5. Центральный процессор – назначение, структура, основные характеристики

Центральный процессор (ЦП) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

Два направления применения ЦП:

1. Используются в комплексе схемных элементов в виде микрокомпьютера, т.е. системы, собранной на одной или нескольких платах и содержащей собственно ЦП, оперативную память и модули ввода-вывода.

2. ЦП, представляя собой семейство больших интегральных схем, встраиваемых как интегральное целое в создаваемую систему по усмотрению инженеров-проэктировщиков.

По конструкции ЦП подразделяются на:

1. Однокристальные (вся логика размещается в 1 кристалле, они имеют постоянную разрядность и постоянный набор команд);

2. На процессорных элементах (разрядность и система команд может изменяться и определяться в процессе разработки применительно к той прикладной области, где будет использоваться данный ЦП).

Центральный процессор содержит: 1. арифметико-логическое устройство; 2. шины данных и шины адресов; 3. регистры; 4. счетчики команд; 5. кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт); 6. математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

2 Основных типа архитектуры:

1. CISC (complex instruction set computing) – архитектура с полным набором машинных команд;

2. RISC (reduced instruction set computing) – архитектура с упрощённым набором команд, для мощных рабочих станций.

Основные характеристики ЦП:

1. тип архитектуры или серия (CISC, RISC, Intel x86);

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

3. расширения системы команд (ММХ – все х86 процессоры, SSE – Pentium 3, SSE2 – Pentium 4, 3Dnow! – процессоры AMD);

4. конструктивное исполнение (Slot 1, Slot 2, Slot А – модульная конструкция с дискретными схемами; Socket 340, Socket 478, Socket A – интегрированная в кристалл кэш-память 2го уровня);

5. тактовая частота (МГц, ГГц);

6. частота системной шины.

5. Расслоение центрального процессора, разновидности периферийных процессоров, мультизадачная и потоковая обработка

В рамках дальнейшего развития как большие компьютеры, так и самые первые микропроцессоры для персональных компьютеров (Intel 8086) использовали поточную (или многофункциональную) обработку, когда при выполнении очередной команды часть функциональных элементов ЦП одновременно проводит подготовку к выполнению следующей (загрузку из ОП и ее дешифровку). Дальнейшее расслоение ЦП связано с появлением процессоров ввода-вывода, арифметических процессоров (сопроцессоров), графических, криптографических процессоров и т.п.

Условно периферийные устройства можно разделить на основные, без которых работа компьютера практически невозможна, и прочие, которые подключаются при необходимости.

К основным относятся устройства управления курсором и отчасти модемы (для терминалов и бездисковых станций). Практически к ПК можно подключить любые устройства, которые могут вырабатывать электрические сигналы и/или ими управляться. Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров. Средством стыковки какого-либо устройства и какой-либо шины компьютера является адаптер и контроллер.

Периферийные устройства: связь с сотовым телефоном, аксессуары к ПК, колонки & наушники, игровые устройства, цифровая техника, CompactFlash.

Потоковая обработка - это обработка фото, видео звука и т.п. Обработка информации проходит в реальном времени, все операции проходят без задержек.

Расслоение центрального процессора: в нем находятся регистры – это основные действующие ячейки кэш памяти, обычно двухуровневая. Одна служит для выполнения быстрых операций по регистрам, она меньшего размера, но более быстродействующая, с ней связывается кэш память второго уровня, которая синхронизирует оперативную память, гораздо более медленную, с процессором.