Скачать ZIP архив | Скачать RAR архив

Процессор, или более точно микропроцессор (микросхема, + кеш-память), таакже часто называемый CPU, является центральным компонентом компьютера. Это мозг который управляет всем происходящим внутри ПК. Управление осуществляется посредством выполнения находящегося в памяти программного кода. Программный код представляет собой последовательность команд или инструкций. Каждая инструкция содержит в себе информацию о том, какие операции и как необходимо выполнить процессору.

Последовательность выполнения инструкций может быть нарушена под воздействием внутренних или внешних причин. К внутренним причинам относятся исключения, т.е. особые ситуации возникающие при выполнении инструкций. Внешними причинами являются аппаратные прерывания. Источниками аппаратных прерываний являются контроллеры и адаптеры периферийных устройств, системы управления питанием и другие подсистемы. Аппаратное прерывание представляет собой электрический сигнал, поступающий на вход процессора от соответтствующего устройства.

Прерывания используют и для переключения задач в многозадачных системах. По аппаратному прерыванию выполнение одного процесса приостанавливается, а его текущее состояние сохраняется в памяти. После этого запускается другой процесс. Через некоторое время по следующему прерыванию выполняется обратное переключение. При этом переключения задач выполняются с такой частотой, что у пользователя создается впечатление одновременности и непрерывности выполнения процессов.

Современные процессоры имеют встроенные средства многозадачности. В распоряжение каждой программы предоставляется виртуальная машина, в которой управление передается согласно программному коду, как будто она — единственный процесс.

—> Поддержка виртуальных машин, распределение ресурсов реального компьютера, повышение производительности определелии основные направления совершенствования процессоров.

В тех случаях, когда память и средства ввода/вывода размещаются на той же подложке интегральной схемы, что и микропроцессор, последний превращается в микрокомпьютер. Микроконтроллер является специальным микрокомпьютером, для управления различными устройствами.

Процессор полностью собирается на одном чипе из кремния. Электронные цепи создаются в несколько слоев, состоящих из различных веществ, например, диоксид кремния играет роль изолятора, а поликремний создает проводники.

Логическое устройство и организация системы команд процессора

В состав микропроцессора входят:

  • устройство управления (УУ) — формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передет эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов;
  • арифметико-логическое устройство (АЛУ) — предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
  • микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины.
  • регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины

АЛУ классифицируются следующим образом: 1 По способу действий над операндами

  • АЛУ последовательного действия
  • параллельного действия

2 По виду обрабатываемых чисел АЛУ могут производить операции над двоичными числами с фиксированной или плавающей запятой и над двоично-десятичными числами. В последнем случае каждая десятичная цифра записывается четырьмя разрядами двоичного кода: например 1998 записывается так: 0001 1001 1001 1000 3 По организации действий над операндами

  • блочные
  • многофункциональные АЛУ

4 По структуре

  • АЛУ с непосредственными связями
  • многосвязные

Технические характеристики процессоров

Под архитектурой процессора понимается его программная модель, т.е. программно-видимые свойства. Все современные процессоры соответствуют архитектуре IA-64 (Intel Architecture 64bit) или немного архитектуры прошлого поколения IA-32 (Intel Architecture 32bit).

Под микроархитектурой процессора понимается внутренняя реализация этой программной модели. Именно микроархитектура определяет тип процессора. Также процессоры отличаются размерами слотов (socket), т.е. разъемами для креления процессора на материнской плате.

Тип процессора характеризуется следующими параметрами:

  • производитель (Intel, AMD, IBM, VIA)
  • технология производства (определяет размер наименьших деталей — транзисторов, например 40 нм)
  • тактовая частота ядра (частота часов, определяющая скорость выполнения операций — количество тактов в секунду)
  • тактовая частота системной шины (определяет максимально возможную скорость обмена данными между процессором и другими устройствами, главный образом оперативной памятью)
  • разрядность (определяет максимальную длину одной единицы обрабатываемой информации в битах. первые процессоры были 8 разрядными, т.е. могли параллельно обрабатывать 8 битов информации. например 32 битные числа обрабатывались за несколько инструкций. современные 64 разрядные процессоры позволяют решить эту задачу в одну инструкцию. увеличивается адресуемая память и размер файлов)
  • объем кеш-памяти первого и второго уровней (кеш-память обеспечивает промежуточное хранение данных между различными типами памяти. при обращении о оперативной памяти в кеш-память копируются запрошенные данные. при следующем запросе к памяти процессор сначала просматривает кеш-память и если нужных данных там не находит, обращается к оперативной памяти. кеш-память второго уровня является промежуточным хранилищем между оперативной памятью и кеш-памятью первого уровня, из которой данные поступают непосредственно в процессор. в современных моделях процессоров кеш-память первого и второго уровней работают с тактовой частотой ядра процессора)
  • длина и количество конвейеров (механизм конвейеризации представляет собой способ распараллеливания выполнения последовательно расположенных инструкций. у устаревших процессоров выполнение одной инструкции занимало пять тактов: один для загрузки инструкции, один для ее декодирования, один для получения данных, один для выполнения и один для записи результата. раньше процессор мог обрабатывать только одну инструкцию одновременно. при конвейерной обработке каждый этап выполняется на своей ступени конвейера процессора. при выполнении инструкции продвигается по конвейеру по мере освобождения следующих ступеней. это значит, что в любой момент времени одна инструкция загружается, другая декодируется, доставляются данные для третьей, четвертая исполняется и записывается результат для пятой. Таким образом, выполнение одной инструкции занимает один такт вместо пяти, что существенно влияет на производительность процессора). у современных проессоров конвейеры (гиперконвейерная архитектура) имеют бОльшее число ступеней (20 ступеней) у Pentium IV. Скалярным называют процессор с единственным конвейером. Суперскалярный процессор способен обрабатывать инструкции параллельно.
  • слот (определяет тип корпуса микросхемы, в котором размещен процессор. важно чтобы тип слота процессора соответствовал слоту на материнке, иначе процессор просто не удастся установить из-за несовпадения разъемов)

Intel, Celeron 2600, Socket 478, 400 Мгц, 128 Кбайт (BOX) Производитель: Intel Торговое название процессора: Celeron тактовая частота ядра: 2600 Мгц тип слота микропроцессора: Socket 478 тактовая частота системной шины: 400 Мгц объем кеш-памяти второго уровня: 128 Кбайт вид упаковки: box (в коробке, вентилятор входит в комплект)