1.4 Микропроцессор

Самым главным элементом в компьютере, его «мозгом» является микропроцессор – небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Микропроцессор умеет выполнять сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду.

Тактовая частота. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту – чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Например, микропроцессоры Pentiumвыпускаются с тактовой частотой от 75 до 200 МГц (то есть они отличаются по производительности примерно в два с половиной раза). Часто такая частота указываетвслед за моделью микропроцессора, например Pentium/75 МГц.

Сопроцессор.В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений (например, в инженерных расчётах, обработке трёхмерных изображений и т.д.), желательно, чтобы математические операции над вещественными числами поддерживались аппаратно, то есть самим микропроцессором. Но микропроцессоры Intel-8088, 80286, 80386 и 80486SX не обеспечивают такую поддержку, поэтому к ним для этого требуется добавить математический сопроцессор, который помогает основному микропроцессору выполнять математические операции над вещественными числами.

Регистры – Запоминающие ячейки с очень малым временем доступа (то есть высоким быстродействием), которые служат для хранения значений и переработки информации.

Процессор может осуществлять все операции и непосредственно через память, но так как его быстродействие всегда гораздо выше, чем у памяти, такая работа МП была бы неэффективной. Поэтому микропроцессору нужна своя, «внутренняя» память. Каждый из регистров имеет свой внутренний адрес, по которому осуществляется доступ к содержимому. Содержимое регистров может быть произвольно (как команды, так и данные).

Шины – служат для обмена сигналами между устройствами процессора.

В современных ПК принята классическая трёхшинная архитектура включающая:

- Шину данных (двунаправленная) – по ней передаются данные .Таких шин может быть несколько (локальные шины от различных устройств). И УУ может обращаться одновременно к нескольким блокам за информацией;

- Шину адреса –(однонаправленная) – по ней процессор выставляет адрес памяти или устройств ввода/вывода;

- Шину управления (имеются входные, выходные и реверсивные сигналы), которая позволяет процессору «разобраться» с данными адресами. Это своеобразный указатель процессору, как действовать. И, наоборот, через шину управления сам процессор может указать, как действовать.

1.5 Внутренняя память

В состав внутренней памяти входит оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память. Одним из самыхважных элементов компьютера является оперативная память.Свои данные и программы для обработки процессор берёт из оперативной памяти, а также в неё он записывает полученные результаты. «Оперативная» память получила свое название потому, что она работает очень быстро, поэтому процессору практически не приходится ждать пока данные будут считаны из его памяти или будут записаны в память. Однако содержащиеся в памяти данные сохраняются только лишь во время работы компьютера. После того, как компьютер выключен, содержимое оперативной памяти стирается (за некоторыми исключениями, о которых говориться ниже). Доступ к элементам оперативной памяти прямой – это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (randomaccessmemory, то есть память с произвольным доступом). Но не с каждой программой на компьютере мы сможем работать. Все будет зависеть от того, сколько оперативной памяти установлено на компьютере. Всвязи с недостаточным количеством оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно.

Кэш-память. Чтобы быстрее получить доступ к оперативной памяти набыстродействующих компьютерах используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии, которые некоторые участки оперативной памяти используют наиболее часто.

Таким образом, при обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Регистры КЭШ-памяти не доступны для пользователя. Также в КЭШ-памяти хранятся данные которые микропроцессор получил и будет использовать в своей работе.

К специальной памяти относятся следующие виды памяти:

Постоянная память (BIOS). В компьютере имеется также и постоянная память, в которую данные занесены при её изготовлении. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать. Такой вид памяти обычно называют ROM (readonlymemoryили память только для чтения) или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство).

Также в компьютере в постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки операционной системы (ОС) и выполнение базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто содержимое постоянной памяти называется BIOS (BasicInput-OutputSystem, или базовая система ввода-вывода).

В BIOSтакже содержится программа настройки конфигурации компьютера (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (типы видеоконтроллера, жёстких дисков и дисководов для дискет, часто такие режимы работы с оперативной памятью, запрос пароля при начальной загрузке и т.д.).

Полупостоянная память (CMOS). Кроме обычной оперативной памяти и постоянной памяти, в компьютере имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS-памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии CMOS (complementarymetal-oxidesemiconductor),обладающим низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении электропитания компьютера, поскольку для её электропитания используется специальный аккумулятор.

Видеопамять. Ещё один вид памяти – это видеопамять, то есть память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера – электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран.