Функціі центрального мікропроцесора. Компоненти процесора.Характеристики процесорів

Центральный процессор- это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии.

В состав центрального процессора входят:

· устройство управления (УУ);

· арифметико-логическое устройство (АЛУ);

· запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора;

· генератор тактовой частоты (ГТЧ).

Устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы.

Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.

Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.

Генератор тактовой частотыгенерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор.

К основным характеристикам процессора относятся:

· Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число операций процессора в секунду.

· Тактовая частота в МГц. Тактовая равна количеству тактов в секунду. Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи следующего. Характерные тактовые частоты микропроцессоров: 40 МГц, 66 МГц, 100 МГц, 130 МГц, 166 МГц, 200 МГц, 333 МГц, 400 МГц, 600 МГц, 800 МГц, 1000 МГц и т. д. До 3ГГц Тактовая частота отражает уровень промышленной технологии, по которой изготавливался данный процессор. Она также характеризирует и компьютер, поэтому по названию модели микропроцессора можно составить достаточно полное представление о том, к какому классу принадлежит компьютер. Поэтому часто компьютерам дают имена микропроцессоров, входящих в их состав. Ниже приведены названия наиболее массовых процессоров, выпущенных фирмой Intel и годы их создания: 8080 (1974 г.), 80286 (1982 г.), 80386DX (1985 г.), 80486DX (1989 г.), 80586 или Pentium (1993 г.), Pentium Pro (1995 г.), Pentium II (1997 г.), Pentium III (1999 г.), Pentium IV (2001 г.). Как видно, увеличение частоты – одна из основных тенденций развития микропроцессоров. На рынке массовых компьютеров лидирующее место среди производителей процессоров занимают 2 фирмы: Intel и AMD. За ними закрепилось базовое название, переходящее от модели к модели. У Intel – это Pentium и модель с урезанной кэш-памятью Pentium Celeron; у AMD – это Athlon и модель с урезанной кэш-памятью Duron.

· Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например, если регистр имеет разрядность 2 байта, то разрядность процессора равна 16 (2x8); если 4 байта, то 32; если 8 байтов, то 64.

Для пользователей процессор интересен прежде всего своей системой команд и скоростью их выполнения. Система команд процессора представляет собой набор отдельных операций, которые может выполнить процессор данного типа. Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Для математических вычислений к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Начиная с модели 80486DX процессор и сопроцессор выполняют на одном кристалле.

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени.

Компьютеры используют несколько видов памяти, различающихся назначением, длительности хранения информации, размером, быстродействием и другими параметрами.

Оперативная память (ОП или RAM ¾ ¾ Random Access Memory) ¾ набор микросхем, предназначенный для временного хранения данных, пока ПК включен или пока вы не завершили сеанс. При работе ПК в ОП загружаются операционная система, программа и данные, с которыми вы работаете.

Постоянная память (ПЗУ – постоянное запоминающее устройство) обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором различных программ. Постоянная память энергонезависимая, т.е. может хранить информацию и при отключенном питании. Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации делятся на масковые, программируемые изготовителем ¾ (ROM ¾ Read Only Memory), однократно программируемые пользователем (Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние, в свою очередь, подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения. К элементам EPROMс электрическим стиранием информации относятся, например, микросхемы флеш-памяти (flash). От обычных EPROM они отличаются высокой скоростью доступа и быстрым стиранием записанной информации. Данный тип памяти сегодня широко используется для хранения BIOS и другой постоянной информации.

Кэш - память (Cache) является буфером между ЦП и оперативной памятью и служит для увеличения быстродействия компьютера. Информация в нее записывается аппаратными средствами автоматически. Необходимость применения кэш-памяти обусловлена тем, что процессор может обрабатывать данные намного быстрее, чем их поставляют большинство систем памяти. Когда это происходит, процессор простаивает, не используя свои возможности на полную мощность. Кэш-память второго уровня, расположенная на материнской плате, может существенно ускорить работу процессора. Объем кэш-памяти, что обеспечивает хорошую производительность ПК составляет 256 Кб-512 Кб, серверы могут иметь кэш-память второго уровня 2 и более Мб

CMOS (Complementory Metal Oxide Semiconductor) – память предназначена для хранения наиболее важной информации о параметрах настройки компьютера. В ней запоминается пароль пользователя, если он был установлен, текущее время и дата. Для питания этой памяти при выключении компьютера предусмотрена специальная батарея, или аккумулятор. Доступ к содержимому CMOS памяти выполняет с помощью команд BIOS. CMOS можно скорректировать.

Технічну основу забезпечення інформаційних технологій складають засоби комп’ютерної техніки, засоби комунікаційної техніки і засобу організаційної техніки.

Засоби комп’ютерної техніки складають базис всього комплексу технічних засобів інформаційних технологій і призначені перш за все для обробки і перетворення різних видів інформації, використовуваної в управлінській діяльності.

Засоби комунікаційної техніки забезпечують одну з основних функцій управлінської діяльності - передачу інформації в рамках системи управління і обмін даними із зовнішнім середовищем, і припускають використання різноманітних методів і технологій, зокрема із застосуванням комп’ютерної техніки.

Засоби організаційної техніки призначені для механізації і автоматизації управлінської діяльності у всіх її проявах.

