Микропроцессор
Разные модификации компьютеров IBM PC различаются между собой, прежде всего типом микропроцессора. Микропроцессор(Central Processing Unit-CPU) – функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем. В свою очередь микропроцессоры различаются между собой разрядностью и тактовой частотой.
Разрядность - это количество битов, которое воспринимается микропроцессором как единое целое (4, 8, 16, 32, 64, 128 - целая степень числа 2). Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обработать в единицу времени, тем выше его эффективность.
Тактовая частота процессора характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Микропроцессор фирмы Intel, разработанный для первого персонального компьютера корпорации IBM (1981 год) - i8088 - имел тактовую частоту всего 4,77 МГц и выполнял 0,33 миллионов инструкций в секунду. Современные процессоры Pentium имеют тактовую частоту 500 и более МГц.
В состав микропроцессора входят следующие устройства: устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры процессорной памяти.
Устройство управления управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. Арифметико-логическое устройство — вычислительный инструмент процессора; это устройство выполняет арифметические и логические операции по командам программы. Регистры — это внутренняя память процессора. У каждого регистра есть определенное назначение. В регистр — счетчик команд (СчК) помещается адрес той ячейки памяти ПК, в которой хранится очередная исполняемая команда программы. В регистр команд (РК) помещается эта команда на время ее исполнения. Есть регистры, в которые помещаются исходные данные и результаты выполнения команды. Полученный результат может быть переписан из регистра в ячейку памяти.
Организация и основные характеристики памяти компьютера.
Оперативное запоминающее устройство. Основная память - это устройство для хранения информации. Она состоит из оперативного (ОЗУ) и постоянного запоминающего устройств (ПЗУ). ОЗУ предназначено для записи, считывания и хранения программ (системных и прикладных), исходных данных, промежуточных и окончательных результатов. Доступ к элементам памяти прямой. Все ячейки памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт) и каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться. ОЗУ используется для временного хранения данных и программ. При выключении компьютера, информация в ОЗУ стирается. В современных компьютерах объем памяти обычно составляет 32-128 Мбайта. Объем памяти - важная характеристика компьютера, она влияет на скорость работы компьютера и на работоспособность программ. Часть ОЗУ, называемая "видеопамять", содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране.
Внутренняя память ПК обладает двумя основными свойствами: дискретностью и адресуемостью.
Память дискретна — это значит, что память состоит из некоторых “частиц”. “Частица” памяти называется бит (англ. binary digit – двоичная цифра). Бит хранит двоичный код (0 или 1). Итак, память компьютера — это упорядоченная последовательность двоичных разрядов (бит). Эта последовательность делится на группы по 8 разрядов; каждая такая группа образует байт памяти. Байты внутренней памяти пронумерованы. Нумерация начинается с нуля. Порядковый номер байта называется адресом байта. Принцип адресуемости памяти означает то, что любая информация заносится в память и извлекается из нее по адресам.
Ячейка — это группа последовательных байтов ОЗУ, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Размер ячейки памяти и машинного слова равен разрядности процессора.
Рис.7. Обмен информацией между процессором и ОЗУ.
Обмен информацией между процессором и внутренней памятью производится машинными словами (из регистра в ячейку и обратно).
Кэш – память. Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое кэш-памятью (англ. cashe-тайник). Кэш-память — это “сверхоперативная” память сравнительно небольшого объема (256, 512 Кбайт), построенная на иной элементной базе, чем оперативная память. В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной памяти, то среднее время доступа к памяти уменьшается. Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память, с относительно быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избегать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы. Различают кэш первого уровня (находящуюся внутри микропроцессора) и кэш второго уровня (на материнской плате).
Постоянное запоминающее устройство. ПЗУ — быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ — это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода- вывода(BIOS- Basic Input Output System). Программы, входящие в BIOS, тестируют устройства компьютера, обеспечивают загрузку операционной системы в оперативную память ПК. Имеются перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ), позволяющие вносить изменения в BIOS.