Что называют сердцем компьютера
Процессор — «сердце» компьютера
Процессор – это главный вычислительный элемент вашего компьютера, можно даже сказать, что это его «сердце». Каждый процессор включает в себя миллионы транзисторов. Но и самих процессоров для работы компьютера требуется не мало. Помимо центрального процессора (CPU), схожими микросхемами оборудована практически каждая компьютерная «железяка».
Процессор – это целая система множества важных устройств. На любом кристалле CPU находятся: процессор, сопроцессор, кеш-память первого уровня, кеш-память второго уровня. Только под микроскопом можно рассмотреть крохотные элементы из которых состоит микропроцессор.
Сегодня их, как минимум, выпускают такие компании как: Intel, AMD, VIA. И хотя первая из них является очевидным лидером, в конкурентной жесткой борьбе каждая компания стремится снабдить собственные процессоры какими-нибудь особенными «изюминками». Независимо от производителя, каждый CPU имеет ряд важных характеристик. Этим характеристиками мы обычно и руководствуемся при их выборе.
Один из самых важных показателей, который определяет скорость работы процессора это – тактовая частота. Тактовая частота измеряется в мегагерцах и гигагерцах. Тактовая частота обозначает количество циклов, которые совершает при работе ЦП за единицу времени. Примерно каждые полтора года частота микропроцессора увеличивается не меньше чем в два раза — этот феномен известен в мире под названием «Закон Мура». Однако стоит помнить, что скорость работы ЦПУ зависит далеко не только от его тактовой частоты. При этом некоторые модели содержат возможность увеличить их тактовую частоту путем более глубокой настройки — это т.н. разгон процессора, который правда может негативным образом повлиять на его надежность.
Разрядность. Здесь все просто — ЦП в котором вдвое больше разрядность (64 бита против 32 бит), может «заглотнуть» вдвое больше данных за единицу времени. Конечно, если это разрешит сделать специальное программное обеспечение.
Размер кеш-памяти. Кеш-память — это встроенная память и помещает она в себя все часто используемые данные. Она находится в самом процессоре в двух видах. Первого уровня – самая быстрая. Второго уровня – чуть менее быстрая, но более объемная.
Частота системной шины. Чем выше ее частота, тем больше данных поступает к ЦПУ за единицу времени. Шиной называют аппаратную магистраль, по которой данные бегут от устройства к устройству. Часто многие заставляют работать ЦП на более высокой частоте системной шины. Эту операцию так же называют «разгон». Если эта операция удачна, то производительность компьютера увеличивается. Если наоборот, в лучшем случае компьютер откажется работать, в худшем – выйдет из строя.
Что нужно знать о центральном процессоре компьютера
«Дареному процессору в кулер не дуют.»
Важность процессора для любого персонального компьютера трудно переоценить. Это электронное устройство сравнительно мало по размерам, но потребляет значительный процент энергии, получаемой от блока питания, а его стоимость составляет львиную долю стоимости компьютера. Не случайно многие люди, обычно не очень сведущие в компьютерной терминологии, ассоциируют процессор с самим компьютером. Хотя это, конечно же, ошибочная точка зрения, но причины подобной ассоциации нетрудно понять. Ведь процессор вполне можно уподобить мозгу компьютера, и в таком случае он будет олицетворять суть компьютера, и идентифицировать его точно так же, как мозг человека олицетворяет суть человека и идентифицирует его личность.
Следует сразу оговориться, что в этой статье будет рассказано в основном о центральном процессоре компьютера, так называемом CPU (Central Processing Unit), между тем, как к процессорам относятся и многие вспомогательные чипы, расположенные в компьютере, как, например, процессор видеокарты или звуковой карты. Тем не менее, принципы работы, характерные для CPU, во многом справедливы и для других типов чипов.
Немного истории
Первые процессоры появились на самой заре зарождения компьютерных технологий. А бурное развитие микрокомпьютерной техники во многом являлось следствием появления первых микропроцессоров. Если раньше все необходимые элементы CPU были расположены на различных электронных схемах, то в микропроцессорах они впервые были объединены на одном-единственном кристалле. В дальнейшем под термином «процессор» мы будем иметь в виду именно микропроцессоры, поскольку эти слова давно превратились в синонимы.
