→ Призначення процесора комп'ютера. Процесор і його компоненти

Призначення процесора комп'ютера. Процесор і його компоненти

Процесор комп'ютера - це основний компонент комп'ютера, його «мозок», скажімо так. Він виконує всі логічні і арифметичні операції, які задає програма. Крім цього він виконує управління всіма пристроями комп'ютера.

Що собою являє сучасний процесор

Сьогодні процесори виготовляються у вигляді мікропроцесорів. Візуально мікропроцесор - це тонка пластинка кристалічного кремнію в формі прямокутника. Площа пластини кілька квадратних міліметрів, на ній розташовані схеми, які забезпечують функціональність процесора ПК. Як правило, платівка захищена керамічним або пластмасовим плоским корпусом, до якого приєднана за допомогою золотих дротів з металевими наконечниками. Така конструкція дозволяє під'єднати процесор до системної плати комп'ютера.

  • шини адрес і шини даних;
  • арифметико-логічний пристрій;
  • регістри;
  • кеш (швидка пам'ять невеликого обсягу 8-512 Кбайт);
  • лічильники команд;
  • математичний співпроцесор.

Що таке архітектура процесора?

Архітектура процесора - це здатність процесора виконувати набір машинних кодів. Це з точки зору програмістів. Але розробники комп'ютерних складових дотримуються іншого трактування поняття «архітектура процесора». На їхню думку, архітектура процесора - це відображення основних принципів внутрішньої організації певних типів процесорів. Припустимо, архітектура Intel Pentium позначається Р5, Pentium II і Pentium III - Р6, а не так давно популярних Pentium 4 - NetBurst. Коли компанія Intel закрила Р5 для конкуруючих виробників, компанія AMD розробила свою архітектуру К7 для Athlon і Athlon XP, а для Athlon 64 - К8.

Навіть процесори з однаковою архітектурою можуть істотно відрізнятися один від одного. Ці відмінності обумовлені різноманітністю процесорних ядер, які мають певний набір характеристик. Найбільш частим відмінністю є різні частоти системної шини, а також розміри кеша другого рівня і технологічними характеристиками, за якими виготовлені процесори. Дуже часто зміна ядра в процесорах з одного і того ж сімейства, вимагає також заміни процесорного роз'єму. А це тягне за собою проблеми з сумісністю материнських плат. Але виробники постійно вдосконалюють ядра і вносять постійні, але не значні зміни в ядрі. Такі нововведення називають ревізією ядер і, як правило, позначаються цифробуквене комбінаціями.

Системна шина або процесорна шина (FSB - Front Side Bus) - це сукупність сигнальних ліній, які об'єднані за призначенням (адреси, дані і т.д.). Кожна лінія має певний протокол передачі інформації і електричну характеристику. Тобто системна шина - це сполучна ланка, яка з'єднує сам процесор і всі інші пристрої ПК (жорсткий диск, відеокарта, пам'ять і багато іншого). До самої системної шини підключається тільки CPU, всі інші пристрої підключаються через контролери, які знаходяться в північному мосту набору системної логіки (чипсет) материнської плати. Хоча в деяких процесорах контролер пам'яті підключений безпосередньо в процесор, що забезпечує більш ефективний інтерфейс пам'яті CPU.

Кеш або швидка пам'ять - це обов'язкова складова всіх сучасних процесорів. Кеш є буфером між процесором і контроллером досить повільної системної пам'яті. У буфері зберігаються блоки даних, які відпрацьовуються в даний момент, і процесору не потрібно постійно звертатися до повільної системної пам'яті. Природно, це значно збільшує загальну продуктивність самого процесора.

У процесорах, що використовуються сьогодні, кеш поділений на кілька рівнів. Найшвидший - перший рівень L1, який виробляє роботу з ядром процесора. Він зазвичай розділений на дві частини - це кеш даних і кеш інструкцій. З L1 взаємодіє L2 - кеш другого рівня. Він набагато більше за обсягом і не розділений на кеш інструкцій і кеш даних. У деяких процесорів існує L3 - третій рівень, він ще більше другого рівня, але на порядок повільніше, так як шина між другим і третім рівнем вже, ніж між першим і другим. Проте, швидкість третього рівня все одно набагато вище, ніж швидкість системної пам'яті.

Розрізняють кеш за двома видами - ексклюзивний і не ексклюзивний.

Ексклюзивний тип кешу той, в якому інформація на всіх рівнях строго розмежована на оригінальну.

Чи не ексклюзивний кеш - це кеш, в якому інформація повторюється на всіх рівнях кешу. Важко сказати, який тип кешу краще, і у першого і у другого є свої переваги і недоліки. Ексклюзивний тип кешу використовується в процесорах AMD, а не ексклюзивний - Intel.

Роз'єм процесора може бути щілинний і гніздовий. У будь-якому випадку його призначення - це установка центрального процесора. Застосування роз'єму полегшує заміну процесора при модернізації і зняття на час ремонту ПК. Роз'єми можуть призначатися для установки CPU-карти і самого процесора. Роз'єми розрізняють по призначенню для певних типів процесорів або CPU-карт.

Перше місце займає процесор Intel Core i5. Відмінний варіант для потужної ігрової машини.

Друге місце - Intel Celeron E3200, не дивлячись на досить пристойну вартість. Оптимальний варіант для офісної машини.

Третє місце займає знову intel - на цей раз 4-х ядерний Core 2 Quad.

Четверте місце - процесор AMD Athlon II X2 215 2.7 GHz 1Mb Socket-AM3 OEM. Хороший вибір для дому та офісу, для тих хто хоче заощадити і не потребує супер потужній машині. До того у цій моделі процесора є багато місця для розгону.

П'яте місце - AMD Phenom II X4 945. Хороша ціна, відмінна продуктивність, великий кеш і 4 ядра на борту.

Якщо ви готові заплатити за процесор близько 1000 $, то можете придбати Intel Сore 2 Extreme. Але такий процесор навряд чи підійде для широких мас споживачів. Тому розглянемо більш доступні варіанти.

Якщо ви простий користувач ПК, який працює з текстами, дивиться фільми, прослуховує музику і працює в Інтернеті, вам цілком підійде або Celeron E1200 або молодші Athlon 64 X2. Останній має певні переваги перед першим і вам його вистачить на довгі роки.

Якщо ви використовуєте свій комп'ютер для розваги, періодично граєте в ігри, то вам потрібно подивитися на процесори Core 2 Duo. Це найоптимальніший варіант процесора для ваших потреб.

Якщо ви ставитеся до користувачів, які використовують всі можливості комп'ютера, працюєте з аудіо, Інтернет, відео, великими програмами і важкими іграми, вам найбільше підійде Core 2 Duo E8200. Цей процесор має високу продуктивність, невисоким тепловиділенням, достатньою можливістю розгону, при цьому доступний за ціною.

І, нарешті, ви безкомпромісний гравець і ваш ПК повинен бути потужним ігровим плацдармом? Вам просто необхідний або двоядерний або чотирьохядерний процесор, не менше.

Процесор - це, без сумніву, головний компонент будь-якого комп'ютера. Саме цей невеликий шматочок кремнію, розміром в декілька десятків міліметрів виконує всі ті складні завдання, які ви ставите перед своїм комп'ютером. Тут виконується операційна система, а також всі програми. Але як все це працює? Це питання ми спробуємо розібрати в нашій сьогоднішній статті.

Процесор управляє даними на вашому комп'ютері і виконують мільйони інструкцій в секунду. І під словом процесор, я маю на увазі саме те, що воно насправді означає - невеликий чіп з кремнію, який фактично виконує всі операції на комп'ютері. Перед тим як перейти до розгляду як працює процесор, потрібно спочатку детально розглянути що це таке і з чого він складається.

Спочатку давайте розглянемо що таке процесор. CPU або central processing unit (центральне обробляє пристрій) - який представлений мікросхемою з величезною кількістю транзисторів, зроблену на кристалі кремнію. Перший в світі процесор був розроблений корпорацією Intel в 1971 році. Все почалося з моделі Intel 4004. Він умів виконувати тільки обчислювальні операції і міг обробляти тільки 4 байта даних. Наступна модель вийшла в 1974 році - Intel 8080 і міг обробляти вже 8 біт інформації. Далі були 80286, 80386, 80486. Саме від цих процесорів відбулася назва архітектури.

