Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора (Характеристики процессора).pdf

совместимость с определённым набором команд (например, процессоры, совместимые с командами Intel x86), их структуры (например, систем адресации или организации регистровой памяти) и способа исполнения (например, счётчик команд).
аппаратной составляющей вычислительной системы - это набор свойств и качеств, присущий целому семейству процессоров (иначе говоря - «внутренняя конструкция», «организация» этих процессоров).

Имеются различные классификации архитектур процессоров:

- по организации (например, по количеству и сложности отдельных команд: RISC, CISC, MISC;

- по возможности доступа команд к памяти, так и по назначению (например, специализированные графические, математические или предназначенные для цифровой обработки сигналов^[2]).

RISC (Reduced Instruction Set Computing). Процессор с сокращенным набором команд. Система команд имеет упрощенный вид. Все команды одинакового формата с простой кодировкой. Обращение к памяти происходит посредством команд загрузки и записи, остальные команды типа регистр-регистр. Команда, поступающая в CPU, уже разделена по полям и не требует дополнительной дешифрации.

Часть кристалла освобождается для включения дополнительных компонентов. Степень интеграции ниже, чем в предыдущем архитектурном варианте, поэтому при высоком быстродействии допускается более низкая тактовая частота. Команда меньше загромождает ОЗУ, CPU дешевле. Программной совместимостью указанные архитектуры не обладают. Отладка программ на RISC более сложна. Данная технология может быть реализована программно-совместимым с технологией CISC (например, суперскалярная технология).

Поскольку RISC-инструкции просты, для их выполнения нужно меньше логических элементов, что в конечном итоге снижает стоимость процессора. Но большая часть программного обеспечения сегодня написана и откомпилирована специально для CISC-процессоров фирмы Intel. Для использования архитектуры RISC нынешние программы должны быть перекомпилированы, а иногда и переписаны заново.

CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

· большим числом различных по формату и длине команд;

· введением большого числа различных режимов адресации;

· обладает сложной кодировкой инструкции.

Процессору с архитектурой CISC приходится иметь дело с более сложными инструкциями неодинаковой длины. Выполнение одиночной CISC-инструкции может происходить быстрее, однако обрабатывать несколько таких инструкций параллельно сложнее.

Облегчение отладки программ на ассемблере влечет за собой загромождение узлами микропроцессорного блока. Для повышения быстродействия следует увеличить тактовую частоту и степень интеграции, что вызывает необходимость совершенствования технологии и, как следствие, более дорогого производства.

MISC (Multipurpose lnstruction Set Computer). Элементная база состоит из двух частей, которые либо выполнены в отдельных корпусах, либо объединены. Основная часть – RISC CPU, расширяемый подключением второй части – ПЗУ микропрограммного управления. Система приобретает свойства CISC. Основные команды работают на RISC CPU, а команды расширения преобразуются в адрес микропрограммы. RISC CPU выполняет все команды за один такт, а вторая часть эквивалентна CPU со сложным набором команд. Наличие ПЗУ устраняет недостаток RISC, выраженный в том, что при компиляции с языка высокого уровня микрокод генерируется из библиотеки стандартных функций, занимающей много места в ОЗУ. Поскольку микропрограмма уже дешифрована и открыта для программиста, то времени выборки из ОЗУ на дешифрацию не требуется.

Существуют различные архитектуры процессоров. Поскольку большинство программ определено под определённую архитектуру – 64Bit или 32Bit. Такие программы поддерживают определённую архитектуру процессора.

Процессор, имеющий 32-битную архитектуру, может обрабатывать 32 бита информации за один цикл. Аналогично и с 64-битными процессорами.

Кроме того, количество поддерживаемой оперативной памяти (RAM) так же зависит от архитектуры процессора.

Процессорам с 16-разрядной архитектурой доступны 64 КБ оперативной памяти. 32-битному процессору доступны 4 ГБ памяти (существуют серверные версии Windows с возможностью использования большего количества памяти). А для 64-битного процессора это 16 эксабайт.

Рисунок 3.1 Архитектура процессора IA-32

3.2 Ядра

Ядра это обрабатывающие ячейки процессора. Они получают инструкции и действуют на их основе. В упрощённом понимании, чем больше у вас ядер, тем лучше скорость обработки. Большое количество ядер, однозначно, увеличивает скорость обработки, но одновременно потребуется больше энергии, а также процессор будет существенно сильнее нагреваться.

Рисунок 3.2 Ядро процессора

3.3 Литография

Литография процессора или техпроцесс, по которому изготовлен кристалл, связаны с размерами используемых транзисторов.

Литография в микроэлектронике – это совокупность фотохимических процессов, создающая на поверхности материала защитный слой требуемой конфигурации и стойкости к агрессивным воздействиям и последующей операции селективного травления или осаждения, использующих этот защитный рельеф. В большинстве случаев литография проводится по какому-либо технологическому слою, нанесенному на поверхность полупроводниковой пластины^[3].

Обычно техпроцесс измеряется в нанометрах, и чем меньше число, тем компактнее и энергоэффективнее процессор. Современная высокотехнологичная литография позволяет увеличить количество ядер в одном слоте и снизить потребление энергии.

Средний показатель литографии актуальных процессоров колеблется в пределах 14-32 нм.

3.4 Тактовая частота

Тактовая частота процессора - это количество операций, которые он выполняет за секунду. Эта величина измеряется в герцах.

Этот показатель определяет скорость работы процессора и, следовательно, его производительность. Типичные значения тактовой частоты для некоторых процессоров приведены в таблице на рисунке 4.3 . Следует сказать, что увеличение порядкового номера процессора свидетельствует о росте его характеристик и, следовательно, об улучшении параметров компьютера в целом.

