Процессор. Назначение. Состав. Основные параметры, характеризующие процессор.

Центральный процессор — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

Процессор. Основные характеристики процессора

Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Обязательными компонентами микропроцессора является арифметико – логическое устройство и блок управления.

Арифметико – логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.

Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.

Технически процессор реализуется на большой интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает (от 30 тысяч в процессоре 8086 до 5 миллионов в процессоре Pentium II).

Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера.

Под тактом мы понимаем промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция. Тактовую частоту можно измерить и определить ее значение. Единица измерения частоты - МГц – миллион тактов в секунду.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

В первом отечественном персональном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Современный процессор Pentium II имеет разрядность 64/32, т.е. его адресное пространство составляет 4 Гб.

Производительность процессора является интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а так же особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Этапы цикла выполнения:

Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;

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;

Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;

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;

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 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 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.

 

 

Шины. Типы и назначение.

Шины – обеспечивают связь между всеми собственными и подключенными устройствами материнской платы.Различают: системные и локальные.

Системные шины – ее основная обязанность является передача между базовыми микропроцессорам и основными электронными компонентами компьютера.

Термин «шина» означает, что все разъемы соединены параллельно токопроводящими дорожками материнской платы, по кот-ым подается питание, тактовые синхронизирующие импульсы, сигналы запроса прерываний, а также адреса и данные.

1 шина ISA –появилась в начавле 80-х годов (промышленный стандарт архитектуры). Пропускная способность – 5.5 мб/сек.

Шина EISA – позволила увеличить кол-во разъемов, производительность 46 мб/сек.

Шина MCA – производительность 46 мб/сек.

Локальная шина – непосредственно связывают процессор с контролерами периферийных устройств и используется для повышения скорости обмена с накопителями и видеоадаптерами.

1 шина VLB – связало процессор и оперативную память в обход системной шины, в дальнейшем в нее «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера. Пропускная способность – до 130 мб/сек, тактовая частота до 50 мгц.

Недостатком является то, что при подключении к ней новых устройств существенно снижалась ее пропускная способность (приближается к ISA).

Шина PCI –стандарт подключения внешних компонентов. Была введена в компьютерах, выполненных на базе микропроцессор pentium. Пропускная способность – 133мб/сек., тактовая частота –33 мгц.

Шина P&P (Plug and Play) – важным нововведением этого стандарта стало поддержка режима play and plug/ Суть режима состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате кото-ого устройство автоматически получает номер используемого прерывания и номер канала прямого доступа.

Шина USB (универсальная последовательная магистраль). Пропускная способность – 12мб/сек. Данная шина определяет способ взаимодействия компьютера с периферийными устройствами и позволяет подключать до 127 устройств.

Достоинства – практически исключает конфликты между различным оборудованием.

Позволяет подключать/отключать в «горячем» режиме и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть, без применения спецоборудования.

Шина IEEE – пропускная способность –400 мб/сек, но подключать позволяет до 60 устройств, для работы с видеоустройствами.

Шина AGP, AGP2x, AGP4x – для подключения с видеоадаптерами.

AGP2x – пропус. Способность до 500 мб/сек.

AGP4x –до 1 гб/сек.

Шина PCMCIA – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для компьютеров. Используется в нормативных компьютерах для подключения расширителей памяти, модемов, контролеров дисков и стримеров, сетевых адаптеров и других устройств.

«+»системные магистрали, выполненные по данному стандарту имеет минимальное энеюргопотребление.

Шина SCSI – один из самых старых и распространенных интерфейсов для подключения периферии. Эти шина похожа на сеть, т.к. каждое из устройств, кот-ое к ней подключено, должно иметь свой уникальный адрес.

Чипсет - микропроцессорный комплект. Одна из микросхем, входящая в чипсет задает тактовые импульсы, определяющие кол-во тактов.

В настоящее время большинство материнских плат имеют чипсеты, выполненных на базе 2 микросхем, называемых «северными» и «южными» мостами. «Северный мост» - управляет взаимодействием процессора, оперативной памяти, шины PCI, AGP. Отвечает за всю «начинку». «Южный» мост –выполняет роль контролера клавиатурs, мыши, жестких и гибких дисков, шины USB и т.д.

От типа чипсета напрямую зависят самые важные хар-ки материнской платы: скорость передачи данных, число поддерживаемых моделей процессора, параметры работы с памятью и т.д.