Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора.pdf
Добавлен: 06.04.2023
Просмотров: 230
Скачиваний: 2
Хотя совместное использование некоторых компонентов процессора означает, что общая скорость системы с поддержкой HT не так высока, как у настоящей двухпроцессорной системы, увеличение скорости на 25% и более возможно при использовании нескольких приложений или одного многопоточного приложения. Выполняется.
Первым процессором с поддержкой HT был процессор Intel Pentium 4 3,06 ГГц. Все 3,06 ГГц и более быстрые модели Pentium 4 поддерживают технологию HT, также как и все процессоры 2,4 ГГц и выше, использующие шину 800 МГц [6]. Однако сам по себе процессор P4 с поддержкой HT не может принести в вашу систему преимущества технологии HT. Вам также необходимо следующее:
- Двухъядерные технологии
HT Technology предназначена для моделирования двух процессоров в одном физическом устройстве. Благодаря правильно написанному программному обеспечению HT Technology может улучшить производительность приложений. К сожалению, многие приложения не поддерживают технологию HT и замедляются при включении технологии HT. Однако приложения не нужно переписывать, чтобы использовать преимущества нескольких процессоров или двухъядерных процессоров. Двухъядерный процессор, как следует из названия, содержит два ядра процессора в одном корпусе процессора. Двухъядерный процессор обеспечивает практически все преимущества многопроцессорного компьютера по цене ниже, чем два подходящих процессора.
Как AMD, так и Intel представили двухъядерные x86-совместимые настольные процессоры в 2005 году [12]. Новинка AMD - Athlon 64 X2 - может быть установлена на большинстве материнских плат Socket 939, предназначенных для оригинальных одноядерных процессоров Athlon 64 или Athlon 64 FX. В некоторых ситуациях может потребоваться обновление BIOS. AMD также представила двухъядерные версии рабочей станции и серверного процессора Opteron в 2005 году [12]. Первые двухъядерные процессоры Intel - Pentium Extreme Edition и Pentium D - используют тот же Socket 775, что и самые последние модели Pentium 4. Однако им требуются новые материнские платы, использующие наборы микросхем Intel 945 и 955 или сторонние наборы микросхем, которые поддерживают работу с двумя ядрами.
Глава 2. Назначение процессора
Центральный процессор является, пожалуй, самым важным компонентом любого вычислительного устройства. Это горстка инструкций. Это ядро вашего ПК, смартфона или планшета. и это не обязательно.
Сам ЦП является ключевым компонентом того, что делает компьютер компьютером, но это не сам компьютер - это просто мозг операции. Это небольшая компьютерная микросхема, которая установлена на основной плате (материнской плате) компьютера, будь то настольный ПК, ноутбук или планшет. Он отчетливо отделен от памяти, в которой хранится информация, и от графической карты или графического чипа, который обрабатывает весь рендеринг видео и 3D-графики на вашем мониторе или экране.
Процессоры строятся путем размещения миллиардов микроскопических транзисторов на одном компьютерном чипе. Эти транзисторы позволяют ему производить вычисления, необходимые для запуска программ, которые хранятся в памяти вашей системы.
Одно из наиболее распространенных достижений технологии ЦП заключается в уменьшении и уменьшении этих транзисторов [5]. Это привело к улучшению скорости процессора в течение десятилетий, часто называемых законом Мура.
В контексте современных устройств настольный компьютер или ноутбук будет иметь выделенный ЦП, который выполняет ряд функций обработки для системы. Мобильные устройства и некоторые планшеты вместо этого используют «Систему на чипе» (SoC), которая является чипом, который содержит свой ЦП наряду с другими компонентами. Как Intel, так и AMD предлагают процессоры с графическими чипами и памятью, хранящейся на них, что означает, что они могут выполнять больше, чем просто стандартные функции процессора [7].
По своей сути, CPU берет инструкции из программы или приложения и выполняет вычисления. Этот процесс можно разбить на три основных этапа: выборка, декодирование и выполнение. ЦП извлекает инструкцию из ОЗУ системы, затем декодирует, какой на самом деле является инструкция, до того, как она будет выполнена соответствующими частями ЦП.
Выполняемая инструкция или вычисление может включать основную арифметику, сравнивая определенные числа вместе или перемещая их в памяти. Поскольку все в компьютере представлено числами, такие простые задачи приравниваются к тому, что делает процессор. Это то, что облегчает все: от запуска Windows до просмотра видео на YouTube.