Три гигагерца - это три миллиарда операций. Надо понимать, что если процессор многоядерный, это не означает, что каждое ядро обладает частотой 3 ГГц. Весь процессор обладает частотой 3 ГГц., а не ядра по отдельно...ГГц это аббревиатура от слова Гигагерц. Приставка «гига» означает «миллиард», а герцы – это стандартная единица измерения частоты в микроэлектронике, в аббревиатуре ГГЦ обозначающая «цикл в секунду». Таким образом, процессор с частотой 2 ГГц может выполнять 2 миллиарда циклов за одну секунду.

Этот термин иногда заменяют аналогичным «частота» или «тактовая частота» вашего процессора. Чем выше число, тем лучше выбранный процессор.

Рисунок 3.3 Тактовые частоты для некоторых процессоров

3.5 Требования по теплоотводу

Требования по теплоотводу или Thermal Design Power (TDP) - это показатель, который представляет собой мощность в ваттах, которую рассеивает процессор во время загрузки всех ядер и базовой частоте. Чем ниже этот показатель, тем лучше для процессора. Более низкий TDP позволяет разгонять процессор до более высоких частот, и означает, что выделяется меньше тепла для рассеивания.

Стандартные десктопные процессоры обычно потребляют больше энергии и имеют TDP в районе 40 Вт и выше, в то время как их мобильные аналоги в 3 раза меньше энергии и почти на столько же холоднее.

3.6 Кэш процессора

Кэш микропроцессора – это блок внутри процессора, небольшого размера, который хранит немного памяти. Каждый раз, когда нужно выполнить какую-то задачу поток данных должен перейти из ОЗУ в процессор. Процессор работает гораздо быстрее, чем оперативная память, поэтому большую часть времени процессор находится в режиме ожидания и ждёт данные из ОЗУ. Чтобы этот процесс выполнялся эффективно, ОЗУ постоянно пересылает данные в кэш процессора.

В обыкновенных десктопных процессорах среднего класса в вашем распоряжении порядка 2-3 Мб кэша. В процессорах high-end уровня и специализированных решениях для «тяжёлых» задач – от 6 Мб и выше.

3.8 Поддержка оперативной памяти

Оперативная память – она же RAM (Random Access Memory), ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) – энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Максимальное количество поддерживаемой памяти как правило оговорено производителем в характеристиках процессора. В них так же содержится информация о поддерживаемой версии DDR.

3.7 Мультипоточность

Мультипоточность или гиперпоточность (Hyper-Threading) – это технологи, которая обеспечивает эффективное использование ресурсов и увеличивает пропускную способность процессора

Когда добавление ядер не может оставаться лучшим решением для удовлетворения потребности в ускоренной обработке, был изобретена технология Hyper-Threading – виртуальные ядра процессора, позволяющие воплотить идею мультипоточности.

В итоге, когда мы говорим о двухъядерном процессоре с технологией Hyper-Threading это значит, что он имеет 2 физических ядра и 2 виртуальных ядра. Таким образом, технически вы получаете четырехъядерный процессор в корпусе двухъядерного процессора.

Заключение

Таким образом в курсовой работе изучен процессор персонального компьютера с целью повышения его производительности в зависимости от задач выполняемых на нем.

В работе дано понятие процессора, его назначение, определены основные функции. Дана классификация, проанализированы основные характеристики.

В курсовой работе рассмотрим назначение, основные функции процессора, его основные особенности, а структуру и функционирование микропроцессоров. Разберёмся в основных понятиях и терминах процессоров.

Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.

Таким образом, цель и задачи курсовой работы достигнуты.

Список литературы

Богумирский В.С. Руководство пользователя ПК. В 2-х ч. - СПб: Ассоциация OILCO, 1992. – 88 c.
Коноплева, И.А. Информационные технологии. / И.А. Коноплева, О.А. Хохлова, А.В. Денисов. - М.: Проспект, 2015. - 328 c.
Королев М.А. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем : в 2 ч. /М.А.Королев, Т.Ю. Крупкина, М.А. Ревелева; под общей ред. Ю.А. Чаплыгина. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.
Королева Ю.М. Экономическая информатика и вычислительная техника. - М.: Перспектива, 2000. - 99с.
Макарова Н.В., Николайчук Г.С., Титова Ю.Ф. Компьютерное делопроизводство. - СПб.: Издательский дом «Питер», 2002.
Назаров П.М. Компьютерные технологии обработки информации. - М.: Финансы и статистика, 1995.
Пасько В.П. Word 6.0 для Windows (русифицированная версия). - Киев: BHV, 1995.
Практикум по экономической информатике. Под ред. проф. Шуремова Е.Л., доц. Тимаковой Н.А., доц. Мамонтовой Е.А. - М.: Перспектива, 2000.
Рассел Борланд. Running Word 6.0 для Windows (Русская редакция). -М.: ТОО Channel Trading Ltd., 1995. – 213 c.
Советов, Б.Я. Информационные технологии: учебник для прикладного бакалавриата / Б.Я. Советов, В.В. Цехановский. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 263 c.
Федотова, Е.Л. Информационные технологии и системы: Учебное пособие / Е.Л. Федотова. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 352 c.
Федулин, А.А. Информационные технологии (для бакалавров) / А.А. Федулин. - М.: КноРус, 2014. - 472 c.
Хлебников, А.А. Информационные технологии: Учебник / А.А. Хлебников. - М.: КноРус, 2014. - 472 c.
https://elhow.ru/kompjutery/komplektujucshie/processory-cpu