Файл: Процессор персонального компьютера (История появление и общее представление о процессоре ПК).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Процессор – электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или центральным процессором (ЦПУ). Зная характеристики процессора, можно проанализировать его и адекватно оценить вычислительную производительность компьютерной системы. Именно поэтому, очень важно хорошо разбираться во всех основных характеристиках процессоров. Далее будет изложен материал, где будут перечислены все основные параметры ЦПУ с кратким описанием каждого. 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.

Объектом нашей работы является понятие и сущность процессора.

Предметом же нашего исследования являются современные модели процессоров различных компаний производителей.

Цель данной работы заключается в изучении сущности и структуры процессора, а так же в рассмотрении некоторых моделей процессоров от разных производителей.

Для осуществления данной цели были определены следующие исследовательские задачи:

— Проанализировать основные характеристики процессора;

— Рассмотреть архитектуру процессора;

— Исследовать тенденции современного рынка процессоров, выделить самые лучшие модели, рассмотреть основные характеристики и достоинства современных процессоров.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы: теоретический анализ исторических, публицистических, научных, социологических источников и их описание.

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА ПК

1.1История появление и общее представление о процессоре ПК

Первые компьютерные процессоры, основу которых составляло механическое реле, появились в пятидесятых годах прошлого века. Спустя какое-то время появились модели с электронными лампами, которые в итоге были заменены на транзисторы. Сами же компьютеры представляли собой довольно габаритные и дорогостоящие устройства.

---

Последующее развитие процессоров свелось к тому, что было принято решение входящие в них компоненты, представить в одной микросхеме. Позволило осуществить данную задумку появление интегральных полупроводниковых схем.[6]

В 1969 г. компания Busicom заказала двенадцать микросхем у Intel , которые они планировали использовать в собственной разработке – в настольном калькуляторе. Уже в то время разработчиков Intel посещала идея заменить несколько микросхем одной. Идею одобрило руководство корпорации, поскольку подобная технология позволяла существенно сократить расходы на производстве  микросхем, при этом у специалистов появилась возможность сделать процессор универсальным для использования его в других вычислительных устройствах.

Устройство управления сопроцессора и процессора обращается за всеми командами одновременно, подобно тому, как каждый байт команды проходит одновременно. Одновременная выборка позволяет сопроцессору все время знать, что делает процессор. Это необходимо для исключения возможности неподготовленного запуска команды сопроцессора. Команды сопроцессора смешиваются с командами процессора в общем потоке данных.

Математический сопроцессор позволяет компьютеру выполнять с высокой скоростью арифметику, логарифмические функции и тригонометрические операции с высокой точностью.

Сопроцессор работает параллельно с процессором. Параллельная работа уменьшает время обработки, позволяя математическому сопроцессору производить математические вычисления в то время, как процессор продолжает выполнять другие функции. [2]

Первые пять битов каждого командного кода для сопроцессора являются одинаковыми (двоичные 11011). Когда процессор и сопроцессор встречают такой код команды, то процессор вычисляет адреса всех переменных в памяти, в то время, как сопроцессор проверяет команду.

После этого сопроцессор, если это необходимо, получает адрес памяти от процессора. Для доступа к памяти сопроцессор захватывает локальную магистраль у процессора по окончанию выполнения им текущей операции. Когда сопроцессор оканчивает обмен данными с памятью, он возвращает управление локальной магистралью процессору.

Математический сопроцессор работает с несколькими типами числовых данных, разделяя их на три перечисленных ниже класса:

● двоичные целые (три типа).

● десятичные целые (один тип).

● вещественные числа (три типа).

Сопроцессор использует те же тактовый генератор и интерфейсные компоненты системной магистрали, что и процессор. Сопроцессор непосредственно связан с процессором.

---

Когда сопроцессору приходит неверная инструкция (например, деление на ноль или загрузка полного регистра), сопроцессор может сигнализировать процессору об этом через прерывание.

1.2 Параметры и характеристика процессора

Принцип действия процессора

Центральный процессор по праву считается сердцем любого компьютера. В его структуру входит небольших размеров кремниевый кристалл, основу которого составляет несколько миллионов транзисторов.

Подобного рода процессоры могут выполнить до нескольких миллионов задач в секунду.

Рис 1. Процесс выполнения всех команд

Процесс выполнения всех команд включает: извлечение из памяти по указанному адресу двоичного кода и последующее его преобразование во внутренний понятный для процессора код, иными словами происходит дешифрование полученной команды. Последней стадией считается выполнение команды. Для одновременного выполнения двух и более команд процессор использует считывающие информацию процедуры из памяти.

Следовательно, выполнение описанных задач нуждается в большом количестве времени, что усложняет работу центрального процессора, поскольку ему приходится ждать поступления данных. Чтобы работа процессора выполнялась быстрей, современные машины используют механизм конвейеризации, суть которого состоит в том, что пока извлекается одна команда из памяти, вторая в это время уже дешифруется, тогда как третья – выполняется. [8]

3. Параметры и характеристики процессора

Что такое процессор выяснили, теперь предлагаем рассмотреть основные характеристики процессора:

• Количество ядер. Чем больше число входящих в состав процессора ядер, тем выше его производительность.

• Разрядность процессора — означает, какое максимальное количество оперативной памяти можно установить на компьютер.

• Технический процесс. Чем этот параметр меньше, тем лучше, поскольку иными словами – это занимаемая кристаллом площадь на процессоре, следовательно, чем размер кристаллов меньше, тем большее их количество уместится, что увеличит тактовую частоту.

• Кэш процессора также является немаловажным параметром. Чем показатели его выше, тем больше данных можно сохранить в особой памяти, ускоряющей работу процессора.

• Тактовая частота. Тактом условно называется одна операция. Единицей измерения тактовой частоты считается МГц и ГГц. Так, например один МГц означает, что процессору под силу выполнить один миллион команд в секунду.

---

• Socket. Данный параметр позволяет стандартизировать все процессоры по подключаемым к материнской плате разъемам. [9]

4. Разрядность процессора (32/64 бит)

Бит представляет собой краткую форму двоичного разряда, представленную 0 или 1, поскольку компьютер хранит и производит операции посредствам именно этих двоичных цифр. Следовательно, напрашивается вывод, что у 32-битных процессоров имеется возможность представить числа от нуля до двух в 32-й степени, тогда как 64-х битные процессоры могут представить числа от нуля до двух в 64-й степени. Путем нехитрых подсчетов можно прикинуть, что 64-битные процессоры обрабатывают больший диапазон чисел, нежели 32-разрядные процессоры.

Термин разрядность процессора включает в себя понятие ширины шины данных, являющейся кабелем, передающим информацию из памяти ПК в процессор. Шина данных в 64-битном процессоре способна передать больший объем информации, чем шина в 32-разрядном процессоре, потратив на это одинаковое количество времени.

5. Быстродействие процессора (частота и мегагерцы)

Термин тактовая частота компьютера подразумевает количество тактовых импульсов, которое вырабатывает тактовый генератор в секунду.

Тактовая частота как различных, так и одинаковых моделей процессоров может варьироваться в широком диапазоне значений. Процессор выполняет все программные команды за необходимое число тактов. К примеру, простейшая операция сложения может быть выполнена за два такта, тогда как делению может понадобиться 25 тактов. Из всего вышесказанного следует, что чем выше показатель тактовой частоты, тем быстрее компьютером выполняются возлагаемые на него задачи. Сегодняшние ПК снабжены процессорами, тактовая частота которых — от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц.

Быстродействие работы ПК непосредственным образом связано с его тактовой частотой, которая позволяет определить количество выполняемых им команд в секунду. [10]

Современный сверхмощный процессор персонального компьютера состоит из множества транзисторов, своеобразных переключателей, которые в свою очередь выполняют одну единственную функцию, они пропускают сигнал или останавливают его. Выбор зависит от напряжения сигнала.
Если взглянуть на это с другой стороны, то можно увидеть, из чего состоит микропроцессор, а состоит он из регистров, они же, информационно обрабатывающие ячейки.

Для связи кристала с остальными устройствами персонального компьютера используется специальная скоростная дорога, именующаяся «шиной». По ней с молниеносной скоростью «летают» крошечные электромагнитные сигналы. В этом-то и состоит принцип работы процессора компьютера или же ноутбука.

---

ГЛАВА 2.ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРОЦЕССОРОВ ПК

2.1 Составляющие процессора

Быстродействие является одним из наиболее важных показателей работы процессора. Самая меньшая единица измерения времени для процессора – такт или как его еще именуют – период тактовой частоты. На все выполняемые процессором операции тратится минимум один такт.

Сегодня практически каждый процессор работает на тактовой частоте, являющейся произведением множителя и тактовой частотой системной платы. Так, например, тактовая частота Celeron 600 в более чем 9 раз превышает тактовую частоту системной платы. Аналогичным примером является Pentium III 1000, тактовая частота которого в 8,5 раз выше тактовой частоты системной платы. [12]

Довольно часто тактовая частота системной платы одновременно с множителем устанавливается посредствам перемычек или иных инструментов конфигурирования системной платы, к категории которых можно отнести соответствующие значения в установочной программе параметров BIOS.

Некоторые системы позволяют увеличить уже имеющуюся рабочую частоту процессора, данная процедура называется «разгоном». Установка большей частоты процессора позволяет увеличить и его показатели быстродействия.

7. Сравнение фирм-производителей Intel и AMD

Американская компания под названием Intel была основана в 1968 году, тогда как ее основной конкурент – компания AMD – появилась спустя год.

То, что AMD явила себя свету на год позже, нежели Intel, в существенной мере отразилось на их соперничестве. Первые процессоры от компании AMD представляли собой копии процессоров, выпущенных компанией Intel, однако этот факт не помешал AMD разработать первый 16-ядерный процессор. При этом в 2005 обычному пользователю был предложен первый 2-ядерный процессор, носящий название AMD Athlon 64 X2.

Рис. 2 AMD Athlon 64 X2.

Двухъядерные процессоры Core 2 Duo, разработанные компанией Intel, на год позже появились на соответствующем рынке, при этом стоимость процессоров AMD и сегодня намного дешевле процессоров от Intel.

Какому процессору все же стоит отдать предпочтение? Если пользователю необходимо использование компьютера для работы со сложным профессиональным программным обеспечением, то в этом случае лучше приобрести ПК с процессором от Intel. [6]

---