1.4. Процессор и его характеристики

Что вам известно о процессоре компьютера и его основных характеристиках?

Подумай

  • Какие технические устройства можно представить моделью человека? Почему? Приведите примеры.
  • Как ты думаешь, какие сходства есть между деятельностью человека и работой компьютера?
  • Может ли компьютер копировать действия человека?
  • Может ли компьютер полностью заменить человека?

Новые знания

   Мозг человека регулирует работу всех органов, ответственных за жизнь.
   ​Компьютер (англ. computer – «вычислитель») – электронное устройство, предназначенное для автоматизации получения, обработки, хранения, передачи и использования информации.

Области человеческого мозга, отвечающие за восприятие, обработку, хранение информации

Центральный процессор

   Центральный процессор (англ. central processing unit, CPU – центральное обрабатывающее устройство) – это «мозг» компьютера, его основная микросхема. Процессор управляет работой каждого устройства компьютера и разрешает выполнение программного кода. Быстродействие компьютера напрямую зависит от скорости процессора. Работа процессора заключается в выполнении и выборе из памяти команд и данных в определенной последовательности. Это и является основой выполнения программ.

Центральный процессор

   Центральный процессор вычисляет и обрабатывает данные, а также является самой дорогой микросхемой компьютера.
   ​Основные производители процессоров – компании Intel и AMD. Двухъядерный процессор производителя Intel называется Core 2 Duo, а производителя AMD – Dual Core.
   ​Чем выше частота процессора, тем больше тепла он выделяет. Эта проблема была решена размещением в одном корпусе двух процессоров. Такие процессоры называют многоядерными. В настоящее время лидерами рынка являются процессоры фирмы Intel.
   ​Процессоры различаются разрядностью, тактовой частотой и объемом кеш-памяти.

Основные параметры процессора

   Разрядность процессора – величина, определяющая количество информации, которое центральный процессор способен обработать за один такт. Наименьший разряд единицы информации – двоичный. В мире ЭВМ один разряд называется битом (bit – часть). Если ЭВМ за один раз может обработать восемь разрядов, тогда процессор считается 8-разрядным, если 32 разряда, процессор называется 32-разрядным. Чем выше разрядность процессора, тем быстрее идет обработка данных.

   Частота процессора (frequency). Важной характеристикой, влияющей на функциональность процессора, является тактовая частота. Она измеряется в мегагерцах. Один мегагерц – это миллион тактов в секунду. 100 МГц – сто миллионов тактов в секунду. За один такт процессор вычисляет какой-нибудь фрагмент. Поэтому, чем выше тактовая частота, тем быстрее процессор обработает поступившие данные.

   Кеш-память процессора. Данные, обрабатываемые процессором, поступают из оперативной памяти. Как правило, процессор у себя ничего не хранит. В нем очень мало ячеек, в которых обрабатываются данные. Эти ячейки называются регистрами. Для облегчения работы процессора долгое время используется технология кеширования. Кеш – это промежуточный буфер с быстрым доступом. Когда какие-то данные обрабатываются в основной памяти, их копия попадает в кеш-память. В случае повторного использования этих данных, их сразу можно извлечь из буфера. Если какие-либо данные нужны процессору, он, в первую очередь, проверяет регистры. Если нужных данных в регистрах нет, то процессор проверяет кеш-память. Если этих данных нет в кеш-памяти, процессор проверяет оперативную память. Если же и в оперативной памяти нет нужных данных, процессор делает запрос HDD-диску.

Устройство процессора

   Число ядер

   В настоящее время процессор является техническим устройством, играющим важную роль в нашей жизни. Люди используют его в электронных устройствах в медицине, образовании, военном деле и других отраслях. Процессоры используются не только в компьютерах, но и в телевизорах, телефонах, холодильниках. Развитие микропроцессоров расширило функциональные и вычислительные возможности электронных устройств. Современные процессоры могут содержать два (двухъядерные) и более (многоядерные) вычислительных ядер. Первоначально двухъядерные процессоры имели два независимых ядра. Каждое процессорное ядро представляет собой отдельный процессор с кеш-памятью первого и второго уровней. Самым производительным считается компьютер для игр, оснащенный процессором с четырьмя ядрами (рис. 1).

Рис. 1. 4-х ядерный процессор 

   Американская компания Intel впервые выпустила 8-ядерный процессор Intel Core i7-5960X Extreme Edition. ​В процессоре размещены ​1 млрд транзисторов.

   В настоящее время центр ядра составляет кеш-память второго уровня, она еще больше увеличивает производительность. Использование многоядерного процессора увеличивает производительность процессора (рис. 2). У него появляется возможность одновременно выполнять несколько текущих команд. По-другому можно сказать, что многоядерный процессор – это множество одноядерных процессоров. На материнской плате они объединяются и взаимосвязываются. Производительность многоядерных процессоров увеличивается за счет того, что данные разделяются между несколькими ядрами для обработки. На рис. 3 представлена простейшая схема ядра процессора.

Рис. 2. 8-ядерный процессор. 

Схема ядра процессора

Рис. 3. Простейшее устройство ядра процессора

   ​Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет все математические и логические операции.
   ​Устройство управления (УУ) – обеспечивает последовательность выполнения команд процессора.
   ​КЕШ-память – быстродействующая память малого объема, используемая процессором для временного хранения информации. Кеш используется в качестве буфера для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью. Значения из кеш-памяти извлекаются напрямую, без обращения к основной памяти.
   ​Регистры – ячейки памяти, расположенные внутри процессора. Регистр является устройством временного хранения данных, числа или команды и используется с целью облегчения арифметических, логических и пересылочных операций.
   ​Сопроцессор – устройство, расширяющее вычислительные возможности основного процессора и предназначенное для обработки чисел с плавающей запятой.
   ​Процессорный интерфейс – разъем на материнской плате, который предназначен для размещения процессора. Каждый разъем материнской платы предназначен для определенной группы процессоров.
   ​Системная шина – информационная магистраль, обеспечивающая связь всех устройств компьютера.

  • величина, определяющая количество информации, которую центральный процессор способен обработать за один такт.
  • характеристика, влияющая на функциональность процессора, является тактовая частота.
  • Данные, обрабатываемые процессором, поступают из оперативной памяти.
  • Разрядность процессора
  • Частота процессора
  • Кеш-память процессора

Задания

  • Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
  • Устройство управления (УУ)
  • КЕШ-память
  • Регистры
  • Сопроцессор
  • Процессорный интерфейс
  • Системная шина
  • выполняет все математические и логические операции.
  • обеспечивает последовательность выполнения команд процессора.
  • быстродействующая память малого объема
  • ячейки памяти, расположенные внутри процессора.
  • устройство, расширяющее вычислительные возможности 
  • разъем на материнской плате для размещения процессора
  • информационная магистраль, обеспечивающая связь устройств 

Вопросы и задания

  1. Что такое процессор?
  2. Каковы его функции?
  3. Какими параметрами различаются процессоры? Опишите их.
  4. Опишите устройство процессора.
  5. Что такое многоядерный процессор?
Өтінемін күте тұрыңыз