Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора ( Устройство, характеристики, основные функции и назначение центрального процессора компьютера).pdf

Введение

В современном мире, где информационные технологии так прочно вошли в жизнь человека, мы не можем представить ни одной области деятельности людей без компьютера. Дома, на работе, на учебе - сфера использования компьютеров необъятна и безгранична, она постоянно расширяется, существенно влияя на жизнь всего общества в целом и развитие его производственных сил. С развитием общества развивается и компьютер, изменяются в лучшую сторону его технические характеристики, такие как быстродействие, удобство в работе, стоимость, размеры, количество потребляемой электроэнергии. Прежде всего, компьютер рассматривается как преобразователь информации: человек вводит данные, ЭВМ обрабатывает их и выводит информацию (уже обработанную) на монитор (либо другое устройство). Все персональные компьютеры, а также прочие технические устройства (планшеты, смартфоны) обрабатывают нескончаемый поток информации с помощью специальной электронной микросхемы, называемой процессором.

Актуальность нашей работы обусловлена тем, что компьютер прочно вошел в жизнь людей, но многие из них даже и не задумываются о сущности ПК, о том, как он устроен и из чего состоит.

Пользование компьютером становится привычным для современного человека. Вместе с тем далеко не каждый владелец ПК задумывается о том, какие конкретно функции выполняет соответствующее вычислительное устройство.

Процессор — главная вычислительная микросхема компьютера. Как правило, это самый высокотехнологичный и дорогостоящий компонент ПК. Процессоры для компьютеров выпускаются буквально несколькими фирмами в мире. Более 90% мирового рынка занимают две компании — Intel и AMD. Основной показатель производительности данного компонента ПК — частота выполнения операций. Измеряется она обычно в гигагерцах, или ГГц. Чем выше частота, тем быстрее микросхема выполняет необходимые вычисления.

Также значимый показатель производительности процессора — количество ядер. Чем их больше, тем мощнее соответствующий аппаратный компонент. Какие функции процессора компьютера можно назвать ключевыми? Можно сказать, что они, в целом, совпадают с теми, которые выполняет ПК в целом: обработка, перемещение, хранение, данных, управление файлами. Тем самым мы можем проследить значимость процессора на каждом участке работы компьютера.

Цель курсовой работы изучить назначение, функции, классификацию процессора персонального компьютера.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- изучить устройство, характеристики, основные функции и назначение центрального процессора компьютера;

- рассмотреть виды и назначение процессора;

- исследовать принцип работы процессора.

Объектом исследования курсовой работы является компьютер

Предметом исследования является процессор компьютера.

В процессе курсовой работы были применены совокупность методов сравнительно-правового анализа, классификаций и обобщений, а также описания - один из важных методов изучения рассматриваемого вопроса.

Структурная работа состоит из введения, трех глав, заключения, содержащего основанные на результатах проведенного исследования выводы, библиографического списка.

Глава 1 Устройство, характеристики, основные функции и назначение центрального процессора компьютера

Компьютер является неотъемлемой частью жизни современного человека. Интернет-серфинг, удаленная работа, быстрая связь с близкими и друзьями за считанные секунды - все это дает нам компьютер. Еще несколько десятилетий назад люди не могли представить, что посмотреть любимый фильм, заказать еду или купить книгу можно будет не вставая со стула. Теперь же это для нас не просто привычно, это вошло и укоренилось в нашей жизни. Давайте разберемся, из чего же состоит компьютер [5]. А состоит он из множества компонентов и деталей, главные из которых - это оперативная память, центральный процессор и видеокарта. Конечно, в компьютере есть еще ряд вещей, без которых он не может функционировать: блок питания, жесткий диск, материнская плата и элементы гарнитуры. Перейдем к более детальному рассмотрению.

