Уровни кэша
Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости обращения и передаче данных, чем кэш-память уровня N.
Самой быстрой памятью является кэш первого уровня (L1 кэш).
По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. L1 кэш работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт. Задержка доступа обычно равна 2−4 тактам ядра. Объём обычно невелик — не более 128 Кбайт.
Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня. Обычно он расположен либо на кристалле, как и L1, либо в непосредственной близости от ядра. В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 Кбайт до 1−12 Мбайт. Задержка составляет от 8 до 20 тактов ядра
Кэш третьего уровня наименее быстродействующий и обычно расположен отдельно от ядра ЦП, но он может быть очень внушительного размера — более 32 Мбайт. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память.
Интерфейсная система (ИС) микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя:
внутренний интерфейс микропроцессора;
буферные запоминающие регистры;
схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору , другое устройство.)
К микропроцессору и системной шине наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора. К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.
Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций над двоичными числами и работает параллельно с основным микропроцессором, но под управлением последнего.
Все микропроцессоры по набору команд можно разделить на группы:
микропроцессоры типа CISC (Complex Instruction Set Computer) с полным набором системы команд;
микропроцессоры типа RISC (Reduced Instruction Set Computer) с усеченным набором системы команд;
Под системой команд процессора подразумевается совокупность всех возможных команд, которые может выполнять процессор над данными.
Весь ряд процессоров фирмы Intel, устанавливаемых в персональных компьютерах IBM, имеют CISC архитектуру, а процессоры Motorola, используемые фирмой Aplle для своих персональных компьютеров используют RISC архитектуру.
CISC – процессоры имеют обширный набор команд (более 1000), из которых программист может выбрать команду, наиболее подходящую ему в данный момент. Одновременно это свойство в то же самое время является и недостатком данной архитектуры. Потому, что большой набор команд усложняет внутреннее устройство управление процессором, увеличивает время исполнения команды на микропроцессорном уровне. К тому же команды имеют различную длину и время выполнения.
RISC-процессоры имеют ограниченный набор команд, которые выполняются за один такт работы процессора. Это упрощает устройство управления процессом, но, при это необходимо учитывать, что, если необходимой команды нет в стандартном наборе, то программисту необходимо самостоятельно ее реализовывать, используя несколько команд. Естественно, это увеличивает размер программного кода.
Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:
тактовая частота (количество выполняемых операций в секунду). Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов.
разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера (WIN XP 32,64 разряда; WINDOWS 8 – 34,64,128)
Многоядерность.
Многоядерный процессор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе и поэтому способен осуществлять независимое параллельное выполнение нескольких потоков команд одновременно.
Ядро микропроцессора - не имеет чёткого определения и в зависимости от контекста употребления может обозначать:
часть микропроцессора, содержащую основные функциональные блоки;
кристалл микропроцессора.