Как устроен процессор? разбираемся вместе

Машинный язык

Набор команд определяет не только регистры и инструкции, поддерживаемые процессором, но также то, как эти инструкции и операнды представлены в памяти.

Подробная инструкция MIPS32.

Каждая машинная инструкция содержит код, который указывает инструкцию, которая должна быть выполнена: сложение, умножение, ветвление и т. Д. Этот код называется кодом операции , сокращенно опкодом . (Однако в некоторых архитектурах, запускаемых транспортом, есть только одна инструкция, поэтому код операции не нужен; но это очень особый случай.)

Инструкция, как и сложение, обычно применяется к операндам. В зависимости от обстоятельств каждый операнд указывается как постоянное значение, адрес, регистр, смещение ( смещение ) и т. Д. (Однако на машинах со стеком операнды находятся наверху стека , поэтому вам снова не нужно их указывать.)

Такое представление инструкций фиксируется раз и навсегда набором инструкций. Это указывает, какой код операции соответствует конкретной инструкции, какие операнды разрешены, какие режимы адресации возможны для каждой инструкции и т. Д. Вся эта спецификация называется машинным языком .

В архитектурах VLIW несколько кодов операций и операндов могут быть предоставлены в одной инструкции, что позволяет инструкции запрашивать одновременное выполнение нескольких операций.

Hygon Dhyana — тот же AMD, только из Китая

Китай активно поощряет развитие собственного производства и не очень дружелюбен к импортному. Именно поэтому многим компаниям приходится крутиться, чтобы охватить и эту часть рынка. Так, в 2016 году AMD подписала договор с Hygon о предоставлении доступа к документации своей архитектуры Zen для того, чтобы наладить местное производство ЦП на ее базе.

Результатом такого сотрудничества стали процессоры Hygor Dhyana. Это практически полные копии AMD Ryzen и EPIC первого поколения на базе архитектуры Zen 1, хотя и не совсем: например, внутри этих чипов задействован криптографический движок китайского производства, обрезаны многие инструкции и нет многопоточности. Если судить чисто по характеристикам, можно сказать, 8-ядерный Hygon Dhyana расположился где-то между 6-ядерным Ryzen 5 1600X и 8-ядерным Ryzen 7 1800X.

Что касается производительности, все куда сложнее. В некоторых применениях — например, в задачах рендеринга, — процессоры Hygon показывают себя вполне достойно, но в других — весьма плачевная. Особенно это касается вычислений с плавающей запятой. Очевидно, отдавать полную документацию на архитектуру AMD все-таки не стала. 

При этом по Zen 2 и Zen 3 у китайцев ничего нет вовсе. Казалось бы, это должно было означать тупиковую ветвь в развитии, но нет: выход следующего поколения процессоров Hygon все-таки ожидается. Изготавливать их планируют Samsung и TSMC по 7-нм техпроцессу — специально для этого было нанято порядка 500 инженеров.

Рассмотрим пример с Intel Core i3, i5 и i7

Для более конкретного примера того, как некоторые процессоры работают быстрее других, давайте посмотрим, как Intel разработала свои процессоры.

Как вы, вероятно, подозреваете из их названий, чипы Intel Core i7 работают лучше, чем i5, которые работают лучше, чем i3. Почему один работает лучше или хуже других, немного сложнее, но все же довольно легко понять.

Процессоры Intel Core i3 — двухъядерные, а чипы i5 и i7 — четырехъядерные.

Turbo Boost — это функция в i5 и i7, которая позволяет процессору увеличивать тактовую частоту по сравнению с базовой скоростью, например, с 3,0 ГГц до 3,5 ГГц, когда это необходимо. Чипы Intel Core i3 не имеют такой возможности. Маркировки модели процессоров, оканчивающиеся на «K», могут быть разогнаны, что означает, что эту дополнительную тактовую частоту можно постоянно использовать и использовать.

Hyper-Threading позволяет обрабатывать два потока для каждого ядра ЦП. Это означает, что процессоры i3 с Hyper-Threading поддерживают только четыре одновременных потока (поскольку они являются двухъядерными процессорами). Процессоры Intel Core i5 не поддерживают Hyper-Threading, что означает, что они также могут работать с четырьмя потоками одновременно. Процессоры i7, однако, поддерживают эту технологию, и поэтому (будучи четырехъядерным) могут обрабатывать 8 потоков одновременно.

Из-за ограничений по мощности, присущих устройствам, которые не имеют постоянного источника питания (продукты с батарейным питанием, такие как смартфоны, планшеты и т.д.), Их процессоры — независимо от того, i3, i5 или i7 — отличаются от настольных CPU в том, что они должны найти баланс между производительностью и энергопотреблением.

M1: ARM для ПК

Исторически противостояние x86 и ARM — это, в первую очередь, противостояние Intel и архитектур мобильных процессоров. Само название архитектуры x86 пошло от чипов Intel с модельными индексами, оканчивающимися на это число: 8086, 80186 и так далее. Долгое время целевые устройства x86 и ARM практически не пересекались: одна архитектура заняла нишу практически строго «больших» компьютеров, другая — предназначалась для мобильных девайсов.

Но в последнее время главенство Intel и x86 на рынке ПК пошатнулось. В прошлом году Apple выпустила новые MacBook, внешне идентичные предыдущему поколению на базе Intel, но на этот раз внутри лэптопов оказались революционные чипы M1 собственного производства. 

Apple M1 построен по 5-нм технологии и базируется на переработанной архитектуре ARM. С этой точки зрения, M1 имеет больше общего с процессором A14 Bionic в iPhone, чем с мобильными компонентами x86 от AMD или Intel. Такая система на кристалле компактна, экономична по энергопотреблению и не требует особого охлаждения, но при этом в некоторых применениях действительно может превзойти Intel Comet Lake.

В течение следующих нескольких лет Apple планирует полностью отказаться от чипов Intel. Конечно, учитывая, что доля masOS на рынке ПК составляет менее 7%, компоненты Apple Silicon не заменят чипы на базе x86. Но, вероятно, добавят пищи для размышлений другим производителям касательно применимости ARM на ПК. Вслед за M1, вероятно, стоит ожидать изменений в таких продуктах, как Samsung Galaxy Book S и Qualcomm 8cx. 

ARM на ПК все еще только осваивается и находится на начальной стадии использования. Однако через пять лет чипы производства, отличного от Intel и AMD, могут стать обычным явлением в настольных компьютерах и ноутбуках. И в подавляющем большинстве ими могут оказаться именно чипы ARM. 

Виды процессоров

Существует два основных широко распространенных производителя процессоров: AMD и Intel. Они выпускают самые востребованные, доступные и производительные модели. Их мы можем увидеть практически на каждом компьютере или игровой приставке, например, на том же PlayStation или Xbox.

Все плюсы и минусы могут меняться, т.к. каждый год выходят новые модели, которые кардинально отличаются друг от друга. Но эти моменты, свойственны практически всем моделям этих производителей.

Intel — плюсы и минусы

  • Низкое энергопотребление и температура работы
  • Хорошая производительность в ПО для обработки графики и видео
  • Не такие зависимые от оперативной памяти
  • Лучше показывают себя в многозадачности
  • Цена довольно высокая по сравнению с АМД
  • Графический чип, если он есть, не такой производительный, как у конкурента
  • Работа с архивами не такая быстрая, как хотелось бы
  • Разгон не такой вариативный

AMD — плюсы и минусы

  • Высокая производительность в играх
  • Многие модели довольно «горячие», но не все
  • Адекватная цена
  • Отличная скорость работы с разными программами и архивами
  • Графический чип, если он есть — показывает хорошие результаты
  • Хорошие возможности разгона
  • Зависимые от ОЗУ

Логика микропроцессора


Чтобы понять, как работает микропроцессор, следует изучить логику, на которой он основан, а также познакомиться с языком ассемблера. Это родной язык микропроцессора. Микропроцессор способен выполнять определенный набор машинных инструкций (команд). Оперируя этими командами, процессор выполняет три основные задачи:

  • C помощью своего арифметико-логического устройства, процессор выполняет математические действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Современные микропроцессоры полностью поддерживают операции с плавающей точкой (с помощью специального арифметического процессора операций с плавающей точкой)
  • Микропроцессор способен перемещать данные из одного типа памяти в другой
  • Микропроцессор обладает способностью принимать решение и, на основании принятого им решения, «перепрыгивать», то есть переключаться на выполнение нового набора команд

Микропроцессор содержит:

  • Address bus (адресную шину). Ширина этой шины может составлять 8, 16 или 32 бита. Она занимается отправкой адреса в память
  • Data bus (шину данных): шириной 8, 16, 32 или 64 бита. Эта шина может отправлять данные в память или принимать их из памяти. Когда говорят о «битности» процессора, речь идет о ширине шины данных
  • Каналы RD (read, чтения) и WR (write, записи), обеспечивающие взаимодействие с памятью
  • Clock line (шина синхронизирующих импульсов), обеспечивающая такты процессора
  • Reset line (шина стирания, шина сброса), обнуляющая значение счетчика команд и перезапускающая выполнение инструкций

Поскольку информация достаточно сложна, будем исходить из того, что ширина обеих шин — и адресной и шины данных — составляет всего 8 бит. И кратко рассмотрим компоненты этого сравнительно простого микропроцессора:

  • Регистры A, B и C являются логическими микросхемами, используемыми для промежуточного хранения данных
  • Address latch (защелка адреса) подобна регистрам A, B и C
  • Счетчик команд является логической микросхемой (защелкой), способной приращивать значение на единицу за один шаг (если им получена соответствующая команда) и обнулять значение (при условии получения соответствующей команды)
  • ALU (арифметико-логическое устройство) может осуществлять между 8-битными числами действия сложения, вычитания, умножения и деления или выступать в роли обычного сумматора
  • Test register (тестовый регистр) является специальной защелкой, которая хранит результаты операций сравнения, производимых АЛУ. Обычно АЛУ сравнивает два числа и определяет, равны ли они или одно из них больше другого. Тестовый регистр способен также хранить бит переноса последнего действия сумматора. Он хранит эти значения в триггерной схеме. В дальнейшем эти значения могут использоваться дешифратором команд для принятия решений
  • Шесть блоков на диаграмме о. Это буферы сортировки. Множество источников вывода могут быть соединены с проводом, но буфер сортировки позволяет только одному из них (в один момент времени) передавать значение: «0» или «1». Таким образом буфер сортировки умеет пропускать значения или перекрывать источнику вывода возможность передавать данные
  • Регистр команд (instruction register) и дешифратор команд (instruction decoder) держат все вышеперечисленные компоненты под контролем

На данной диаграмме не отображены линии управления дешифратора команд, которые можно выразить в виде следующих «приказов»:

  • «Регистру A принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
  • «Регистру B принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
  • «Регистру C принять значение, поступающее в настоящий момент от арифметико-логического устройства»
  • «Регистру счетчика команд принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
  • «Адресному регистру принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
  • «Регистру команд принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
  • «Счетчику команд увеличить значение »
  • «Счетчику команд обнулиться»
  • «Активировать один из из шести буферов сортировки» (шесть отдельных линий управления)
  • «Сообщить арифметико-логическому устройству, какую операцию ему выполнять»
  • «Тестовому регистру принять тестовые биты из АЛУ»
  • «Активировать RD (канал чтения)»
  • «Активировать WR (канал записи)»

В дешифратор команд поступают биты данных из тестового регистра, канала синхронизации, а также из регистра команд. Если максимально упростить описание задач дешифратора инструкций, то можно сказать, что именно этот модуль «подсказывает» процессору, что необходимо сделать в данный момент.

Подробнее о процессорах

Ни тактовая частота, ни просто количество ядер ЦП не являются единственным фактором, определяющим, является ли один ЦП «лучше» другого. Часто это зависит от типа программного обеспечения, которое работает на компьютере, иными словами, от приложений, которые будут использовать процессор.

Один процессор может иметь низкую тактовую частоту, но является четырехъядерным процессором, тогда как другой имеет высокую тактовую частоту, но является двухъядерным процессором. Решение, какой ЦП превзойдет другой, опять же, полностью зависит от того, для чего ЦП используется.

Например, требовательная к ЦП программа редактирования видео, которая лучше всего работает с несколькими ядрами ЦП, будет работать лучше на многоядерном процессоре с низкой тактовой частотой, чем на одноядерном ЦП с высокой тактовой частотой. Не все программное обеспечение, игры и т.д., могут даже использовать больше, чем одно или два ядра, что делает любые более доступные ядра ЦП довольно бесполезными.

Другим компонентом CPU является кеш. Кэш процессора — это временное хранилище для часто используемых данных. Вместо вызова оперативной памяти для этих элементов ЦП определяет, какие данные вы, похоже, продолжаете использовать, предполагает, что вы захотите продолжать их использовать, и сохраняет их в кеше. Кэш быстрее, чем тот что используется в ОЗУ, потому что это физическая часть процессора; Чем больше кеш, тем больше места для хранения такой информации.

Может ли ваш компьютер работать под управлением 32-разрядной или 64-разрядной операционной системы, зависит от размера блоков данных, которые может обрабатывать процессор. К 64-разрядному процессору можно получить доступ к большему объему памяти одновременно, чем к 32-разрядному CPU, поэтому 64-разрядные операционные системы и приложения не могут работать на 32-разрядном процессоре.

Вы можете просмотреть сведения о процессоре компьютера, а также другую информацию об оборудовании с помощью большинства бесплатных инструментов для получения информации о системе.Помимо стандартных процессоров, доступных в коммерческих компьютерах, квантовые процессоры разрабатываются для квантовых компьютеров с использованием науки, лежащей в основе квантовой механики.

Каждая материнская плата поддерживает только определенный диапазон типов процессоров, поэтому всегда обращайтесь к производителю материнской платы, прежде чем делать покупку. Кстати, процессоры не всегда идеальны.

Виды процессоров

Прежде чем переходить к рассмотрению ключевых характеристик ЦП, необходимо разобраться каких видов он бывает. Центральных процессоров или CPU, как их называют заграницей много, и они разделяются по следующим критериям.

Мощности:

  • Бывают слабые, одноядерные модели, производство которых остановлено и приобрести их можно только после долгих поисков;
  • Средние и мощные модели, имеющие от 2 до 16 ядер;

По способу применения:

  1. Игровые;
  2. Серверные;
  3. Бюджетные;

По фирме производителю:

  • Центральный процессор от компании Intel;
  • ЦП от компании AMD;

Многие пользователи ошибочно полагают, что продукция компании Intel отличается от AMD только названием, но это далеко не так. Структура каждого центрального процессора, произведенного под торговой маркой данных компаний, существенно отличается от конкурентов. Благодаря этому, они обладают своими достоинствами и недостатками. Например, продукция компании Intel наделена следующими положительными характеристиками, выгодно отличающими их центральные процессоры от AMD:

  1. Большинство производителей комплектующих изделий для ПК подгоняют свою продукцию под стандарты CPU от Intel;
  2. Во время работы потребляют меньшее количество энергии, снижая нагрузку на систему;
  3. Показывают большее быстродействие при работе с одной программой;
  4. Лучший выбор для игровых сборок системных блоков;

Товары от AMD также имеют ряд характеристик, позволяющих им активно конкурировать на рынке компьютерного железа:

  • В отличии от ЦП производства Интел, центральные процессоры от АМД имеют функцию разгона, увеличивающую исходную мощность до 20%;
  • Лучшее соотношение цены и качества товаров;
  • Графические ядра, встроенные в ЦП, обладают большими возможностями чем Интеловские, позволяя быстрее работать с видео;

Как устроен процессор

Процессор состоит главным образом из 3 компонентов: арифметико-логическое устройство, устройство управления (АЛУ и УУ соответственно) и регистры памяти. Рассмотрим каждое подробнее.

Арифметико-логическое устройство

Как можно догадаться по названию это нечто, производящее все логические и арифметические вычисления. Часть ЦП, которая занимается только подсчетом и операциями, такими как вычитание, сложение, логические операции (“или”, “и”, “не”, “исключающее или” и другие).

Устройство управления

Этот компонент ЦПУ предназначен для работы с командами. Простыми словами, это “менеджер”, который принимает инструкции, прочитывает их и принимает различные решения. Такое устройство отдает распоряжения и управляет работой других компонентов компьютера.

Существует несколько видов УУ:

  1. Построенный на жесткой логике;
  2. Микропрограммируемый.

Первый тип УУ невозможно модифицировать и изменять его поведение и реакцию на различные команды без физического вмешательства. Это объясняется тем, что характер работы задается устройством печатной платы или кристаллом (более глубокие элементы внутреннего строения УУ). Второй тип как раз таки больше поддается различным изменениям, так как его можно запрограммировать под любые задачи. Стоит отметить, что УУ, построенный на жесткой логике, работает быстрее, в то время как микропрограммируемый УУ более гибкий.

