Процессор и его компоненты
Центральный процессор (ЦП) – основной компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет процессом вычислений и координирует работу всех устройств ПК.
Чем мощнее процессор, тем выше быстродействие ПК.
Центральный процессор часто называют просто процессором, ЦПУ (Центральное Процессорное Устройство) или CPU (Central Processing Unit), реже – кристаллом, камнем, хост-процессором.
Современные процессоры являются микропроцессорами.
Микропроцессор имеет вид интегральной схемы – тонкой пластинки из кристаллического кремния прямоугольной формы площадью в несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы с миллиардами транзисторов и каналов для прохождения сигналов. Кристалл-пластинка помещен в пластмассовый или керамический корпус и соединен золотыми проводками с металлическими штырьками для подсоединения к системной плате ПК.
Рисунок 1. Микропроцессор Intel 4004 (1971 г.)
Рисунок 2. Микропроцессор Intel Pentium IV (2001 г.). Слева – вид сверху, справа – вид снизу
ЦП предназначен для автоматического выполнения программы.
Устройство процессора
Основными компонентами ЦП являются:
- арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет основные математические и логические операции;
- управляющее устройство (УУ), от которого зависит согласованность работы компонентов ЦП и его связь с другими устройствами;
- шины данных и адресные шины;
- регистры, в которых временно хранится текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результаты вычислений АЛУ);
- счетчики команд;
- кэш-память хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш-память гораздо быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем она больше, тем выше быстродействие ЦП.
«Процессор и его компоненты» 👇
Готовые курсовые работы и рефераты
Решение учебных вопросов в 2 клика
Помощь в написании учебной работы
Рисунок 3. Упрощенная схема процессора
Принципы работы процессора
ЦП работает под управлением программы, которая находится в оперативной памяти.
АЛУ получает данные и выполняет указанную операцию, записывая результат в один из свободных регистров.
Текущая команда находится в специальном регистре команд. При работе с текущей командой значение так называемого счетчика команд увеличивается, который затем указывает на следующую команду (исключением может быть только команда перехода).
Команда состоит из записи операции (которую нужно выполнить), адресов ячеек исходных данных и результата. По указанным в команде адресам берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала помещается в регистр, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.
Характеристики процессора
Тактовая частота указывает частоту, на которой работает ЦП. За $1$ такт выполняется несколько операций. Чем выше частота, тем выше быстродействие ПК. Тактовая частота современных процессоров измеряется в гигагерцах (ГГц): $1$ ГГц = $1$ миллиард тактов в секунду.
Для повышения производительности ЦП стали использовать несколько ядер, каждое из которых фактически является отдельным процессором. Чем больше ядер, тем выше производительность ПК.
Процессор связан с другими устройствами (например, с оперативной памятью) через шины данных, адреса и управления. Разрядность шин кратна 8 (т.к. имеем дело с байтами) и отличается для разных моделей, а также различна для шины данных и шины адреса.
Разрядность шины данных указывает на количество информации (в байтах), которое можно передать за $1$ раз (за $1$ такт). От разрядности адресной шины зависит максимальный объем оперативной памяти, с которым может работать ЦП.
От частоты системной шины зависит количество данных, которые передаются за отрезок времени. Для современных ПК за $1$ такт можно передать несколько бит. Важна также и пропускная способность шины, равная частоте системной шины, умноженной на количество бит, которые можно передать за $1$. Если частота системной шины равна $100$ Мгц, а за $1$ такт передается $2$ бита, то пропускная способность равна $200$ Мбит/сек.
Пропускная способность современных ПК исчисляется в гигабитах (или десятках гигабит) в секунду. Чем выше этот показатель, тем лучше. На производительность ЦП влияет также объем кэш-памяти.
Данные для работы ЦП поступают из оперативной памяти, но т.к. память медленнее ЦП, то он может часто простаивать. Во избежание этого между ЦП и оперативной памятью располагают кэш-память, которая быстрее оперативной. Она работает как буфер. Данные из оперативной памяти посылаются в кэш, а затем в ЦП. Когда ЦП требует следующее данное, то при наличии его в кэш-памяти оно берется из него, иначе происходит обращение к оперативной памяти. Если в программе выполняется последовательно одна команда за другой, то при выполнении одной команды коды следующих команд загружаются из оперативной памяти в кэш. Это сильно ускоряет работу, т.к. ожидание ЦП сокращается.
