Процесс программирования

Роль ЦПУ в работе ПК

Компьютерная программа представляет собой список команд выполняемых системой для решения определенных задач. Программа может быть и простой и сложной. В любом случае это лишь список команд, которые выполняет процессор. Каждый процессор распознает определенный набор команд. Он так и называется набор команд ЦПУ. В зависимости от сложности набора команд специалисты делят ЦПУ на категории RISC-процессоров и CISC. RISC- Reduced instruction set- сокращенный набор команд. В основном RISC процессоры реализуют простые команды, такие как загрузка, сохранение, сложение и т.д. Идея технологии RISC состоит в разработке процессора, который способен очень быстро выполнять. простые команды. Т.к. RISC-команды просты для осуществления. одной операции, может потребоваться, чтобы процессор выполнил несколько команд. CISC-complex instruction set- полный набор команд CISC процессором может поддерживаться несколько сложных команд, реализация операций, которые потребовали бы выполнения большого количества кода RISC-процессора. В зависимости от сложности команды, на ее выполнение может потребоваться несколько тактов,. Однако, поскольку сложные коды снижают количество операций которые должен выполнять процессор, быстродействие CISC процессора обычно очень велико. RISC процессоры проще конструировать. Однако CISC процессоры реализуют более высокую эффективность вычислений для каждой команды. Возникает вопрос – какой тип процессора лучше? Ответ неоднозначен. В некоторых программах тестирования RISC-процессоры показывают более лучшие результаты по сравнению с CISC-процессорами. Однако в игровых, мультимедийных программах которые выполняют сложные операции с видеоизображением и графикой, результативность CISC процессоров обычно выше. Хотя во многих маркетинговых исследованиях процессоры INTEL PENTIUM рассматривают как построенные по технологии CISC, было бы точнее описать их гибридные и занимающее промежуточное положение между архитектурами RISC и CISC.

Программа - это лишь список команд, выполняемых ЦПУ для решения определенной задачи. Функционирование компьютера с технической точки зрения основана на наличии или отсутствии электрических сигналов. Можно считать, что процессор состоит из миллионов небольших переключателей (электронных), которые могут находиться либо во включённом состоянии, либо в отключенном. Создатели первых компьютерных программ использовали переключатели, которые существовали вне больших ЭВМ. Например, чтобы сложить 2 и 5 программист устанавливал переключатели для выбора операции сложения, а так же переключатели обеспечивающие ввод значений 2 и 5. После выполнения операций компьютер выводил результат, зажигая лампочки возле выключателя. Переключатели большой ЭВМ могли находиться лишь в двух состояниях - включено и выключено. Для представления этих состояний программисты используют значения 1(включить) и 0 (выключить). Затем разработчики создали компьютер для программирования на котором не требовалось использовать переключатели. Для ввода использовалась перфолента или перфокарта. Данные и коды представлялись длинными последовательностями 0 и1 (двоичное представление). Например, чтобы сложить числа 2 и 5, программист вводил 110001001110000101111

• 11000101 ввод 5
• 11000010 ввод 2

• 1111 сложение

Нетрудно предположить, что ввод команд в виде 0 и 1 приводил к ошибкам. Чтобы сократить количество ошибок, программисты стали использовать шестнадцатеричную систему использущую цифры от 0 до 9 и буквы от A до F.

0 0000 0 Предыдущая

. 0001 1 запись

2 0010 2 С5

. 0011 3 С2

…………….. F

…………………………….

16 1111 F

Очевидно, что в такой записи проще обнаружить ошибки. Написание и отладка программы с использованием шестнадцатеричной нотации по-прежнему сложная задача. В результате программисты стали использовать мнемонический код (ADD,LOAD).

LOAD 2

LOAD 5

ADD

Мнемонический код намного проще. Но следует учесть, что компилятор распознаёт только 0 и1, а не коды. После написания программы с использованием мнемокода (называемого языком ассемблер) необходимо выполнить специальную программу, которая преобразует мнемокод в последовательность 0 и 1. В настоящее время программа используют языки высокого уровня С++, Pascal. Язык программирования позволяет записать операторы, которые представляют собой код программы. Программисты помещают операторы в текстовый файл, который называется исходным файлом. Затем выполняется специальная программа называемая компилятор, которая и преобразует операторы в последовательность 0 и1. Компилятор сохраняет двоичный код в исполняемом файле типа.exe.

Системная шина. Взаимодействия модулей.

Внутри компьютера электрические сигналы, обеспечивают взаимодействие устройств между собой, передаются через группы проводников называемых шинами. Например, одна шина позволяет ЦПУ взаимодействовать с платами расширения, а вторая обеспечивать связь с видеокартой. Основная шина, называется системной, соединяет ЦПУ с остальными элементами набора МС, такими как BIOS. Системную шину называют иногда фронтальной шиной (front side bus), чтобы координировать сигналы передаваемые по её проводникам, системная шина действует с фиксированной частотой тактов. Например, ЦПУ помещает на шину данные, которые необходимо сохранить в памяти. Данные (элементы сигнала) сохраняются на шине определенное время, в данном случае достаточно долго, чтобы контроллер памяти смог принять и поместить их в RAM. По мере увеличения быстродействия процессоров скорость системной шине увеличивается. На каждом такте процессор выполняет одну операцию. К сожалению если команда требуется выполнение операции с памятью, ЦП должен приостановить работу и ожидать завершения операции передачи данных по системной шине. Это существенно снижает быстродействие ПК. Более медленная системная шина тормозит работу ЦП. Т.о. она является узким местом производительности ПК.

Вопрос: Почему системная шина не работает на частоте процессора или с его скоростью?

Этому препятствует несколько факторов.

1. В ЦПУ достижимы тактовые частоты в несколько ГГц, т.к.сигнал в ЦПУ передаётся на очень малых расстояниях. Они проходят только по внутренним шинам МС.

И сохраняются в течение малого времени. Путь от ЦПУ к RAM намного длиннее, они сохраняются на шине дальше.

2. Тактовая частота системной шины должна быть ниже ЦП потому, что остальные элементы набора МС также как модули RAM просто не могут достигать такого показателя. Этого не допускает технология их изготовления.