Регистры

Фактически, регистры – внутренние ячейки памяти процессора. 1 регистр – это минимальная ячейка в памяти, которая состоит из логических элементов. Такие ячейки были придуманы с целью ускорения работы процессора с данными. Зачастую ЦПУ нужно сохранять какую-либо информацию (адреса ячеек в памяти, инструкции и другие данные) на момент, пока она не пригодится вновь. И существует множество операций, которые проходят через ЦП и требуют неоднократного использования одних и тех же данных. Так вот регистры и призваны для сохранения таких данных. Они находятся “ближе” к процессору, чем постоянная память или ОЗУ и, таким образом, позволяют брать данные и записывать новые значительно быстрее. Особенно, если одну и ту же информацию необходимо использовать процессору многократно.

Вся работа между регистрами, устройствами ввода-вывода, памятью и компонентами процессора происходит по шине данных и шине адреса. Первая отвечает за хранение непосредственно информации, а вторая за адреса ячеек, в которых и хранится эта информация.

Каждый регистр состоит из триггеров, которых существует 2 вида: асинхронный и синхронный. По функциональному назначению их разделяют на 4 группы: RS-триггер, JK-триггер, T-триггер и D-триггер.

Хранение информации — регистры и память

Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.

Регистры

Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.

Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.

По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:

  • RS-триггер: сохраняет своё состояние при нулевых уровнях на обоих входах и изменяет его при установке единице на одном из входов (Reset/Set — Сброс/Установка).
  • JK-триггер: идентичен RS-триггеру за исключением того, что при подаче единиц сразу на два входа триггер меняет своё состояние на противоположное (счётный режим).
  • T-триггер: меняет своё состояние на противоположное при каждом такте на его единственном входе.
  • D-триггер: запоминает состояние на входе в момент синхронизации. Асинхронные D-триггеры смысла не имеют.

Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.

Принцип действия RS-триггера

Память (ОЗУ)

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.

Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.

Зачем нужен процессор?

Процессор — это главная микросхема в компьютере (естественно и одна из самых дорогих). На сегодня самыми распространенными процессорами являются ЦП (центральный процессор) фирмы INTEL и AMD, точнее только они и остались. Какой из них лучше, этого сказать я не могу, так как они все время соревнуются, и чуть ли не каждый месяц выпускают новые модели. Одни говорят что лучше использовать Intel для работы, а AMD Athlon для игр, другие — наоборот. В интернете есть кучи тестов этих процессоров, но если я вам начну их приводить, то боюсь, что большую часть из них вам будет трудно понять, просто надо всего понемножку и постепенно, дабы глобус не опух! 😉 Одно я знаю точно — Intel стоят немного дороже. Ну и естественно, у этих процессоров разные разъемы, вот и получается что материнские платы делятся на 2 самые большие категории:

1. Для процессоров Intel.

2. Для процессоров AMD.

Запомните — процессоры этих фирм не совместимы, т.к. у них разные разъемы.

Главная часть в процессоре — это его ядро. Несколько лет назад производители ЦП уперлись в потолок, доведя мощность своих детищ до предела. Долго они думали, гадали, что ж дальше делать-то, и почесав свою умную репу, решили развивать мощность процессоров не в высоту, а вширь. Так вот и начали обзаводиться ЦП не с одним ядром, а с двумя. Это естественно дало преимущество в производительности, за счет того, что теперь они могут делать не одну задачу, а сразу две одновременно. Двухъядерные процессоры на сегодня самые распространенные, но уже часто можно встретить на прилавках магазинов процессоры на базе трех ядер. Где-то встречаются уже и «четырехъядерники». Естественно и цена на них ох какая кусачая!

Различить какой процессор двухъядерный, а какой трехъядерный — проще пареной репы!

При покупке обратите внимание (меньше двухъядерного не берите):

1. У процессоров AMD следующие наименования моделей:

· Sempron — одноядерные.

· Athlon — двухъядерные (начиная с Athlon 3800+ и выше).

· Phenom X3 — трехъядерные.

· Phenom X4 — четырехъядерные.

2. Что касается Intel:

· Celeron — одноядерные.

· Сore 2 duo — двухъядерные.

· Core 2 Extreme и Core 2 Quad — четырёхъядерные.

Трехъядерных фирма Intel вроде как не выпускала.

Основной характеристикой процессоров является их тактовая частота (измеряется в герцах, Гц), это частота показывает, сколько операций сможет обработать процессор за одну секунду. НАПРИМЕР: если система показывает, что у вашего процессора частота составляет 2Ггц, это значит — ваш процессор может обрабатывать около 2-х миллиардов операций в секунду! Фантастически, не правда ли? Но на сегодня это не большая частота, чуть ниже среднего. Если брать новые модели, то там частота весомо превышает приведенную мною выше.

В каждом современном процессоре есть кэш. КЭШ — это встроенная в самом процессоре память. В современных моделях используется 2-ва уровня КЭШа. Используется эта память для ускорения работы ЦП. В нее записываются команды, которые чаще всего использует процессор, что-то вроде оперативки, только по объему намного меньше и намного быстрее. В серверах используется процессоры с тремя уровнями КЭШ-памяти.

Ну и главной отличительной особенностью являются естественно разъемы процессора. На данный момент самые ходовые разъемы процессоров AMD является socket (разъем) AM2+, более новый — AM3 (в слот AM3 можно вставить процессоры с разъемом AM2, и AM2+, т.к. они одинаковы, но если в слот AM2+ вставить ЦП с разъемом AM3, то компьютер не определит этот процессор, придется перепрошивать BIOS, т.к. у AM3 используются более новое программное обеспечение.), а у процессоров фирмы Intel — socket 775. Отображать картинки этих разъемов я счел ненужным, т.к. это вам ничего не даст. Просто при покупке смотрите внимательно на характеристики компьютера, там обязательно будут указаны разъемы, или спросите у продовца. Так же они будут указаны на коробках процессора и материнской платы.

Основы работы персонального компьютера и его устройство.

Процессор

Процессор — это «мозг» компьютера. Процессором называется устройство, способное обрабатывать программный код и определяющее основные функции компьютера по обработке информации.

Процессор выполняет основную работу в компьютере. Процессоры конструктивно могут выполняться как в виде одной большой интегральной микросхемы — чипа, так и в виде нескольких микросхем, блоков электронных плат н устройств.

В настоящее время микропроцессоры и процессоры вмещают в себя миллионы транзисторов и других элементов электронной логики и представляют собой сложнейшие высокотехнологичные электронные устройства.

Персональный компьютер содержит в своем составе довольно много различных процессоров. Каждое устройство, будь то видеокарта, системная шина или еще что-либо, обслуживается своим собственным процессором или процессорами

Однако архитектуру и конструктивное исполнение персонального компьютера определяет процессор или процессоры, контролирующие и обслуживающие системную шину и оперативную намять, и, что более важно, выполняющие объектный код программ. Такие процессоры принято называть центральными или главными процессорами (Central Point

Unit — CPU). На основе архитектуры центральных процессоров строится архитектура материнских плат и проектируется архитектура и конструкция компьютера.

Компьютеры с процессорами, поддерживающими систему команд Intel х86 (фирм Intel, AMD, Cyrix, Transmeta), на которых может исполнять операционная система Microsoft Windows, называются Wintel-компьютерами (от Windows и Intel).

Тактовая частота процессора определяет минимальный квант времени, за который процессор выполняет некоторую условную элементарную операцию. Тактовые частоты измеряются в мегагерцах и определяют количественные характеристики производительности компьютерных систем в целом. Чем больше (выше) тактовая частота, тем быстрее работает центральный процессор.

Каждый микропроцессор имеет определенное число элементов памяти, называемых регистрами, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления.

Регистры используются для временного хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессора. В АЛУ производится арифметическая н логическая обработка данных.

Устройство управления вырабатывает необходимые управляющие сигналы для внутренней работы микропроцессора и связи его с другой аппаратурой через внешние шины микропроцессора.

Связываем всё вместе

Подводя итоги сказанному выше, можно констатировать, что компьютеры – это очень удачное и крайне полезное сочетание  аппаратной и программной части. На вопрос «Как устроен компьютер?» можно ответить такой формулой:

или то же самое «по-русски»,

Приведенная формула наглядно показывает, что проблемы, которые возникают на компьютере, связаны

  • либо с аппаратной частью компьютера (т.е. с «железом»),
  • либо с программной частью компьютера (т.е. с операционной системой или с прикладной программой).

Аппаратная часть персонального компьютера – это

  • материнская плата с установленными на ней (или подключенными к ней с помощью кабелей) остальными частями компьютера:
    • процессор,
    • оперативная память,
    • жесткие диски,
    • дисководы (приводы) CD- и DVD-,
    • а также прочие устройства, такие как
      • звуковая плата,
      • видео карта,
      • ТВ-тюнер и
      • пр.

Все устройства персонального компьютера заключены в корпус и запитаны от блока электропитания или от аккумуляторной батареи.

Для удобства работы с компьютером к нему подключаются также

  • клавиатура,
  • манипулятор мышь,
  • монитор,
  • звуковые колонки и
  • другие полезные устройства.

Программная часть персонального компьютера состоит из

  • операционной системы и
  • прикладного программного обеспечения.

Операционная система позволяет запустить аппаратный комплекс, добиться его слаженной и четкой работы. Прикладные программы являются самыми полезными и самыми важными частями программно-аппаратного комплекса, поскольку именно с их помощью пользователи компьютеров выполняют свои задачи на персональном компьютере.

Таким образом, если Вы видите и читаете данный текст, это значит, что в Вашем компьютере все вышеперечисленные программные и аппаратные элементы работают слаженно, четко, бесперебойно и взаимосвязанным образом.

P.S.  Рекомендую также:

1. Пропали файлы – кто виноват

2. Насколько компьютер понимает человека?

3. Сказка об Антивирусе

4. Как узнать, что в мое отсутствие компьютером кто-то пользовался?

Внеочередное исполнение

Теперь, когда вы знаете принцип работы трех наиболее распространенных типов команд, давайте уделим внимание более продвинутыми функциям процессоров. Практически все современные модели ЦП фактически исполняют команды не в порядке их получения

Существует такая функция, как внеочередное исполнение, призванная сократить время простоя процессора во время ожидания завершения остальных команд.  

Если процессор понимает, что следующей команде необходимы данные, для поиска которых понадобится больше времени, он может изменить порядок команд, начав работу над не связанной командой, пока происходит поиск. Внеочередное исполнение команд — необычайно полезная, но далеко не единственная вспомогательная функция процессора.

Еще одной крайне полезной особенностью процессора является предвыборка. Если засечь время, необходимое для выполнения случайной инструкции от начала и до конца, то можно обнаружить, что большую часть времени занимает доступ к памяти. Блок предварительной выборки — элемент в ЦП, который рассматривает команды, находящиеся в очереди, и определяет, какие данные им потребуются. Если он замечает, что для операции нужны данные, которые еще не находятся в кэше процессора, то он извлечет их из оперативной памяти и в кэш. Отсюда и его название.

Статьи по Теме

  • MMX , 3DNow! , SSE , AltiVec
  • регистр
  • Микропроцессор
  • Ассемблер
  • Машинный язык
  • Режим адресации

Процессорные технологии

Архитектура
  • Гарвардская архитектура
  • Архитектура фон Неймана
  • Архитектура 8 бит , 15 бит , 16 бит , 22 бит , 32 бит , 40 бит , 50 бит , 64 бит , 128 бит
  • Компьютерный автобус
  • Таксономия Флинна

    • SISD
    • SIMD
    • MISD
    • MIMD
  • Переменная
Комплект инструкций
  • Стековый процессор
  • Цифровой сигнальный процессор
  • Векторный процессор
  • CISC
  • RISC
  • VLIW
  • ЭПИЧЕСКИЙ
  • Архитектура потока данных
  • EDGE  (en)
  • РАЗНОЕ
  • OISC  (en)
  • ЗИСЦ
Микроархитектура
  • Микрокод
  • Устройство управления
  • Регистровая скамья
  • ALU
  • FPU
  • MMU
  • TLB
  • Задний автобус  (в)
Параллелизм
Инструкция
  • Конвейерная обработка
  • Прогноз ветвления
  • Неисправное исполнение
  • Переименование регистров
  • Спекулятивное исполнение
  • Суперскаляр
Процесс
  • Многопоточность
  • Одновременная многопоточность
  • Hyper Threading
  • Суперпоточность  (en)
Схемы
  • Мультиплексор
  • Демультиплексор
  • Сумматор
  • Множитель
  • Компенсировать
  • Вычитатель
  • регистр
  • Регистр сдвига
Типы
  • МОГ
  • DSP
  • ГПГПУ
  • Микропроцессор
  • Микроконтроллер
  • Многоядерный микропроцессор
  • Сеть на микросхеме
  • Система на чипе
  • Графический процессор
Сроки
  • Тактовый сигнал
  • Тактовая частота
  • Разгон
  • Синхронный процессор
  • Асинхронный процессор
  • Автосинхронный процессор
Управление энергопотреблением
  • Стробирование часов
  • Динамическая регулировка частоты  ( дюйм )
  • APM
  • ACPI
  • Регулировка динамического натяжения

IT портал