Статья

Статья Л.З. Андроновой-Арутюнян "Моё понимание заикания"

Заикание - множество разнообразных симптомов. Это спазматические задержки, нарушение темпа и ритма речи, логофобия, навязчивые мысли, приспосо­би­тель­ные уловки и т. д. Чтобы не растеряться в этом многообразии, мы постарались установить причинно - следственные связи между всеми проявлениями заикания и выделили главное, - «корни заикания», которые являются его фундаментом и причиной появления всех остальных симптомов:
- cпазматические задержки;
- желание скрыть дефект;
- волнение, связанное с актом речи.


Составляющие этой триады взаимосвязаны и переплетены между собой. Вся симптоматика заикания легко прослеживается, исходя из этой триады, и борьба с отдельными симптомами заикания обречена на неудачу, если корни не устранены.

Обратимся к первому компоненту триады - спазматическим задержкам, которые, повторяясь в течение длительного времени, ведут свою разрушительную работу. Возникает нечёткая артикуляция, согласные утяжеляются. Чаще всего голосовой максимум переносится на согласные, гласные как будто цедятся сквозь зубы, что влечёт за собой хронические голосовые зажимы . Появляется твёрдая атака звука, характерная для заикания. Если в норме, при мягкой атаке звука, челюсть расслаблена, между зубами, как при спокойном дыхании, образуется щелинка, а сама речь представляет собой спокойный озвученный выдох, то при заикании челюсть зажата, зубы стиснуты, либо, наоборот, челюсть раскрыта ещё до начала произнесения звука, а звуки буквально проталкиваются, преодолевая гортанный спазм.

Спазматические задержки и появляющаяся в связи с этим звукофобия приводят, особенно в моменты волнения, к постоянному ощущению трудных звуков и слов. В результате заикающиеся предчувствуют начало каждого трудного для них слова и, готовясь к его произнесению, делают паузу. Фраза теряет свойственную ей слитность. Создаётся впечатление, что заикающиеся говорят не фразами, а отдельными словами. Они настолько «привязаны» к «трудным» звукам, одни к гласным, другие к согласным, что предложения типа «Урок окончен», который любой нормально говорящий человек произнесет настолько слитно, что не будет ощущения границы слов, заикающийся произнесет раздельно «Урок /окончен». Заикающиеся также стремятся тщательно произнести два согласных звука в сочетаниях типа: «вот труба», «вот трамвай». Некоторые заикающиеся представляют «бегущую строку» из трудных слов. И характерно то, что именно заикающийся ребёнок на вопрос: «Что ты представляешь, когда произносишь слово «корова»?», - ответил: «Звук к».

Постоянное повторение трудных звуков, слов и ситуаций приводят к появлению предвкушения опасности, когда человек иногда даже задолго до акта речи уверен в том, что в данной ситуации данное слово не может сказать. Так появляются навязчивые мысли, которые являются одним из тяжелых симптомов заикания. Навязчивые мысли заикающихся по своей природе отличаются от навязчивых мыслей тяжелых невротиков и психически больных, у которых навязчивости не имеют реальной основы, поэтому навязчивости заикающихся нельзя лечить как невроз навязчивых состояний. При возникновении заикания первыми появляются спазматические задержки, и как следствие - навязчивые мысли. В процессе лечения чаще всего первыми уходят спазматические задержки, а за ними навязчивые мысли. При оценке результатов лечения необходимо учитывать эту особенность, не считая отсутствие спазматических задержек за окончательный положительный результат, так как в случае присутствия навязчивостей, результат нельзя считать устойчивым.

Спазматические задержки нарушают также синтагматическое паузирование. Если в норме паузы определяются смыслом, то у заикающихся они диктуются спазматическими задержками, которые прерывают речевой поток. А темп речи нарушается как в связи с необходимостью успеть передать нужную информацию между спазматическими задержками, так и в связи с волнением во время речи.

Одним из наиболее тяжёлых компонентов триады является желание скрыть дефект.

Фраза, которую предстоит произнести, образует в голове заикающегося нечто вроде слаломной трассы, где флажками обозначены вероятные запинки. В это время начинают срочно подыскиваться замены трудным словам, которые либо переставляются, либо убираются. Чтобы трудные сочетания звуков превратились в более «проходимые», во фразу вкрапляются лишние звуки, а иногда и слова. Зачастую все это происходит с ущербом для смысла произносимого, и часто, если фраза все-таки начала произноситься, «слаломист» оказывается в результате совсем не там, где он изначально желал оказаться. Да, в простых ситуациях дефект будет скрыт (можно и вообще промолчать, в конце концов), в сложных - результатом будет «детский лепет», вспоминать который впоследствии без стыда бывает невозможно (при защите диплома, например, когда вместо речи специалиста, прекрасно знающего предмет, получаем речь затюканного школьника средних классов): в любом случае «терапевтический эффект» собственной речи для заикающегося очевиден. Наличие приспособительных уловок утяжеляют картину заикания, уводя заикание внутрь. Видимо, по этой причине у людей, страдающих заиканием, наблюдается аномальная активизация зоны Брока при внутренней речи .

Желание скрыть дефект влияет и на многие невербальные компоненты речи. Возникает поза неуверенности: плечи сутулые, руки и ноги не спокойные, взгляд, бегающий и никогда не направлен на слушателя. Иногда заикающийся и хотел бы сыграть роль уверенного человека, но сыграть эту роль он не способен, поэтому вместо позы уверенного человека возникает поза напряжения: шея напряжена, подбородок в напряжении приподнят. Напряжённый взгляд направлен вниз, вверх или в сторону, но почти никогда на собеседника. Со временем такая манера речевого поведения становится привычной, заученной, и само появление такого взгляда и позы ассоциативно включает «программу» заикания еще до начала речи.

Э.Л. Носенко, характеризуя особенности речи нормально говорящих людей в состо­янии эмоциональной напряжённости, отмечает, что при этом у них изменяются моторно-поведенческие реакции (например, появляется тремор рук), происходят изменения в харак­тере протекания мыслительных процессов (ухудшается память, снижается пластичность мыш­ления и работоспособность). В моменты эмоциональной напряжённости изменяется био­электрическая активность мозга и физиологические показатели организма (частота сер­дечных сокращений, частота и глубина дыхательных движений, АД и т.д.). Все эти про­яв­ле­ния, характерные для нормально говорящих людей лишь в момент эмоциональной напря­женности, типичны для заикающихся. Состояние эмоциональной напряжённости во время речи принимает у них хронический, а значит патологический характер.

Э.Л. Носенко подчёркивает также, что при эмоциональной напряжённости в наиболь­шей степени страдают сложные действия, проявляется неспособность к воспроизведению сла­бо тренированных навыков и, наоборот, появляется склонность к закреплённым в преж­ней практике стереотипам. Поэтому во время лечения логопед и пациент должны учиты­вать, что если новые навыки не автоматизированы, то в момент эмоциональной напря­женности произойдёт неизбежный возврат к старой заученной программе, т. е. к заиканию.

Нужно особо подчеркнуть, что именно желание скрыть дефект провоцирует один из тяжелейших симптомов заикания - страх перед речью, волнение, связанное с актом речи, которые закрепляются постоянными речевыми неудачами. Волнение, в свою очередь, утяжеляет речь. Таким образом, возникает патологический замкнутый круг, из которого заикающийся выйти не может . Волнение во время речи настолько постоянно, что иногда заикающиеся его просто не осознает. Это постоянный фон их жизни. Волнение рождает мышечное напряжение, многие мышцы хронически напряжены. A. Лоуэн так говорит об этом: «Каждая хронически напряжённая мышца пребывает в состоянии скрытого страха, но наиболее очевидным образом скрытый страх проявляется в сильно стиснутых зубах, в поднятых плечах, а также в общей зажатости, ригидности всего тела. О таких людях можно сказать, что они оцепенели от страха». Всё сказанное А. Лоуэном можно полностью отнести ко многим случаям заикания.

Одним из показателей психо-эмоционального состояния заикающихся является ускоренный темп речи. Интересны последние исследования темпоральных характеристик людей, страдающих психогенной депрессией с ведущим тревожным аффектом . Для таких больных характерно значительное повышение темпа речи, сокращение длительности пауз и общего их количества во фразе. Темпоральные характеристики речи заикающихся тоже имеют высокую информативность, сообщая о внутреннем состоянии пациента. В процессе лечения заикающиеся помнят о необходимости замедления речи и стремятся его исполь­зо­вать, но им мешает внутренняя тревога. Необходимость замедлиться становится как бы насилием над личностью. Неумение использовать замедление травмирует пациентов; они жалуются логопеду на то, что в очередной раз «сорвались» с темпа. Если логопед не поймёт причину происходящего, он может дойти даже до прямых упрёков, обвиняя пациентов в нежелании лечиться. Это не помогает делу, а лишь снижает у них самооценку, порой до самоуничижения. Таким образом, понимая необходимость использования замедленной речи, мы должны знать, что её нельзя навязывать. Требуются специальные тренировки для снятия хронических мышечных зажимов и достижения спокойствия во время речи.

Волнение в значительной мере влияет на речевое дыхание, выдох укорачивается, а «сбитое дыхание» в свою очередь усиливает волнение. Мышечное напряжение ведёт к обездвиженности, отсутствию жестов и мимики, глаза «не говорят», резонаторные полости задействованы не в полном объеме, в связи с чем используется только верхнеключичный, зажатый, высокий, иногда дрожащий голос. Все это в свою очередь ведет к нарушению интонационной стороны речи: речь заикающихся монотонна, из речи исчезает подтекст.

Всё выше сказанное, а это ещё далеко не полный перечень нарушений при заикании, свидетельствует об объёме предстоящей работы. Спазматические задержки при этом, хоть и являются первопричиной возникновения симтомокомплекса заикания, в его клинической картине играют довольно скромную роль.

Если взглянуть на заикание несколько шире, то это явление, которое захватывает целый ряд функциональных систем организма, существенно искажая их работу. В соответствии с концепцией Н.П. Бехтеревой, его можно определить как устойчивое патологическое состояние (УПС). Согласно Н.П. Бехтеревой, УПС - «это приспособление индивидуума к существованию с изменившимися внутренними условиями. Причём, это приспособление происходит не путём восполнения поражённых звеньев из резерва мозга, а за счёт формирования нового гомеостаза, нового устойчивого состояния, обеспечивающего оптимально возможную в условиях болезни адаптацию к среде. Оно формируется при перестройке активности очень многих систем и структур мозга, в том числе исходно не поражённых».

Как мы думаем, в случае заикания УПС окончательно формируется в результате постоянного подключения лимбических структур к акту вербальной коммуникации, и сам акт речи, чего никогда не бывает в норме, становится эмоциогенным. Поэтому заикающиеся воспринимают свой дефект, в основном, не как судорожные проявления, а как состояние постоянной тревоги во время речи, тяжести произнесения слов, стеснения в груди, укороченного выдоха. В случае заикания можно говорить о рефлексе тревоги. Речевые судороги и обусловленные ими психологические изменения у заикающихся, сформированные в течение долгих лет жизни ведут себя как целостная система, которая стремится к самоподдержанию и самовосстановлению.

По Н.П. Бехтеревой, именно стремление системы к самоподдержанию и самовос­ста­новлению, является основной характеристикой УПС, при этом «условно-компенсаторные ре­ак­ции мобилизуются соответствующей матрицей долговременной памяти при любой по­пыт­ке его изменить». Отсюда сложность его преодоления. Это непосредственно относится и к заи­канию: если УПС - это адаптация организма к жизни в условиях болезни, то для заи­ка­ю­щихся остается одна возможность приспособиться к жизни с заиканием, - скрыть дефект.

Представление о заикании, как об устойчивом патологическом состоянии изменило наше отношение к методам лечения, прогнозу результатов и к распространённому мнению о рецидивах заикания.

Мозаичная картина многочисленных симптомов заикания может дать точное представление о том, чем является заикание для самого заикающегося, но оказывается ещё недостаточной, когда речь заходит о стратегии лечения. Всегда важно помнить о том, что борьбу нужно вести с УПС, а не с отдельными фрагментами мозаики, как бы привлекательно это ни виделось иногда. Если устранение спазматических задержек в речи на определённый период - задача относительно не сложная (послоговая речь, значительное замедление, гипноз и т.д.), то бороться с УПС очень и очень не просто. Думаем, что именно этим определяется стойкое мнение, что заикание - постоянно рецидивирующее заболевание, что оно практически неизлечимо. Здесь отметим только, что если пытаться устранять любые отдельные нарушения, характерные для заикания, то рецидивы неизбежны.

В то же время весь опыт нашей практической работы позволяет утверждать: заикание излечимо, если выбрать правильную стратегию лечения и бороться не с отдельными его проявлениями, а поставить целью сформировать новое нормальное устойчивое состояние, которое свободно от всех элементов заикания и также способно к самоподдержанию и самовосстановлению, как любое устойчивое состояние. Причём, оно будет ещё более устойчивым, поскольку нет никакой мотивации для его изменения.

ЛИТЕРАТУРА
1. Жинкин Н.И. Механизмы речи. - М., АПН РСФСР, 1958.
2. L.De Nil and H.G. Bosshardt Studying stuttering from neurological and cognitive information processing perspective. Proceedings of the Third World Congress of Fluency Disorders in Nyborg, Denmark, pp 53 - 59, 2000.
3. Носенко Э.Л. Особенности речи в состоянии эмоциональной напряженности. - Днепропетровск, 1975.
4. Шкловский В.М. Психотерапия в комплексной системе лечения логоневрозов (Руководство по психотерапии). Под ред. В.Е. Рожнова. - М., 1974.
5. Лоуэн А. Радость. - Минск, 1999.
6. Когновицкая Т.С. Частота основного тона голоса у детей страдающих заиканием. - В сб. Вопросы патологии голоса и речи, НИИЛОР, М., 1983.
7. Арутюнян Л.З. Как лечить заикание. - М., 1993.
8. Бехтерева Н.П. Здоровый и больной мозг человека. - Л., Наука, 1988.
9. Бехтерева Н.П., Кабарова Д.К., Поздеев В.К. Устойчивое патологическое состояние при болезнях мозга. - Л., Медицина, 1978.

ПРЕДИСЛОВИЕ

2. ДЕСТАБИЛИЗАЦИЯ УСТОЙЧИВОГО ПАТОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

3. СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ЗАИКАНИЯ НА ОСНОВЕ СИНХРОНИЗАЦИИ РЕЧИ С ДВИЖЕНИЯМИ ПАЛЬЦЕВ ВЕДУЩЕЙ РУКИ

4. ОСОБЕННОСТИ ПРОСОДИЧЕСКОЙ СТОРОНЫ РЕЧИ ЗАИКАЮЩИХСЯ И СПОСОБЫ ЕЕ КОРРЕКЦИИ

5. КОРРЕКЦИЯ ЛИЧНОСТИ И НОРМАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ НАД РЕЧЬЮ

6. КОРРЕКЦИОННО - ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ БЕСЕДЫ И ОПОРНЫЕ СИГНАЛЫ

7. ПРОБЛЕМА РЕЦИДИВОВ И КРИТЕРИИ ЗДОРОВЬЯ

8. ОБЩИЙ ПЛАН ЛЕЧЕНИЯ И ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ МИКРОКУРСЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

До сих пор заикание считается трудно излечимым, постоянно рецидивирующим недугом. Есть отдельные специалисты, получающие высокие результаты, но их работа буквально на грани искусства. Методики же устойчивой нормализации речи, доступной широкому кругу логопедов , фактически не существовало.

Между тем, в результате длительного поиска появилась уверенность, что такая методика реально может быть создана, сейчас уже отчётливо обозначились её общая структура и многие элементы. Появились первые обнадёживающие результаты её практического применения. Однако есть и тревожные сигналы, свидетельствующие о том, что отдельные элементы методики распространяются среди логопедов, но используются изолированно, в отрыве от целого и со значительными искажениями.

Всё сказанное определило настоятельную потребность написания этой работы.

Желание сделать методику открытой для усвоения логопедами практиками заставило остановиться на выборе данной формы изложения лекции и беседы, с тем чтобы каждый приём был осмыслен не только с позиции «что делать», но и «как делать» и «для чего». Не может заикающийся активно действовать, а логопед ему в этом успешно помогать, не понимая смысла и назначения каждого отдельного приёма, входящего в комплекс.

Теперь немного истории. 1960 год. Я логопед поликлиники и среди прочих дефектов речи должна корригировать заикание. Но, несмотря на все старания, помочь таким пациентам не могла. Помню ощущение стыда и бессилия, тяжёлую, безрадостную работу логопеда и заикающихся. Моментом, изменившим всё, была газетная публикация: в Харькове психотерапевт К.М.Дубровский ведёт сеансы императивного внушения по снятию заикания. Через полгода стала слушателем курсов, организованных К.М.Дубровским. Первый же проведенный им сеанс полностью изменил моё отношение к этому дефекту: люди, которые до того не могли произнести почти ни одного слова , свободно говорили. С этого времени во мне возникла и осталась убеждённость в том, что заикающихся можно излечить. К.М.Дубровский стал моим учителем, он зажёг огонёк творчества, поддерживал, с ним я обсуждала свои первые результаты.

Началась практическая работа. Непосредственные результаты были хорошими. Не верилось, что заикание когда-нибудь может вернуться. Однако, у многих пациентов впоследствии в разной мере речь ухудшалась. Стало ясно, что метод императивного внушения даёт значительный первичный эффект, но не гарантирует от рецидивов. Поиски были продолжены.

Через несколько лет к методу императивного внушения мною была добавлена равнометричная послоговая речь. Использование послоговой речи стало важным элементом предложенной нами комплексной системы лечения заикания, сложившейся к 1965 году.

В рамках этой методики был опробован целый набор других приёмов коррекции заикания. Многие из них были существенно переработаны, некоторые предложены заново: звукоусиление (85), аппараты АИР (86,2), электронные метрономы, фонофотостимуляция (6, 7)).

Казалось, всё продумано. Есть возможность убрать судороги, предложен полный стиль произношения, позволяющий безболезненно перейти от слога к обычной речи. Предусмотрен и комплекс приёмов работы над личностью, диспансерное наблюдение для закрепления достигнутых результатов. Положительные результаты действительно были (60 процентов нормализованной речи сразу после прохождения курса и 40 процентов отдалённые). И всё же эти результаты нас не удовлетворяли. Методика постоянно усложнялась, в неё вводились новые, всё более эффективные приёмы. Вначале они помогали, но потом становилось ясно, что кратковременное улучшение достигалось не благодаря их обоснованности , а главным образом за счёт психотерапевтического влияния, за счет веры логопеда и пациента в новый прием. Становилось ясно, что нужно радикально менять методику. Продолжался поиск новых приемов и осмысление допущенных ошибок. Рассмотрим некоторые из них, возможно, наш отрицательный опыт будет полезен другим логопедам.

Одна из крупных ошибок: «родительская» позиция по отношению к заикающимся, чрезмерная опека, лишающая их столь необходимой инициативы и самостоятельности. Это назидательные беседы, попытки дать пациентам готовые рецепты поведения и находить за них выход из всякого трудного положения. Такая позиция логопеда исключала возможность перестройки личности с помощью собственных усилий и лишала пациентов ответственности за положительные или отрицательные результаты.

2. Ошибочным было и отношение к страхам речи. Обычно работа по преодолению логофобии начиналась с того, что мы убеждали пациента в его способности справиться с этим страхом. Проводились беседы, в которых шел разговор о сильных людях, сумевших преодолеть страдания. Такие беседы, играя активизирующую роль, часто приводили к отрицательным последствиям, к ненужному «геройству». Без настоящей готовности к речи заикающиеся не могли долго удерживаться на подобном подъеме, неминуемо наступал спад со сниженным настроением, страхами, поколебленной верой в успех и мыслями о собственной неполноценности:

«Я должен не бояться многие это могут; я не могу, следовательно, я хуже других». Призыв к бесстрашию зачастую только растил страх и бессилие.

Сейчас в борьбе со страхом выбирается иной путь: «Ваш страх - страх разумного человека за себя. Он основан на стремлении скрыть дефект. Как только вы открыто заявите о своем желании излечиться и начнете говорить без речевых судорог, не останется реальных оснований для страха и он исчезнет». И они убеждались в справедливости этих слов на собственном опыте.

Часто заикающиеся не решались причинить себе душевную боль, которая неизбежна при лечении этого недуга , и мы порой из сочувствия соглашались с ними. Нам представлялось гуманным «войти в положение», «пожалеть». Но тем самым мы вселяли в них ложную надежду, что путь к выздоровлению можно пройти легко, без боли. Сейчас нам понятно, что нужно быть предельно требовательным. Каждый лечащийся должен понять логику метода, сделать сознательный выбор и пройти свой путь до конца. Ряд ошибок вызывался тем, что с самого начала не были четко определены критерии здоровья. Каждый небольшой шаг к нему воспринимался как полная победа, Теперь мы представляем себе основной курс как бы работой на тренажере, подготовкой к ответственной самостоятельной работе в домашних условиях. Ведь заикание нарушение коммуникации, а действительное восстановление функции общения возможно лишь в реальной жизни.

В течение долгих лет параллельно с практической работой проводилось исследование теоретических проблем заикания.

В основу методики была положена концепция Н.П.Бехтеревой об устойчивом патологическом состоянии. Это в корне изменило подход к лечению данного заболевания, поставило его на твёрдые теоретические рельсы.

Новое распределение ролей между логопедом и пациентом заставило отказаться от сеанса императивного внушения, ибо на первый план выступили активизация сил самого заикающегося, раскрытие его внутренних возможностей и формирование страстного желания излечиться.

Краеугольным камнем новой методики стал предложенный нами способ лечения заикания, основанный на синхронизации речи с движениями пальцев ведущей руки, диктующей ритмико-интонационный рисунок фразы. Будучи универсальным , этот способ позволяет решать одновременно несколько важных задач, связанных как с исправлением просодической стороны речи, так и с коррекцией личности заикающихся.

Важным явилось осознание того, что у заикающихся в процессе коммуникации патологически изменено функциональное состояние. Возникло представление о «древе заикания», были выделены его основные корни (триада заикания), определены направления коррекционно-воспитательной работы, необходимой для «отрыва» от заикания. В методику вошли приёмы постановки голоса, формирования интонации, опорные сигналы и пр. Так она приобрела необходимую завершённость, целостность и единство. Повысилась и эффективность работы. Непосредственные результаты достигли 90100 процентов полностью нормализованной речи, отдалённые не менее 70 процентов. У ряда логопедов уже появляются группы, в которых нет ни одного случая ухудшения речи через год после лечения. Есть положительный опыт работы по этой методике с переводчиком при лечении иноязычных пациентов. Это служит ещё одним доказательством того, что в данном случае «работает» методика, а не личность логопеда. С самого начала формирования новой методики большое внимание уделялось адаптации её для работы с детьми. Мы рассчитываем посвятить этому вопросу отдельную книгу, а сейчас можно отметить только, что методика адаптирована и успешно применяется в ряде дошкольных учреждений для коррекции заикания у детей 56 лет.

Хотелось бы остановиться на бытующем среди логопедов мнении, что «большое число заикающихся не поддаётся терапии и нарушение у них персистирует на продолжении всей жизни» (97). Это мнение получило широкое распространение на Западе , где существуют даже общества заикающихся, целью которых является их адаптация к окружающему миру, а девизом фраза: «Для нас нет выбора заикаться или не заикаться, но мы можем выбирать, как заикаться». Это мнение разделяется и частью отечественных специалистов, выделяющих особые формы заикания, для которых «можно прогнозировать отсутствие выраженных эффектов терапии» (52).

Со всей определённостью мы должны подчеркнуть, что в нашей практике не встречались формы не излечиваемого заикания. Более того, иной раз тяжёлые формы этого недуга излечивались легче и надёжнее, чем лёгкие. Видимо, успех в этом случае объяснялся более мощным волевым посылом, большей «потребностью» в излечении.

Предлагаемая вниманию специалистов методика ориентирована на широкое использование в логопедической практике. Однако её успешное применение требует довольно высокой подготовки в сочетании с талантом сопереживания, интуиции, тактом и умением находить индивидуальный подход каждому пациенту. Считаю приятным долгом выразить благодарность за помощь в работе над книгой М.А.Арутюняну, Е.З.Лейбову, Н.Е.Рабкиной, а также своим коллегам с кафедры логопедии Самарского педагогического института, из Речевого центра в Самаре и из ряда дошкольных учреждений Самары и Москвы за ценные советы и участие в практической апробации методики.

На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием.

Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году.

Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов.

Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы . Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера.

Устройство процессора

Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления . АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления. От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова.

Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.

Схема процессора

Работа процессора

Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти.

(Работа процессора сложнее, чем это изображено на схеме выше. Например, данные и команды попадают в кэш не сразу из оперативной памяти, а через блок предварительной выборки, который не изображен на схеме. Также не изображен декодирующий блок, осуществляющий преобразование данных и команд в двоичную форму, только после чего с ними может работать процессор.)

Блок управления помимо прочего отвечает за вызов очередной команды и определение ее типа.

Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров.

Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд . В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемого счетчика команд , который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или останова).

Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.

Характеристики процессора

Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду.

Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления . Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.

Реферат по информатике

“Процессор”

Работу выполнил

Гулаков Филипп

Работу проверила

Куянцева Л.М.

п. Дружба 2007г


  1. Содержание ___________ 1
  2. Введение ____________2
  3. Процессор __________3
  4. Тактовая частота, Системная шина, Коэффициент умножения _________4 - 5
  5. Тип ядра и технологии производства_________6
  6. Отличия процессоров Pentium и Celeron, Athlon и Duron __________ 7
  7. Процессоры фирмы AMD их недостатки____________8

Введение

Я в этом реферате расскажу о том, что такое микро процессор, историю создания микро процессора, для чего он нужен, чем процессор одной фирмы отличается от другой.


Процессор

Микропроцессор - центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ (или вычислительной системы), которое выполняет арифметические и логические операции, заданные программой преобразования информации, управляет вычислительным процессом и координирует работу устройств системы (запоминающих, сортировальных, ввода - вывода, подготовки данных и др.). Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971году командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хопфом. Сегодня его имя стоит в ряду с именами величайших изобретателей всех времен и народов…Изначально процессор 4004 предназначался для… микрокалькуляторов и был изготовлен по заказу одной японской фирмы. К счастью, фирма эта обанкротилась, и в результате разработка перешла в собственность Intel. C этого момента и началась эпоха персональных компьютеров. Сегодняшние процессоры от Intel быстрее своего прародителя в более чем в десять тысяч раз! А любой домашний компьютер обладает мощностью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полётом космического корабля «Аполлон» к Луне. На первый взгляд, процессор – просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния (не зря его ещё называют «камень»). Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Точнее, вычислять, производя определённые математические операции с числами, в которые преображается любая поступающая в компьютер информация. Таких транзисторов в любом микропроцессоре многие миллионы. Сегодняшний процессор – это не просто скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств. На любом процессорном кристалле находятся:

Функции процессора:

Обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

Программное управление работой устройств компьютера

Устройство управления (УУ). Осуществляет координацию работы всех остальных устройств, выполняет функции управления устройствами, управляет вычислениями в компьютере.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Так называется устройство для целочисленных операций. Арифметические операции, такие как сложение, умножение и деление, а также логические операции (OR, AND, ASL, ROL и др.) обрабатываются при помощи АЛУ. Эти операции составляют подавляющее большинство программного кода в большинстве программ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отведенных ячейках АЛУ. В процессоре может быть несколько АЛУ. Каждое способно исполнять арифметические или логические операции независимо от других, что позволяет выполнять несколько операций одновременно. Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические действия. Логические операции делятся на две простые операции: «Да» и «Нет» («1» и «0»). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

AGU (Address Generation Unit) - устройство генерации адресов. Это устройство не менее важное, чем АЛУ, т.к. оно отвечает за корректную адресацию при загрузке или сохранении данных. Абсолютная адресация в программах используется только в редких исключениях. Как только берутся массивы данных, в программном коде используется косвенная адресация, заставляющая работать AGU.

Математический сопроцессор (FPU). Процессор может содержать несколько математических сопроцессоров. Каждый из них способен выполнять, по меньшей мере, одну операцию с плавающей точкой независимо от того, что делают другие АЛУ. Метод конвейерной обработки данных позволяет одному математическому сопроцессору выполнять несколько операций одновременно. Сопроцессор поддерживает высокоточные вычисления как целочисленные, так и с плавающей точкой и, кроме того, содержит набор полезных констант, ускоряющих вычисления. Сопроцессор работает параллельно с центральным процессором, обеспечивая, таким образом, высокую производительность. Система выполняет команды сопроцессора в том порядке, в котором они появляются в потоке. Математический сопроцессор персонального компьютера IBM PC позволяет ему выполнять скоростные арифметические и логарифмические операции, а также тригонометрические функции с высокой точностью.

Дешифратор инструкций (команд). Анализирует инструкции в целях выделения операндов и адресов, по которым размещаются результаты. Затем следует сообщение другому независимому устройству о том, что необходимо сделать для выполнения инструкции. Дешифратор допускает выполнение нескольких инструкций одновременно для загрузки всех исполняющих устройств.

Кэш-память. Особая высокоскоростная память процессора. Кэш используется в качестве буфера для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью, а также для хранения копий инструкций и данных, которые недавно использовались процессором. Значения из кэш-памяти извлекаются напрямую, без обращения к основной памяти. При изучении особенностей работы программ было обнаружено, что они обращаются к тем или иным областям памяти с различной частотой, а именно: ячейки памяти, к которым программа обращалась недавно, скорее всего, будут использованы вновь. Предположим, что микропроцессор способен хранить копии этих инструкций в своей локальной памяти. В этом случае процессор сможет каждый раз использовать копию этих инструкций на протяжении всего цикла. Доступ к памяти понадобиться в самом начале. Для хранения этих инструкций необходим совсем небольшой объём памяти. Если инструкции в процессор поступают достаточно быстро, то микропроцессор не будет тратить время на ожидание. Таким образом экономиться время на выполнение инструкций. Но для самых быстродействующих микропроцессоров этого недостаточно. Решение данной проблемы заключается в улучшении организации памяти. Память внутри микропроцессора может работать со скоростью самого процессора

Кэш первого уровня (L1 cache). Кэш-память, находящаяся внутри процессора. Она быстрее всех остальных типов памяти, но меньше по объёму. Хранит совсем недавно использованную информацию, которая может быть использована при выполнении коротких программных циклов.

Кэш второго уровня (L2 cache). Также находится внутри процессора. Информация, хранящаяся в ней, используется реже, чем информация, хранящаяся в кэш-памяти первого уровня, но зато по объёму памяти он больше. Также в настоящее время в процессорах используется кэш третьего уровня.

Основная память. Намного больше по объёму, чем кэш-память, и значительно менее быстродействующая. Многоуровневая кэш-память позволяет снизить требования наиболее производительных микропроцессоров к быстродействию основной динамической памяти. Так, если сократить время доступа к основной памяти на 30%, то производительность хорошо сконструированной кэш-памяти повыситься только на 10-15%. Кэш-память, как известно, может достаточно сильно влиять на производительность процессора в зависимости от типа исполняемых операций, однако ее увеличение вовсе не обязательно принесет увеличение общей производительности работы процессора. Все зависит от того, насколько приложение оптимизировано под данную структуру и использует кэш, а также от того, помещаются ли различные сегменты программы в кэш целиком или кусками.

Кэш-память не только повышает быстродействие микропроцессора при операции чтения из памяти, но в ней также могут храниться значения, записываемые процессором в основную память; записать эти значения можно будет позже, когда основная память будет не занята. Такая кэш-память называется кэшем с обратной записью (write back cache). Её возможности и принципы работы заметно отличаются от характеристик кэша со сквозной записью (write through cache), который участвует только в операции чтения из памяти.

  • Шина - это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой набор проводящих линий в печатной плате, провода, припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная шина). К шине может быть подключено много приемных устройств - получателей. Обычно данные на шине предназначаются только для одного из них. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю, когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными (т.е. осуществлять только либо передачу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять и то и другое). Однако самая быстрая процессорная шина не сильно поможет, если память не сможет доставлять данные с соответствующей скоростью.

Типы шин:

  1. Шина данных. Служит для пересылки данных между процессором и памятью или процессором и устройствами ввода-вывода. Эти данные могут представлять собой как команды микропроцессора, так и информацию, которую он посылает в порты ввода-вывода или принимает оттуда.
  2. Шина адресов. Используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.
  3. Шина управления. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).

BTB (Branch Target Buffer) - буфер целей ветвления. В этой таблице находятся все адреса, куда будет или может быть сделан переход. Процессоры Athlon еще используют таблицу истории ветвлений (BHT - Branch History Table), которая содержит адреса, по которым уже осуществлялись ветвления.

Регистры - это внутренняя память процессора. Представляют собой ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, а также внутренние носители информации микропроцессора. Регистр является устройством временного хранения данных, числа или команды и используется с целью облегчения арифметических, логических и пересылочных операций. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, «вырезать» отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.

Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

1. сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции.

2. счетчик команд - регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти.

3. регистр команд - регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные - для хранения кодов адресов операндов.

Тактовая частота.

Скорость работы – конечно же, именно на этот показатель мы обращаем внимание в первую очередь! Говоря о скорости процессора, подразумевается его тактовая частота. Это величина, измеряемая в мегагерцах (МГц), показывает, сколько инструкций способен выполнить процессор в течение секунды. Тактовая частота обознается цифрой в названии процессора (например, Pentium 4-2400, то есть процессор поколения Pentium 4 с тактовой частотой 2400 МГц или 2.4 ГГц).

Тактовая частота – бесспорно, самый важный показатель скорости работы процессора. Но далеко не единственный. Иначе как объяснить тот странный факт, что процессоры Celeron, Athlon и Pentium 4 на одной и той же частоте работают… с разной скоростью?

Здесь вступают в силу новые факторы.

Разрядность процессора

Разрядность – максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно.

До недавнего времени все процессоры были 32-битными (32-разрядными) эта разрядность была достигнута уже 10-ток лет назад. Долгое время не могли увеличить разрядность и за того что программы были адоптированы под старую 32-разрядную платформу. А поскольку покупатель смотрит в первую очередь на тактовую чистоту изготовители просто не видели нужды в таком переходе. Компания AMD выпустила в 2003 г. Первый 64-разрядный процессор Athlon 64.

Intel держался до последнего вплоть до 2005 г. Все процессоры Pentium 4 были по-прежнему 32-разрядными. Лишь в середине года когда на рынке появился новые модели процессора Pentium 4 серии 6xx вних в первые была встроена поддержка 64-разрядных инструкций.

Тип ядра и технологии производства

Ядром называют сам процессорный кристалл, ту часть, которая непосредственно является «процессором». Сам кристалл у современных моделей имеет небольшие размеры, а размеры готового процессора увеличиваются очень сильно за счет его корпусировки и разводки. Процессорный кристалл можно увидеть, например, у процессоров Athlon, у них он не закрыт. У P4 вся верхняя часть скрыта под теплорассеивателем (который так же выполняет защитную функцию, сам по себе кристалл не так уж прочен). Процессоры, основанные на разных ядрах, это можно сказать разные процессоры, они могут отличаться по размеру кэш памяти, частоте шины, технологии изготовления и т. п. В большинстве случаев, чем новее ядро, тем лучше процессор. В качестве примера можно привести P4, существуют два ядра - Willamette и Northwood. Первое ядро производилось по 0.18мкм технологии и работало исключительно на 400Mhz шине. Самые младшие модели имели частоту 1.3Ghz, максимальные частоты для ядра находились немного выше 2,2Ghz. Позже был выпущен Northwood. Он уже был выполнен по 0.13мкм технологии и поддерживал шину в 400 и 533Mhz, а также имел увеличенный объём кэш памяти. Переход на новое ядро позволил значительно увеличить производительность и максимальную частоту работы. Младшие процессоры Northwood прекрасно разгоняются, но фактически разгонный потенциал этих процессоров основан на более «тонком» техпроцессе.

Отличия процессоров Pentium и Celeron, Athlon и Duron

Процессор Celeron является бюджетной (урезанной) версией соответствующего (более производительного, но и значительно более дорогого) main-stream процессора, на основе ядра которого он был создан. У процессоров Celeron в два или в четыре раза меньше кэш памяти второго уровня. Так же у них по сравнению с соответствующими «родителями» понижена частота системной шины. У процессоров Duron по сравнению с Athlon в 4 раза меньше кэш памяти и заниженная системная шина 200МHz (266MHz для Applebred), хотя существуют и «полноценные» Athlon c FSB 200MHz. В ближайшее время Duron"ы на ядре Morgan совсем пропадут из продажи - их производство уже достаточно давно свернуто. Их должны заменить Duron на ядре Applebred, являющие собой ни что иное, как урезанные по кэшу AthlonXP Thoroughbred. Так же уже появились урезанные по кэшу Barton’ы, ядро которых носит название Thorton. Основные характеристики процессоров можно посмотреть в таблице в конце реферата. Есть задачи, в которых между обычными и урезанными процессорами почти нет разницы, а в некоторых случаях отставание довольно серьёзное. В среднем же, при сравнении с неурезанным процессором той же частоты, отставание это равно 10-30%. Зато урезанные процессоры имеют тенденцию лучше разгоняться из-за меньшего объёма кэш памяти и стоят при этом дешевле. Короче говоря, если разница в цене между нормальным и урезанным процессором значительная, то стоит брать урезанный. Хотя здесь необходимо отметить, что процессоры Celeron работают весьма плохо по сравнению с полноценными P4 - отставание в некоторых ситуациях достигает 50%. Это не касается процессоров Celeron D, в которых кэш второго уровня составляет 256 кбайт (128 кбайт в обычных Celeron) и отставание уже не такое страшное.

Процессоры AMD

Во-первых, у AXP (и Athlon 64) вместо частоты пишется рейтинг, т. е. например 2000+ процессор реально работает на частоте 1667Mhz, но по эффективности работы он соответствует Athlon (Thunderbird) 2000Mhz. Основным недостатком недавно считалась температура. Но последние модели (на ядрах Thoroughbred, Barton и т. д.) по тепловыделению сравнимы Pentium 4, ну а самые последние, на момент написания реферата, модели от Intel (P4 Extreme Edition) греются иногда и значительно больше. По надёжности процессоры теперь тоже не сильно уступают P4, они хоть и не могут пропускать такты (работать «вхолостую») при перегреве, но обзавелись встроенным термодатчиком (он хоть и появился ещё в ядре Palomino, но совсем немногие современные материнские платы умеют снимать показания с этого термодатчика). Тут следует заметить, что Athlon XP на ядре Barton обзавелись похожей функцией BusDisconnect - она «отключает» процессор от шины во время холостых тактов (простоя), но она фактически бессильна при перегреве от повышенной нагрузки - тут вся «ответственность» перекладывается на термоконтроль материнской платы. «Крепкость» кристалла (максимально допустимые пределы давления) хоть и повысилась, но из-за уменьшенной площади ядра фактически осталась прежней. Поэтому вероятность сгорания/повреждения кристалла хоть и стала меньше, но существует. А вот у Athlon 64 процессорный кристалл наконец-то был спрятан под теплорассеивателем (heat spreader), поэтому его повредить будет чрезвычайно сложно. Все «глюки» приписываемые AMD часто являются следствием неустановленных или неправильно установленных универсальных драйверов для чипсетов VIA (VIA 4 in 1 Service Pack) или драйверов чипcетов других производителей (AMD, SIS, ALi). Работают процессоры Atholn XP и Pentium 4 в разных приложениях очень по-разному. Например, в сложных математических вычислениях (3D моделирование, специализированные математические пакеты), архивации, кодировании в MPEG4, P4 часто «обыгрывает» AXP. Но есть и ряд программ, лучше работающих с AXP. В основном это - игры. Для обычного пользователя (играющего в игры) стоит ориентироваться именно на них, так как перекодировка в любом случае требует много времени, а играм, наоборот, необходимо провести все вычисления как можно быстрее. Уже выпущены процессоры AXP Barton с 400Mhz шиной и принципиально новые гибридные (32-х и 64-х битный процессор «в одном флаконе») K8.

Насколько хороши процессоры VIA C3?

Единственным их достоинством являются низкое тепловыделение. Рассеиваемая мощность у них 5-20 Ватт против 40-60 (в среднем) у AXP и P4. C3 совместимы с устаревшим (по мнению Intel) Socket 370, хотя не со всеми платами, например для нового ядра Nehemiah требуется поддержка Tualatin"а со стороны платы. По скорости они очень сильно уступают (до 50%, иногда даже больше) аналогичным по частоте процессорам Intel и AMD. Даже некоторые усовершенствования вроде поддержки SSE им ничего особо не дали. В продаже данных процессоров почти нет и я ничуть об этом не сожалею:). В случае если вам нужна тихая машина (такому процессору часто достаточно только радиатора), а скорость не важна, то можно взять. Теоретически они должны бы разгоняться неплохо (технология изготовления достаточно прогрессивная), но на практике этого не наблюдается - сказывается малый «запас прочности» и неэффективная проектировка ядра.

Hyper Threading.

Данная технология предназначена для увеличения эффективности работы процессора. По оценкам Intel, большую часть времени работает всего 30% всех исполнительных устройств в процессоре. Поэтому возникла идея каким-то образом использовать и остальные 70% (как вы уже знаете, Pentium 4, в котором применяют эту технологию, отнюдь не страдает от избыточной производительности на мегагерц). Суть Hyper Threading состоит в том, что во время исполнения одной «нити» программы, простаивающие исполнительные устройства могут перейти на исполнение другой «нити» программы. Т. е. получается нечто вроде разделение одного физического процессора на два виртуальных. Возможны и ситуации, когда попытки одновременного исполнения нескольких «нитей» приведут к ощутимому падению производительности. Например, из-за того, что размер кэша L2 довольно мал, а активные «нити» будут пытаться загрузить кэш. Возможна ситуация, когда борьба за кэш приведет к постоянной очистке и перезагрузке данных в нем (следовательно, будет падать скорость). Для использования данной технологии просто одного процессора с поддержкой Hyper Threading недостаточно, нужна поддержка со стороны материнской платы (чипсета). Очень важно помнить, что пока наблюдается отсутствие нормальной поддержки этой технологии со стороны операционных систем и, самое главное, необходимость перекомпиляции, а в некоторых случаях и смены алгоритма, приложений, чтобы они в полной мере смогли воспользоваться Hyper Threading. Тесты это доказывают, часто прироста в скорости нет, иногда наблюдается даже некоторое падение производительности. Хотя есть уже ряд приложений, в которых благодаря оптимизациям под HT есть сильный прирост в скорости. Посмотрим, что будет дальше.

Недавно появились новые процессоры семейства K8 и «в ответ» вышел P4

Extreme Edition (EE), что о них можно сказать?

P4 EE это по сути дела серверная версия P4 (Xeon на ядре Gallatin, «упакованный» в mPGA478), обладает всеми преимуществами обычных P4 с 800Mhz FSB, плюс к тому 2Mb кэша L3. Athlon 64 поддерживает 32/64-битные вычисления, имеет 1Mb L2 кэша, поддердку SSE2, встроенный контроллер поначалу одноканальной, позднее двухканальной DDR400 и 200MHz реальную частоту FSB. Отметим, что частота FSB в Athlon 64 системах имеет чисто формальное значение: фактически, это просто частота сигнала, относительно которого происходит вычисление рабочей частоты CPU и остальных компонентов системы. Athlon 64 FX произошел от серверного процессора Operton, а от Athlon 64 он отличается тем, что оборудован двухканальным контроллером буферизованной (registred) DDR400. Общая тенденция такая – Athlon 64 3200+ проигрывает P4 3200Mhz порядка 5% по производительности в среднем, хотя здесь следует учесть, что реальная частота процессора составляет порядка 2Ghz, получается, что процессор на 2Ghz с лихвой тягается с процессором на 3.2Ghz! Топовые на данный момент процессоры P4 EE и Athlon 64 FX идут вровень, если усреднить результаты тестов. А если сравнивать Athlon 64 3200+ c обычным Athlon 3200+, то первый почти всегда (за исключением кодирования mp3:)) быстрей на 10-40%. А теперь немного по поводу 64-х битности. На данный момент проку от её поддержки у Athlon 64 практически нет, реальных приложений, пригодных для использования обычными пользователями, почти нет. Microsoft вот-вот выпустит 64-х битную ОС, подходящую для обычных пользователей. Существующий 64-х битный Linux в данном случае не подходит. Самое неприятное, что все приложения также потребуют доработки для использования всей «мощи» новых процессоров.

Введение.

Процессор является основным «мозговым» узлом, в задачу которого входит исполнение программного кода, находящегося в памяти. В настоящее время под словом «процессор» подразумевают микропроцессор – микросхему, которая, кроме собственного процессора может содержать и другие узлы – например кэш-память. Процессор в определённой последовательности выбирает из памяти инструкции и исполняет их. Инструкции процессора предназначены для пересылки, и обработки анализа данных, расположенных в пространствах памяти и портов ввода/вывода, а также организации ветвлений и переходов в вычислительные процессоры. В компьютер и обязательно должен присутствовать центральный процессор, (CPU – CentralProcessingUnit)который исполняет основную программу. В многопроцессорной системе функции центрального процессора распределяются между несколькими обычно идентичными процессорами для повышения общей производительности системы, а один из них назначается главным. В помощь центральному процессору в компьютер часто вводят сопроцессоры , ориентированные на эффективное исполнение на каких-либо специфических функций. Широко распространены математические сопроцессоры , эффективно обрабатывающие числовые данные в формате с плавающей точкой; графические сопроцессоры , выполняющие геометрические построения и обработку графических изображений: сопроцессоры ввода/вывода , разгружающий центральный процессор от не сложных, но многочисленных операций взаимодействия с периферийными устройствами. Возможно и другие сопроцессоры, но все они несамостоятельны – исполнение основного вычислительного процессора осуществляется центральным процессором, который в соответствии с программой выдает «задания» сопроцессорам на исполнение их «партий».

1. Процессоры. Назначение. Основные характеристики.

Центральный процессор.

Центральный процессор (ЦП) – функционально-законченное программно - управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС. В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур:

· Полная система команд переменной длины – ComplexInstructionSetComputer (CISC);

· Сокращенный набор команд фиксированной длины - ReducedInstructionSetComputer (RISC).

Весь ряд процессоров фирмы Intel, устанавливаемых в персональные компьютеры IBM, имеют архитектуру CISC, а процессоры Motorola, используемые фирмой Apple для своих персональных компьютеров, имеют архитектуру RISC. Обе архитектуры имеют свои преимущества и недостатки. Так CISC – процессоры имеют обширный набор команд (до 400), из которых программист может выбрать команду, наиболее подходящую ему данном случае. Недостатком этой архитектуры является то, что большой набор команд усложняет внутреннее устройство управления процессором, увеличивает время исполнения команды микропрограммном уровне. Команды имеют различную длину и время исполнения.

RISC – архитектура имеет ограниченный набор команд и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. К недостаткам RISC – архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.

Упрощенная схема процессора, отражающая основные особенности архитектуры микроуровня, приведена на рис.1. Наиболее сложным функциональным устройством процессора является устройство управления выполнением команд. Оно содержит

Шина шина шина

Адреса данных управ-

· Буфер команд , который хранит одну или несколько очередных команд программы; читает следующие команды из запоминающего устройства, пока выполняется очередная команда, уменьшая время ее выборки из памяти;

· Дешифратор команд расшифровывает код операции очередной команды и преобразует его в адрес начала микропрограммы, которая реализует исполнение команды;

· Управление выборкой очередной микрокоманды представляет собой небольшой процессор, работающий по принципу фон Неймана, имеет свой счетчик микрокоманд, который автоматически выбирает очередную микрокоманду из ПЗУ микрокоманд;

· Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микрокоманд – это запоминающее устройство, в которое информация записывается однократно и затем может только считываться; отличительной особенностью ПЗУ является то., что записанная в него информация сохраняется сколько угодно долго и не требует постоянного питающего напряжения.

Поступивший от дешифратора команд адрес записывается в счетчик микрокоманд устройства выборки, и начинается процесс обработки последовательности микрокоманд. Каждый разряд микрокоманды связан с одним управляющим входом какого- либо функционального устройства. Так, например, управляющие входы регистра хранения «Сброс», «запись», «Чтение» соединены с соответствующими разрядами микрокоманды. Общее число разрядов микрокоманды может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч и равно общему числу управляющих входов всех функциональных устройств процессора. Часть разрядов микрокоманды подается на устройство управления выборкой очередной микрокоманды и используется для организации условных переходов и циклов, так как алгоритмы обработки команд могут быть достаточно сложными.

Выборка очередной микрокоманды осуществляется через определенный интервал времени, который, в свою очередь, зависит от времени выполнения предыдущей микрокоманды. Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора. Тактовая частота является важной характеристикой процессора, так как определяет скорость выполнения процессором команд, и, в конечном итоге, быстродействие процессора.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ состоит из нескольких специальных регистров, полноразрядного суммарного и схем местного управления.

Регистры общего назначения (РОН) используются для временного хранения операндов исполняемой команды и результатов вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов ввода-вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним устройствам. Необходимо отметить, что если операнды команды хранятся в РОН, то время выполнения команды значительно сокращается. Одна из причин, почему программисты иногда обращаются к программированию на языке машинных команд, это наиболее полное использование РОН для получения максимального быстродействия при выполнение программ, критичных по времени.

Рассмотрим кратко характеристики процессоров, используемых в современных ПК типа IBMPC. Процессоры для этих ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь является фирма Intel. Ее последней разработкой является процессор IntelCore, выпуск которого начат в начале 2006 г.. К основным особенностям архитектуры IntelCore можно отнести следующие:

Имеет специальный внутренний КЭШ размером 2 Мбайта;

Добавлена арбитражная шина, которая уменьшает нагрузку системной шины;

Внутренняя микроархитектура процессора базируется на двух ядрах – параллельно работающих конвейерах команд (суперскалярная архитектура), которые исполняют сразу несколько команд в 12 разных фазах обработки(чтение, дешифрация, загрузка операндов, исполнение и т.д.). Конвейеры заканчиваются двумя АЛУ:АЛУ, работающим на удвоенной частоте процессора для коротких арифметических и логических команд, и АЛУ для выполнения медленных команд;

Введено управление питанием ядра, которое включает в себя блок температурного контроля, способный управлять отдельно питанием каждого ядра.

Фирма AMD( Advanced Micro Devices ) выпускает процессоры, совместимые по системе команд с IntelPentium 4 – Athlon (К7). Этот процессор выполнен по суперскалярной архитектуре с тремя конвейерами команд, работающими параллельно и способными обрабатывать до девяти инструкции за один цикл работы процессора. Тестирование процессора К7 и его сравнение с Pentium4показывает, что К7 не уступает ему и даже превосходит его в некоторых случаях. Стоимость процессора Athlon на 20 – 30% дешевле процессора Intel. Процессор К7 требует для своей работы собственной шины, несовместимой с шиной процессора Pentium4. Поэтому замена одного типа процессора другим требует и замены системной платы, на которой расположен набор микросхем основных функциональных устройств ПК.

2. Поколение процессора .

В IBM-совместимых ПК применяются процессоры (CPU – CentralProcessorUnit), совместимые с семейством 80х86 фирмы Intel. В оригинальной IBMPC использовался процессор 8088 с 16-разрядные (386,486, Pentium, PentiumPro) и с 64-разрядным расширением MMX, включают в себя подмножества системы команд и архитектуры нижестоящих моделей, обеспечивая совместимость с ранее написанным ПО. Несмотря на то что с 1995 – 96 годов «рядовым» процессором стал Pentium, обрастающий всякими расширениями, процессор 8088 заслуживает отдельного внимания, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, с него-то и началось массовое PC-строение, в том числе и в нашей стране (хотя всемирный «бум» пришелся на процессоры 80286). Во-вторых, из знания его характерных свойств приходит понимание ряда особенностей процессоров, в том числе пятого и шестого поколения.

Процессоры от 8088 до Pentium, применяемые в PC, являются однокристальными микропроцессорами – собственно процессор располагается на одном кристалле в одном корпусе (микросхеме). Процессор Pentium2,строго говоря, однокристальным не является – здесь кристалл процессора и несколько кристаллов вторичного кэша собраны на общем картридже, хотя для потребителей это не так и существенно – все функции выполняют одно изделие. В зависимости от сложности процессора (числа выводов), его рассеиваемой мощности и назначения применяются различные типы корпусов:

DIP – DualIn- linePackage, керамический корпус с двухрядным расположением штырьковых выводов;

PGA – PinGridArray, керамический корпус с матрицей штырьковых выводов;

PQFP – PlasticQuadFlatPack, пластиковый корпус с выводами по сторонам квадрата;

SPGA – StaggeredPGA, корпус с шахматным расположением выводов;

SQFP – SmallQuadFlatPack, миниатюрный корпус с выводами по сторонам квадрата

PPGA – PlasticPinGridArray, термоустойчивый пластмассовый корпус SPGA;

TCP – TapeCarrierPackage, миниатюрный корпус с расположенными по периметру ленточными выводами;

S.E.C.C. – SingleEdgeConnectorCartridge, картридж процессора Pentium 2 – печатная плата с краевым разъездом, на котором смонтированы кристаллы процессора, кэш-памяти, охлаждающий радиатор и вентилятор.

Процессоры в корпусах DIP занимали много места, на их смену пришли компактные корпуса PGA, PPGAи SPGA, которые обычно устанавливаются в ZIFsocket (ZeroInsertionForce) – колодка (сокет) с нулевым усилием вставки. Корпуса PQFP, SQFP предназначены для установки в специальные колодки или припаивания к плате. Самые компактные из многоконтактных, корпусах ТСР предназначены для припаивания к системной плате портативных систем.

3.Память процессоров.

Памятьпроцессора предназначена для кратковременного и долговременного хранения информации – кодов команд и данных. Информация в памяти хранится в двоичных кодах, каждый бит – элементарная ячейка - может принимать значение «0» или «1». Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, однозначно ее идентифицирующий в определенной системе координат. Минимальной адресуемой единицей хранения информации в памяти обычно является байт, состоящий, как правило, из 8 бит.

Существуют процессоры и компьютеры с разрядностью обрабатываемого слова не кратной 8 (например, 5, 7, 9…), и их байты не восьмибитные, но в мире РС столкновение с ними маловероятно. Также в некоторых системах (обычно коммуникационных) совокупность восьми соседних бит данных называют октетом. Название «октет» обычно подразумевает, что эти 8 бит не имеют явного адреса, а характеризуются только своим местоположением в длинной цепочке бит.

Со временем появления больших (по размерам) компьютеров сложилось деление памяти на внутреннюю и внешнюю. Под внутренней подразумевается память, расположенная внутри процессорного «шкафа» (или плотно к нему примыкающая). Сюда входила и электронная и магнитная память (на магнитных сердечниках). Внешняя память предоставляла собой отдельные устройства с подвижными носителями – накопители на магнитных дисках (а сначала – на барабанах) и ленте. Со временем все устройства компьютера удалось поселить в один небольшой корпус, и прежнюю классификацию памяти применительно к РС можно переформулировать так:

· Внутренняя память – электронная (полупроводниковая) память, устанавливаемая на системной плате или на платах расширения;

· Внешняя память – память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижным носителями. В настоящее время сюда входят устройства магнитной (дисковой и ленточной) памяти, оптической и магнитооптической памяти. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах, достигающих иногда и размеров небольшого шкафа.

Для процессора непосредственно доступной является внутренняя память, доступ к которой осуществляется по адресу, заданному программой. Для внутренней памяти характерен одномерный (линейный) адрес, который представляет собой одно двоичное число определенной разрядности. Внутренняя память подразделяется на оперативную, информация в которой может изменятся процессором в любой момент времени, и постоянную, информацию которой процессор может только считывать. Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и оперативную память называют памятью с произвольным доступом – RandomAccessMemory (RAM) – в отличие от постоянной памяти (ReadOnlyMemory,ROM). Внешняя память адресуется более сложным образом – каждая ее ячейка имеет свой адрес внутри некоторого блока, который, в свою очередь, имеет многомерный адрес. Во время физических операций обмена данными блок может быть считан или записан только целиком.

4. Маркировка. Основные проектировщики и производители.

Процессоры фирм AMD, IBM, Cyrix и Texas Instruments.

Фирма AMD традиционно выпускает процессоры, совместимые с передовыми моделями от Intel. Эти процессоры обычно появляются несколько позже, но вбирают в себя достижения, реализованные Intel в более поздних моделях. Процессоры класса 486 фирмы AMD совместимы с моделями Intel.Наибольший интерес представляют процессоры семейства EnhancedAm486® и Am5X86тм, представляющие вершину достижений, реализованных в рамках шины 486 процессора (PentiumOverDrive, конечно, их несколько превосходит, но его цена менее привлекательна). Их отличие экономичность потребления – питание пониженным напряжением, наличие развитых средств SMM и управления потреблением, более широкое применение политики обратной записи первичного кэша.

Процессоры используют умножение частоты на коэффициент 2,3 и даже 4, который может снижаться заземлением вывода CLKMUL.

Процессоры имеют возможность снижения энергопотребления в нерабочем режиме (аналогичные средства появились в процессорах Pentium начиная только со 2-го поколения). По сигналу STOPCLK# процессор выгружает буферы записи и входит в режим StopGrant, в котором прекращается тактирование большинства узлов процессора, что вызывает снижение потребления. В этом состоянии он прекращает исполнение инструкций и не обслуживает прерывания, но продолжает слежение за шиной данных, отслеживание кэш-попадания. Из этого состояния процессор выходит по снятию сигнала STOPCLK#, совместно с использованием режима SMM, реализует механизм расширенного управления питания APM(AdvancedPowerManagement).

В состояние пониженного потребления AutoHALTPowerDowen процессор переходит при исполнении инструкции HALT. В этом состояние процессор реагирует на все прерывания и также продолжает слежение за шиной.

Из состояния StopGrant остановкой внешней синхронизации процессор можно перевести в режим StopClok, в котором он потребляет минимальную мощность. В этом режиме он не выполняет никаких функций, но при возобновление синхронизации вернется в состояние StopGrant, из которого можно выйти в нормальный режим работы.

Расширенные средства SMM, реализованные в процессоре, поддерживают рестарт инструкций ввода/вывода и изменение базового адреса SMRAM.

Процессоры EnhancedAm486 имеют обозначения вида

A80486 DX4 – 120 ля названия (слева направо) расшифровываются следующим образом:

Типакорпуса: A=PGA-186, S=SQFP-208.

Типа устройства: 80486 Am486.

Версия: DX4 = с устроением частоты и FPU, DX2 = с удвоением частоты и FPU.

Частота (внутренняя), МГц: 120, 100, 80, 75 или 66.

Семейство: S = ENHANCED(с расширенными возможностями).

Напряжение питания: V = питание 3,3 В, входы допускают уровень сигнала 5 В.

Размер кэша: 8 = 8 Кбайт.

Типкэша: В = Write Back.

Эти процессоры могут устанавливать практически в любые системные платы с сокетами 1, 2 или 3, имеющими регулятор напряжения питания процессора, обеспечивающий номинальное напряжение 3,3 В. Платы, не поддерживающие расширенный режим шины, будут использовать процессоры только в режиме сквозной записи кэша. Более современные платы реализуют все преимущества данных процессоров.

Процессоры Am5x86-P75, они же AMD-X5-133 – самые высокопроизводительные процессоры класса 486 – имеют иную систему обозначения. Здесь надпись вида AMD-X5 – 133 ADWрасшифровывается следующим образом:

AMD-X5 – обозначение процессора с учетверением частоты.

Частота (внутренняя) - 133 МГц.

Типкорпуса: A=PGA-168, S=SQFP-208.

Напряжение питания: D = 3,45 B, F = 3,3 B.

Допустимая температура корпуса: W=55 o C, Z=85 o C.

Хотя эти процессоры по интерфейсу идентичны процессорам EnhancedAm486, их удается использовать далеко не на всех системных платежах 486. Иногда причина кроется в версии BIOS, замена которой приводит к желаемому результату. Иногда приходится снижать коэффициент умножения (если на плате есть джампер, позволяющий подать низкий уровень на вывод CLIKMUL). Правда, при этом процессор становится аналогом DX-100 или DX4-120 в зависимости от выбранной входной частоты.

Кроме процессоров Intelи AMD, с шиной 486процессора имеются продукты и других фирм. К ним относятся следующие:

Процессоры фирмы Cyrix :

Cx486DX имеет по сравнению с другими более эффективный FPU.Процессоры Cx486DX2-66 и Cx486DX4-100 имеют кэш с обратной записью (WB), по параметрам близки к соответствующим моделям AMD.

CYRIX 5x86-100 и 5x86-120 по внутренней архитектуре приближаются к пятому поколению (имеют, например, динамическое предсказание ветвлений), но внешнюю шину 486 процессора с расширенным режимом (кэш работает с обратной записью). Их производительность существенно выше 486-х процессоров Intel и AMD с такими же тактовыми частотами. Проблемы с установкой этого процессора обычно связана с отсутствием его поддержкой конкретной версией BIOS. Кроме того, с этим процессором могут «зависать» некоторые программы, в частности написанные с помощью системы Clipper. Фирма Cyrix объясняет это явление тем, что задержки, реализованные на программных циклах, в этом процессоре будут иметь существенно меньше значение, чем в процессорах четвертого поколения (обратная сторона предсказаний ветвлений). Для «лечения» этого «недуга» предлагаются специальные программы-замедлители, очевидно, отключающие архитектурные «излишества», а, к примеру, для использования пакета 3D-Studio с данным процессорам предлагаются Patch-файлы («заплатки»).

Процессоры фирмы IBM .

486BL2, 486Bl3 (BlueLighting- молния) – вариант 486SX с 2-3-кратным умножением частоты без BurstMode, питание 3,3 В и пониженное потребление. За звучным названием не стоят какие-либо серьезные преимущества.

Несмотря на обозначение, процессоры 486SLCи 486DLC предназначены для замены 386SX и 386DX соответственно – их корпус и интерфейс к стандартной шине 486 процессоров отношения не имеют.

Процессоры фирмы Texas Instruments .

TIDX2-80 и TIDX4-100 близки к аналогичным 486-м процессорам AMD.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Центральный процессор (ЦП) – функционально-законченное программно - управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС. . Процессор в определённой последовательности выбирает из памяти инструкции и исполняет их

В многопроцессорной системе функции центрального процессора распределяются между несколькими обычно идентичными процессорами для повышения общей производительности системы, а один из них назначается главным.Характеристика процессоров, используемых в современных ПК типа IBMPC, процессоры для этих ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь является фирма Intel. Ее последней разработкой является процессор IntelCore, выпуск которого начат в начале 2006 г.

Фирма Intel поставляет упрощенные варианты процессоров Pentium 4 под названием Celeron, который в два раза дешевле базового варианта процессора. Но следует отметить, что последние модели процессоров Celeron ни в чем не уступают «старшему брату» и даже в некоторых случаях превосходят его.

Процессоры имеют возможность снижения энергопотребления в нерабочем режиме (аналогичные средства появились в процессорах Pentium начиная только со 2-го поколения).

Список использованной литературы.

1. Воройский Ф. С. Информатика. Энциклопедия словарь справочник: введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 768 с.

2. Гридина Е. А. Современный русский язык. Словообразование: теория, алгоритмы анализа, тренинг. Учебное пособие/ Т. А. Гридина, Н. И. Коновалова. – 2-е изд. – М.: Наука: Флинта, 2008. – 160 с.

3. Магилев П. К. Практикум по информатике,-Изд. 2-е,2005

4. Маккормик Д. Сикреты работы в Windows, Word, WordExcel. Полное руководство для начинающих: Пер. с англ.И. Тимонина. – Харьков: «Книжный клуб“ Клуб семейного доступа”», 2008ю – 240 с.:ил.

5. Макарова, Информатика. Практикум по технологии работы на компьютере.- Под редакцией/ Макаровой,-Изд. 3-е, 2005.

6. Соболь Б. В. Информатика: учебник / Б. В. Соболь и др.-Изд. 3-е, допол. и перераб. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 446 с.

7. Этимологический словарь русского языка для школьников и студентов. Более 1000 слов/ Сост. Е. Грубен. – М.: ЛОКИД – пресс, 2007. – 576 с.

8. Ягудин Р. М. Русский язык. Грамматика. Орфография. Пунктуация. : Справ. – 4-е издание, стер. – Уфа: Башкортостан, 2005. -280 с.