Центральный процессор– это высокоинтегрированная сверхбольшая интегральная схема сложной структуры в едином полупроводниковом кристалле.

• англоязычной литературе ЦП называют CPU — centralprocessorunit или mainprocessor. Осуществляет координацию потоков данных и их обработку. Аппаратура ЦП обеспечивает эффективную и гибкую защиту памяти, контролируемый доступ к ресурсам оперативной системы, изоляцию индивидуальных прикладных программ, малое время реакций на прерывания. ЦП можно назвать сердцем ЭВМ. Архитектура ЭВМ определяется типом центрального процессора. Для размещения процессора на материнской плате используется специальное гнездо, называемое Socket.

Фирмы производители:

• AMD

• Intel

Сокеты различаются по размеру, количеству ножек, например, у производителя процессоров AMD ножки находятся на самом процессоре а у того же intel с сокетом 775, ножек на процессоре нет а находятся они на самом сокете.

Ещё стоит заметить, что к определенному сокету подходит только определён ный вид процессоров, как по производителю, так и по модели процессора. Но бывают исключения. Например, к сокету LGA775 подходит, как процессор Intel core 2 duo (двух ядерный) так и Intel coreQuad (четырех ядерный). У более новых процессоров intel i5,i6,i7совершенно другой сокет, который подойдет только к серии с приставкой «i».

---

Socket (ножки на процессоре)

Socket (ножки на сокете)

Ну и конечно сокет от AMD не когда несовместим с процессорами от Intel и наоборот.

Проблема теплообмена стала актуальной с повышением рабочей тактовой частоты процессоров и ужесточением технологических норм при производстве кристаллов. Снижение рабочей температуры процессора на 10 градусов ведет к удвоению времени его безотказной работы, при этом скорость движения электронов в полупроводниках также возрастает вдвое. Для охлаждения процессора используется малогабаритный вентилятор, установленный на радиаторе — CPU Cooler. Эта система снижает температуру процессора примерно на 40 градусов.

---

Структура ЦП

Каждый ЦП имеет:

1. определённое число элементов памяти - регистров (разрядность внутренних регистров - 1 - 4 машинных слова - 8- 64 бита);

2. арифметико - логическое устройство (АЛУ);

3. устройство управления (УУ).

МПП служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия.

Регистры (или ЗУ)используются для временного хранения исполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации ЦП.

Адрес (указатель на ячейку памяти)символ или группа символов (код),

которые идентифицируют регистр, отдельные части памяти и другие источники данных. Каждый адрес уникален, процессор использует его для поиска инструкций программы и данных, хранящихся в этой области памяти.

Помимо регистров в процессорах (начиная с 80486) имеется и сверхбыстрая память небольшого объёма – кэш (сache)- запоминающее устройство с малым временем доступа.

Кэш - буфер между ЦП и оперативной памятью (буфер обмена между медленным устройством хранения данных и более быстрым) - процессорная память. Принцип его действия основан на том, что простой более быстрого устройства сильно влияет на суммарную производительность, а также - что с наибольшей вероятностью запрашиваются данные, сохраненные сравнительно недавно. Поэтому между устройствами помещают небольшой (по сравнению со всеми хранимыми данными) буфер

относительно быстрой памяти (обычно статической памяти SRAM, StaticRandomAccessMemory, которая использует статический триггер, выполненный на транзисторных ключах). Это позволяет снизить потери быстрого устройства как на записи (запись производится в быстрый буфер, а последующая перезапись в медленное устройство производится уже без участия быстрого), так и на чтении (недавно записанные данные доступны для чтения из "быстрого" буфера.

Применение статической памяти, как правило, ограничено относительно небольшой по объему кэш-памятью первого (Level 1 - L1), второго (L2) или третьего (L3) уровней (если она не интегрирована на один кристалл с процессором). Так, объем L2 (L3) обычно не превышает 1-2 Мб (чаще всего он составляет 256-512 Кб). Объем еще более быстрого L1 (как правило, интегрируемого на кристалле с процессором) - вообще до

64. Кб.

Арифметико - логическое устройствопроизводит арифметическую и

логическую обработку данных.

---

Устройство управления:

• формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени

определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

• формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ;

• опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.

Генератор тактовых импульсов вырабатывает последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Каждый импульс переключает шаг обработки, необходимый для завершения машинной команды (на одну команду может потребоваться несколько шагов). Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.

Такт - время для передачи некоторого значения от одного регистра к другому внутри ЦП.

Параметры ЦП:

1. тип архитектуры или серия;

2. система поддерживаемых команд;

3. тактовая частота;

4. разрядность шины адреса и шины данных.

Тип архитектуры, как правило, определяется фирмой производителем оборудования (Intel, AMD – 95% рынка платформы х86 IBM PC, VIA). С типом архитектуры тесно связан набор поддерживаемых командили инструкций, и их расширений. Эти два параметра, в основном, определяют качественный уровень возможностей персонального компьютера и в большой степени уровень его производительности.

Частота генератора тактовых импульсов (тактовая частота – CPU-clock) является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов. Единица измерения – МГц (миллион тактов в секунду) или ГГц (миллиард тактов в секунду).

Разрядность - максимальная длина слова, которое может храниться в регистре.

(1 разряд = бит - единица объёма памяти).

Шина - физический канал передачи электрических сигналов в ПК и связи между устройствами.

Шина адреса (адресная) ША- часть шины ЦП, выделенная для передачи адреса памяти или устройства.

---

Шина данных ШД- группа сигнальных линий (проводников), предназначенная для параллельной передачи данных между элементами ПК. Разрядность шины определяет пропускную способность ЦП.

Разрядность ШД ≤ ША.

Ёмкость регистровзависит от разрядности шины данных и определяет количество информации, которое может быть обработано одновременно.

Адресное пространство памяти- определяется разрядностью адресных регистров и адресной шины ЦП.

Быстродействие ЦП– определяется тактовой частотой внутреннего генератора ЦП, набором команд, гибкостью, системой прерываний. Чем выше частота, тем выше быстродействие.

Производительность процессора =

Количество исполняемых за такт инструкций * Тактовая частота

ТИПЫ ПРОЦЕССОРОВ

CISC-процессоры

ComplexInstructionSetComputer - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).

RISC-процессоры

ReducedInstructionSetComputer - вычисления с сокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (JohnCocke) из IBMResearch, название придумано Дэвидом Паттерсоном (DavidPatterson).

Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.

MISC-процессоры

MinimumInstructionSetComputer - вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды ЧакаМура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).

Многоядерные процессоры

Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

---

Смотрите также файлы

• Лекция 4. Внутренняя память (Оперативная память).doc

• Cisco Packet Tracer лаб. 1-2.doc

• дополнительная информация по циско.doc

• Конспект лекций ОИД_испраленный2.doc

• Техническое задание.doc