<<
>>

Процессор (микропроцессор)

Центральный процессор (CPU — Central Processing Unit), или мик- ропроцессор, — это основной функциональный компонент компьюте- ра, который выполняет арифметические и логические операции, за- данные программой, управляет вычислительным процессом и коорди- нирует работу всех устройств компьютера.

Микропроцессор является «мозгом» компьютера. Он осуществ- ляет дополнение программ, работающих на компьютере, и уп- равляет работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой In- tel, а иногда — совместимые с ними микропроцессоры других фирм.

Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является его частота, т. е. число элементарных операций, производимых процессором за 1 с. За 25 лет тактовая частота процессора увеличилась в 375 раз: от 4 МГц (процессор 8086, 1978 г.) до 3 ГГц (процессор Pentium IV, 2003 г.) и бо- лее.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его произ- водительность, является разрядность.

Разрядность процессора оп- ределяется числом двоичных разрядов, которые процессор обра- батывает за один такт. Разрядность процессора увеличилась за 20 лет в 8 раз. Часто уточняют разрядность процессора и пишут 64/32, это означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

В первом отечественном школьном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16. За один такт он обрабатывал 8 бит, а его адресное пространство составля- ло 64 Кбайт.

Современный процессор Pentium IV имеет разрядность 64/32, т.е. за один такт процессор обрабатывает 64 бит, а его адресное пространство составляет 2м = 4 294 967 296 ячеек.

Производительность процессора зависит от особенностей ар- хитектуры (наличие кэш-памяти и др.).

Производительность про- цессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестиро- вания по скорости выполнения процессором определенных опе- раций в какой-либо программной среде.

Оперативная память (ОЗУ) — память с произвольным доступом — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для за- писи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обра- батываемых этими программами.

Название «оперативная» память получила потому, что она ра- ботает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержа- щиеся в ней данные сохраняются, пока компьютер включен; при выключении компьютера содержимое оперативной памяти сти- рается (за некоторыми исключениями).

Оперативная память (RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом) представляет собой множество ячеек, причем каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес (нумерация ячеек начинается с нуля). Каждая ячейка памяти име- ет объем 1 байт, следовательно, максимальный объем адресуемой памяти для процессоров равен 4 294 967 296 байт = 4194 304 Кбайт = = 4096 Мбайт = 4 Гбайт.

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда отличаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, величина фактически установ- ленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например «всего» 512 Мбайт. Большинство современных компь- ютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядным расположением микро- схем). В компьютерных системах на самых современных процессо- рах используются высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM), DDR DRAM, DDR DRAM И. Модули памяти характе- ризуются такими параметрами, как объем (128, 256, 512 Мбайт, 1 Гбайт), число микросхем, паспортная частота шины (от 100 до 533 МГц), время доступа к данным (от 74 нс) и число контактов (72, 168 или 184).

Кроме оперативной памяти существуют следующие типы внут- ренней памяти.

Кэш-память. Кэш-память (cache), или сверхоперативная па- мять, — очень быстрое ЗУ небольшого объема, которое исполь- зуется при обмене данными между процессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки инфор- мации процессором и несколько менее быстродействующей опе- ративной памятью.

Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предви- деть, какие данные и команды, вероятнее всего, понадобятся в

ближайшее время процессору, и переписывает их в кэш-память. При этом возможны как попадания, так и промахи. В случае попа- дания, т. е. если в кэш записаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше не найдена, то процессор считывает ее непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования. Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоемких, чем DRAM.

Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня, емкостью от 32 до 128 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установ- лен кэш второго уровня емкостью 512 Кбайт и выше.

Постоянная память. Постоянная память (ROM — Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая па- мять, используемая для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) дан- ные можно только читать.

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

Перепрограммируемая постоянная память.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого.

Важнейшая микросхема постоянной памяти, или Flash-памя- ти, — модуль BIOS. BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначен- ных для автоматического тестирования устройств после включе- ния питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

CMOS-память. CMOS RAM — это память с невысоким быст- родействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Она используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS.

Видеопамять. Видеопамять VRAM — разновидность оператив- ного ОЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и монитору, поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

<< | >>
Источник: Калмыкова Е. А.. Информатика. 2012

Еще по теме Процессор (микропроцессор):

  1. В. И. Юров. Assembler. Учебник для вузов. 2-е изд, 2003
  2. Кудинов Ю. И., Пащенко Ф. Ф., Келина А. Ю.. Практикум по основам современной информатики: Учебное пособие., 2011
  3. Ю. И. КУДИНОВ, Ф.Ф. ПАЩЕНКО, А. Ю. КЕЛИНА. ПРАКТИКУМ ПО ОСНОВАМ СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКИ, 2011
  4. Уран и Плутон,
  5. Рекомендации Анти-шизоиду:
  6. Степанов А. Н.. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей, 2007
  7. Лариса Александровна Малинина Вадим Васильевич Лысенко Максим Анатольевич Беляев. Основы информатики: Учебник для вузов, 2006
  8. Основные этапы управления.
  9. Протосознание “Правополушарное” и “левополушарное” сознание
  10. 9.3.1. Жизнь не стоит на месте
  11. Сущность процесса управления в организациях.
  12. 11.3. Основные направления правового регулирования информационных отношений в Интернет
  13. Основные характеристики системы управления
  14. Поддержание баланса между входом и выходом организации.
  15. SOAR