В современных системах ЦП не делает все, но ему все равно приходится снабжать специализированное оборудование теми номерами, которые необходимы им для выполнения своей работы. Нужно указать графической карте, чтобы он показывал этот взрыв, потому что вы нажали на этот топливный бак или извлекли содержимое документа Office из локальной памяти.
Два основных компонента процессора:
- Блок управления - кр
- Арифметико-логическая единица - АЛУ
Блок управления CU является частью CPU, которая помогает организовать выполнение инструкций [6]. Он говорит, что делать. Согласно инструкции, он помогает активировать провода, соединяющие ЦП с другими частями компьютера, включая АЛУ. Блок управления является первым компонентом ЦП, получившим инструкцию для обработки.
Существует два типа блоков управления:
- Проводные блоки управления.
- микропрограммируемые (микропрограммируемые) блоки управления.
Аппаратно-аппаратные блоки управления являются аппаратными средствами и нуждаются в смене аппаратных средств, чтобы добавить изменения в их работу, когда микропрограммируемый блок управления может быть запрограммирован для изменения его поведения. Проводные CU быстрее в обработке инструкции, а микропрограммируемые как более гибкие.
Арифметическая и логическая единица ALU, как следует из названия, выполняет все арифметические и логические вычисления. АЛУ выполняет операции, такие как сложение, вычитание. АЛУ состоит из логических схем или логических элементов, которые выполняют эти операции.
Большинство логических вентилей принимают два входа и выдают один выход.
Основная задача CPU - выполнять предоставленные ему инструкции [3]. Чтобы обрабатывать эти инструкции большую часть времени, нужны данные. Некоторые данные являются промежуточными, некоторые являются входными данными, а другие - выходными. Эти данные вместе с инструкциями хранятся в следующем хранилище:
Регистрация - это небольшой набор мест, где можно хранить данные [2]. Регистр представляет собой комбинацию защелок. Защелки, также известные как триггеры, представляют собой комбинации логических элементов, в которых хранится 1 бит информации.
Защелка имеет два входных провода, провод записи и ввода и один выходной провод. Мы можем активировать провод записи для внесения изменений в сохраненные данные. Когда провод записи отключен, выход всегда остается неизменным.
CPU имеет регистры для хранения данных вывода. Отправка в основную память (ОЗУ) будет медленной, поскольку это промежуточные данные. Эти данные отправляются в другой регистр, который подключен через шину. Регистр может хранить инструкции, выходные данные, адрес хранения или любые другие данные.
Ram - это набор регистров, упорядоченных и оптимизированных таким образом, что он может хранить большее количество данных [2]. ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) является энергозависимым, и его данные теряются, когда мы выключаем питание. Поскольку ОЗУ представляет собой набор регистров для чтения / записи данных, ОЗУ принимает ввод 8-битного адреса, ввод данных для фактических данных, которые должны быть сохранены, и, наконец, активатор чтения и записи, который работает так же, как и для защелок.
Инструкция - это детальное вычисление уровня, которое может выполнить компьютер [2]. Существуют различные типы инструкций, которые процессор может обрабатывать.
Инструкции включают в себя:
- Арифметика, такая как сложение и вычитание
- Логические инструкции, такие как и, или, а не
- Данные инструкции, такие как перемещение, ввод, вывод, загрузка и сохранение
- Инструкции потока управления, такие как goto, если… goto, вызов и возврат
- Уведомить ЦП о завершении программы
Инструкции предоставляются компьютеру на ассемблере, генерируются компилятором или интерпретируются на некоторых языках высокого уровня.
Эти инструкции встроены в процессор. ALU содержит арифметическое и логическое значение, в котором поток управления управляется CU.
За один такт компьютеры могут выполнять одну инструкцию, а современные компьютеры могут выполнять более одной.
Группа инструкций, которые может выполнять компьютер, называется набором инструкций.
Инструкции хранятся в оперативной памяти в последовательном порядке. Для гипотетического CPU инструкция состоит из кода OP (операционного кода) и адреса памяти или регистра.
В регистре команд блока управления (IR) есть два регистра, которые загружают код операции инструкции и регистр адреса инструкции, который загружает адрес текущей исполняемой команды. Внутри ЦП имеются другие регистры, в которых хранится значение, хранящееся в адресе последних 4 битов инструкции.
Mного оптимизаций било сделано, чтобы ЦП работал быстрее и как можно эффективнее. При написании любой программы нужно учитывать, как сокращение количества инструкций, которые мы предоставляем процессору, повысит производительность компьютерной программы.
Глава 3. Классификация процессоров
Традиционно дизайн и инновации компьютерных процессоров развивались чрезвычайно быстрыми темпами. Как следствие, рынок компьютерных процессоров огромен и часто вводит в заблуждение новичка. Однако изучение основных наборов функций и функций, которые отличают каждый процессор друг от друга, совсем не сложно.
Архитектура центрального процессора (ЦП) функционирует от «Архитектуры набора инструкций» до того места, где она была спроектирована. Архитектурный дизайн ЦП - это вычисление с использованием сокращенного набора команд (RISC) и вычисления с использованием комплексного набора команд (CISC) [16]. CISC способен выполнять многошаговые операции или режимы адресации в одном наборе команд. Это дизайн процессора, где одна инструкция работает несколько низкоуровневых действий. Например, память, загрузка из памяти и арифметическая операция. Вычисление сокращенного набора команд - это стратегия проектирования центрального процессора, основанная на видении, что базовый набор команд дает отличную производительность в сочетании с микропроцессорной архитектурой, которая способна выполнять инструкции, используя несколько циклов микропроцессора на команду. В этой статье обсуждается различие между архитектурой RISC и CISC. Аппаратная часть Intel названа «Компьютер со сложным набором инструкций» (CISC), а аппаратное обеспечение Apple - «Компьютер с сокращенным набором инструкций» (RISC).
CISC - это сокращение от компьютера с комплексными инструкциями [3]. Архитектура CISC пытается уменьшить количество инструкций, которые есть в программе, оптимизируя таким образом количество инструкций для каждой программы в приведенном выше уравнении. Это делается путем объединения множества простых инструкций в одну сложную.
В аналогии с собакой «Fetch» можно рассматривать как инструкцию CISC. Когда собака «подбирает» мяч, она фактически выполняет серию инструкций, которые включают: «Следуй за мячом», затем «Подними его», затем «Возвращайся к человеку» и, наконец, «Дай человеку мяч».
Очевидно, что дать собаке одну инструкцию «извлечь» легче и быстрее, чем дать ей четыре отдельных инструкции. И именно поэтому первоначальные производители процессоров, такие как Intel, разработали процессоры CISC.
Это уменьшает объем работы, которую должен выполнять компилятор, поскольку сами инструкции очень высокого уровня. Инструкции занимают очень мало памяти в ОЗУ, и большая часть работы выполняется аппаратными средствами при декодировании инструкций.
Так как в инструкции в стиле CISC, ЦП должен выполнять больше работы в одной инструкции, поэтому тактовые частоты немного ниже. Кроме того, число регистров общего назначения меньше, так как для декодирования команд необходимо использовать больше транзисторов.
С другой стороны, в компьютерах с уменьшенным набором команд или в архитектурах RISC имеется больше инструкций, но они уменьшают количество циклов, которые инструкция выполняет для выполнения. Как правило, одна инструкция в машине RISC займет всего один цикл ЦП [12]. Это может быть как «сидячая» инструкция, которую мы даем собаке.
Однако преимущество во времени не лишено недостатков. Поскольку RISC имеет более простые наборы инструкций, компилятор должен разбивать сложные инструкции высокого уровня на множество инструкций. Хотя инструкции просты и не нуждаются в сложных архитектурах для декодирования, работа компилятора состоит в том, чтобы разбить сложные высокоуровневые программы на множество простых инструкций.
Это создает большую нагрузку на программное обеспечение и разработчиков программного обеспечения, в то же время сокращая объем работы, которую необходимо выполнять аппаратному обеспечению.
Поскольку логика декодирования проста, требуемые транзисторы меньше, и большее количество регистров общего назначения может быть помещено в ЦПУ.
Однако в настоящее время границы между архитектурами RISC и CISC очень размыты, и в большинстве случаев это не важно. Устройства ARM, PIC и почти все производители смартфонов используют устройства RISC, поскольку они быстрее и требуют меньше ресурсов и энергии. Единственное полностью существующее устройство CISC - это, вероятно, серия Intel x86.