Разное

Процессор обрабатывает: Центральные устройства компьютера. §5. Процессор и память

Содержание

Центральные устройства компьютера. §5. Процессор и память

Содержание урока

Процессор

Память

Оперативная память

Постоянное запоминающее устройство

Взаимодействие устройств

Долговременная память

Облачные хранилища данных

Выводы. Интеллект-карта

Вопросы и задания

Ключевые слова:


•	 процессор
•	 программа
•	 тактовая частота
•	 разрядность
•	 оперативная память
(оперативное запоминающее
устройство (ОЗУ)) • долговременная память • постоянное запоминающее
устройство (ПЗУ) • контроллер • файл • магнитные диски • оптические диски • флэш-память • облачные
хранилища данных

Процессор

Процессор — это устройство, предназначенное для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения.

Название «процессор» происходит от английского глагола to process — обрабатывать. Процессор, изготовленный в виде микросхемы — электронной схемы на одном кристалле кремния, — называется микропроцессором (рис. 2.1).

Рис. 2.1

В любой процессор обязательно включены две важные части:

арифметико-логическое устройство (АЛУ), в котором выполняется обработка данных;

устройство управления (УУ), которое выполняет программу в автоматическом режиме (без участия человека) и обеспечивает согласованную работу всех узлов компьютера.

Программа — это последовательность команд процессора.

Примеры простейших команд — сложение или деление чисел, копирование данных из одного места памяти в другое. Процессор также может сравнить два числа, определить, какое из них больше (меньше), и даже перейти по результатам этого сравнения к разным частям программы.

Выполнение каждой команды состоит из элементарных действий, которые называются микрокомандами. Простые команды состоят из нескольких микрокоманд, более сложные (например, умножение) могут включать несколько десятков микрокоманд. Разбиение команд на микрокоманды в различных процессорах может быть сделано по-разному.

Каждая из микрокоманд запускается с помощью управляющего импульса от источника (генератора) импульсов. Интервал между двумя соседними импульсами называется тактом (рис. 2.2). Очевидно, что чем чаще поступают импульсы, тем быстрее будет выполняться программа. Поэтому скорость поступления тактовых импульсов может быть характеристикой быстродействия процессора.

Рис. 2.2

Тактовая частота — это количество тактовых импульсов в секунду.

Обычно процессор выполняет за один такт одну простую команду (например, сложение двух чисел). Тогда при тактовой частоте 4 ГГц (4 гигагерца, т. е. 4 миллиарда импульсов в секунду) за одну секунду выполняется около 4 миллиардов таких операций.

Другая характеристика быстродействия процессора — его разрядность. Как вы знаете, все данные хранятся в компьютере в виде цепочек нулей и единиц. Каждый элемент памяти, куда можно записать 0 или 1, называется битом, потому что хранит 1 бит информации.

Разрядность — это максимальное количество битов, которые процессор способен обработать за одну команду.

Современные компьютеры за одну команду могут обработать 64 бита данных.

Как вы думаете, почему увеличение разрядности процессора может привести к ускорению обработки данных? В каких задачах оно может оказаться бесполезным?

Следующая страница Память

Cкачать материалы урока

Команды процессора. Принцип работы процессора. Система команд процессора.

Доброго времени суток уважаемый пользователь. На этой страничке мы поговорим на такие темы, как : Команды процессора, Принцип работы процессора, Система команд процессора.

Предположим, что вы — рабочая группа, которой необходимо как можно быстрее решить некоторую задачу. Вы должны работать в помещении 1, а  условие  задачи, исходные данные и этапы решения находятся в помещении 2, причем выдача необходимой информации происходит достаточно медленно. В помещение 2 может ходить только 1 человек.
Ваша  работа должна выполняться по следующему плану:

  1. Человек идет в помещение 2 за порцией данных, необходимых для решения задачи.
  2. Приносит их в помещение 1.
  3. Рабочая группа быстро обрабатывает данные и посылает за следующей порцией информации. При этом она бездействует в ее ожидании.
  4. Человек идете в помещение 2 за следующей порцией информации.
  5. Приносит их в помещение 1.
  6. Рабочая группа быстро обрабатывает данные и посылает за следующей порцией информации. При этом она бездействует в ее ожидании.
  7. И т.д., до тех пор, пока задача не будет решена.

