устройств компьютера, прежде всего жестких дисков
· средства коммуникаций (коммуникационные программы) предназначены для организации обмена информацией между компьютерами
· средства обеспечения компьютерной безопасности (резервное копирование, антивирусное ПО).
8) Файловая структура хранения информации в компьютере и операции с файлами
Файл — это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
5. Основные определения: программа, процессор, процесс, состояние, стек, виртуальная память.
Программа — описание алгоритма, решающего поставленную задачу на некотором формализованном языке. Программа представляет собой статическую единицу, т.е. явл-ся неизменяемой с точки зрения ОС.
Процессор — это устройство, выполняющее определенный набор команд (являются входным языком процессора). Для того, чтобы программа была выполнена, она должна быть переведена с формализованного языка на входной язык процессора. Этот процесс называется компиляцией. Входной язык процессора наз-ся машинным кодом.
Процесс — это код программы в процессе выполнения. Явл-ся динамической сущностью программы. Процесс имеет собственную область памяти, подкод и данные, собственные стек и состояние. Процесс может находиться в различном состоянии, кол-во состояний и их особенности зависят от конкретн. ОС
Стек- область памяти, предназначенная для хранения промежуточных данных. Данные храняться в стеке по принципу «первым вошел -последним вышел»
Стек имеет аппаратную поддержку со стороны микропроцессора.
Виртуальная память-память, в адресном пространстве которой работает процесс.
6. Основные определения: межпроцессное взаимодействие (семафоры и т.П.), событие, задача, ресурс, связывание.
Межпроц. взаимод-ие – тот или иной способ передачи информации от одного процесса к другому.
Формы взаимод-ия: 1.Семафоры. 2 или более процесса имеют доступ к одной перемен-й (0 или 1). Семафоры орг-ся самой ОС. 2. Сигналы. С. Доставляются процессу посредством ОС. Процесс должен зарегистрировать обработчик этих сигналов. 3.
Почтовые ящики. П.Я. орг-ся ОС, в них может храниться целая группа сообщений. Неск-ко процессов могут иметь доступ к одному П.Я.
Событие – это оповещение ОС процесса о той или иной форме межпроцес. взаим-ия.
Задача – одна из ветвей выполнения процесса.
Ресурс – это объект, необх. для работы процессу или задаче.
Связывание (компановка) – процесс превращения скомпелированного (объектного) модуля в восполняемый загрузочный модуль.
Статическое связывание – когда код необх. для работы программы библиотечных функций физически добавляется к объектному модулю для получения исполняемого модуля.
Динамическое связывание – когда в загрузочном модуле указ-ся только ссылки на код необ-х библиотечных функций, при этом сам код будет добавлен только в этапе выполнения.
Типы задач. Виды программирования.
- Периодические – к-рые выполняются ч/з определенный период.
- Циклические – к-рые выполняются непрерывно и по завершению начинаются сначала.
- Импульсные – выполняются эпизодически.
- Последовательное – каждое действие, выполняемое программой, выполняется последовательно.
- Параллельное (квазипараллельное). Предполагает, что программа на этапе исполнения будет разбита на несколько независимых потоков исполнения. При этом организация потоков исполнения и их синхронизация закладывается на этапе написания программы. При этом используются специальные функции.
- Программирование под ОСРВ. Это (2) или сочетание (2) и (1).
Источник: studfile.net