12. Назначение центрального процессора пк. Основные характеристики цп (разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты). Понятие кэш-памяти процессора.

Центральный процессор, или ЦПУ(Central Processing Unit — CPU), — самая важная часть аппаратного обеспечения персонального компьютера, представляет собой программируемый логический контроллер, отвечающий за реализацию вычислительного процесса.

Центральный процессор персонального компьютера выполняется в виде отдельного чипа (интегральной микросхемы со сверхвысокой степенью интеграции элементов — ULSI) и реализует все функции, присущие данного рода устройствам. Такие радиоэлектронные элементы называются микропроцессорами.

Во время вычислений центральный процессор считывает последовательность команд, содержащихся в ОЗУ, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и определяет алгоритм полезной работы микропроцессора.

Очередность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, тогда адрес следующей выполняемой команды может оказаться другим, отличным от адреса следующей команды в памяти.

Основными считаются следующие характеристики:

—        тип архитектуры или серия (CISC, Intel х86, RISC);

—        система поддерживаемых команд (х86, IA-32, IA 64);

—        расширения системы команд (ММХ, SSE, SSE2, 3Dnow!);

—        конструктивное исполне?ше (Slot I, Slot 2, Socket 340, Socket 478, Slot A, Socket A);

—        тактовая частота (МГц, ГГц);

—        частота системной шины.

Компьютеры, содержащие процессоры, поддерживающие систему команд Intel x86 (фирм Intel, AMD, Cyrix, Transmeta), на которых может исполняться операционная система Microsoft Windows, называются Wmtel-компыотерами (от Windows и Intel).

Тип архитектуры, как правило, определяется фирмой-производителем оборудования. Все крупнейшие фирмы, производящие электронное оборудование для Wintel-совместимых компьютеров и выпускающие свои типы центральных процессоров, вносят изменения в базовую архитектуру процессоров серии Intel x86 или разрабатывают свою. С типом архитектуры тесно связан набор поддерживаемых команд или инструкций и их расширений. Эти два параметра, в основном, определяют качественный уровень возможностей персонального компьютера и в большой степени — уровень его производительное

Все современные процессоры имеют специальные системы команд, ^дополняющие набор инструкций Intel x86. Они рассчитаны на обработку графической и видеоинформации. Набор ММХ (MultiMedia extension) поддерживается всеми х86-совместимь:ми процессорами. SSE появился в процессорах Pentium !!!, a SSE2 — в процессорах Pentium 4. 3Dnow! — фирменная технология фирмы AMD, используется в ее процессорах.

В настоящем время процессоры конструктивно изготовляют в виде квадратной микросхемы в корпусе PPGA (Plastic Pin Grid Array), со множеством ножек в нижней части (конструктив Socket). Для процессоров Pentium II был разработан Slot 1 — щелевой разъем с 242 контактами, впоследствии переименованный в SC242. В этот же слот устанавливались и некоторые процессоры Celeron и Pentium !!!. Для слота 1 (SC242) предназначены процессоры с разными названиями «упаковки»:

—        SECC — картридж процессоров Pentium II и Pentium Ш. Представляет собой печатную плату с установленными компонентами. К микросхемам прилегает термопластина, распределяющая тепло, к которой снаружи крепится вентилятор (или иное охлаждающее устройство). Спереди картридж закрыт крышкой;

—        SECC 2 — картридж для тех же процессоров. От предыдущего отличается тем, что не имеет термопластины — внешние «холодильники» прижимаются прямо к корпусам микросхем, что снижает тепловое сопротивление и повышает эффективность охлаждения;

—        SEPP (Single Edge Processor Package)  - картридж процессоров Celeron, не имеющий ни термопластины, ни крышки. Внешний радиатор прижимается прямо к корпусу процессора.

Тактовая частота процессора определяет минимальный квант времени, за который процессор выполняет некоторую условную элементарную операцию. Тактовые частоты измеряются в мегагерцах и определяют количественные характеристики производительности компьютерных систем в целом. Чем больше (выше) тактовая частота, тем быстрее работает центральный процессор.

В настоящее время технология производства центральных процессоров с высокой производительностью предусматривает их работу на очень высоких тактовых частотах (до 3 ГГц), вследствие чего устройства необходимо принудительно охлаждать. Для принудительного охлаждения процессоров используются пассивные системы — в виде радиаторов и активные системы — в виде радиаторов с вентиляторами. Процессоры оснащаются внутренними схемами умножения базовой тактовой частоты материнской платы и умножают исходную тактовую частоту в несколько раз.

Однако все остальные устройства работают на базовой тактовой частоте. Тактирующий генератор расположен на материнской плате, а тактовая частота центрального процессора определяет его максимальные возможности работать на соответствующей частоте.

Таким образом, тактовая частота процессора — это еще не все. Существует тактовая частота системной шины, которая отвечает за передачу информации от одного устройства к другому. Естественно, что чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет передаваться информация между устройствами. К устройствам также относится и процессор. В настоящее время процессорами поддерживаются частоты внешней шины 66 МГц, 100 МГц и 133 МГц, а для процессоров Pentium 4 — 400 и 533 МГц.

Большое значение в общей технологии производства компьютерных систем имеет вопрос согласования возможностей и внутренних интерфейсов центрального процессора и набора интегральных микросхем — чипа, на базе которого построена материнская плата. Правильное их сочетание может резко повысить общую производительность, и наоборот. Поэтому рекомендуется устанавливать на материнские платы процессоры, указанные в руководстве фирмы-производителя платы.

Технологии производства центральных процессоров постоянно совершенствуются.

Кэш микропроцессора — кэш (сверхоперативная память), используемый микропроцессором компьютера для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Является одним из верхних уровней иерархии памяти^[1]. Кэш использует небольшую, очень быструю память (обычно типа SRAM), которая хранит копии часто используемых данных из основной памяти. Если большая часть запросов в память будет обрабатываться кэшем, средняя задержка обращения к памяти будет приближаться к задержкам работы кэша. Увеличение размера кэш-памяти положительно влияет на производительность почти всех приложений.