Тактова частота процесора 8088 була 5 МГц, а кількість операцій в секунду тільки 330 000 що набагато менше ніж в сучасних процесорів. Сучасні пристрої мають частоту до 10 ГГц і кілька мільйонів операцій в секунду.

Ми не будемо розглядати транзистори, перемістимося на рівень вище. Кожен процесор складається з таких компонентів:

  • ядро - тут виконується вся обробка інформації та математичні операції, ядер може бути кілька;
  • дешифратор команд - цей компонент відноситься до ядра, він перетворює програмні команди в набір сигналів, які будуть виконувати транзистори ядра;
  • кеш - область надшвидкої пам'яті, невеликого обсягу, в якій зберігаються дані, прочитані з ОЗУ;
  • регістри - це дуже швидкі осередки пам'яті, в яких зберігаються зараз оброблювані дані. Їх є всього кілька і вони мають обмежений розмір - 8, 16 або 32 біт саме від цього залежить розрядність процесора;
  • сопроцессор - окреме ядро, яке оптимізовано тільки для виконання певних операцій, наприклад, обробки відео або шифрування даних;
  • Адресна шина - для зв'язку з усіма, підключеними до материнської плати пристроями, може мати ширину 8, 16 або 32 біт;
  • шина даних - для зв'язку з оперативною пам'яттю. За допомогою неї процесор може записувати дані в пам'ять або читати їх звідти. Шина пам'яті може бути 8, 16 і 32 біт, це кількість даних, яке можна передати за один раз;
  • шина синхронізації - дозволяє контролювати частоту процесора і такти роботи;
  • шина перезапуску - для обнулення стану процесора;

Головним компонентом можна вважати ядро \u200b\u200bабо обчислювальний-арифметичний пристрій, а також регістри процесора. Все інше допомагає працювати цим двом компонентам. Давайте розглянемо якими бувають регістри і яке у них призначення.

  • Регістри A, B, C - призначені для зберігання даних під час обробки, так, їх тільки три, але цього цілком достатньо;
  • EIP - містить адресу наступної інструкції програми в оперативній пам'яті;
  • ESP - адреса даних в оперативній пам'яті;
  • Z - містить результат останньої операції порівняння;

Звичайно, це далеко не все регістри пам'яті, але ці найголовніші і ними найбільше користується процесор під час виконання програм. Ну а тепер, коли ви знаєте з чого складається процесор, можна розглянути як він працює.

Як працює процесор комп'ютера?

Обчислювальний ядро \u200b\u200bпроцесора може виконувати тільки математичні операції, операції порівняння і переміщення даних між осередками і оперативною пам'яттю, але цього цілком достатньо, щоб ви могли грати ігри, дивитися фільми і переглядати веб-сторінки і багато іншого.

Фактично будь-яка програма складається з таких команд: перемістити, скласти, помножити, ділити, різниця і перейти до інструкції якщо виконується умова порівняння. Звичайно, це далеко не всі команди, є інші, які об'єднують між собою вже перераховані або спрощують їх використання.

Всі переміщення даних виконуються за допомогою інструкції переміщення (mov), ця інструкція переміщує дані між осередками регістрів, між регістрами і оперативною пам'яттю, між пам'яттю і жорстким диском. Для арифметичних операцій є спеціальні інструкції. А інструкції переходу потрібні для виконання умов, наприклад, перевірити значення регістра A і якщо воно не дорівнює нулю, то перейти до інструкції за потрібною адресою. Також за допомогою інструкцій переходу можна створювати цикли.

Все це дуже добре, але як же всі ці компоненти взаємодіють між собою? І як транзистори розуміють інструкції? Роботою всього процесора управляє дешифратор інструкцій. Він змушує кожен компонент робити те, що йому належить. Давайте розглянемо що відбувається коли потрібно виконати програму.

На першому етапі дешифратор завантажує адресу першої інструкції програми в пам'яті в регістр наступної інструкції EIP, для цього він активує канал читання і відкриває транзистор-засувку щоб пустити дані в регістр EIP.

У другому тактовом циклі дешифратор інструкцій перетворює команду в набір сигналів для транзисторів обчислювального ядра, які виконують її і записують результат в один з регістрів, наприклад, С.

