3.7. Системы, расположенные на материнской плате пк Центральный процессор

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

• арифметико-логическое устройство;

• шины данных и шины адресов;

• регистры (специальные ячейки памяти);

• счетчики команд;

• кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

• математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Множество команд, которые может выполнять процессор над данными, образуют систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура.

На рис. 3.24 представлен микропроцессор Intel Pentium 4 выпуска 2001 г. с тактовой частотой до 2 Гигагерц. Он предназначен для работы приложений, требующих высокой производительности процессора, таких, как передача видео и звука по Интернет, создание видео-материалов, распознавание речи, обработка трехмерной графики, игры.

Рис. 3.24. Микропроцессор Pentium 4. Вид сверху (слева) и вид снизу (справа)

Микропроцессорный комплект

Чипсетом системной платы называется набор микросхем, управляющих процессором, памятью, постоянным запоминающим устройством, шинами и интерфейсами передачи данных, а также рядом периферийных устройств. Чипсет, как правило, состоит из нескольких специализированных интегральных микросхем, конструктивно привязанных к типу используемого процессора. Переход к чипсетам обусловлен необходимостью совместимости аппаратных средств различных производителей.

Системные шины

Обмен данными и командами между внутренними устройствами ПК происходит по проводникам многожильного кабеля – системным шинам. Основной задачей системной шины является передача данных между процессором и остальными электронными узлами компьютера. По системной шине осуществляется не только передача данных, но и адресация устройств, а также происходит обмен специальными служебными сигналами. В зависимости от этого в архитектуре ПК различают три вида шин:

• шина данных;

• шина адреса;

• шина команд.

Используемые в настоящее время шины отличаются разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способностью, количеством и типом поддерживаемых устройств, а также протоколом работы.

Шина адреса

По этой шине передаются адреса ячеек оперативной памяти, где находятся команды, которые необходимо выполнить процессору. Кроме этого, по этой шине передаются данные, с которыми оперируют команды. В современных процессорах адресная шина 32-разрядная, т.е. она состоит из 32 параллельных проводников.

Шина данных

По ней происходит передача данных из оперативной памяти в регистры процессора и наоборот. В ПК на базе процессоров Intel Pentium шина данных 64 разрядная.

Шина команд

По шине команд из оперативной памяти поступают команды, выполняемые процессором. Команды представлены в виде байтов. Простые команды занимают один байт, а более сложные – два, три и более байтов. Большинство современных процессоров имеют 32- или 64-разрядные командные шины.

Шинные интерфейсы

PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium. Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мб/с независимо от количества подсоединенных устройств. Важным нововведением этого стандарта является поддержка механизма plug-and-play, суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит автоматическое определение и настройка этого устройства.

АGР (Advanced Graphic Port). Усовершенствованный графический порт, специально разработанный для подключения видеоадаптеров. Частота шины AGP, как и PCI, 33 или 66 МГц, однако, пропускная способность составляет 1066 Мбайт/с.

USB (Universal Serial Bus). Универсальная последовательная шина USB является обязательным элементом современного ПК, она пришла на смену устаревшим параллельным и последовательным портам. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для средне- и низкоскоростных периферийных устройств. Она позволяет подключить до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом. Шина USB поддерживает автоопределение (Plug-and-play) новых устройств, а также так называемое «горячее» подключение, то есть подключение к работающему компьютеру без его перезагрузки. Скорость передачи данных по USB составляет 1,5 Мб/с. Разработан и вводится стандарт USB 2.0, в котором увеличена скорость передачи данных. С интерфейсом USB выпускаются модемы, клавиатуры, мыши, CD-ROM, джойстики, ленточные и дисковые накопители, сканеры и принтеры, цифровые камеры и другие устройства. В компьютерах Apple iMac шина USB служит единственным интерфейсом для подключения медленных периферийных устройств.