Одним из первых микропроцессоров был четырехразрядный процессор фирмы Intel i4004. Он имел смехотворные по нынешним временам характеристики, но для своего времени – начала 1970-x гг., его появление представляло собой настоящий технологический прорыв. Как можно догадаться из его обозначения, он был четырехразрядным и имел тактовую частоту около 0,1 МГц. И именно его прямой потомок, процессор i8088, был выбран фирмой IBM в качестве «мозга» первого персонального компьютера фирмы IBM PC.
Шли годы, характеристики CPU становились все более серьезными и внушительными, и, как следствие, становились все более солидными характеристики персональных компьютеров. Значительной вехой в развитии микропроцессоров стал i80386. Это был первый полностью 32-разрядный CPU, который мог адресовать к 4 ГБ оперативной памяти, в то время как большинство его предшественников могло работать максимум с 640 КБ ОЗУ. Подобная разрядность микропроцессоров настольных компьютеров продержалась довольно долго, почти два десятилетия. В середине 80-х объем ОЗУ в 4 ГБ казался фантастически огромным, но сейчас его можно считать небольшим для серьезного компьютера.
Следующий микропроцессор компании Intel, 486DX, замечателен тем, что в нем впервые появился внутренний кэш – внутренняя оперативная память микропроцессора. Кроме того, в нем было применено много других усовершенствований, которые во многом определили дальнейшую эволюцию микропроцессоров. То же самое можно сказать и про следующий процессор компании Intel, Pentium.
Вместе с CPU Pentium 4 в ряду технологий, использующихся в микропроцессорах, появилась технология Hyper Threading. А процессоры Opteron от фирмы AMD и Pentium D от Intel открыли современную эпоху эволюции CPU, эпоху процессоров, имеющих несколько ядер. Сейчас на рынке представлено много CPU от различных производителей, но главными производителями до сих пор остаются две компании – Intel и AMD, причем на долю первой приходится более 80% рынка.
Устройство CPU
Любой CPU имеет вычислительное ядро (иногда их бывает несколько), а также кэш, то есть собственную оперативную память. Кэш обычно имеет два уровня – первый и второй (внутренний и внешний). Внутренний имеет меньший объем, но обладает большим быстродействием по сравнению с внешним. Емкость кэша второго уровня современных CPU составляет несколько мегабайт – больше, чем оперативная память первых персональных компьютеров!
В ядре CPU находится несколько функциональных блоков – блок управления, блок выборки инструкций, блок вычислений с плавающей точкой, блок целочисленных вычислений, и.т.д. Также в ядре располагаются главные регистры processor-а, в которых находятся обрабатываемые в определенный момент данные. В классической схеме микропроцессора архитектуры х86 этих регистров всего 16.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили две основные разновидности процессоров – CISC (Complex Instruction Set Computing) и RISC (Reduced Instruction Set Computing). В CISC-процессорах мало внутренних регистров, но они поддерживают большой набор команд. В RISC-процессорах регистров много, зато набор команд ограничен. Традиционно микропроцессоры для персональных компьютеров архитектуры Intel х86 принадлежали к классу CISC-процессоров, однако в настоящее время большинство микропроцессоров представляют собой гибрид этих двух архитектур.
Если рассмотреть CPU на аппаратном уровне, то он является, по сути, огромной микросхемой, расположенной на цельном кристалле кремния, в которой содержатся миллионы, а то и миллиарды транзисторов. Чем меньше размеры транзисторов, тем больше их содержится на единицу площади CPU, и тем больше его вычислительная мощность. Кроме того, от размеров транзисторов зависит энерговыделение и энергопотребление процессора — чем меньше их размер, тем эти характеристики процессора меньше. Этот фактор немаловажен, так как CPU является наиболее энергоемким устройством современного ПК. Поэтому проблема уменьшения нагрева процессора входит в число самых важных, стоящих перед разработчиками ПК и самих процессоров.
