Генератор тактовых импульсов.Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.
Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.
Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.
Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина включает в себя:
кодовую шину данных(КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
кодовую шину адреса(КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
кодовую шину инструкций(КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;
шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
- между микропроцессором и основной памятью;
- между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
- между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).
Не блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: Непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шины осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему-контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.
Кэш-память Для начала рассмотрим такую важную часть системной архитектуры, как кэш-память. Кэш-память, находящаяся в самом ядре процессора (во всех современных процессорах) - это самая быстрая память, в которую помещается информация, которая необходима процессору. Первым делом процессор обращается к кэш-памяти 1 уровня при отсутствии нужной информации, он обращается к кэш-памяти других уровней или берет ее из оперативной памяти.
Иерархия
памяти
Рисунок выше наилучшим образом помогает представить принцип взаимодействия процессора, кэш-памяти, оперативной памяти и устройств хранения информации. Чем ближе к процессору, тем емкость памяти уменьшается, а скорость - увеличивается. Нормальное значение производительности компьютера зависит от хорошо спроектированной и реализованной архитектуры памяти, которая должна быть спроектирована так, чтобы на других этапах передачи данных не возникало перегрузок и застоев в передаче данных.
До материнских плат поколений Pentium II, или Athlon, кэш-память второго уровня располагалась не на ядре (или плате, как в Pentium II и ранних Pentium III и Athlon для Slot1 и SlotA) процессора, а выполнялась в виде обычной SRAM и располагалась на материнской плате. Но с повышением производительности процессоров возникла острая необходимость ускорить работу кэш-памяти второго уровня, именно поэтому она и перекочевала в ядро процессора (или на его плату - как уже говорилось). Сейчас идут разработки для добавления еще одного уровня кэш-памяти - Level 3 cache, который будет встроен в материнскую плату. Кэш-память, размещенная в ядре процессора всегда гораздо быстрее и мощнее памяти, размещенной на материнской плате. Кроме того, кэш, размещенный в ядре процессора, обладает следующим свойством: он работает одновременно и с данными, и с инструкциями для процессора (по различным историческим причинам такая архитектура была названа Гарвардской - «Harvard Architecture»).
Как показало время, размещение кэш-памяти на ядре процессора, было очень удачным шагом: разработчики получили возможность использовать гораздо более широкий интерфейс кэша. Даже в процессоре Pentium за такт передается 256 бит (32 байт) инструкций для процессора. Эти 256 бит в Pentium это строка кэша (английский термин - cache line) (наименьшая единица информации, которая может быть записана в кэш). Каждая линия имеет дескриптор кэша (английский термин - cache tag), который обеспечивает разделение на строки КЭШа при очередном удачном обращении в него.
Кроме того, с введением встроенного в ядро кэша, стало возможным встраивать в кэш большее количество комплектов так называемой ассоциативной памяти (английский термин tag memories), что делает кэш более доступным и значительно снижает потери и неудачные обращения в кэш. В этой концепции есть и маленький минус: встраивание большого количества комплектов ассоциативной памяти в кэш непременно влечет увеличение стоимости кэш-памяти, а также значительно ее усложняет. К примеру, кэш с одним комплектом такой памяти называется «1-путным», или «кэш прямого отображения». Если же кэш с 4 комплектами ассоциативной памяти, то он называется «4-х путным» («4-way»). Компьютерные архитекторы уже давно дискутируют, что же выбрать: производительность, или дешевизну, но больший объем кэш-памяти и количество комплектов ассоциативной памяти в КЭШе на производительность влияют очень сильно: она значительно увеличивается. Еще одно преимущество встроенного КЭШа - такая кэш-память может иметь несколько портов ввода/вывода, что позволяет ядру ЦП производить синхронное чтение (англ. термин simultaneous read) и доступ к записи (англ. термин write access) (подобно доступу к различным конвейерам). В некоторых процессорах применяется и многопортовая ассоциативная память. Эти дополнительные порты также встроены в ядро. Питание кэш-памяти зависит от всех ее компонентов и ее объема: чем больше количество компонентов КЭШа и объема кэш-памяти, тем больше необходимо затратить энергии.
Кэш память большего объема оказывается, как правило, медленнее, т.к. ее заполнение занимает большее количество времени (кроме того, ей необходимо большее питание). Именно поэтому размер кэш-памяти первого уровня (Level 1 cache) гораздо меньше, чем кажется разумным. К примеру, процессор Pentium4 имеет всего 8 Кб кэш-памяти 1 уровня плюс 12 Кб предварительного КЭШа выполнения пути (Execution Trace Cache), который выполняет такую же роль, как и кэш-память первого уровня для инструкций.
Дизайнеры Intel все время стремятся увеличить размер кэш-памяти, но сложность и дороговизна производства процессоров вынуждает пойти на компромисс между мощностью и стоимостью.