Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора (Теоретическая часть. Что такое процессор и из чего состоит).pdf
Добавлен: 30.03.2023
Просмотров: 232
Скачиваний: 1
Введение
Актуальность данной темы заключается в том, что в нынешней скорости развития технологий разработки новых процессоров необходимо иметь полное представление о процессорах для нахождения оптимального для своих потребностей. Ведь процессор это основа компьютера, он отвечает за работу всех остальных компонентов и является наиболее сложным устройством, в котором воплощены самые передовые достижения инженерной мысли. В условиях жесткой конкуренции и огромных капиталовложений компании каждый год соревнуются за звание самого мощного и передового процессора на рынке. И каждая новая линейка, или модель процессоров является небольшим технологическим прорывом.
Целью курсовой работы является изучение процессора персонального компьютера, а так же его назначение, функции и классификации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- Раскрыть понятия процессора персонального компьютера;
- Узнать о назначении и функциях процессора;
- Рассказать о классификации процессоров;
3
1. Теоретическая часть. Что такое процессор и из чего состоит.
Центральный процессор (ЦП), или CPU, или процессор ПК – это специальный чип, который выполняет все основные вычислительные операции и осуществляет обработку информации. Процессор ПК исполняет программный код – последовательность команд (инструкций), каждая из которых закодирована и размещена в памяти.
Говоря проще, это сердце и мозг компьютера. Именно благодаря ему работает все остальное, он обрабатывает потоки данных и управляет работой всех частей общей системы. Если смотреть на процессор физически, он представляет собой небольшую тонкую квадратную плату. Он имеет небольшие размеры и сверху покрывается металлической крышкой.
Нижнюю часть чипа занимают контакты, через которые чипсет и осуществляет взаимодействие с остальной системой. Если вы захотели почистить свой компьютер внутри системного блока, или же заинтересовались его строением внутри возможно что вы не сможете сразу найти сам процессор, ведь он будет закрыт системой охлаждения.
Пока процессор не даст соответствующую команду, компьютер не сможет осуществить даже простейшие действия. Любое действие на вашем ПК предполагает обращение к процессору и поэтому он является такой важной составляющей.
На первый взгляд, процессор - это просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Процессор содержит в себе множество отдельных элементов - транзисторов, которые вместе и наделяют компьютер способностью "думать".
Каждый процессор включает в себя миллионы транзисторов, но и самих процессоров для работы компьютера требуется немало. Помимо центрального процессора, который во всем мире принято обозначать аббревиатурой CPU (Central Processor Unit), схожими микросхемами оборудована практически каждая компьютерная «железяка».
4
1.1. Характеристики процессора.
Собственно процессор, главное вычислительное устройство, состоящее из миллионов логических элементов -транзисторов.
Сопроцессор - специальный блок для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с рядом - графических программ.
Кэш-память I уровня - небольшая сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.
Кэш-память II уровня - эта память чуть медленнее, зато больше - от 128 килобайт до 2 Мб.
Все эти устройства размещаются на кристалле площадью не более 4-6 квадратных сантиметров.
Арифметико-логическое устройство - часть процессора, которая выполняет команды.
Устройство управления - часть процессора, выполняющая функции управления устройствами.
Тактовая частота. Самый важный показатель, определяющий скорость работы процессора. Тактовая частота, измеряемая в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц), обозначает лишь то количество циклов, которые совершает работающий процессор за секунду.
Разрядность процессора. Если тактовую частоту процессора можно уподобить скорости течения воды в реке, то разрядность процессора - ширину ее русла. Понятно, что процессор со вдвое большей разрядностью может «заглотнуть» вдвое больше данных в единицу времени - в том случае, конечно, если это позволяет сделать специально оптимизированное программное обеспечение.
Размер кэш-памяти. В эту встроенную память процессор помещает все часто используемые данные, чтобы не обращаться каждый раз - к более медленной оперативной памяти и жесткому диску.
Кэш-память в процессоре имеется двух видов. Самая быстрая - кэш-память первого уровня (32 кб у процессоров Intel и до 128 кб - в последних моделях AMD). Существует еще чуть менее быстрая, но зато более объемная кэш-память второго
5
уровня - и именно ее объемом отличаются различные
модификации процессоров. Так, в семействе Intel самый «богатый» кэш-памятью -- мощный Хеоn (2 Мб). У новых моделей Pentium 4 и у Athlon размер кэша
второго уровня составляет 512 кб. В новейших моделях планируется увеличить его объем до 1 Мб
Тип ядра и технология производства. Технология определяется толщиной минимальных элементов процессора, чем более «тонкой» становится технология, тем больше транзисторов может уместиться на кристалле. Кроме этого, переход на новую технологию помогает снизить энергопотребление и тепловыделение процессора, что очень важно для его стабильной работы.
Переход на новую технологию, как правило, влечет за собой и смену процессорного «ядра»
Частота системной шины. Шиной называется та аппаратная магистраль, по которой перемещаются от устройства к устройству данные. Чем выше частота шины, тем больше данных поступает за единицу времени к процессору.