Подумайте и скажите, каким образом можно ускорить этот процесс, если Вы обрабатываете информацию быстрее, чем вам ее вам дают в помещении 2, в результате чего вы теряете много времени.

Возникают следующие вопросы:

  1. Можно ли поручить решение задачи более «умной» рабочей группе, которая решит ее быстрее?
  2. Можно ли информацию из помещения 2 частично сразу перенести в Помещение 1?
  3. Можно ли посылать за информацией в помещение 2 не одного человека, а нескольких?

Только что, вы смоделировали процесс ускорения работы процессора. Помещение 1 — это процессор, а помещение 2 — это оперативная память. Главная задача ученых и инженеров — сделать процессоры более производительными.

Достигается это за счет:

  • Повышения тактовой частоты (более «умная» рабочая группа). Это самый очевидный путь повышения производительности.
  • Повышения разрядности процессора (поручить приносить информацию из помещения 2 более чем одному человеку). Чем выше разрядность процессора ( количество человек), тем больше байтов (больше информации) он может обработать за один такт.
  • Кэширования памятиПроцессор по отношению, например, к оперативной памяти является более быстрым устройством, поэтому он вынужден постоянно простаивать, ожидая медленно работающую память. Поэтому, чтобы процессор реже обращался к оперативной памяти, внутри него создают небольшой участок памяти размерим 256 или 512 Кбайт. Эта «сверхоперативная» память получила название кэш. В кэш-память процессор записывает те данные, которые получил из оперативной памяти, и если это данные понадобятся еще раз, он возьмет их из кэш. Таким образом, работа процессора происходит  быстрее.

Принцип работы процессора.

Процессор является одним из тех устройств, которые все время должен работать. Процессор ПК не может быть выключен. Даже если на наш взгляд процессор ничего не делает, все равно выполняется какая-то программа.

Процессор работает, по сравнению с другими устройствами компьютера,  с наибольшей скоростью. И самыми медленными по сравнению с ним являются внешние устройства, в том числе и человек. Так, например, работая с  клавиатурой, человек отправляет в компьютер в среднем один байт в секунду (нажимает на одну клавишу в секунду). Процессор обрабатывает такую и формацию за 0,000001 секунды. А что же делает процессор в остальное время, если он не может выключаться? А в остальное время он может получать сигналы от мыши, от других компьютеров, от гибких и жестких дисков. Он успевает несколько раз в течение секунды подзарядить оперативную память, обслужить внутренние часы компьютера, отдать распоряжение, как правильно отображать информацию на экране, и выполнить множество прочих дел.

Система прерываний процессора.

Каким образом, в таком ритме работы, процессор узнает, откуда приходят данные — от клавиатуры или от мыши, от монитора или от принтера?  А может быть от микроволновой печи? И как с такими данными работать?

Для этого используются прерывания, которых существует 256 видов. Прерывания прерывают работу процессора над текущим заданием и направляют его на выполнение другой программы.

Предположим, мы решили подключить к компьютеру микроволновую печь. Выберем для нее какое-нибудь прерывание, не используемое другим устройством, например «103». Когда микроволновая печь захочет обратить на себя внимание процессора, она пошлет к нему сигнал и число 103. Процессор получит число и заглянет в специальную область памяти- вектор прерываний, где найдет адрес руководства по работе с микроволновой печью и начнет работать с этим устройством.

Новые сигналы прерываний могут временно приостановить работу текущей программы, и вернуться к ней по окончании работы с пришедшим прерыванием. Что было бы, если бы процессор работал не со скоростью сотни миллионов байтов в секунду, а в привычном для человека ритме. Как часто получал бы он сигналы?

