Процессор. Основные характеристики процессора

Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Обязательными компонентами микропроцессора является арифметико – логическое устройство и блок управления.

Арифметико – логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.

Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.

Технически процессор реализуется на большой интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает (от 30 тысяч в процессоре 8086 до 5 миллионов в процессоре Pentium II).

Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера.

Под тактом мы понимаем промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция. Тактовую частоту можно измерить и определить ее значение. Единица измерения частоты - МГц – миллион тактов в секунду.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность , является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

В первом отечественном персональном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Современный процессор Pentium II имеет разрядность 64/32, т.е. его адресное пространство составляет 4 Гб.

Производительность процессора является интегральной характеристикой , которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а так же особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Тип процессора	Частота (МГц)	Разрядность шины данных	Разрядность шины адреса	Адресное пространство
8086	4 - 12	16	20	1 Мб
80286	8 - 20	16	24	16 Мб
80386	25 - 40	32	32	4 Гб
80486	33 - 100	32	32	4 Гб
Pentium	75 - 200	64	32	4 Гб
Pentium II	200 - 300	64	32	4 Гб
Pentium III	500 - 1000	64	32	4 Гб
Pentium IV	1300-1500	64	32	4 Гб

 

18)

Оперативная память. Из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен.

Кэш-память. Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется специальная кэш-память, которая располагается как бы «между микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти.

При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

ВIOS (постоянная память). В компьютере имеется также и постоянная память, в которую данные занесены при изготовлении. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать.

В компьютере в постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто содержимое постоянной памяти называется ВIOS. В ней содержится также программа настройки конфигурации компьютера (SЕТИР). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет.

CMOS (полупостоянная память). Кроме обычной оперативной памяти и постоянной памяти, в компьютере имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS -памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии, обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS -памяти не изменяется при выключении энергопитания компьютера, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор.

Видеопамять. Еще один вид памяти в компьютерах это видеопамять, то есть память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера - электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран.

Кроме оперативной  памяти  существует ещё и постоянная память (ПЗУ). Её главное отличие от ОЗУ  -  невозможность  в процессе работы  изменить состояние ячеек ПЗУ.  В свою очередь и эта память делится на постоянную  и  репрограммируемую.

Функции памяти:

• приём информации из других устройств;

• запоминание информации;

выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Память компьютера делится на внешнюю (основную) и внутреннюю.

К внутренней памяти относятся:

1. Оперативная память - это устройства, где размещены данные, который процессор обрабатывает в определенный промежуток времени. При этом выполняется следующее условие: в любой момент существует условие работы с любой ячейкой оперативной памяти. В оперативной памяти сохраняется временная информация, которая изменяется по мере выполнения процессором различных операций, таких как запись, считывание, сохранение. При отключении компьютера вся информация, которая находилась в оперативной памяти исчезает, если она не была сохранена на других носителях информации.

2. Регистры - это сверхскоростная память процессора. Они сохраняют адрес команды, саму команду, данные для её выполнения и результат.

3. Кэш-память - это промежуточное запоминающее устройство, используемое для ускорения обмена между процессором и RAM.  В современных процессорах используется несколько уровней кэш-памяти.

4. Постоянная память - это электронная память предназначена для длительного сохранения программы и данных. Используется оно для чтения данных.  Как правило, эта информация записывается при изготовлении компьютера и служит для начальной загрузки оперативной системы, проверки работоспособности компьютера.

Внешняя память рассчитана на длительное хранение программ и данных. Она реализуется с помощью специальных устройств, которые в зависимости от  способов записи и считывания делятся на  магнитные, оптические и магнитооптические.

Основными характеристиками внешней памяти являются её объем, скорость обмена информацией, способ и время доступа к данным.

К внешней памяти принадлежат также накопители  на гибких дисках (дискетах). Наиболее распространёнными являются дискеты диаметром 3,5 дюйма

19)

Самая распространенная и чаще всего используемая компьютерную память - это RAM (Память прямого доступа) - оперативная память Вашего компьютера. Память прямого доступа (RAM) так называется, потому что Вы можете получить доступ к любой ячейке памяти в любое время для любой информации, как для восстановления, так и для хранения, если Вы знаете адрес ячейки, в которой хранится необходимая информация. Например, мы работаем с электронными таблицами Excel и хотим изменить значение в ячейке A1 со 100 на 90. Для того, чтобы сделать это, компьютеру нужно знать, где на чипе RAM размещено содержимое этой ячейки. Как только изменение сделано, компьютер заменяет содержимое в оперативной памяти со 100 на новое значение 90 и оставляет последнее значение, пока пользователь не изменит значение снова или непосредственно не закроет электронную таблицу. Как только это происходит, содержимое в оперативной памяти потеряно. Хорошо, если перед закрытием окна пользователь сохранил электронную таблицу на жестком диске компьютера. Оперативная память также может быть классифицирована на различные типы. Во-первых, есть SRAM - статическая память прямого доступа. Этот вид памяти обычно используется для кэш-памяти компьютеров. Затем есть DRAM - динамическая память прямого доступа. Этот вид памяти имеет ячейки памяти со спаренными транзистором и конденсатором, которым нужна постоянная замена. Также существует DRAM EDO - память с усовершенствованным выходом. Это очень быстрая память, которая не дожидается конца обработки первого бита, а переходит к следующему биту. Кроме того, существует SDRAM - синхронная динамическая память прямого доступа. Этот вид памяти основан на факте, что в большинстве случаев данные хранятся в последовательности, и поэтому становится возможным очень быстрый метод доступа к памяти. Обычно скорость такой памяти составляет около 528 мегабит в секунду, что чрезвычайно быстро.

20)

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory - память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержимое памяти специальным образом "зашивается" в устройство при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.