Отдельно стоит сказать о корпусе, в котором находится CPU. Обычно материалом корпуса процессора служит керамика или пластик. Первоначально процессоры намертво впаивались в системную плату, сейчас же большинство вставляются в специальные гнезда – сокеты. Такой подход заметно упростил модернизацию системы пользователем – достаточно вставить в разъем другой CPU, поддерживаемый данной системной платой, и вы получите более мощный компьютер.
С другими устройствами процессор связан при помощи специальных каналов связи (шин) – шины памяти, шины данных и шины адреса. Разрядность последней очень важна, поскольку от этого параметра зависит объем доступной CPU, а значит, и программам, оперативной памяти.
Принцип работы
Для обработки данных управляющее устройство CPU получает из оперативной памяти или кэша процессора сами данные, а также команды, которые описывают процесс обработки данных. Данные помещаются во внутренние регистры микропроцессора, и над ними производятся операции при помощи арифметико-логического устройства в соответствии с поступившими командами.
Работу CPU синхронизируют так называемые тактовые сигналы. Наверняка каждому пользователю известно понятие тактовой частоты, которая отражает количество тактов работы процессора за секунду. Это значение во многом определят характеристики процессора. Тем не менее, производительность компьютера далеко не всегда пропорциональна его тактовой частоте. И дело тут не только в наличии у современных CPU нескольких ядер, а и в том, что разные процессоры имеют разную архитектуру и, как следствие, могут выполнять разное количество операций за секунду. Современные CPU могут выполнять несколько операций за один такт, тогда как у первых микропроцессоров на одну операцию, наоборот, могло уходить несколько тактов.
CPU архитектуры х86 исторически поддерживают следующие режимы работы процессора:
Реальный режим работы был единственным режимом, в котором работали все CPU до i80386. В этом режиме processor мог адресовать лишь 640 КБ ОЗУ. В результате появления защищенного режима процессор получил возможность работать с большими объемами оперативной памяти. Также существует разновидность защищенного режима – виртуальный режим, предназначенный для совместимости со старыми программами, написанными для процессоров 8086.
Режимы работы процессора также включают режим супервизора, который используется при работе в современных операционных системах. В этом режиме программный код имеет неограниченный доступ ко всем системным ресурсам.
Заключение
В этой статье вы в общих чертах познакомились с назначением центрального CPU, его историей, устройством, узнали про режимы работы процессора и ознакомились с принципами его функционирования. Central Processing Unit – это самое сложное и наиболее важное устройство компьютера. Можно смело утверждать, что развитие компьютерной техники во многом взаимосвязано с прогрессом в развитии CPU. От мощности микропроцессора и его особенностей его работы зависит производительность всего компьютера, а также возможности его отдельных компонентов.
Какие ассоциации возникают у человек; когда он слышит слово компьютер. Подавляющее большинство пользователей представляют некую серую или черную прямоугольную коробку, которая чаще всего стоит под столом. Но это всего лишь «оболочк, а как же «душа»? Да, вы не ослышались, как и у человека, у машины есть не только «физичесь тело», но обо всем по порядку.
Кому это будет интересно? Новичкам, которым хочется, как минимум, поверхностно узнать о том, как работает системны блок.
На материнской плате расположены слоты и порты для подключения и установк абсолютно всех компонентов системы.
Перечислим основные узлы, которые неизменны на различных моделях плат:
— площадка установки процессора;
— слоты оперативной памяти;
— порты подключения накопителей и лазерных приводов;
— порты подключения внутренних и внешних USB устройств;
— выходы и входы звуковой платы;
-гнездо подключения монитора;
— разъемы для устройщв ввода (мышь и клавиатура).
Все эти узлы вам знакомы, и вы, наверняка, часто ими пользуетесь, подключая монитор, собираясь поговорить по Skype в наушниках с микрофоном, устанавлива дополнительные источники накопления информации и так далее.
Назначение площадки для установки процессора понятно из ее названия. Довольно часто ее называют слот или сокет(socket).
Непосредственно возле площадки процессора расположены слоты оперативной памяти. Их количество чаще всего равно 4, что означает возможность установки 4 модулей оперативной памяти. Научно-технический прогресс не стоит на месте, сегодня уже существуют платы с 6 и более слотами для модулей памяти. Разъемы для планок памяти также различаются по типам модулей. Наиболее часто используются модули памяти DDR3 и DDR4.