  • Сигналы от клавиатуры он получал бы один раз в десять лет. Обработка слова «компьютер» занимала бы почти 100 лет.
  • Данные от мыши — один раз в год. Перемещение указателя мыши из одного угла экрана в другой заняло бы тысячелетие.
  • Данные, поступившие по телефонным проводам через модем, — один раз в сутки. Прием и обработка одной страницы текста занимали бы 5-7 лет.
  • Данные от гибкого диска — один символ в несколько часов.
  • Данные от жесткого или лазерного диска — один байт в час.

Система команд процессора.

Процессор обрабатывает информацию, выполняя определенные команды. Таких команд может быть более тысячи. У каждой команды есть свой код (номер). Например, есть команда 000, 001, 002 и т.д. Коды всех команд процессора записаны в двоичной форме в специальном документе, который называется системой команд процессора.

У каждого процессора своя система команд, поэтому один и тот же код для, разных процессоров может обозначать разные команды. Если же процессоры имеют ограниченную совместимость, то их рассматривают как семейство. Примером семейства процессоров являются все процессоры Intel. Их родоначальником был процессор Intel 8086, на базе которого был сделан первый IBM PC. Процессоры семейства совместимы «сверху вниз», т.е. новый процессор понимает» все команды своих предшественников, но не наоборот.

Таблица прерываний AMD Atlon 64 X2:

Прерывание Вид Описание
DMA 02 Исключительный Стандартный контроллер гибких дисков
DMA 04 Исключительный Контроллер прямого доступа к памяти
IRQ 00 Исключительный Высокоточный таймер событий
IRQ 01 Исключительный Стандартная (101/102 клавиши) или клавиатура PS/2 Microsoft Natural
IRQ 03 Общий Ethernet-контроллер
IRQ 04 Общий Прочее устройство моста PCI
IRQ 06 Исключительный Последовательный порт (COM1)
IRQ 08 Исключительный Стандартный контроллер гибких дисков
IRQ 09 Исключительный Высокоточный таймер событий
IRQ 11 Общий Microsoft ACPI-совместимая система
IRQ 13 Общий SM контроллер шины
IRQ 11 Исключительный Процессор числовых данных
IRQ 17 Общий Realtek RTL8139 Family PCI Fast Ethernet NIC
IRQ 17 Общий NVIDIA GeForce 7600 GT
IRQ 18 Общий Стандартный OpenHCD USB хост-контроллер
IRQ 22 Общий Стандартный двухканальный контроллер PCI IDE
IRQ 22 Общий Стандартный расширенный PCI — USB хост-контроллер
IRQ 23 Общий Стандартный двухканальный контроллер PCI IDE
IRQ 23 Общий Стандартный контроллер гибких дисков

Всю таблицу выписывать нет смысла, так, как она очень обьемная. Посмотреть свою таблицу прерываний вы можите через программу EVEREST, заходим во вкладку Устройства, и выбираем Ресурсы устройств.

Все процессоры можно разделить на:

  • Процессоры с расширенной системой команд (CISC — процессоры).
  • Процессоры с сокращенной системой команд (RISC — процессоры).

Первый тип процессоров характеризуется небольшим числом регистров, но большим количеством команд, более длинным форматом их записи в байтах и, соответственно, более медленной работой. Такие процессоры используются в универсальных вычислительных системах и являются стандартом для микрокомпьютеров.

Второй тип процессоров характеризуется меньшим количеством команд и, соответственно, более высоким быстродействием. Но сложные операции в этом случае приходится разбивать на последовательность простейших команд, что не всегда эффективно. Поэтому такие процессоры используются в специализированных вычислительных системах, ориентированных на выполнение однообразных операций.

Как выбрать центральный процессор | Процессоры | Блог

Ключевым преимуществом персонального компьютера как платформы была и остается универсальность. Именно благодаря возможности решать совершенно разные задачи на одном устройстве, привычные нам настольные компьютеры уже десятилетиями без малейших потерь переживают появления новых и «революционных» платформ, грозящихся стать им заменой.

Однако, чтобы быть в полной мере универсальным инструментом, компьютеру необходима соответствующая производительность. И, если в играх она определяется в первую очередь видеокартой, то для рабочих задач чаще всего важны возможности центрального процессора (хотя, разумеется, оперативная память и дисковая подсистема также имеют значение).

В этом гайде будут даны ответы на основные вопросы, возникающие при выборе ЦПУ, а параметры самих процессоров — разделены на важные и те, что не имеют определяющего значения при выборе.

Поэтому, выбирая центральный процессор, четко усвойте: вы покупаете конкретное устройство, имеющее конкретные характеристики. А именно: производительность в важных для вас задачах, совокупная стоимость платформы, возможности дальнейшего апгрейда, энергопотребление, требования к системе охлаждения и т.д. Эти характеристики могут вам подойти или показаться несоответствующими стоимости процессора, но это будут реальные параметры, относящиеся именно к обсуждаемому продукту.

А вот такие мифические критерии, как «репутация бренда», «сырость архитектуры», «билет в клуб владельцев» и прочие «проценты раскрытия» — прямой и короткий путь к покупке наихудшего из возможных вариантов.

Часто задаваемые вопросы

Q: У меня материнская плата под <название_сокета>. Могу ли я поставить в нее процессор под <название_сокета_плюс_одна_цифра>?

A: Не сможете.

Сокет материнской платы — ни что иное как ответная часть для контактных выводов процессора. Проще говоря — для ножек или площадок, которые каждый может увидеть, перевернув процессор крышкой (или кристаллом) вниз.

Для каждой платформы расположение этих контактов уникально, причем зачастую отличаются не только количество и расположение контактов, но и габариты сокета. В результате процессор чисто физически нельзя установить в чуждый ему разъем, а если вам это и удастся — скорее всего, процессор и материнская плата в результате получат необратимые повреждения. Как, собственно, и ваш кошелек — ведь придется покупать еще два новых девайса на замену.

Более того, иногда даже конструктивно схожие платформы несовместимы между собой. К примеру, процессор под сокет LGA 1151 не будет работать в материнской плате с сокетом LGA 1151_v2, а процессор под сокет LGA 1151_v2, соответственно, не заведется в плате под LGA 1151.

Если у вас уже есть материнская плата, просто ознакомьтесь со списком совместимых с ней процессоров, который всегда есть на сайте производителя материнки. Дело буквально пары минут, зато сэкономите вы гораздо больше. Причем и времени, и денег. 

Q: А вот я купил процессор под <название_сокета> и материнскую плату с тем же <название_сокета>, а система все равно не запускается, черный экран и только вентиляторы крутятся. Что это значит?

A: Два возможных варианта.

  • Вариант «1» — вы подключили монитор к выходам на материнской плате, тогда как в процессоре отсутствует встроенная графика. Как это ни удивительно, но случается подобное довольно часто. Выход тут один — подключить монитор к дискретной видеокарте.
  • Вариант «2» — вы купили процессор, совместимый с вашей материнской платой, но не поддерживаемый на той версии BIOS, которая записана на плате в данный момент.

Возможна такая ситуация абсолютно на всех платформах — вспомним хотя бы процессоры Intel Kaby Lake (серия 7000) и материнские платы на чипсетах серии 100… ну, или Coffee Lake Refresh (серия 9000) и материнские платы на чипсетах серии 300, выпущенные раньше самих ЦПУ. В любом случае, это не является недостатком самой платформы. Если плата была выпущена раньше, чем процессор, она попросту не может знать, как с ним работать. Здесь можно провести аналогию с автомобилями: если какая-то опция начала устанавливаться на заводе только в 2019 году, то на машине, выпущенной в 2017 году она никак не может оказаться — если, конечно, вы ее не докупите и не установите.

Если вы только собираетесь покупать материнскую плату, и сомневаетесь, поддерживает ли она процессор — проверьте номер заводской прошивки. Сделать это совершенно не сложно, и покупать плату и нести ее домой для этого не нужно: