Сообщение о процессоре по информатике. Реферат на тему «Процессоры

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….
Процессоры. Назначение. Основные характеристики.............................
2. Поколение процессора ………………………………………………….
3. Память процессора…………………………….…………………………
4. Маркировка. Основные проектировщики и производители……………
Заключение …………………………………………………………………...
Список Использованной Литературы.……………………………….…….

СОДЕРЖАНИЕ

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 – Central Processing Unit)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 – Complex Instruction Set Computer (CISC);

Сокращенный набор команд фиксированной длины - Reduced Instruction Set Computer (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

Регистр общего назначения
Управление выборкой очередной микрокоманды
микрокоманд
Дешифратор

Контроллер

Шина шина шина

Адреса данных управ-

Рис.1

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 IBM PC. Процессоры для этих ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь является фирма Intel. Ее последней разработкой является процессор Intel Core, выпуск которого начат в начале 2006 г.. К основным особенностям архитектуры Intel Core 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 Intel Pentium 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 Pentium 4показывает, 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 Pentium 4. Поэтому замена одного типа процессора другим требует и замены системной платы, на которой расположен набор микросхем основных функциональных устройств ПК.

Поколение процессора .

В IBM-совместимых ПК применяются процессоры (CPU – Central Processor Unit), совместимые с семейством 80х86 фирмы Intel. В оригинальной IBM PC использовался процессор 8088 с 16-разрядные (386,486, Pentium, Pentium Pro) 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 Pentium 2,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 – Dual In- line Package, керамический корпус с двухрядным расположением штырьковых выводов;

PGA – Pin Grid Array, керамический корпус с матрицей штырьковых выводов;

PQFP – Plastic Quad Flat Pack, пластиковый корпус с выводами по сторонам квадрата;

SPGA – Staggered PGA, корпус с шахматным расположением выводов;

SQFP – Small Quad Flat Pack, миниатюрный корпус с выводами по сторонам квадрата

PPGA – Plastic Pin Grid Array, термоустойчивый пластмассовый корпус SPGA;

TCP – Tape Carrier Package, миниатюрный корпус с расположенными по периметру ленточными выводами;

S.E.C.C. – Single Edge Connector Cartridge, 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, PPGA и SPGA, которые обычно устанавливаются в ZIF socket (Zero Insertion Force) – 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 – Random Access Memory (RAM) – в отличие от постоянной памяти (Read Only Memory,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 Enhanced Am486® и Am5X86 тм, представляющие вершину достижений, реализованных в рамках шины 486 процессора (Pentium OverDrive, 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 Stop Grant, 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(Advanced Power Management).

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

Из состояния Stop Grant остановкой внешней синхронизации процессор можно перевести в режим Stop Clok, в котором он потребляет минимальную мощность. В этом режиме он не выполняет никаких функций, но при возобновление синхронизации вернется в состояние Stop Grant, 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 Enhanced Am486 имеют обозначения вида

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

Типа корпуса: 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.

Тип кэша: 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 A D W расшифровывается следующим образом:

AMD-X5 – обозначение процессора с учетверением частоты.

Частота (внутренняя) - 133 МГц.

Тип корпуса: 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 Enhanced Am486, 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 Intel и 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 (Blue Lighting - молния) – вариант 486SX с 2-3-кратным умножением частоты без Burst Mode, питание 3,3 В и пониженное потребление. За звучным названием не стоят какие-либо серьезные преимущества.

Несмотря на обозначение, процессоры 486SLC и 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 IBM PC, процессоры для этих ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь является фирма Intel. Ее последней разработкой является процессор Intel Core, 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.

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

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.

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

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

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

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

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

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

Что такое процессор?

Процессор (от - обрабатывать ) - устройство или программа, целью которых является обработка (процесс) чего-то (объекта, процесса).

Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.

Какие параметры отличают один процессор от другого. Это прежде всего тактовая частота, разрядность, рабочее напряжение, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и Скачать и читать Что такое процессор?

Презентация по биологии - Кишечнополостные

В презентации :
1.Где обитают кишечнополостные?
2.Чем кишечнополостные похожи на губок?
3.Почему их так называют?
Скачать и читать Презентация по биологии - Кишечнополостные

Презентация по биологии, условия прорастания семян и значение зародыша семени

Презентация по биологии - Условия прорастания семян

В настоящем времени трудно назвать те области человеческой деятельности, успехи в которых не были бы связаныс использованием компьютера. Сфера применения компьютера постоянно расширяется, существенно влияя на развитие производительных сил нашего общества. Непрерывно изменяются технико-экономические характеристики компьютера, например, такие, как быстрота действия, ёмкость памяти, надёжность в работе, стоимость, удобства в эксплуатации, габаритные размеры, потребляемая мощность и др. В широком понимании всякийкомпьютер рассматривается как преобразователь информации. При этом под информацией понимается различные сведения о тех или иных явлениях природы, событиях общественной жизни или процессах, протекающих в технических устройствах. Все персональные компьютеры и растущее число наиболее современного оборудования работают на специальной электронной схеме, названной микропроцессором. Часто его называют компьютер в чипе. Современный микропроцессор- это кусочек кремния, который был выращен в стерильных условиях по специальной технологии.

В данной работе мною изложены основные теоретические сведения о логическом устройстве микропроцессора, его предназначении и принципах работы.

Основные понятия
Микропроцессор - это программно управляемое устройство предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессами этой обработки, выполненной в виде одной или нескольких интегральных схем с высокой степенью интеграции электронных компонентов.

Микропроцессорный комплект - это набор микросхем необходимых для реализации одного функционально завершённого вычислительного устройства.

Архитектура МП - это совокупность аппаратных, микропрограммных и программных средств, определяющая технические, эксплутационные характеристики.

Микропроцессорная система - это управляемая и контрольно - измерительная система, обрабатывающим элементом в которой является микропроцессор.*

В состав микропроцессорной системы входит микропроцессор (центральный элемент), который может быть реализован в виде одной СБИС либо в виде одной платы на которой микропроцессор будет собран из БИС, входящих в единый микропроцессорный комплект. Микропроцессор МПС выполняет две функции:

1 - служит центральным устройством управления

2 - выполняет арифметико - логическое преобразование данных.

Память МПС имеет иерархическую структуру. Она делится на внутреннюю (ОЗУ, ПЗУ и КЭШ-память) и внешнюю (накопители на магнитных носителях, на магнитных лентах, жёсткие диски, флоппи диски).

Устройство ввода - для передачи информации из вне в регистры МП или память (клавиатура, различные датчики)

Устройство вывода - принимающее информацию из регистра МП или памяти МПС.

Все устройства, входящие в состав МПС имеют стандартный интерфейс, через который они подключаются к магистрали. Стандартный интерфейс во всех узлах представлен следующими магистралями: МУ - магисталь управления, МА - магистраль адреса, МД - магистраль данных.

Описание и назначение процессоров

Определение 1

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.

Замечание

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.

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 память ю) 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 .

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.

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

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

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.

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;

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.

· 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 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.

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.

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 :

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

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.

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.