Замечание 1
Существует кэш-память трех видов:
- Кэш-память $1$-го уровня самая быстрая, находится в ядре ЦП, поэтому имеет небольшие размеры ($8–128$ Кб).
- Кэш-память $2$-го уровня находится в ЦП, но не в ядре. Она быстрее оперативной памяти, но медленнее кэш-памяти $1$-го уровня. Размер от $128$ Кбайт до нескольких Мбайт.
- Кэш-память $3$-го уровня быстрее оперативной памяти, но медленнее кэш-памяти $2$-го уровня.
От объема этих видов памяти зависит скорость работы ЦП и соответственно компьютера.
ЦП может поддерживать работу только определенного вида оперативной памяти: $DDR$, $DDR2$ или $DDR3$. Чем быстрее работает оперативная память, тем выше производительность работы ЦП.
Следующая характеристика – сокет (разъем), в который вставляется ЦП. Если ЦП предназначен для определенного вида сокета, то его нельзя установить в другой. Между тем, на материнской плате находится только один сокет для ЦП и он должен соответствовать типу этого процессора.
Типы процессоров
Основной компанией, выпускающей ЦП для ПК, является компания Intel. Первым процессором для ПК был процессор $8086$. Следующей моделью была $80286$, далее $80386$, со временем цифру $80$ стали опускать и ЦП стали называть тремя цифрами: $286$, $386$ и т.д. Поколение процессоров часто называют семейством $x86$. Выпускаются и другие модели процессоров, например, семейства Alpha, Power PC и др. Компаниями-производителями ЦП также являются AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments.
В названии процессора часто можно встретить символы $X2$, $X3$, $X4$, что означает количество ядер. Например в названии Phenom $X3$ $8600$ символы $X3$ указывают на наличие трех ядер.
Итак, основными типами ЦП являются $8086$, $80286$, $80386$, $80486$, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III и Pentium IV. Celeron является урезанным вариантом процессора Pentium. После названия обычно указывается тактовая частота ЦП. Например, Celeron $450$ обозначает тип ЦП Celeron и его тактовую частоту – $450$ МГц.
Процессор нужно устанавливать на материнскую плату с соответствующей процессору частотой системной шины.
В последних моделях ЦП реализован механизм защиты от перегрева, т.е. ЦП при повышении температуры выше критической переходит на пониженную тактовую частоту, при которой потребляется меньше электроэнергии.
Определение 2
Если в вычислительной системе несколько параллельно работающих процессоров, то такие системы называются многопроцессорными.
Процессор — все точки над i
Доброго времени суток дорогой читатель. Каждый современный человек слышал о компьютерных процессорах, но не все понимают, как они выглядят и для чего предназначены. Вы относитесь к числу таких людей? Тогда вам непременно стоит прочитать эту статью. Ведь знание того, что такое процессор компьютера, поможет вам в его выборе. Именно от этого будет зависеть, насколько быстро вы сможете работать с тем или иным программным обеспечением. В данной статье я не буду углубляться в историю, а буду отталкиваться от понятия современных процессоров.
Разъяснение термина
Процессор — главный элемент компьютера, который предназначен для определения его возможностей в обработке информации.
Другими словами, это микросхема, руководящая всеми устройствами вашего девайса и выполнением любых его задач. Тем, насколько быстро она может обрабатывать данные, определяется мощность и производительность компа.
В целом, компьютер содержит много небольших процессоров (чипов), каждый из которых отвечает за отдельный элемент, например, видеокарту и пр. Однако главным из них является тот, который контролирует системную шину, оперативную память и самое важное — выполнение объектного кода программ.
Он называется «центральный процессор». Синонимом к этому понятию выступает английская аббревиатура CPU (Central Point Unit — в переводе что то типа «Центральный Вычислительный Пункт»).
От чего зависит производительность?
Самые важные характеристики процессора это:
- Тактовая частота, исчисляемая в гигагерцах (GHz).
Она представляет собой количество операций, который компьютер способен выполнять за секунду. Чем больше их число, тем быстрее он будет работать. - Разрядность.
Указывающая на то, какие приложения может поддерживать комп: 32-х или 64-битные. Как правило, все современные процессоры относятся ко второму варианту. От этого параметра зависит и количество оперативной памяти, так как у 32-битных систем ее до 4 Гб, а у 64-битных — выше 4 Гб. - Кэш или иными словами память процессора.
Тоже очень важный параметр влияющий на скорость работы. служит для уменьшения времени доступа к основной памяти (ОЗУ). В основном бывает несколько уровней кэша — L1, L2, L3. соответственно чем больше размер кэша и чем больше уровней, тем быстрее проц выполняет сложные операции типа архивирования, рендеринга и т.п. - Количество ядер.
Ядро — это отдельная вычислительная единица. Грубо говоря если проц двух ядерный то это означает что под одной крышкой в нём трудятся два процессора (два кристала). В общем чем больше ядер тем лучше (тем он быстрее).
Вид снаружи и внутри
Думаете, такой важный «орган» должен иметь внушительный вид? Это не так. Процессор представляет собой небольшую пластину в несколько квадратных миллиметров прямоугольной формы, на которую нанесены схемы. Чтобы избежать повреждений, ее помещают в корпус из металла. К системной плате пластина присоединяется маленькими ножками золотого цвета с металлическими штырьками.
Процессор компьютера в разрезе выглядит так: подложка на которой установлен сам кристалл изготовленный из кремния (он то и отвечает за все вычисления), далее на кристалл наносят термоинтерфейс и закрывают это всё крышкой, которая в дальнейшем будет контактировать с пяткой кулера.
Сам кристалл в не припаянном состоянии имеет примерно следующее обличие :
Где находится в компьютере?
Вы задаетесь вопросом, как узнать какой процессор стоит у меня на компьютере? Не обязательно его разбирать, чтобы найти нужные данные.
Для этого достаточно нажать кнопку «Пуск», перейти в «Панель управления», выбрать раздел «Система» и перед вами появится окно, где написано название и частота проца (это если у вас на компе стоит Windows).
Если все-таки необходимо достать устройство, то разберемся с его местоположением.
Вы чувствовали, что ваш ноутбук или системный блок в определенном месте нагревается сильнее? В той части и располагается сам процессор. От перегреваний он защищен кулером (радиатором с вентилятором). Располагается на материнской плате, в основном в центре на так называемом «соккете» (Socket). Socket — это некий разъём на который могут устанавливаться только определённые процы подходящие под него.
Если вы решите разобрать комп в поиске микросхемы, вам необходимо крайне аккуратно снять охлаждающее устройство, и под ним вы найдете искомую вещь. Если хотите ее снять, осторожно отстегните фиксаторы кулера на материнской плате держащие сам подложку проца.
Разница между Intel и AMD
Долго время основными производителями процессоров остаются компании Intel и AMD. Несмотря на такое ограниченное количество ведущих фирм, большинство людей теряются в выборе. Чтобы понять, какой проц подойдет именно в вашем случае, я расскажу о главных различиях между ними.
Первые отличаются высокой производительностью, но за это вам придется выложить немалые средства, если вы захотите топовый процессор от Intel.
Вторые обладают примерно одинаковой скоростью обработки данных и стоят намного дешевле, но у них есть один большой недостаток — тепловыделение намного сильнее.
Но это не значит, что они быстро выходят из строя или выполняют меньше функций. В основном продукцию фирмы AMD берут для игр, а если нужны сложные вычисления типа рендеринга, создание 3D моделей и т.п. то здесь рынок выбирает Intel.
Но это как говорится «статистика», оба производителя создают качественные кристаллы и ничего не случится если вы купите какой нибудь FX от AMD к примеру для видео монтажа. Как говорится дело вкусов.
На этом я думаю пора заканчивать, статья конечно получилась кратенькая, возможно как нибудь копнём поглубже в этой теме:-). Но я думаю базовые моменты описал и надеюсь понятно.
До скорых встреч друзья, подписывайтесь на обновления блога.
Источник https://spravochnick.ru/informatika/arhitektura_personalnogo_kompyutera/processor_i_ego_komponenty/
Источник http://profi-user.ru/chto-takoe-proc/
Источник