Процессор

Центральный процессор (ЦП) — функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Центральный процессор состоит из следующих взаимосвязанных составных элементов: арифметико-логического устройства, устройства управления и регистров.

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в ZIF-сокет (разъём). Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, миллиарды транзисторов.

Основная характеристика процессора – тактовая частота.Тактовая частота – количество тактовых импульсов за одну секунду. В настоящее время тактовая частота измеряется в гигагерцах, т.е. в миллиардах (109) импульсов за секунду. Использовать тактовую частоту для сравнения быстродействия процессоров можно только в том случае, если оба процессора устроены одинаково. Например, если какая-то команда в одном из процессоров выполняется за два такта, а в другом – за три, то при равенстве частот первый будет работать в полтора раза быстрее.

Другая характеристика, позволяющая судить о производительности процессора, –это его разрядность.

Разрядность – это максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обрабатывать за одну команду.

Чаще всего разрядность определяют как размер регистров процессора в битах. Важны также разрядности шины данных и шины адреса, которые поддерживает процессор. Разрядность шины данных – это максимальное количество бит, которое может быть считано за одно обращение к памяти. Разрядность шины адреса – это количество адресных линий; она определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор.

Важными характеристиками процессора являются– тип ядра,количество ядер(1,2,3,4 ядерные компьютеры, серия процессора — условный номер модели процессора, и технология производства, частота системной шины.

С оперативной памятью – процессор работает совместно. Данные копируются в ячейки процессора (регистры), а затем преобразуются в соответствии с командами (программой).

Большинство процессоров, используемых в настоящее время, являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и интерфейсы программирования, реализованные в процессорах компании Intel.

Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM. Среди процессоров от Intel: 8086, i286, i486, Pentium., Pentium II, Pentium III называют «тройкой», Pentium 4 — «четвёркой») Pentium III,, Pentium 4, Celeron (упрощённый вариант Pentium) Core 2 Quad, Core 2 DUE Core i7, Xeon (серия процессоров для серверов), Itanium, Atom (серия процессоров для встраиваемой техники) и др. AMD имеет в своей линейке процессоры архитектуры x86 (аналоги 80386 и 80486, семейство K6 и семейство K7 — Athlon, Duron, Sempron) и x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron и др.). Процессоры IBM (POWER6, POWER7, Xenon, PowerPC) используются в суперкомпьютерах, в видеоприставках 7-го поколения, встраиваемой технике; ранее использовались в компьютерах фирмы Apple.

Ученые выявили закономерность, назвав её “законом Мура”: ЕЖЕГОДНО МОЩНОСТЬ МИКРОПРОЦЕССОРОВ УДВАИВАЕТСЯ! В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:

1. Оптические компьютеры - в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).
2. Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.
3. Молекулярные компьютеры - вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Производительность процессора и ПК в целом существенно зависит от типа чипсета. Чипсет (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Чипсет, размещаемый на материнской плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора и прочих устройств ПК.

Внутренняя электронная память в ПК присутствует в следующих видах:

1. Память для хранения Базовой системы ввода-вывода (англ. BIOS), изготавливаемая по технологии «только для чтения» (англ. Read Only Memory - ROM) или в современных ПК – по технологии флэш -памяти, и содержащей:

· программу самотестирования ПК после его включения – POST (от англ. Power On Selfing Testing);

· программу управления памятью типа КМОП (англ. CMOS) – SETUP

· программу поиска загрузчика (англ. BOOT) операционной системы и пр.

1. Оперативная память, или з апоминающее устройство с произвольным доступом (англ. Random Access Memory - RAM), предназначенная для хранения всех данных и программ, исполняемых в текущий момент. Исполняется как память полупроводниковая динамическая (англ. Dynamic Random Access Memory - DRAM), в которой каждая ячейка представляет собой конденсатор на основе перехода КМОП-транзистора.
2. КМОП -память, (англ. CMOS). Отличительной особенностью схем КМОП является малое энергопотребление в статическом режиме. Память – энергозависимая, в ПК получает электропитание от аккумуляторной батарейки на материнской плате. Управление КМОП-памятью осуществляется пользователем в диалоге с программой из BIOS – SETUP. Для запуска программы SETUP в большинстве случаев сразу после включения ПК следует нажать (возможно, несколько раз) клавишу Delete. КМОП-память хранит:

· некоторые параметры базовых устройств ПК (тип винчестера, наличие флоппи-дисковода и др.);

· пароль «по включению» пользователя ПК (в определённых случаях и администратора), запрашиваемый ещё до загрузки операционной системы;

· текущее время (даже тогда, когда ПК выключен);

· последовательность поиска системного диска (с ОС), что следует учитывать при использовании Live-дисков.

Внутренняя память любого вида имеет ячеечно-адресную организацию в отличие от внешней памяти, основанной на файловой организации.

1. Кэш- память – это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа памяти,за счѐт сохранения прочитанных данных на случай повторного обращения к ним. Кэш-память – это статическая память, которая работает значительно быстрее динамического ОЗУ. В ней нет собственных адресов, она работает не по фон-неймановскому принципу адресности.
2. Виртуальная память

Компьютер обладает максимально допустимым объемом памяти, а реально установленное ОЗУ – лишь некоторая часть этого пространства. Оставшаяся часть размещается в специальном системном файле или отдельном разделе жесткого диска. Если емкости ОЗУ не хватает для очередной задачи, система копирует «наименее нужную» (дольше всего не использовавшуюся) часть ОЗУ на диск, освобождая необходимый объем памяти. Когда, наоборот, потребуются данные с диска, они будут возвращены в освобожденное таким же образом место ОЗУ.