Процессор Внутренняя память Процессор Микросхема интегральная

Процессор Внутренняя память

Процессор • Микросхема (интегральная схема) – сложная электронная схема, образованная большим количеством электронных элементов, сформированных на поверхности кристалла кремния. • Микропроцессор, выполненный в виде одной или нескольких интегральных схем.

Процессор (CPU = Central Processing Unit) микросхема, которая обрабатывает информацию и управляет всеми устройствами компьютера.

Состав процессора • • • АЛУ – арифметико-логическое устройство. УУ – устройство управления Регистры – собственная память процессора. Процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты, программы. Обработка информации происходит только в регистрах.

Исторический экскурс Первая электронная вычислительная машина (1946 г. )

Компьютер первого поколения «Минск» (1958 г. ) Память Накопитель на магнитных носителях Процессор Память

• Процессор представляет полупроводниковый кристалл, на котором располагаются транзисторы, соединенные напыленными алюминиевыми проводниками. Кристалл помещается в керамический корпус с контактами. • В первом процессоре компании Intel - i 4004, выпущенном в 1971 году, на одном кристалле было 2300 транзисторов, а в процессоре Intel Pentium 4, выпущенном 14 апреля 2003 года, их уже 55 миллионов.

Машинная программа • Машинная программа алгоритм, по которому процессор последовательно выполняет машинные команды. • Машинная команда – собственная система команд процессора.

Структура машинной команды Код операции действия, которые требуется выполнить Адресная часть адреса ячеек, из которых надо взять данные и в которые надо направить результаты выполнения действий

Размещение процессора на материнской плате

Системный блок: процессоры Pentium, Pentium-III, Pentium 4 Celeron (для дома) K 7, Athlon XP, Duron Athlon 64 Xeon (для серверов) Sempron (для дома и ноутбуков) Pentium M (для ноутбуков) Turion (для ноутбуков) Pentium D, Core 2 Duo (2 ядра) Athlon 64 X 2 (2 ядра) Opteron (для серверов) Core 2 Quad (4 ядра) 12

Характеристики процессоров • Тактовая частота (число тактов в секунду) такт – время выполнения простейшей операции ГГц = гигагерц, 1 герц = 1 такт в секунду тактовая частота 2 ГГц 1 такт = 5 10 -10 с • Разрядность число бит, которые процессор обрабатывает за 1 операцию (8, 16, 32, 64, …) • Частота системной шины частота обмена данными с памятью и внешними устройствами (до 1000 МГц) • Объем кэш-памяти до 2 Мб на одно ядро тактовая частота 3 ГГц Intel Pentium 4 3. 0 G 800 MHz/1 M частота шины 800 МГц кэш-память 1 Мб 13

Изменения в архитектуре Появление дополнительной памяти (extended memory (более 1 Мб) — дополнительное пространство для хранения информации); Внедрение многоядерных процессоров (переход с 16 битных - 32 -битных на 64 битные процессоры).

Суть многоядерной архитектуры Многоядерный процессор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра (арифметико-логическое устройство) на одной процессорной плате или в одном корпусе.

Суть многоядерной архитектуры Разделяя вычислительную работу, выполняемую в традиционных микропроцессорах одним ядром, между несколькими исполнительными ядрами, многоядерный процессор может выполнять больше операций за интервал времени и улучшать таким образом работу пользователей с системой.

Суть многоядерной архитектуры Многоядерные процессоры могут также улучшить работу пользователей в многозадачных средах, а именно при выполнении нескольких приложений, имеющих высокий приоритет, одновременно с несколькими фоновыми приложениями — с такими как антивирусное и защитное ПО.

Перспективы В ближайшие 10 -20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут: • Оптические компьютеры — в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны). • Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров. • Молекулярные компьютеры — вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Внутренняя память

Память компьютера внутренняя внешняя винчестеры оперативная постоянная дискеты лазерные диски (CD, DVD) стримеры 20

Характеристики памяти • Объем (емкость) ОЗУ: до 4 Гб (теоретически – больше) винчестеры: до 1 Тб • Быстродействие (время доступа) время, необходимое для чтения и записи минимальной порции данных (ОЗУ: < 10 нс, винчестеры: около 4 мс) • Разрядность число бит, которые читаются или записываются за 1 операцию (8, 16, 32, 64, …) • Доступ § произвольный – в любой момент могут быть переданы любые данные (ОЗУ, винчестер, flash-память) § последовательный – данные могут передаваться только в определенной последовательности (магнитная лента) 21

Системный блок: память Оперативная память ОЗУ = оперативное запоминающее устройство RAM = random access memory (с произвольным доступом) более 128 Мб SIMM, DIMM SDRAM, DDR 2, DDR 3 Постоянная память ПЗУ = постоянное запоминающее устройство ROM = read only memory (только для чтения) 64 Кб – микросхема BIOS (настройки данного компьютера) 22

Системный блок: память Оперативна я память при отключении питания можно ли изменять информацию? скорость передачи данных Постоянная память информация сбрасывается информация сохраняется чтение и запись (RAM) только чтение (ROM) высокая низкая 23

Системный блок: кэш-память Кэш-память (cache – тайник, запас) – быстродействующая память, расположенное между процессором и ОЗУ. Проблема – тактовая частота работы процессора значительно выше, чем тактовая частота ОЗУ, процессор «простаивает» , ожидая данные. быстро кэш-память ОЗУ медленно Чтение из ОЗУ – сначала в кэш. Если нужная ячейка уже есть в кэше, она берется из кэша (быстро). 24

Системный блок: кэш-память Многоступенчатое кэширование: процессор 128 Кб… 4 Мб 64 Кб ядро L 1 ОЗУ L 2 L 1 быстрее L 2! • увеличение скорости работы, если часто нужны одни и те же ячейки • неэффективно, если все время нужны разные ячейки 25