Файл: Процессор персонального компьютера, назначение, функции, классификация процессора.pdf

Введение

Часто можно услышать, что центральный процессор это мозг или сердце компьютера, который, как принято считать, занимается арифметикой и дает команды внешним устройствам компьютера. Процессор можно сравнить с небольшой бюрократической конторой, где есть начальник и множество исполнителей: секретарей, курьеров и прочего народа. Как начальник процессор дает распоряжение всем узлам компьютера. Распоряжения же выполняют другие специализированные процессоры, которыми снабжены все современные внешние устройства. но несмотря на это процессор сам выполняет ряд функций. Именно процессор управляет всеми делами на компьютере, четко выполняя распоряжения работающих в данный момент программ.

Процессор – это один из основных компонентов компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой.

Процессор представляет собой интегральную микросхему (пластину кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещены электронные блоки, реализующие его функции. Кристалл-пластинка помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (медными) проводниками с металлическими штырями (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера) или металлическими площадками.

Главной темой этой курсовой работы являться процессор. Чтобы узнать что же такое процессор нужно понять подробно изучить его функции, назначения и классификацию.

Глава I История процессора

История развития технологии производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства элементной базы.

Первый этап в истории развития был период с сороковых по конец пятидесятых годов, были созданы процессоры с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальный разъём на модулях, собранные в стойки. Стойки соединенные проводниками, в сумме и составляли процессор. Особенностью этих процессоров была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Следующий второй этап, был с середины пятидесятых до середины шестидесятых, на этом этапе были внедрены транзисторы. Транзисторы монтировались на похожие современному по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и на первом этапе, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Плюсами были рост быстродействия, надёжности, уменьшения энергопотребления.

Следующим третьим этапом, наступившим в середине шестидесятых годов, стало использование микросхем. Сначала использовались микросхемы с низкой степенью интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, но по мере развития технологии стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры). Позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

На четвёртом этапе был создан микропроцессор, при котором на одной микросхеме физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. В это время Компания Busicom начала разработку своего нового настольного калькулятора, для этого ей потребовались микросхемы, которые они заказали у Фирмы Intel. именно тогда у фирмы появилась соединит несколько микросхем в одну. Из-за того, что не нужно было производить сразу несколько микросхем была возможность сэкономить. Данная идея пришлась по душе руководителю фирмы. И в 1971 году был создан первый в мире 4-х разрядный микропроцессор  Intel 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Единственным исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач ,это суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач, либо процессоры, к которым предъявлялись какие-нибудь особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Вместе с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начали изготавливать в формате микропроцессора.

История же новых персональных компьютеров началась в 1981г., именно в это время IBM выпустила микро - электронную вычислительную систему IBM PC. Название ей дали «Персональный компьютер IBM». В этом компьютере не было ничего особенного: механическая конструкция не представляла ничего особенного, внутренняя структура или по другому архитектура была не очень удобна в использовании, процессор не самый удачный, но несмотря на это данная микро- электронная вычислительная система завоевала 80% компьютерного рынка за короткий срок. А ведь много фирм производило и разрабатывало микро и мини электронные системы, образцы некоторых из них даже по теперешним понятиям представляли собой, более совершенные системы.

И сама корпорация IBM, видимо, учитывая непритязательность своего детища, запатентовала только BIOS (Basic Input Output System, базовую систему ввода/вывода), даже не догадываясь о том какое будущее ждет их детище, которое терялось на фоне основной продукции – больших ЭВМ (одних из лучших в то время). Тем более, что разработчики IBM позаимствовали многие технические решения у других фирм, например, идея так называемой открытой архитектуры была взята у фирмы Apple.

Первый IBM PC был оснащен 8‑битным процессором Intel 8086. «8‑битный процессор» это означает, что процессор за один такт мог обработать всего 8 бит (1 байт). В 1984 году появился 16‑битный (еще говорят – 16‑разрядный) процессор Intel 80286. Компьютеры, оснащенные таким процессором, назывались «двоечками».

Процессоры появившиеся до 1985 года которыми оснащались персональные компьютеры, были 32‑битными. В 1985 году появился первый 32‑битный процессор Intel 80386. Разрядность осталось прежней. Изменилось лишь технология и алгоритмы обработки информации, а так же тактовая чистота. Помимо разрядности, производительность процессора характеризует тактовая частота. Тактовая частота - это число основных операций компьютера, производимых в секунду. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Но так было раньше. Сейчас же многое решает технология, например двуядерный процессор, работающий на частоте чуть более 2 ГГц, будет быстрее одноядерного процессора, который работает на частоте 2,5 ГГц. Частота процессоров 80286 не превышала 12 МГц, а частота процессоров 80386 была не более 32 МГц.

Персональные компьютеры сегодня имеют процессоры семейства х86 и их аналогов. Но у такой мировой унификации персональных компьютеров есть и негативные черты – современным процессорам приходится подстраиваться под предшественника – Intel 8086. В Pentium быстрое внутреннее RISC-ядро вынуждено эмулировать работу старых процессоров со всеми их слабыми местами. Плюс наследство от IBM PC – низкоскоростной обмен с периферийными устройствами и оперативной памятью.

Сегодня хорошо видно, что требуется переход от старых технологий к новым, но мировая индустрия персональных компьютеров обладает огромной инерцией. Вот один из примеров – время начальной загрузки компьютера, несмотря на 100-кратное возрастание частоты процессоров, так и не уменьшилось, а даже стало еще дольше из-за более громоздкого программного обеспечения. Конечно, не все так плохо – ведущие производители уже давно работают над новыми стандартами для будущих поколений персональных компьютеров. Правда, прийти к общему мнению им пока не удается, но ряд тенденций уже наметился.

1.1 Процессор

Сердцем или мозгом любого персонального компьютера является процессор (часто используется термин – «микропроцессор»), который, как принято считать, занимается арифметикой и дает команды внешним устройствам. Самые первые процессоры другого и не умели, их возможности были очень скромными. Современный процессор можно сравнить с небольшой бюрократической конторой, где есть начальник и множество исполнителей: секретарей, курьеров, и прочего народа.

Как начальник в конторе, процессор выдает приказы-распоряжения всем узлам компьютера, например, прочитать компакт-диск, сохранить в памяти данные, выключить питание. Распоряжения же выполняют другие специализированные процессоры, которыми снабжены все современные внешние устройства.

Но, несмотря на это, процессор сам выполняет ряд арифметических функций. К примеру если дать процессору команду сложить два плюс два, он будет делать это сам. Правда, внутри процессора за такую операцию будет отвечать блок арифметических операций. А за умножение или деление чисел с запятыми отвечает блок сопроцессора, который только и умеет, что очень быстро обсчитывать большие числа.

Именно центральный процессор управляет всеми делами на компьютере, четко выполняя распоряжения работающих в данный момент программ.

Процессор – это один из основных компонентов компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой.

Процессор (рис. 1) представляет собой интегральную микросхему (пластину кристаллического кремния прямоугольной формы),которая умещается на ладони, на которой размещены электронные блоки, реализующие его функции. Кристалл-пластинка помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (медными) проводниками с металлическими штырями (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера) или металлическими площадками (сами выводы уже содержатся в процессорном слоте).

Рисунок Процессор: лицевая (слева) и оборотная (справа) стороны

Чтобы избежать перегрева процессора, на него устанавливается кулер.

Процессор имеет множество характеристик, с помощью которых можно сравнивать различные модели процессоров от разных производителей. Наличие нескольких производителей влияет на многообразие характеристик процессора, поскольку вступают в силу патенты на технологии, которые не могут повторяться производителями.

Сейчас на рынке можно найти самые разные процессоры с разной частотой, начиная с младших моделей и заканчивая моделями высшей категории, содержащими несколько ядер.

Все процессоры бывают трех видов – для персональных компьютеров, для серверов и для переносных устройств (ноутбуков, КПК, PDA). Процессоры для переносных устройств характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что важно для данного типа устройств.

 В персональном компьютере присутствует центральный процессор, который выполняет все основные операции, связанные с обработкой информации, помимо этого персональный компьютер может быть оснащен сопроцессором, ориентированным на эффективное выполнение специфических функций, таких как:

• Математический сопроцессор для обработки информационных данных в формате с плавающей точкой;
• Графический сопроцессор для графических изображений;
• Процессор ввода-вывода для выполнения операций взаимодействия с периферийными устройствами.

Процессор имеет ряд устройств, среди которых выделяют: УУ– устройство управления, АЛУ– арифметически-логическое устройство.

Быстродействие процессора зависит от многих факторов, основными из которых являются тип и размер кэш - памяти, шины обмена информацией, частота работы ядра, наличие расширений стандартных инструкций, пропускная способность контроллера памяти, аппаратные технологии ядра.

Глава II Функции процессора

Основные функции любого процессора следующие:

• формирование адреса команд или данных, хранящихся в оперативной памяти;
• выборка команд из памяти и их дешифрация;
• прием данных из оперативной памяти, выполнение над ними арифметиче­ских, логических и других операций, определяемых кодом команды, и пере­дача обработанных данных во внешние устройства или память;
•  формирование сигналов состояния, управления и времени, необходимых для нормальной работы внутренних узлов, а также внешних устройств и памяти;
• временное хранение результатов выполненных операций, адресов, формиру­емых сигналов состояния и других данных;
•  прием сигналов запроса от внешних устройств и их обслуживание.

Микропроцессор - это сверхбольшая интегральная схема, которая реализует функции процессора профессионального компьютера. Микропроцессор создается на полупроводниковом кристалле (или нескольких кристаллах) путем применения сложной микроэлектронной технологии. Возможности каждого компьютера как универсального исполнителя по работе с информацией определяются системой команд процессора. Система команд процессора является языком машинных команд. Из этого языка составляют программы управления работой компьютера. Отдельная команда определяет отдельную операцию (действие) который будет выполнять компьютер. В языке машинных команд 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.