Частота системной шины прямо связана и с частотой самого процессора через так называемый «коэффициент умножения». Процессорная частота -- это и есть частота системной шины, умноженная процессором на некую заложенную в нем величину.
6
2. Назначение и функции процессора.
Назначение процессора:
1) управлять работой ЭВМ по заданной программе;
2) выполнять операции обработки информации.
Микропроцессор (МП) - это сверхбольшая интегральная схема, которая реализует функции процессора ПК. Микропроцессор создается на полупроводниковом кристалле (или нескольких кристаллах) путем применения сложной микроэлектронной технологии. Возможности компьютера как универсального исполнителя по работе с информацией определяются системой команд процессора. Эта система команд представляет собой язык машинных команд (ЯМК). Из команд ЯМК составляют программы управления работой компьютера. Отдельная команда определяет отдельную операцию (действие) компьютера. В ЯМК существуют команды, по которым выполняются арифметические и логические операции, операции управления последовательностью выполнения команд, операции передачи данных из одних устройств памяти в другие и пр.
2.1. Устройство процессора.
В состав процессора входят следующие устройства: устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры процессорной памяти. УУ управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. УУ извлекает очередную команду из регистра команд, определяет, что надо делать с данными, а затем задает последовательность действий выполнения поставленной задачи. (Функцию устройства управления можно сравнить с работой дирижера, управляющего оркестром. Своеобразной "партитурой" для УУ является программа.)
АЛУ - вычислительный инструмент процессора; это устройство выполняет арифметические и логические операции по командам программы.
Регистры - это внутренняя память процессора. Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. У каждого регистра есть определенное назначение. Предположим, что у процессора возникла необходимость сложить два числа. Для этого ему нужно считать из памяти первое слагаемое, затем - второе слагаемое, сложить их и, если необходимо, отправить результат снова в оперативную память. Стало быть, процессору необходимо где-то хранить первое и второе слагаемое, а затем и результат. Для этого служит внутренняя ячейка самого процессора, называемая сумматор,
7
или аккумулятор. Кроме того,
какой ячейки оперативной памяти считывать очередную команду. Об этом ему сообщает содержимое его внутренней ячейки , называемой счетчиком команд. Сама команда после извлечения из оперативной памяти помещается в ячейку - регистр команд. Полученный после выполнения команды результат может быть переписан из регистра в ячейку ОЗУ.
Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:
- сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;
- счетчик команд - регистр YY, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
- регистр команд - регистр YY для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения.
Все устройства процессора обмениваются между собой информацией с помощью внутренней шины данных. Современные процессоры имеют и другие части, но три перечисленные выше, вместе со связующим звеном - внутренней шиной данных - необходимый минимум.
8
2.2. Охлаждение процессоров.
Неизбежность нагрева
По мере повышения вычислительной производительности процессоров ПК они больше потребляют электропитания и сильнее нагреваются, а следовательно, увеличивается и тепловыделение. Так, например, если для процессора Celeron значение мощности не превышало и 20 Vt, то для Pentium III, Duron это значение выросло до 30 – 40 Vt, а для Pentium IV и Athlon уже составило более 80 Vt. Если не рассеивать выделяемое тепло, то процессор перегревается и отказывается работать. Чтобы избежать этого, необходимо эффективное охлаждение. Можно выделить три технологии охлаждения, применяемые в вычислительной технике.
Воздушное охлаждение
Эта технология получила наибольшее распространение в мире ПК. Для охлаждения процессора на него устанавливается радиатор, а на радиатор – вентилятор. Такая комбинация приборов охлаждения называется кулером.
Основные характеристики радиатора – это материал, из которого он изготовлен, а также чистота контактной поверхности между радиатором и процессором. Увеличение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи достигается подбором материала радиатора. Радиаторы изготавливаются из алюминия и меди (или с добавлением меди).
Из–за микроскопических неровностей между процессором и радиатором неизбежна воздушная прослойка, которая отрицательно сказывается на теплообмене между процессором и радиатором. Для этих целей применяются различные силиконосодержащие термопласты, которые улучшают передачу тепла радиатору.
Типы радиаторов
Самые распространенные – прессованные алюминиевые радиаторы, которые изготавливаются прессованием со сложным профилем поверхности с ребрами жесткости.
«Складчатые» радиаторы изготавливаются из алюминия и меди. На пластине радиатора пайкой или с помощью теплопроводящих паст фиксируется тонкая металлическая лента, свернутая в гармошку.
«Кованые» радиаторы производятся из алюминия холодной прессовкой, что позволяет выполнять поверхность радиатора в форме ребер и в виде стержней.
В «составных» радиаторах поверхность создается раздельными тонкими медными пластинами, припаянными к основе радиатора.
«Точеные» радиаторы производятся прецизионной механической обработкой цельных заготовок из алюминия и меди.
9
Процессорные вентиляторы и их характеристика