1.1 Устройство центрального процессора

Процессор - это своего рода мозги компьютера. На самом деле больше, чем процессор, не выполняет задач ни один элемент в компьютере. Через центральный процессор проходят сотни потоков в секунду. Он перерабатывает информацию и распределяет ее уже между другими компонентами. Не зря его называют сердцем компьютера. Через него проходит вся информация и все процессы. Что такое ЦПУ в компьютере, разобрались, перейдем к его устройству.

Данная микросхема выполняет функцию вычислительного центра. Без CPU компьютер просто не будет работать. Мощность CPU характеризуется тактовой частотой, которая измеряется в МГц. Вместе с тем именно от уровня примененной технологии зависит конечный показатель производительности процессора. При выполнении многопоточных операций (работа двух и более одновременно используемых приложений) безусловным преимуществом обладают CPU, имеющие многоядерную архитектуру строения. Данная техническая часть компьютера — процессор — состоит из ядра и сопряженных с ним составных элементов: шины ввода/вывода и адресной шины. Скорость обработки данных между указанными компонентами CPU выражается в разрядности. Чем выше упомянутый показатель, тем больше пропускная способность шины центрального процессора.

Верхняя часть процессора представляет собой механическую крышку. Она необходима для рассеивания тепла и в случае удара или падения защитит процессор. Сразу под этой крышкой находится своего рода кристалл, отвечающий за все процессоры в компьютере [7]. За основу кристалла взят кремний. В случае его малейшего повреждения работа центрального процессора будет нарушена. Под кристаллом находится специальная прокладка, к которой с обратной стороны процессора прикреплены своеобразные "ножки" процессора. Именно они контактируют с материнской платой и передают всю информацию. Так же как и в случае с кристаллом, если не будет хотя бы одной ножки, то работа компьютера будет нарушена.

Функции центрального процессора

Как уже было сказано, процессор выполняет очень важную функцию в компьютере. От мощности процессора зависит то, насколько хорошо себя проявят остальные компоненты. Если мощности процессора не хватает для того, чтобы стабильно грузить приложение или игру, то видеокарта также не сможет проявить себя. Разберем, что делает центральный процессор:

•выборка (чтение) выполняемых команд;

•ввод (чтение) данных из памяти или устройства ввода/вывода;

•вывод (запись) данных в память или в устройства ввода/вывода;

•обработка данных (операндов), в том числе арифметические операции над ними;

•адресация памяти, то есть задание адреса памяти, с которым будет производиться обмен;

•обработка прерываний и режима прямого доступа.

Это основные функции ЦП. Все эти функции он выполняет каждую секунду своей работы, обеспечивая стабильную работу компьютера.

Центральный процессор и его характеристика

Каждый процессор имеет свои особенности строения. Характеристика центрального процессора позволяет понять, для каких задач он создан. Разная архитектура, тактовая частота. Все это в каждом процессоре разное:

•тип архитектуры или серия (CISC, Intel х86, RISC);

•система поддерживаемых команд (х86, IA-32, IA 64);

•расширения системы команд (ММХ, SSE, SSE2, 3Dnow!);

•конструктивное исполнение (Slot I, Slot 2, Socket 340, Socket 478, Slot A, Socket A);

•тактовая частота (МГц, ГГц);

•частота системной шины.

Стоит также уделить внимание понятию блоков центрального процессора. Они нужны для временного хранения управляющей информации. Эти блоки необходимы для того, чтобы в случае необходимости процессор мог моментально достать и использовать необходимую ему информацию [9]. Обычно это чуть более 10 MB, но скорость у такой памяти намного выше, чем у оперативной памяти.

Видеокарта

Обсуждая центральный процессор CPU и другие компоненты компьютера, нельзя не уделить время такой важной части каждого устройства, как видеоадаптер. Видеокарта - это устройство, которое преобразует образ, хранящийся в виде информации, в полноценную и привычную нам картинку. То есть процессор информацию получает, обрабатывает и передает видеокарте, а она в свою очередь ее преобразует в графический образ. От мощности видеоадаптера зависит, какое качество картинки вы получите, разрешение и количество кадров. ЦПУ - это тоже компонент, от которого зависят кадры на экране. Количество кадров в секунду означает количество обновлений, которое происходит на экране за данную единицу времени. Приемлемым считается 25 кадров и выше, но за эталон принято не менее 30 кадров. Что интересно, частота обновления образа более 60 раз в секунду не имеет смысла, так как наш глаз уже не видит столь маленькой разницы. Видеокарты условно делятся на 3 типа:

•Для 3D-работ.

•Для игр.

•Для домашних компьютеров.

Разберем каждый тип видеокарт. К 1 типу относятся видеоадаптеры, заточенные конкретно под моделирование. Такие видеокарты стоят довольно дорого, так как намного сложнее и требовательнее остальных видов. Второй тип самый массовый и распространенный, к нему относят все видеокарты от компании Nvidia c названием GTX и от компании AMD с указателем "x" в конце (например R7 275x). Эти видеокарты заточены именно под игры, но так же отлично проявляют себя для обычной, спокойной работы. Ну а к 3 типу относят видеокарты для интернет-серфинга или для работ в офисе, не требующих высоких показателей производительности.

Эффект "узкого горлышка"

Необходимо сказать о том, что связка процессора и видеокарты должна быть грамотно подобрана. Иначе можно столкнуться с таким явлением, как bottleneck. В переводе с английского это означает "узкое горлышко". Разберемся, что это такое и почему возникает. ЦПУ - это важный модуль компьютера, и если он загружен на полную, а видеокарта еще нет, то это называется эффектом узкого горлышка, когда производительность компьютера упирается в мощность процессора, а не в видеокарту. Для того чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо выбирать процессор мощнее, чем тот, что подходит к видеокарте.

1.2 Троттлинг

Троттлинг - это процесс защиты процессора от механических повреждений в ходе перегрева. Из-за этого существенно падает частота процессора и мощность компьютера в целом. Явление неприятное и возникает нечасто, только при существенном перегреве центрального процессора. ЦПУ - это очень хрупкий и важный компонент компьютера, который в случае угрозы поломки защищает себя. Например, процессор с 4 ядрами и 8 потоками в случае перегрева из-за высокой нагрузки увеличивает нагрузку на первые два ядра, так как они являются основными по умолчанию почти у всех процессоров. Пока остальные ядра охлаждаются, первые два работают на полную, и если нагрузка только увеличивается, то вскоре они перегреваются и включается троттлинг, тем самым фактически выключая эти ядра, перекидывая нагрузку на остальные два ядра, которые вскоре так же перегреваются и частота процессора существенно падает. Для того чтобы не попасть в такую ситуацию, надо следить за охлаждением процессора. Обязательно надо чистить компьютер от пыли, в том числе кулер, который охлаждает ЦП. Также необходимо проводить замену термопасты для более лучшей проводимости тепла [12]. Компьютер должен находиться на расстоянии не менее 50 см от стены, для свободной циркуляции воздуха, иначе перегреву подвергнется не только процессор, но и весь компьютер в целом. Для понижения температуры процессора проводится его скальпирование. Это замена текстолита, который находится под крышкой процессора, передавая тепло от кристалла к его крышке и к кулеру.

Оперативная память

Также одним из важнейших компонентов компьютера является оперативная память, или как ее еще называют ОЗУ (оперативно запоминающее устройство). В отличие от жесткого диска в оперативной памяти содержится временная информация. То есть при запуске игры сама игра находится на жестком диске, а действия, которые происходят в игре на данный момент на экране, хранятся на оперативно запоминающем устройстве. Почему именно так, а не на жестком диске? Так как у ОЗУ скорость пропускная память в десятки раз выше, чем у основного диска компьютера, то именно в ней хранятся промежуточные данные. Во время загрузки локации в игре нужно быстро подгрузить файлы, а для этого нужно их пропустить через оперативную память или жесткий диск. Так как пропуск через жесткий диск будет в разы дольше, используется оперативная память.

Разгон компонентов ПК