Ход работы:
Изучите теоретический материал.
Изобразите в тетради для практических работ схему системной платы.
1`
Дайте название элементам схемы.
Д/З: Указать конструктивные особенности системных плат для процессоров семейства Intel Core 2 Duo
Практическая работа №4
«Принцип действия, внутреннее устройство и установка микропроцессоров»
Цель занятия:
закрепить теоретические знания о назначении, работе и параметрах CPU;
получить практические навыки при апгрпейде CPU.
Итог работы: отчёт в тетради с заполненной таблицей и ответами на контрольные врпросы.
Краткие теоретические сведения
Процессором является определенная функционально полная совокупность устройств, которая регулирует, управляет и контролирует процесс обработки данных.
Устройство управления (УУ) формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса слов (ячеек) памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических (обычно это короткие операции — с фиксированной точкой, ФТ) и логических операций над числовой и символьной информацией.
Микропроцессорная память (МПП, или кэш-память 1-го уровня) предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы машины.
Интерфейсная система микропроцессора предназначена для сопряжения и связи с другими устройствами ПК.
Генератор тактовых импульсов (internal clock) генерирует последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту микропроцессора — электронные часы реального времени, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания — аккумулятору, и при отключении машины от электросети продолжает работать.
Кроме перечисленных, в конкретных моделях процессоров присутствует ряд дополнительных функциональных устройств (например, блок операций с плавающей точкой, ПТ).
Основная деятельность процессора связана с обработкой команд
Команда, инструкция (instruction) — описание операции, которую нужно выполнить. Каждая команда начинается с кода операции (КОП), содержит необходимые адреса, характеризуется форматом, который определяет структуру команды.
Команды подразделяются на:
арифметические;
логические;
ввода/вывода;
передачи данных.
Каждая команда выполняется в компьютере за один либо несколько тактов.
Цикл процессора — период времени, за который осуществляется выполнение команды исходной программы в машинном виде; состоит из нескольких тактов.
Такт работы процессора — промежуток времени между соседними импульсами (tick of the internal clock) генератора тактовых импульсов. Такт процессора (такт синхронизации) — квант времени, в течение которого осуществляется элементарная операция — выборка, сравнение, пересылка данных. Выполнение короткой команды обычно занимает пять тактов:
выборка команды;
расшифровка кода операции (декодирование);
генерация адреса и выборка данных из памяти;
выполнение операции;
запись результата в память.
Типичная команда содержит:
код операции (КОП), характеризующий тип выполняемого действия;
номера индексного (ИР) и. базисного (БР) регистров;
адреса операндов A1, А2 и т. д.
Классы процессоров. В зависимости от набора и порядка выполнения команд процессоры подразделяются на два основных класса, отражающих также последовательность развития ЭВМ. Ранее других появились процессоры CISC. Затем с целью повышения быстродействия процессоров были разработаны процессоры RISC, которые характеризуются сокращенным набором быстро выполняемых команд. Ряд редко встречающихся команд процессора CISC выполняется последовательностями команд процессора RISC.
CISC (complex instruction set computer) есть традиционная архитектура, в которой ЦП использует микропрограммы для выполнения исчерпывающего набора команд. В течение долгих лет производители компьютеров разрабатывали и воплощали в изделиях все более сложные и полные системы команд. Однако анализ работы процессоров показал, что примерно 80 % времени выполняется лишь 20 % большого набора команд. Поэтому была поставлена задача оптимизации выполнения небольшого по числу, но часто используемых команд.
В 1974 г. John Cocke (IBM Research) решил испробовать подход, который мог бы существенно уменьшить количество машинных команд в ЦП. В середине 70-х гг. это привело многих производителей компьютеров к пересмотру своих позиций и к разработке ЦП с весьма ограниченным набором команд.
RISC (Redused Instuction Set Computer) —процессор, функционирующий с сокращенным набором команд. Так, в процессоре CISC для выполнения одной команды необходимо в большинстве случаев 10 и более тактов. Что же касается процессоров RISC, то они близки к тому, чтобы выполнять по одной команде в каждом такте. Первый процессор RISC был создан корпорацией IBM в 1979 г. и имел шифр IBM 801. В настоящее время процессоры RISC получили широкое распространение.
Современные процессоры RISC имеют следующие характеристики:
упрощенный набор команд, имеющих одинаковую длину;
большинство команд выполняются за один такт процессора;
отсутствуют макрокоманды, усложняющие структуру процессора и уменьшающие скорость его работы;
взаимодействие с оперативной памятью ограничивается операциями пересылки данных;
уменьшено число способов адресации памяти (не используется косвенная адресация);
создан конвейер команд, позволяющий обрабатывать несколько из них одновременно;
используется высокоскоростная память.
Новый подход к архитектуре процессора значительно сократил площадь, требуемую для него на чипе. Это позволило резко увеличить число регистров. В современном процессоре RISC уже используется более 100 регистров. В результате процессор на 20—30 % реже обращается к оперативной памяти, что также повысило скорость обработки данных.