Обчислювальна техніка пройшла ті ж історичні етапи еволюції, які пройшли і всі інші технічні пристрої: від ручних пристосувань до механічних пристроїв і далі до гнучких автоматичних систем. Сучасний комп’ютер — це прилад. Його принцип дії — електронний, а призначення — автоматизація операцій з даними. Гнучкість автоматизації заснована на тому, що операції з даними виконуються по наперед заготовленим і легко змінюваним програмам. Універсальність комп’ютерів заснована на тому, що будь-які типи даних представляються в нім за допомогою універсального двійкового кодування.

У вітчизняній і зарубіжній літературі існує достатньо багато систем класифікації комп’ютерів, розглянемо наступні з них: класифікація за призначенням; по специфікації PC99; по рівню спеціалізації; за розміром. Всі види класифікацій достатньо умовні, оскільки інтенсивний розвиток технологій приводить до розмивання меж між різними класами комп’ютерів.

Класифікація за призначенням. За цим принципом виділяють:

· Мейнфрейми (великі ЕОМ);

· Міні ЕОМ;

· Настільні персональні комп’ютери;

· Робочі станції;

· Сервери початкового і високого рівня;

· Суперкомп’ютери.

Мейнфрейми (Mainframe). Це розраховані на багато користувачів обчислювальні системи, що мають центральний блок з великою обчислювальною потужністю і значними інформаційними ресурсами, до якого приєднується велике число робочих місць з мінімальною оснащеністю (відеотермінал, клавіатура, миша). Їх застосовують для вирішення наукових, військових завдань, що вимагають обробки дуже великих масивів даних, такі комп’ютери можуть обслуговувати цілі галузі народного господарства. Швидкодія мейнфреймів складає мільйони операцій в секунду, оперативна пам’ять - один і більш Гігабайт.

Міні ЕОМ. Від великих комп’ютерів комп’ютери цієї групи відрізняються меншими розмірами, меншою продуктивністю і вартістю. Такі комп’ютери використовуються крупними підприємствами, науковими установами, банками.

Персональні комп’ютери (ПК). Багато сучасних моделей персональних комп’ютерів перевершують великі ЕОМ 70-х років, міні ЕОМ 80-х років. ПК застосовуються для вирішення завдань автоматизації управління підприємствами, автоматизації учбового процесу, індивідуальної роботи користувача. Особливо широку популярність ПК отримали у зв’язку з бурхливим розвитком мережі Інтернет. Персональний комп’ютера цілком достатньо для використання усесвітньої мережі як джерело науковою, довідковою, навчальною інформацією тощо. На характеристиках і можливостях персонального комп’ютера ми зупинимося пізніше.

Робочі станції призначені для інженерів і користувачів настільних видавничих систем, там, де потрібно працювати з складною графікою. Такі системи оснащуються процесором Pentium III, IVс 2 Мб кеш-пам’яті другого рівня.

Сервери початкового і високого рівня. На сервер початкового рівня встановлюють один або два процесори. Сервер початкового рівня може підтримувати невелику локальну мережу (до 40 користувачів). Сервери високого рівня мають зазвичай від двох до восьми процесорів, не менших двох джерел живлення. Сервери містять великі обсяги оперативної (до 4-х Гб) і дискової пам’яті (6 Гб і більше).

Суперкомп’ютери. Застосовуються для вирішення завдань в галузі метеорології, аеродинаміки, сейсмології, різних військових дослідженнях, в атомній і ядерній фізиці, фізиці плазми, математичному моделюванні складних систем. Продуктивність суперкомп’ютерів вимірюється в трильйонах операцій з «плаваючою крапкою» в секунду, так званих терафлопах. Наприклад, для прогнозу погоди використовується 1024-процесорний комп’ютер Cray T3E900 фірми SGI, що показав продуктивність 69 Гфлоп (мільярдів операцій з плаваючою крапкою в секунду) на програмі по прогнозуванню погодних катаклізмів (HILARM). Цей же комп’ютер, але оснащений 1328 процесорами, показав продуктивність 1,195 Тфлоп, що дозволило передбачати стихійні лиха за 6 годин до їх початку. Комп’ютер Cray T3E900 використовується для побудови тривимірних моделей геліосфери, моделювання процесів, що протікають в земній корі і ін.

Класифікація по специфікації PC99.Починаючи з 1999 р. в галузі персональних комп’ютерів почав діяти міжнародний сертифікаційний стандарт – специфікація PC99. Відповідно до цієї класифікації виділяють наступні категорії персональних комп’ютерів:

· Consumer PC (масовий ПК);

· Office PC (офісний ПК);

· Mobile PC (мобільний, переносний);

· Workstation PC (робоча станція);

· Entertainment PC (розважальний ПК).

Класифікація за розмірами.Персональні комп’ютери можна класифікувати за типорозмірами: Настільні; портативні (notebook); кишенькові (palmtop).

Периферійні або зовнішні пристрої - це пристрої, розміщені поза системним блоком і задіяні на певному етапі обробки інформації. Передусім - це пристрої фіксації вихідних результатів: принтери, плотери, модеми, сканери і т.д. Поняття "периферійні пристрої" досить умовне. До їх числа може віднести, наприклад, накопичувач на компакт-дисках, якщо він виконаний у вигляді самостійного блоку і приєднується спеціальним кабелем до зовнішнього рознімного з'єднання системного блока. І навпаки, модем може бути вбудованим, тобто конструктивно виконаний як плата розширення, і тоді немає підстав відносити його до периферійних пристроїв.