Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора (Понятие и основные характеристики процессоров).pdf

ВВЕДЕНИЕ

В мире, где информационные технологии очень крепко закрепились в нашей жизни, я не могу вспомнить ни одной области работы людей без ПК. Дома, на работе, на учебе - область применения компьютеров не имеет границ, и с каждым днем расширяется, значительно воздействуя на жизнь всего общества в целом и становление его производственных сил. С развитием общества развивается и компьютер, меняются в наилучшую сторону его технические свойства, это такое как быстродействие, комфорт в работе, цена, габариты, количество потребляемой электричества. До этого всего компьютер рассматривается как преобразователь информации: человек вводит данные, ЭВМ обрабатывает их и выводит информацию (уже обработанную) на монитор (либо другое устройство). Все ПК, и другие технические приборы (планшеты, смартфоны) обрабатывают бесконечный поток информации с поддержкой специальной электронной микросхемы, именуемой микропроцессором.
Актуальность мой работы обоснована тем, собственно что компьютер крепко закрепился в жизнь людей, но почти все из них в том числе и не думают о сути ПК, о том, как он устроен и из чего состоит.

Объектом мой работы является понятие и суть микропроцессора (процессора).
Предметом же моего изучения считаются современные модели микропроцессоров всевозможных фирм изготовителей.
Задача предоставленной работы заключается в исследовании сути и структуры микропроцессора, а например же в рассмотрении некоторых моделей микропроцессоров от различных изготовителей.
Для воплощения предоставленной цели были определены надлежащие исследовательские задачи:
• Проанализировать главные свойства процессора;
• Рассмотреть архитектуру процессора;
• Исследовать веяния передового рынка микропроцессоров, отметить самые наилучшие модели, рассмотреть главные характеристики и плюсы передовых микропроцессоров.
Для заключения по установленным задачам применялись следующие способы: теоретический анализ исторических, публицистических, научных, социологических источников и их описание.

1. Процессоры ПК

1.1 Понятие и основные характеристики процессоров

Собственно что такое микропроцессор, понимает уже чуть ли не 6-ти летний малыш. В нашем современном технологическом обществе, это понимает буквально любой человек. Это, возможно сказать, в том числе и не специфичность, а совместные знания всякого образованного человека. Но все же, что на самом деле представляет из себя процессор?
Процессор - электронный блок или интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), ключевая часть аппаратного обеспечения ПК или же программируемого логического контроллера (ядра) . Множество юзеров называют его микропроцессором или же центральным процессором (ЦПУ).
Принимая во внимание свойства микропроцессора, возможно проанализировать его и правильно расценить вычислительную производительность системы. Как раз в следствие этого, довольно принципиально хорошо понимать во всех ведущих свойствах микропроцессоров. В изложенном материале, где будут перечислены все главные характеристики ЦПУ с коротким описанием каждого.
Рассмотрим многоядерность микропроцессоров или же характеристику числа ядер.
На первых порах становления микропроцессоров, все усилия по увеличению производительности микропроцессоров были ориентированы в сторону увлечения тактовой частоты, но с завоеванием более высоких вершин характеристик частоты, увеличивать её стало труднее, сказывалось это на повышении TDP микропроцессоров. В следствие этого создатели стали выращивать микропроцессоры в ширину, а как раз добавлять ядра, например и появилось понятие многоядерности.
Еще практически 8-9 лет назад, о многоядерности микропроцессоров даже не задумывались. Нет, многоядерные микропроцессоры фирмы IBM существовали и раньше, но возникновение первого двухъядерного микропроцессора для настольных ПК, произошло только в 2005 году, и именовался этот микропроцессор Pentium D. Еще, в 2005 году был выпущен двухъядерный микропроцессор Opteron от AMD, но для серверных и более продвинутых систем.

Принцип увеличения производительности микропроцессора за счёт нескольких ядер, заключается в разбиении потоков (различных задач) на некоторое количество ядер. Возможно сказать, собственно что буквально любой процесс, запущенный в операционной системе, содержит множество потоков.
Надо незамедлительно же оговориться, что операционная система имеет возможность виртуально сделать для себя большое количество потоков и исполнять это все как бы в одно и тоже время, пусть в том числе и на физическом уровне микропроцессор и одноядерный. Данный принцип продаст ту самую многозадачность Windows (к примеру, одновременное прослушивание музыки и набор или чтение текста).
Возьмём для примера антивирусную программу. Один поток станет исполнять сканирование ПК, иной - обновление антивирусной базы.
И рассмотрим, собственно что же станет в 2-ух различных случаях:
а) Микропроцессор одноядерный. Например как 2 потока производятся у нас в одно и тоже время, то нужно сделать для юзера (визуально) данную самую одновременность выполнения. Операционная система готовит это так: случается переключение между выполнением данных 2-ух потоков (эти переключения занимают секунды и время идет в миллисекундах). То есть, система несколько «производила» обновление, затем быстро переключилась на сканирование, затем обратно на обновление. Этим образом, для формируется впечатление одновременного выполнения данных 2-ух задач. Естественно же, производительность падает.
б) Микропроцессор многоядерный. В предоставленном случае этого переключения не станет. Система внятно станет посылать любой поток на отдельное ядро, собственно что в итоге дозволит нам освободиться от губительного для производительности переключения с потока на поток (идеализируем ситуацию). 2 потока производятся в одно и тоже время, в данном и заключается принцип многоядерности и многопоточности. В конечном результате, мы гораздо скорее выполним сканирование и обновление на многоядерном микропроцессоре, ежели на одноядерном. Но не все программы поддерживают многоядерность. Не любая программа не может быть оптимизирована этим образом. И все случается вдали не например безупречно, как мы обрисовали. Но с любым днём создатели делают всё более и более программ, у коих великолепно оптимизирован код, под выполнение на многоядерных микропроцессорах.
Техпроцесс в центральных и графических микропроцессорах.
Не обращая внимания на то, собственно что техпроцесс впрямую не воздействует на производительность микропроцессора, он все точно также упоминается как черта микропроцессора, например как раз техпроцесс воздействует на наращивание производительности микропроцессора, за счет конструктивных перемен. Нужно обозначить, собственно что техпроцесс, считается совокупным мнением, как для центральных микропроцессоров, например и для графических микропроцессоров, которые применяются в видеоплатах.
Главным составляющей в микропроцессорах считаются транзисторы - миллионы и миллиарды транзисторов. Из этого и выливается принцип работы микропроцессора. Транзистор, имеет возможность, как пропускать, например и перекрыть электронный ток, собственно что выделяет вероятность логическими схемам работать в 2-ух состояниях - выключенияи подключения, то есть во всем отлично знакомой двоичной системе (1 и 0).
Техпроцесс - это, по свой сути, величина транзисторов. А база производительности микропроцессора заключается как раз в транзисторах. В соответствии с этим, чем величина транзисторов меньше, что их более возможно расположить на кристалле микропроцессора.
Новые микропроцессоры Intel исполнены по техпроцессу 22 нм. Нанометр (нм) - это 10 в -9 степени метра, что считается одной миллиардной частью метра. Чтобы чем какого-либо другого предположить насколько это маленькие транзисторы, возможно привести один занимательный научный прецедент: « На площади среза человеческого волоса, с поддержкой усилий прогрессивной техники, возможно расположить 2000 транзисторных затворов». В случае если брать во внимание современные микропроцессоры, то численность транзисторов, там уже превышает 1 миллиард.
Ну, а техпроцесс у первых моделей начинался не с нанометров, а с больших объёмных величин.

Частота микропроцессора.
В случае если рассматривать своеобразные свойства микропроцессоров, тактовая частота считается более знакомым параметром. Довольно длительное время создатели проделывали ставки как раз на увеличение тактовой частоты, но со периодом, "мода" изменилась, и основная масса разработок уходят на создание больше безупречной зодчества, наращивания кэш-памяти и становления многоядерности, но и на тему частоту никто не вспоминает.
Для начала надо разобраться с определением «тактовая частота». Тактовая частота демонстрирует нам, сколько микропроцессор имеет возможность изготовить вычислений в единицу времени. В соответствии с этим, чем более частота, что более операций в единицу времени имеет возможность исполнить микропроцессор. Тактовая частота передовых микропроцессоров, в ведущем, оформляет 1,0-4ГГц. Она ориентируется умножением наружной или же базисной частоты, на определённый коэффициент. К примеру, микропроцессор Intel Core i7 920 пользуется частоту покрышки 133 МГц и множитель 20, в итоге чего тактовая частота равна 2660 МГц.
Частоту микропроцессора возможно прирастить в семейных критериях, с поддержкой разгона микропроцессора. Есть особые модели микропроцессоров от AMD и Intel, которые нацелены на разбег самим изготовителем, к примеру, Black Edition у AMD и линейки К-серии у Intel.
На данный момент, практически во всех разделах рынка уже не осталось одноядерных микропроцессоров. Ну оно и разумно, так как IT-индустрия не стоит на пространстве, а каждый день движется вперёд семимильными шагами. В следствие этого надо отчетливо уяснить, каким образом рассчитывается частота у микропроцессоров, которые имеют 2 ядра и больше.
Есть популярное заблуждение насчёт осознания (высчитывания) частот многоядерных микропроцессоров. Незамедлительно же возможно привести образчик сего неверного размышления: «Имеется 4-х ядерный микропроцессор с тактовой частотой 3 ГГц, в следствие этого его суммарная тактовая частота станет равна: 4х 3ГГц=12 ГГц, так как так?» - Нет, не так.
Возможно приписать, отчего суммарную частоту микропроцессора невозможно воспринимать как: « численность ядер х обозначенную частоту». Приведем образчик: «По проезжей части идёт прохожий, у него скорость 4 км/ч. Это подобно одноядерному микропроцессору на N ГГц. А вот в случае если по проезжей части идут 4 прохожего со скоростью 4 км/ч, то это подобно 4-ядерному микропроцессору на N ГГц. В случае с пешеходами мы не считаем, собственно что их скорость станет равна 4х4 =16 км/ч, мы элементарно беседуем: "4 прохожего идут со скоростью 4 км/ч". По данной же основанию мы не выполняем практически никаких математических поступков и с частотами ядер микропроцессора, а элементарно помним, собственно что 4-ядерный микропроцессор на N ГГц владеет 4 ядрами, любое из коих трудится на частоте N ГГц».
То есть, по сущности, частота микропроцессора от числа ядер не меняется, возрастает только производительность микропроцессора.

1.2 Понятие прерывания и основные виды прерываний

Прерывания - устройство, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных приборов вычислительной системы и откликаться на особенные истории, образующиеся при работе микропроцессора. Прерывания - принудительная предоставление управления от производимой программки к системе, происходящее при появлении конкретного действия.
Главная задача вступления прерываний - осуществление асинхронного режима работы и распараллеливание работы отдельных приборов вычислительного ансамбля.
Устройство прерываний реализуется аппаратно-программным методикой. Прерывание всякий раз тянет за собой перемена около выполнения команд микропроцессором.
Система прерывания - это действенный метод реализации контрольных и управляющих функций операционной системы для помощи данных режимов работы ЭВМ, как аппаратно-программного ансамбля.
Система прерывания была замечена в микропроцессорах ЭВМ 2 поколения, которые применялись, в ведущем, в качестве программных приборов управления разными объектами.
Ведущими основаниями возникновения системы прерывания считаются:
• желание создателей убавить простои ЭВМ при появлении внештатных обстановок в микропроцессоре (попытки разделения на ноль, внедрение несуществующей команды, сбой в приборе и т.д.):
• желание создателей нагрузить нужной работой микропроцессор, во время, когда он ждет знак от управляемого объекта, т.е. вожделение воплотить в жизнь фоновую работу ЭВМ.
Ключевые функции механизма прерываний:
• распознавание или же классификация прерываний;
• передача управления на обработку прерываний;
• корректное возвращение к прерванной программке.
Прерывания, образующиеся при работе вычислительной системы, возможно поделить на 2 ведущих класса:
• внешние (асинхронные);
• внутренние (синхронные).
Наружные прерывания вызываются асинхронными мероприятиями, которые происходят за пределами прерываемого процесса, к примеру:• прерывания от таймера;
• прерывания от наружного прибора (прерывания по вводу/выводу);
• прерывания по нарушению питания;
• прерывания с пульта оператора вычислительной системы;
• прерывания от иного микропроцессора или же иной вычислительной системы. Внутренние прерывания вызываются мероприятиями, которые связаны с работой микропроцессора и считаются синхронными с его операциями, к примеру:
• нарушение адресации;
• наличие в фон адреса несуществующей инструкции;
• деление на нуль;
• переполнение или же пропадание порядка;
• ошибка четности;
• ошибка в работе всевозможных аппаратных приборов.
Именно программные прерывания происходят по соответственной команде прерывания, то есть по данной команде микропроцессор изготавливает те же воздействия, собственно что и при нормальных внутренних прерываниях. Этот устройство введен для такого, дабы переключение на системные программные модули происходило не как переход в подпрограмму, а как простое прерывание. Данным гарантируется автоматическое переключение микропроцессора в пафосный режим с вероятностью выполнения всех команд. Сигналы, вызывающие прерывания, складываются в микропроцессоре или же за пределами его, они имеют все шансы появиться в одно и тоже время. Выбор 1-го случается на базе ценностей, поставленных для всякого их них. Наивысшим ценностью владеют прерывания от схем контроля микропроцессора. Учет ценностей имеет возможность быть встроен в технические способы или же имеет возможность определяться операционной системой. Программно-аппаратное управление порядком обработки сигналов прерывания разрешает использовать всевозможные дисциплины сервиса прерываний.
Рассредоточение прерываний по уровню приоритета (от невысокого к высокому):

• программные прерывания;
• прерывания от наружных приборов: терминалов;
• прерывания от наружных приборов: сетевого оборудования;
• прерывания от наружных приборов: магнитных дисков;
• прерывания от системного таймера;
• прерывания от средств контроля микропроцессора.
Микропроцессор имеет возможность владеть способами обороны от прерываний:
• отключение системы прерываний;
• маскирование (запрет) отдельных обликов прерываний.
Как правило операция прерывания производится лишь только впоследствии окончания выполнения текущей команды.
Сигналы прерывания появляются в произвольные факторы времени, в следствие этого к моменту обработки имеет возможность накопиться некоторое количество сигналов. Сигналам прерывания присваиваются ценности, в первую очередь обрабатывается знак с больше высочайшим ценностью.

Программное управление особыми регистрами маски (маскирование сигналов прерывания) разрешает воплотить в жизнь всевозможные дисциплины сервиса:
• с условными ценностями, сервис не прерывается в том числе и при наличии запросов с больше высочайшим ценностью. В программке сервиса предоставленного запроса идет по стопам наложить маски на все другие сигналы прерывания или же элементарно выключить систему прерываний;
• с безоговорочными ценностями, обслуживается прерывание с большим ценностью. В программке сервиса прерываний идет по стопам наложить маски на сигналы прерывания с больше невысоким ценностью. Вполне вероятно многоуровневое прерывание, то есть прерывание программки обработки прерывания, количество значений изменяется и находится в зависимости от приоритета запроса;
• по принципу стека (последним пришел - первым обслужен), требования с больше невысоким ценностью имеют все шансы оборвать обработку прерывания с больше высочайшим ценностью. В программке сервиса прерываний не идет по стопам накладывать маски ни на раз знак прерывания и выключать систему прерываний.
Управление ходом выполнения задач со стороны ОС заключается:
• в организации реакций на прерывание;
• в организации обмена информацией;
• в предоставлении важных ресурсов;
• в динамике выполнения задачи;
• в организации обслуживания.
Предпосылки прерываний определяет ОС (супервизор прерываний) и делает воздействия, нужные при предоставленном прерывании и в предоставленной истории.
Супервизор прерываний делает надлежащие воздействия:
• сохраняет в дескрипторе текущей задачки трудящиеся регистры микропроцессора, определяющие контекст прерванной задачи;
• определяет программку, обслуживающую нынешний запрос на прерывание;