Неотъемлемой частью любой материнской платы являются порты для подключения дисковых накопителей, которые больше известны как жесткие диски. Это те самые места, куда мы складируем гигабайты фотографий, музыки, картинок, фильмов, а также различных документов.
На тыльной стороне материнской платы расположены разъемы для подключения внешних устройств. Это могут быть принтеры, мониторы, всевозможные игровые контроллеры и, конечно же, мышь и клавиатура, словом то, без чего компьютер был бы не так привлекателен (геймеры поймут, о чем речь).
— Северный мост располагается непосредственно под процессором и обеспечивает его взаимодействие с модулям оперативной памяти и шиной видеопроцессора.
— Южный мост расположен немного ниже и отвечает за работу микросхемы BIOS, USB-портов и портов для подключения жестких дисков.
Южный и северный мост легко узнать по установленным на них радиаторам, так что не ошибетесь!
Процессор — сердце компьютера
Практически все современные устройства оснащены процессором. Без него планшет, компьютер или телефон не смогли бы производить вычисления, но не все осведомлены, какая компания производит большую часть процессоров в мире.
Таких кампаний несколько Intel, IOS, AMD. Люди часто задаются вопросом, какая компания лучше? Ведь у каждого человека свои предпочтения. Речь зайдёт о компании, которая имеет большую часть продажи своих процессоров — это компания Intel. Она основана в 1968 году. Офис компании находится в США, штат Калифорния, город Санта-Клара. Она специализируется на производстве процессоров, SSD-накопителей и других полупроводников.
Поначалу компания не была известной, а её бизнес-план был напечатан лишь на листке формата А 4. Компания взяла кредит и стала сотрудничать с Busicom. Busicom попросила создать 13 плат, но Intel создала из тринадцати одну, и с успехом её продала. Также компания славится тем, что она создала новую платформу памяти DDR. На сегодняшний день компания Intel является основным производителем микропроцессоров, некоторых моделей компьютеров (Lenovo, Dell и других). В 2015 году прошла выставка новинок в Берлине от компании Intel. На ней был представлен новейший процессор для персональных компьютеров или ноутбуков Core Skylake. Данный процессор обеспечит не только высокую производительность для компьютеров, но и долгий заряд аккумулятора для ноутбука. Также компания представила новые компьютеры на базе этого процессора (Lenovo, Dell и другие марки компьютеров от компании Intel).
Без сомнения, изюминкой данной выставки стала новейшая камера RealSense R200, которая может найти своё место во многих направлениях. В игровой индустрии она может занять первое место, так как камера может создать модель пользователя и перенести его в компьютер, прямо в игру. Это позволит игрокам играть не за каких-нибудь персонажей, а за самих себя. Также эта камера обладает сенсором движения, что даст возможность управлять персонажем, совершая какие-либо движения перед камерой. Эта функция перенесла любителей игр в виртуальную реальность и создает впечатление полного погружения. Помимо игровой области, камера может найти себя в системе безопасности. RealSense R200 в комбинации с новейшим процессором дает возможность мгновенно включать компьютер, так как новый процессор обладает самой мощной вычислительной системой и поэтому может запускать компьютер за 500 мс, а камера считает лицо человека сидящего перед компьютером и выпустит его в систему, если он действительно является пользователем. В случае двух пользователей, которыми являются близнецы, камера будет считывать лицо лишь одного пользователя.
В 2016 году компания Intel представит замену процессору Skylake, так как у них возникли какие-то технические неисправности с данной моделью, и они решили выпустить вместо 14-ти нанодюймового процессора всего лишь 10. Зовут этот более слабый процессор Cannonlake. Этот процессор будет запускать компьютер не за 500 мс, а за 1 с. Также уменьшится внутренняя память и частота.
Компания считает, что задержки с выпуском Skylake нанесут им небольшой ущерб и поэтому они принесли свои глубочайшие извинения и пытаются максимально быстро исправить неполадки и выпустить в продажу самый мощный процессор для персональных компьютеров в мире.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТРефератна тему: «Процессор – сердце компьютера»Выполнил: студент группы п – 148Ильиных ВладимирПроверил:Горных Е. Н.Челябинск2009
Процессор — сердце компьютера
Процессор – что это? Центральный процессор (ЦП; CPU — англ. céntral prócessing únit, дословно — центральное вычислительное устройство) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение арифметических операций, заданных программами операционной системы, и координирующий работу всех устройств компьютера.
Об архитектуре процессоров Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом.Он придумал схему постройки компьютера в 1946 году.В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.
Виды архитектуры процессоров Архитектура фон НейманаКонвейерная архитектураСуперскалярная архитектураCISC-процессоры RISC-процессоры MISC-процессорыПараллельная архитектураВозможными вариантами параллельной архитектуры могут служить:SISD— один поток команд, один поток данных;SIMD — один поток команд, много потоков данных;MISD — много потоков команд, один поток данных;MIMD — много потоков команд, много потоков данных.
Схематичное изображение машины фон Неймана.
Принцип работы Этапы цикла выполнения:1.Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;2.Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;3.Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;4.Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;5.Снова выполняется п. 1.Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм полезной работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки аппаратного прерывания.Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.
2. Разрядность Раньше говорили, что тактовая частота – главный показатель производительности процессора. На самом деле это не совсем так:есть еще один важный параметр – разрядность. В учебниках характеризуется так: « максимальное количество бит информации,которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно».То есть тактовая частота – это всего лишь скорость,с которой обжора-процессор заглатывает информацию. А разрядность свидетельствует о размере куска, который влезает в один присест в его виртуальную память.До недавнего времени все процессоры были 32-битными – и этой разрядности они достигали 10 лет. Правда, изменилась разрядность только информационной магистрали, по которой к процессору поступает информационный корм – она стала 64- битной.
3. Частота шины Шина – это своеобразная информационная магистраль, связывающая воедино все устройства, подключенные к системной плате – процессор, оперативную память, видеоплату… У этой магистрали, как и у процессора есть своя пропускная способность – её и характеризует частота. Чем этот показатель выше, тем лучше.Частота системной шины прямо связана с частотой процессора через так называемый «коэффициент умножения». Процессорная частота – это и есть частота системной шины, умноженная процессором на некую, заложенную в нем величину. Например, частота процессора 2,2 ГГц – это частота системной шины, умноженная на коэффициент 12.Частенько отчаянные умельцы «разгоняют» процессор, тем самым принудительно заставляя его работать на более высокой частоте системной шины, чем та, что предназначила для них сама природа вкупе с инженерами Intel. На такой подвиг способны лишь несколько процессоров из сотни, а большинство просто … выходит из строя…
4. Кэш-память Кэш-память – встроенная память, в которую процессор помещает все часто используемые данные, чтобы «не ходить каждый раз за семь верст киселя хлебать).Кэширование — это использование дополнительной быстродействующей памяти, т.е кэш-памяти для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD K8 умели производить 64 бит запись+64 бит чтение либо два 64-бит чтения за такт, AMD K8L может производить два 128 бит чтения или записи в любой комбинации, процессоры Intel Core 2 могут производить 128 бит запись+128 бит чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.
История возникновения процессоров В 1970 г. доктор Маршиан Эдвард Хофф с командой инженеров из Intel сконструировал первый микропроцессор. Во всяком случае так принято считать – хотя на самом деле еще в 1968 году инженеры Рэй Холт и Стив Геллер создали подобную универсальную микросхему SLF для бортового компьютера истребителя F-14. Но их разработка так и осталась в хищных когтях ястребов из Пентагона, в то время, как детище Intel ждала иная судьба.Микропроцессор Intel 4004 Производство: 15 ноября 1971 Производитель: Intel Corp Частота ЦП 108 КГц— 740 КГцТехнология производства:10 мкмНаборы инструкция: 46 инструкций Разъем :Dip16
Первый процессор работал на частоте всего 750 кГц. Сегодняшние процессоры быстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз, а любой домашний компьютер обладает мощностью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управляющий полетом корабля «Аполлон» к Луне. Персоналка Компьютер корабля Аполлон-11
Процессоры Intel: сравнительная характеристика