На третьому циклі дешифратор збільшує адреса наступної команди на одиницю, так, щоб він вказував на наступну інструкцію в пам'яті. Далі, дешифратор переходить до завантаження наступної команди і так до закінчення програми.

Кожна інструкція вже закодована послідовністю транзисторів, і перетворена в сигнали, вона викликає фізичні зміни в процесорі, наприклад, зміни положення засувки, яка дозволяє записати дані в осередок пам'яті і так далі. На виконання різних команд потрібно різну кількість тактів, наприклад, для однієї команди може знадобитися 5 тактів, а для іншої, складнішої до 20. Але все це ще залежить від кількості транзисторів в самому процесорі.

Ну з цим все зрозуміло, але це все буде працювати тільки якщо виконується одна програма, а якщо їх декілька і всі одночасно. Можна припустити, що у процесора є кілька ядер, і тоді на кожному ядрі виконується окрема програм. Але немає, насправді там таких обмежень немає.

В один певний момент може виконуватися тільки одна програма. Все процесорний час розділено між усіма запущеними програмами, кожна програма виконується кілька тактів, потім процесор передається іншій програмі, а весь вміст регістрів зберігається в оперативну пам'ять. Коли управління повертається цією програмою, то в регістри вантажаться раніше записані часові.

висновки

Ось і все, в цій статті ми розглянули як працює процесор комп'ютера, що таке процесор і з чого він складається. Можливо, це трохи складно, але ми розглянули всі більш просто. Сподіваюся, тепер вам стало ясніше то, як працює це дуже складний пристрій.

На завершення відео про історію створення процесорів:

Міністерство загальної та професійної освіти Свердловської області

Професійно-педагогічний коледж

Кафедра дизайну сервісу та інформаційних технологій

Спеціальність 230103 - Автоматизовані системи обробки інформації та управління

виконав:

Студент групи 211 Т

І.Р.Гатауллін

керівник:

М. С. Огородов

Єкатеринбург 2009


Вступ

1. Архітектура фон Неймана

2. Пристрій центрального процесора

3. Системна шина

4. CISC, RISC, MISC процесори

5. Конвеєри

6. Суперскалярні архітектури

7. Кеш-пам'ять

8. Процесори сімейства AMDPhenomII

9. Процесори сімейства IntelCorei7

10. Core i7 920, Phenom II X4 920, Phenom X4 9950

Сьогодні світ без комп'ютера - це немислиме явище. Але ж мало хто замислюється про пристрій цих "істот". І вже точно ніхто не знає, наскільки розумними стали дані апарати за останні 50 років. Для багатьох людей штучний інтелект і комп'ютер, який стоїть на вашому столі, - це одне і теж. Але як люди освічені, ми знаємо, що до розуму людини, або навіть собаки будь, навіть найрозумнішою, машині ще далеко.А адже відміну все-таки є: в мозку живих істот йде паралельна обробка відео, звуку, смаку, відчуттів, і т. д., не кажучи вже про таку елементарну річ, як розумовий процес, який супроводжує багатьох від народження і до самої смерті.Сегодня будь прорив в інформаційних технологіях зустрічається як щось особливо видатне. Люди хочуть створити собі молодшого брата, який, якщо ще не думає, то хоча б розуміє швидше за них. Зрозуміло, що ніякими гигагерцами неможна виміряти унікум людського мозку, але ніхто і не вимірює, і ми проведемо коротку екскурсію в недалеке минуле і, звичайно, в незрозуміле даний розвитку головної частини комп'ютера, його мозку, його серця - його центрального процессора.В даний момент ця тема дуже актуальна, тому що сучасні технології розвиваються стрімко, особливо процессори.Цель мого реферату познайомитися з пристроєм центрального процесора, розглянути деякі процесори.

Для досягнення цієї мети я поставив перед собою наступні завдання:

· Дізнатися основні частини процесора

· Для чого вони потрібні

· Познайомитися з лінійкою процесорів Intelcorei7 і AMDPhenomII X4.

· Порівняти деякі процесори.

Архітектура фон Неймана

Більшість сучасних процесорів для персональних комп'ютерів в загальному засновані на тій чи іншій версії циклічного процесу послідовної обробки інформації, винайденого Джоном фон Нейманом. Д. фон Нейман придумав схему побудови комп'ютера в 1946 році.

Найважливіші етапи цього процесу наведені нижче. У різних архітектурах і для різних команд можуть знадобитися додаткові етапи. Наприклад, для арифметичних команд можуть знадобитися додаткові звернення до пам'яті, під час яких проводиться зчитування операндів і запис результатів. Відмінною особливістю архітектури фон Неймана є те, що інструкції і дані зберігаються в одній і тій же пам'яті.

Етапи циклу виконання:

1. Процесор виставляє число, яке зберігається в регістрі лічильника команд, на шину адреси, і віддає пам'яті команду читання;

2. Виставлене число є для пам'яті адресою; пам'ять, отримавши адресу і команду читання, виставляє вміст, що зберігається за цією адресою, на шину даних, і повідомляє про готовність;

3. Процесор отримує число з шини даних, інтерпретує його як команду (машинну інструкцію) зі своєї системи команд і виконує її;

4. Якщо остання команда не є командою переходу, процесор збільшує на одиницю (в припущенні, що довжина кожної команди дорівнює одиниці) число, що зберігається в лічильнику команд; в результаті там утворюється адреса наступної команди;

5. Знову виконується п. 1.

Даний цикл виконується незмінно, і саме він називається процесом (звідки і пішла назва пристрою).

Під час процесу процесор зчитує послідовність команд, що містяться в пам'яті, і виконує їх. Така послідовність команд називається програмою і представляє алгоритм корисної роботи процесора. Черговість зчитування команд змінюється в разі, якщо процесор зчитує команду переходу - тоді адреса наступної команди може виявитися іншим. Іншим прикладом зміни процесу може служити випадок отримання команди зупинки або перемикання в режим обробки апаратного переривання.

Команди центрального процесора є самим нижнім рівнем управління комп'ютером, тому виконання кожної команди неминуче і безумовно. Не проводиться ніякої перевірки на допустимість виконуваних дій, зокрема, не перевіряється можлива втрата цінних даних. Щоб комп'ютер виконував лише допустимі дії, команди повинні бути відповідним чином організовані у вигляді необхідної програми.

Швидкість переходу від одного етапу циклу до іншого визначається генератором тактових імпульсів. Генератор тактових імпульсів - генерує послідовність електричних імпульсів, частота яких визначає тактову частоту процесора, проміжок часу між сусідніми імпульсами, визначає час одного такту або просто такт роботи машини. Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик комп'ютера і багато в чому визначає швидкість його роботи, оскільки кожна операція виконується за певну кількість тактів.

Пристрій центрального процесора

Центральний процесор (ЦП; CPU - англ. Céntralprócessing únit, дослівно - центральне обчислювальний пристрій) - виконавець машинних інструкцій, частина апаратного забезпечення комп'ютера або програмованого логічного контролера, що відповідає за виконання арифметичних операцій, заданих програмами операційної системи, і який координує роботу всіх пристроїв комп'ютера.

На рис.1 показано пристрій звичайного комп'ютера. Центральний процесор - це мозок комп'ютера. Його завдання - виконувати програми, що знаходяться в основній пам'яті. Він викликає команди з пам'яті, визначає їх тип, а потім виконує їх одну за одною. Компоненти з'єднані шиною, що представляє собою набір паралельно пов'язаних проводів, по яких передаються адреси, дані і сигнали управління. Шини можуть бути зовнішніми (зв'язують процесор з пам'яттю і пристроями введення-виведення) і внутрішніми.

Процесор складається з декількох частин. Блок управління відповідає за виклик команд з пам'яті і визначення їх типу. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні операції (наприклад, складання) і логічні операції (наприклад, логічне І).

Усередині центрального процесора знаходиться пам'ять для зберігання проміжних результатів і деяких команд управління. Ця пам'ять складається з декількох регістрів, кожен з яких виконує певну функцію. Зазвичай все регістри однакового розміру. Кожен регістр містить одне число, яке обмежується розміром регістра. Регістри зчитуються і записуються дуже швидко, оскільки вони знаходяться всередині центрального процесора.

Найважливіший регістр - лічильник команд, який вказує, яку команду потрібно виконувати далі. Назва "лічильник команд" не відповідає дійсності, оскільки він нічого не вважає, але цей термін вживається повсюдно. Ще є регістр команд, в якому знаходиться команда, яка виконується в даний момент. У більшості комп'ютерів є і інші регістри, одні з них багатофункціональні, інші виконують тільки будь-які специфічні функції.


Рис.1 Схема пристрою комп'ютера з одним центральним процесором і двома пристроями введення-виведення

системна шина

Основна інтерфейсна система комп'ютера, що забезпечує сполучення і зв'язок всіх пристроїв між собою, включаючи себе:

1. Кодова шина даних (КШД) - містить проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів машинного коду операнда.

2. Кодова шина адреси (КША) - містить проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси комірки основної пам'яті або порту вводу виводу зовнішнього пристрою.

3. Кодова шина інструкцій (КШИ) - містить проведення й схеми сполучення для передачі інструкцій в усі блоки машини.

Системна шина - забезпечує три напрямки передачі інформації:

1. Між процесором і основною пам'яттю.

2. Між процесором і портами введення виведення зовнішніх пристроїв в режимі прямого доступу до пам'яті.

3. Між основною пам'яттю і портами введення виведення зовнішніх пристроїв.


4. CISC , RISC, MISC процесори

CISC-процесори

Complex Instruction Set Computer (CISC) - обчислення зі складним набором команд. Процесорна архітектура, заснована на ускладненому наборі команд. Типовими представниками CISC є сімейство мікропроцесорів Intel x86 (хоча вже багато років ці процесори є CISC тільки по зовнішній системі команд).

RISC-процесори

Reduced Instruction Set Computing (RISC) - вичісленіяссокращённимнаборомкоманд. Архітектура процесорів, побудована на основі скороченого набору команд. Характеризується наявністю команд фіксованої довжини, великої кількості регістрів, операцій типу регістр-регістр, а також відсутністю непрямої адресації. Концепція RISC розроблена Джоном Коком з IBM, назва придумана Девідом Паттерсоном.

Сьогодні практично в кожному будинку є комп'ютер. Без нього важко уявити сьогоднішнє життя. Пошук необхідної інформації, перегляд новин та погоди, покупка-продаж товарів, перегляд фільмів і передач - все це можливо зробити, не виходячи з дому і не докладаючи особливих зусиль. Всього лише необхідно включити комп'ютер і зайти в Інтернет.

Але мало хто замислюється про те, з чого складається комп'ютер, за допомогою чого можна так швидко отримувати всю необхідну інформацію. Однією з основних складових комп'ютера є процесор. Розібравшись, як працює процесор, можна прояснити для себе багато нового.

Що таке процесор

Центральний процесор, або як його називають у світі інформатики - CPU - це основна складова будь-якого комп'ютера, це його серце і мозок. Саме процесор виконує всі команди, зазначені користувачем, обробляє всю інформацію і управляє іншими приладами комп'ютера.

Сьогодні основними виробниками процесорів є компанії Intel і Advanced Micro Devices (AMD), які тривалий час існують на ринку інформаційних технологій і проявили себе тільки з кращого боку. Природно, існують і інші виробники, але до рівня цих компаній-гігантів їм ще дуже далеко. Цікаво, що Intel і AMD ведуть постійну боротьбу за першість у творі процесорів, по черзі завойовуючи перші позиції при випуску нових моделей. Як не дивно, саме ця боротьба дає поштовх постійному якісному розвитку цієї галузі інформаційних технологій.

Зовнішній вигляд

Починати оглядати пристрій процесора комп'ютера необхідно з його зовнішнього вигляду. На перший погляд, це просто металева коробочка, зі зворотного боку якої знаходиться невелика плата розміром приблизно 5х5 см і різні контакти, за допомогою яких процесор кріпиться до материнської плати. В середині процесора знаходяться мільйони, а іноді навіть і мільярди різних транзисторів, які і виконують основну роботу.

З чого робиться процесор

Сам процесор в основному складається з піску, а точніше - кремнію, якого в земній корі всього лише 30%. Процес утворення процесорів досить складний, вимагає спеціального обладнання і матеріальних витрат. Якщо коротко, схема виготовлення процесорів чимось схожа з технологією друку фотографій - при його виготовленні використовується технологія фотолітографії. У ролі фотографії тут виступають «млинці» - майбутні процесори, на яких за допомогою сильно розігнаних на спеціальному прискорювачі іонів бору створюють мініатюрну структуру з безліччю транзисторів. І чим тонше технологічний процес, тим більше потужність і швидкість роботи цієї структури. З кожним роком розміри цих структурних елементів все менше і незабаром, за прогнозами вчених, вони можуть досягати всього лише близько 15 нм.

Можна зняти кришку і розглянути внутрішній устрій процесора, але тут існує ризик пошкодження найтонших деталей процесора, що може привести до його непрацездатності.

складові

З плином часу пристрій і робота процесора якісно змінюються. Зменшуються і розміри процесорів. Сьогодні використовуються практично ті ж принципи побудови процесорів, що і раніше, змінився лише розмір комплектуючих.

Всередині пристрій процесора також вельми цікаво. Він складається із загальної архітектури - все, що включає в себе плату, ядра (від роботи яких залежить швидкодія комп'ютера), шини (кріплення, які приєднуються до материнської плати), а також ревізії (частки, які менше, ніж ядра, але також дуже важливі і функціональні).

Показники швидкодії комп'ютера

Реакція комп'ютера на задані команди може залежати від декількох показників: від кількості ядер, кількості потоків (може не збігатися з кількістю ядер), розмірів кеша - внутрішньої пам'яті процесора, тактової частоти, швидкості шин, а також самого техпроцесу виготовлення процесора.

Принцип роботи

Детально вивчивши пристрій, тепер можна розглянути принцип роботи процесора. Комп'ютер починає свою роботу після отримання певної команди від користувача.

Але мало хто знає, що будь-яка команда складається з двох частин - операційної і операндной:

  • операційна частина команди показує те, що повинен виконати комп'ютер,
  • друга частина команди дає процесору операнди - те, над чим повинен попрацювати процесор.

Деякі процесори можуть містити два конвеєра, тобто обчислювальних блоку. Кожен з них розділяє виконання команди, даної комп'ютера користувачем, на кілька етапів: вироблення, декодування (тобто дешифрування команди), виконання самої команди, звернення до пам'яті процесора і запам'ятовування отриманих результатів. Всі ці етапи робляться в найкоротші терміни. При роботі конвеєра кожному його етапу відводитися один такт однойменної частоти, тому виконання кожної команди в процесорі відводитися п'ять тактів.

Кешування пам'яті будь-якого процесора збільшує його працездатність. Сьогодні прийнято використовувати дві кеш-пам'яті, тому що використання однієї призводило до конфліктів при виконанні команд. Це пов'язано з тим, що часто дві команди намагалися взяти інформацію з однієї кеш-пам'яті. Роздільне кешування повністю виключає виникнення подібних ситуацій і дає можливість двом командам бути виконаними одночасно.

Розбираючись, як працює процесор комп'ютера, варто врахувати і те, що обчислювальні процесори бувають різні: лінійні, циклічні і розгалужуються.

  • Лінійні процесори виконують команди в залежності від порядку їх запису в оперативній пам'яті.
  • Циклічні і розгалужується процесори виконують команди в залежності від результатів перевірки умов розгалужень.

Важливо також знати, як працюють шини процесора. Їх буває дві, одна, швидка шина працює з кеш-пам'яттю другого рівня, друга шина (більш повільна) призначена для роботи з обміну інформацією з іншими пристроями.

Прекрасно знають основні складові комп'ютера, але мало хто розуміє, з чого складається процесор. А тим часом це головне пристрій системи, яке виконує арифметичні і логічні операції. Основна функція процесора полягає в отриманні інформації, її обробці і віддачі кінцевого результату. Звучить все просто, але насправді процес цей складний.

З чого складається процесор

ЦП - це мініатюрна кремнієва пластина прямокутної форми, яка містить мільйони транзисторів (напівпровідників). Саме вони реалізують всі функції, які виконує процесор.

Майже всі сучасні процесори складаються з наступних компонентів:

  1. Кілька ядер (рідко 2, частіше 4 або 8), які виконують всі функції. По суті, ядро \u200b\u200bявляє собою окремий мініатюрний процесор. Кілька інтегрованих в основний чіп ядер паралельно працюють над завданнями, що прискорює процес обробки даних. Однак не завжди більшу кількість ядер означає більш швидку роботу чіпа.
  2. Кілька рівнів пам'яті КЕШ (2 або 3), завдяки чому час взаємодії ОЗУ і процесора скорочується. Якщо інформація знаходиться в кеші, то час доступу до неї мінімізовано. Отже, чим більшою буде обсяг кешу, тим більше інформації в нього поміститься і тим швидше буде сам процесор.
  3. Контролер ОЗУ і системної шини.
  4. Регістри - комірки пам'яті, де зберігаються оброблювані дані. Вони завжди мають обмежений розмір (8, 16 або 32 біт).
  5. Співпроцесор. Окреме ядро, яке призначається для виконання операцій певного типу. Найчастіше у вигляді співпроцесора виступає графічне ядро \u200b\u200b(відеокарта).
  6. Адресна шина, яка пов'язує чіп з усіма підключеними до материнської плати пристроями.
  7. Шина даних - для зв'язку процесора з оперативною пам'яттю. По суті, шина являє собою набір провідників, за допомогою яких передається або приймається електричний сигнал. І чим більше буде провідників, тим краще.
  8. Шина синхронізації - дозволяє контролювати такти і частоту роботи процесора.
  9. Шина перезапуску - обнуляє стан чіпа.

Всі ці елементи беруть участь в роботі. Однак найголовнішим серед них, безумовно, є саме ядро. Всі інші зазначені складові лише допомагають йому виконувати основне завдання. Тепер, коли ви розумієте, з чого складається процесор, можна більш детально розглянути його основний компонент.

ядра

Говорячи про те, з чого складається центральний процесор, в першу чергу потрібно згадати ядра, так як саме вони являють собою основні його частини. Ядра включають в себе функціональні блоки, які виконують арифметичні або логічні операції. Зокрема, можна виділити:

  1. Блок вибірки, декодування і виконання інструкцій.
  2. Блок збереження результатів.
  3. Блок лічильника команд і т.д.

Як ви зрозуміли, кожен з них виконує певну задачу. Наприклад, блок вибірки інструкцій зчитує їх за вказаною в лічильнику команд адресою. У свою чергу, блоки декодування визначають, що саме треба зробити процесору. У сукупності робота всіх цих блоків і дозволяє домогтися виконання зазначеної користувачем завдання.

завдання ядер

Відзначимо, що ядра можуть виконувати тільки математичні розрахунки і операції порівняння, а також переміщати дані між осередками ОЗУ. Втім, цього вистачає, щоб користувачі могли грати в ігри на комп'ютері, дивитися фільми, переглядати веб-сторінки.

По суті, будь-яка комп'ютерна програма складається з простих команд: скласти, помножити, перемістити, поділити, перейти до інструкції при виконанні умови. Звичайно, це лише примітивні команди, проте їх об'єднання між собою дозволяє створити складну функцію.

регістри

З чого складається процесор ще, крім ядер? Регістри - другий важливий його компонент. Як ви вже знаєте, це швидкі осередки пам'яті, де знаходяться оброблювані дані. Вони бувають різними:

  1. A, B, C - використовуються для зберігання інформації під час обробки. Їх всього три, але цього достатньо.
  2. EIP - в цьому регістрі зберігається адреса наступної в черзі інструкції.
  3. ESP - адреса даних в ОЗУ.
  4. Z - тут знаходиться результат останньої операції порівняння.

Цими регістрами процесор не обмежується. Є й інші, однак зазначені вище є найголовнішими - саме ними найчастіше користується чіп для обробки даних під час виконання тієї чи іншої програми.

висновок

Тепер ви знаєте, з чого складається процесор і які його модулі є основними. Подібний склад чіпів не є постійним, так як вони поступово вдосконалюються, додаються нові модулі, вдосконалюються старі. Однак сьогодні те, з чого складається процесор, його призначення і функціонал є саме такими, як описано вище.

Описаний вище склад і приблизний принцип роботи систем процесора спрощені до мінімуму. Насправді весь процес є більш складним, але для його розуміння необхідно отримувати відповідну освіту.

 

 
Це цікаво: