Процессор и его параметры

Современный процессор — это микросхема с несколькими сотнями выводов, которая устанавливается в специальный разъем на системной плате; сверху на нем закрепляется радиатор с вентилятором для охлаждения (его также называют куллером). Это микросхема, в которой производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Во время выполнения программы процессор постоянно обращается к оперативной памяти. Он выбирает из оперативной памяти команды программы и обрабатываемые данные, а также записывает в память результаты их обработки, для передачи всей этой информации процессор и оперативная память соединяются между собой пучком (жгутом) проводов. По каждому проводу передается только один бит информации.

Комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера, называют магистралью, системной шиной или просто шиной.

Основных шин три: адресная шина, шина данных и командная шина.

Адресная шина, по которой передаются адреса байтов, шина данных отвечает за передачу содержимого этих байтов. Число проводов в шине называется ее разрядностью, которая определяет максимально возможный объем оперативной памяти (например, при двадцатичетырехразрядной шине объем равен 2 ²⁴ байт (16 Мбайт). Шины отличаются друг от друга еще одной характеристикой – скоростью обмена, которая называется пропускной способностью.

Несомненное преимущество ПК — открытая архитектура, позволяющая в широких пределах изменять конфигурацию компьютера, адаптируя его для решения определенных задач. Сочетание шины и правил передачи сигналов по ней образует интерфейс. Это совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Существует несколько основных типов шин:

■ ISA. Была единственной периферийной шиной (для подключения внешних устройств) для компьютеров 1980-х годов, в 1990-х EISA существовала параллельно с шиной PCI. Лишь в платах последних лет разъемов для ISA нет.

■ PCI. Разработана в 1992 году компанией Intel для замены медленной шины ISA и является основной высокоскоростной шиной для большинства компьютеров для подсоединения внешних (периферийных устройств).

■ AGP. Скоростной вариант шины PCI, специально оптимизированный для работы видеоадаптера.

■ PCI Express. Новая шина, предназначенная для замены шин PCI и AGP. На момент выхода книги использовалась в основном для подключения видеоадаптеров.

■ IDE и EIDE. Шина и стандарт для подключения к материнской плате жестких, оптических дисков и мобильных дисководов.

■ SCSI. Шина и стандарт, которые предназначены для подключения высокопроизводительных дисковых устройств.

■ USB. Универсальная последовательная шина, пришла на смену устаревшим параллельным и последовательным портам. Это последовательный интерфейс передачи данных для средне- и низкочастотных периферийных устройств (модемы, клавиатуры, мыши, дисковые накопители, сканеры, принтеры, цифровые камеры и т. д.)

■ IDE, или ATА. Наиболее популярный интерфейс, который поддерживает каждая системная плата. Жесткие диски подключаются к контроллеру с помощью 40- или 80-жильного шлейфа,

■ Serial ATA, или SATA. Этот интерфейс имеет более высокую скорость, чем ATА, и поддерживается практически всеми новыми платами. В отличие от IDE, данные передаются последовательно по семижильному кабелю.

■ SCSI. Высокопроизводительный параллельный интерфейс, применяющийся обычно в серверных системах.

Шина связывает между собой не только процессор и оперативную память, а все устройства ПК – диски, клавиатура, дисплей и т. д. – так или иначе принимают и передают данные через шину. Для этого в шине предусмотрены стандартные разъемы, к которым подключаются те или иные устройства ПК. Стандартный разъем шины называют портом.

К портам подключаются периферийные устройства ввода/вывода. Разъемы портов обычно устанавливаются прямо на системную плату и выносятся на заднюю стенку компьютера. Их также называют интерфейсами.

В современных компьютерах используется несколько портов.

■ Последовательный порт (СОМ). Присутствует в компьютерах вот уже более двух десятков лет, однако в последнее время применяется не очень часто, в основном для подключения модемов.

■ Параллельный порт (LPT). К нему подключаются некоторые модели принтеров, сканеров и другие устройства.

■ Игровой порт. К нему подключаются в основном устаревшие джойстики, рули и другие игровые манипуляторы.

■ Порт PS/2. В большинстве компьютеров есть два таких специализированных порта: первый для подключения клавиатуры (фиолетовый), второй — для мыши (зеленый).

■ USB. Наиболее популярный интерфейс для самых разнообразных периферийных устройств. Позволяет подсоединять устройства при включенном питании и автоматически их настраивать.

■ IEEE 1394 (FireWire). Высокоскоростной последовательный порт для цифровых видеоустройств.

■ Инфракрасный порт (IrDA). Позволяет подключать периферийные устройства (мобильные телефоны и др.) без проводов, при этом информация передается с помощью инфракрасного излучения.

■ Bluetooth. Относительно новый и быстро развивающийся беспроводный интерфейс, который имеет лучшие характеристики, чем инфракрасный порт.

На рис. 3 показана задняя панель типичной системной платы с разъемами портов.

Рис. 3. Разъемы портов на задней панели системной платы

Основными параметрами процессоров являются:

1. Рабочее напряжение, обеспечивает материнская плата. Ранние модели процессоров имели рабочее напряжение 5 В, с переходом к новым процессорам оно было понижено до 3,3 В, в настоящее время оно составляет менее 3 В.

2. Разрядность показывает, сколько бит данных процессор может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры были 16-разрядными, Современные процессоры имеют 32-разрядную архитектуру.

3. Рабочая тактовая частота. Скорость работы процессора характеризуется его тактовой частотой, которая может достигать 3-4 ГГц. В процессоре исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Тактовые импульсы задает одна из микросхем чипсета. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность.

4. Объем кэш-памяти. Процессор работает значительно быстрее, чем оперативная память, и при обращении к ней ему приходится некоторое время простаивать в ожидании результата. Чтобы снизить простои, уменьшить количество обращений процессора к оперативной памяти, непосредственно на кристалле процессора устанавливается небольшой объем очень быстрой («сверхоперативной») памяти, называемой кэш-памятью.