Файл: Основные характеристики процессоров.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность выбранной темы «Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора» обусловлена необходимостью изучения особенностей работы и функционирования процессоров.

Многие владельцы персональных компьютеров сталкиваются с различными ошибками и сбоями в работе компьютера, но не могут определить причину неполадки. Процессор персонального компьютера – самое настоящее сердце и одновременно мозг компьютера. Пока он работает, работают и все остальные составляющие системного блока и подключенная к нему периферия. Он отвечает за обработку потоков различных данных, а также регулирует работу частей системы.

Без команды, отданной процессором, не может быть произведена даже такая простая операция, как сложение двух чисел, или запись одного мегабайта информации. Все это требует немедленного обращения к ЦП. Что уж до более сложных задач, таких как запуск игры, или обработка видео.

Цель данной курсовой работы ⎯ определить принципы построения и функционирования процессора персонального компьютера.

Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить ряд задач:

• изучить теоретические аспекты построения и функционирования процессора персонального компьютера;
• рассмотреть основные классификации и типы процессоров персональных компьютеров;
• рассмотреть возможные проблемы процессоров персональных компьютеров;
• определить способы устранения неисправностей в работе процессора персонального компьютера.

Объектом исследования выступают DLP-системы. Предметом исследования выступают принципы DLP-систем.

При написании курсовой работы предполагается использовать различную литературу: нормативно-справочную, учебно-методическую, информационно-справочную, а также применять информацию интернет-ресурсов.

Цель и задачи исследована определили структуру курсовой работы.

В первой главе будут раскрыты теоретические аспекты построения и функционирования процессора персонального компьютера, в частности: раскрыто понятие и сущность процессора персонального компьютера, изучены основные характеристики процессоров, изучены классификации и типы процессоров. Во второй главе рассмотрены основные неисправности процессора ПК и различные виды поломок, а также рассмотрены способы и алгоритмы устранения неисправностей в работе процессора.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

1.1 Понятие и сущность процессора персонального компьютера

Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU) – сложная микросхема, являющаяся главной составной частью любого компьютера. Именно это устройство осуществляет обработку информации, выполняет команды пользователя и руководит другими частями компьютера.^[1]

Уже много лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Есть, конечно, и другие достойные производители, но до уровня указанных лидеров им далеко.^[2]

Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в разработки огромные средства и много сил. Их конкуренция - важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли.

Если смотреть на процессор физически, он представляет собой небольшую тонкую квадратную плату. Он имеет небольшие размеры и сверху покрывается металлической крышкой.

Процессор имеет вид небольшой квадратной платы размером со спичечный коробок толщиной в несколько миллиметров, верхняя часть которого как, как правило, прикрыта металлической крышкой (в настольных версиях), а на нижней расположено множество контактов. Собственно, дабы не распинаться, посмотрите следующие фотографии:

Нижнюю часть чипа занимают контакты, через которые чипсет и осуществляет взаимодействие с остальной системой. Открыв крышку системного блока своего компьютера, вы легко сможете найти процессор, если только он не закрыт системой охлаждения.

Внешне центральный процессор не представляет собой ничего выдающегося – небольшая плата (где-то 7 х 7 см.) с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Но на самом деле внутри этой коробочки хранится сложнейшая микроструктура из миллионов транзисторов. ^[3]

Как выглядит процессор компьютера с обеих сторон можно увидеть на рисунке 1.

Рисунок 1. Современный процессор ПК^[4]

Без команды, отданной процессором, не может быть произведена даже такая простая операция, как сложение двух чисел, или запись одного мегабайта информации. Все это требует немедленного обращения к ЦП. Что уж до более сложных задач, таких как запуск игры, или обработка видео.

На рисунке 2 можно увидеть основные функции процессора персонального компьютера.

Рисунок 2. Основные функции процессора персонального компьютера

Как видно по рисунку 1 процессор обрабатывает инструкции, которые он получает в процессе декодирования данных. При обработке этих данных, процессор выполняет четыре основных шага:

Выборка. Каждая команда сохраняется в памяти и имеет свой собственный адрес. Процессор запоминает этот адрес из программного счетчика, который отвечает за отслеживание того, какую инструкцию ЦП должен выполнить следующей.

Расшифровка. Все программы, которые должны быть выполнены, будут переведены на язык Ассемблер. Код Ассемблера выполнен в бинарных инструкциях, которые понятны процессору. Этот шаг называется декодированием.^[5]

Выполнение. При выполнении инструкции, процессор может сделать одно из трех действий: передать инструкцию в АЛУ(арифметико-логическое устройство), переместить данные из одного места памяти в другое, или перейти к другому адресу.^[6]

Исполнение. Процессор должен передать результаты после выполнения инструкции, эти выходные данные записываются в память.

Стоит добавить, что процессоры могут выполнять и функции видеокарты. Дело в том, что в современных чипах отведено место для видеоконтроллера, который выполняет все необходимые от нее функции, а как видеопамять использует ОЗУ. Не стоит думать, что встроенные графические ядра способны конкурировать с видеокартами хотя бы среднего класса, это больше вариант для офисных машин, где мощная графика не нужна, но все же потянуть что-то слабое им по зубам. Главным же достоинством интегрированной графики является цена — все же отдельную видеокарту покупать не нужно, а это существенная экономия.^[7]

Основным материалом при производстве процессоров является самый обычный песок, а точнее сказать кремний, коего в составе земной коры около 30%. Из очищенного кремния сначала изготавливают большой монокристалл цилиндрической формы, который разрезают на "блины" толщиной около 1 мм.

Затем с использованием технологии фотолитографии в них создаются полупроводниковые структуры будущих процессоров.

Фотолитография чем-то напоминает процесс печати фотографий с пленки, когда свет, проходя через негатив, действует на поверхность фотобумаги и проецирует на ней изображение.

При изготовлении процессоров своеобразной фотобумагой выступают упомянутые выше кремниевые "блины". Роль света играют ионы бора, разогнанные до огромной скорости высоковольтным ускорителем. Они пропускаются через специальные "трафареты" - системы высокоточных линз и зеркал, вкрапливаются в кремний и создают в нем микроскопическую структуру из множества транзисторов. ^[8]

Сеовременные технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 22 нанометра (толщина человеческого волоса - около 50000 нм). Со временем техпроцесс изготовления процессоров станет еще совершеннее. По прогнозам, их транзисторы уменьшатся как минимум до 14 нм.

Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов можно поместить в один процессор, тем он будет производительнее и энергоэффективнее.

Созданная таким образом полупроводниковая структура вырезается из кварцевого "блина" и помещается на текстолит. На обратную его сторону выводятся контакты для обеспечения подсоединения к материнской плате. Сверху кристал защищается от повреждения металлической крышкой (см. рис. выше).

Процессоры прошли сложную эволюцию и сейчас продолжают развиваться. Производители совершенствуют не только технологию изготовления, но и внутреннюю структуру процессоров. Каждое новое их поколение отличается от предыдущего строением, количеством и характеристиками входящих в их состав элементов.

Процессоры, в которых используются те же базовые принципы строения, называют процессорами одной архитектуры, а эти принципы - архитектурой (микроархитектурой) процессора.^[9]

В пределах одной архитектуры процессоры могут существенно отличаться - частотами системной шины, техпроцессом изготовления, размером и структурой внутренней памяти и некоторыми другими особенностями. О таких процессорах говорят, что они имеют разные ядра.

В рамках доработки одного ядра производители могут делать небольшие изменения с целью устранения мелких недочетов. Такие усовершенствования, которые "не тянут" на звание самостоятельных ядер, называют ревизиями.

Архитектурам и ядрам присваиваются определенные имена, а их ревизиям – цифробуквенные обозначения. Например, все модели Intel Core 2 Duo являются процессорами микроархитектуры Intel Core и производились с ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. У каждого из этих ядер были еще и разные ревизии.^[10]

Деятельность ЦП можно представить последовательностью следующих событий:

1. Из ОЗУ, куда загрузилась определенная программа (допустим текстовый редактор), управляющий блок процессора извлекает необходимые сведения, а также набор команд, которые обязательно нужно выполнить. Все это отправляется в буферную память (кэш) ЦП.
2. Выходящая из кэш-памяти информация разделяется на два вида: инструкции и значения, которые отправляются в регистры (это такие ячейки памяти в процессоре). Первые идут в регистры команд, а вторые в регистры данных.
3. Информацию из регистров обрабатывает арифметико-логическое устройство (часть ЦПУ, которая выполняет арифметические и логические преобразования поступающих данных), которое из них считывает информацию, а за тем исполняет необходимые команды над получившимися в итоге числами.
4. Получившиеся результаты, разделяющиеся на законченные и незаконченные, идут в регистры, откуда первая группа отправляется в кэш-память ЦП.
5. Этот пункт начнем с того, что есть два основных уровня кэша: верхний и нижний. Последние полученные команды и данные, нужные для выполнения расчетов, поступают в кэш верхнего уровня, а неиспользуемые отправляются в кэш нижнего уровня. Этот процесс идёт следующим образом — вся информация идёт с третьего уровня кэша на второй, а потом попадает на первый, с не нужными на текущий момент данными и их отправкой на нижний уровень все обстоит наоборот.
6. По окончанию вычислительного цикла, конечный итог будет записан в оперативной памяти системы, для освобождения места кэш-памяти ЦП для новых операций. Но может произойти так, что буферная память будет переполнена, тогда неэксплуатируемые данные пойдут в оперативную память, или на нижний уровень кэша.^[11]

Поэтапные шаги вышеприведенных действий являются операционным потоком процессора и ответом на вопрос – как работает процессор.

Таким образом, процессор персонального компьютера представляет собой электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.

1.2 Основные характеристики процессоров

На производительность (быстродействие) центрального процессора влияет широкий ряд параметров. Мы рассмотрим основные характеристики CPU, что касается остальных свойств продукта – они имеют глубокий технический подтекст.