Процессор - устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера. Процессор в своем развитии пережил все этапы миниатюризации, характерные для развития вычислительных машин: от устройств на электронно-вакуумных лампах или транзисторах до микросхем. Электронно-вакуумные лампы имели существенные недостатки: большие размеры, потребление большого количества энергии, сильное выделение тепла и очень низкую надежность. Изобретение полупроводникового транзистора позволило уменьшить размеры, снизить потребляемую энергию и количество выделяемого тепла, повысить надежность работы устройств. Однако схемы как и электронно-вакуумных ламп, так и из транзисторов приходилось собирать вручную. Работа была трудоемкой, все компоненты образовывали хаотическое нагромождение, где трудно было разобраться в соединениях элементов. Вся технология сборки схем была неэкономична и ненадежна.

В 1952 году английский инженер Г.У.Даммер выдвинул смелое предложение: размещать всю схему целиком (транзисторы, резисторы и другие компоненты) в сплошном блоке полупроводникового материала. Реализовать эту идею сумел американский инженер Джек Килби, который понял, что резисторы и конденсаторы можно не только делать из того же полупроводникового матери- ала, что и транзисторы, но и изготавливать все компоненты одновременно на одной и той же полупроводниковой пластинке. Первая в мире интегральная схема (ИС, микросхема, чип) появилась в январе 1959 года. Многочисленные компоненты интегральной схемы формируются непосредственно в кристалле кремния. При обычных условиях кремний не проводит электрический ток, но при внесении примесей – незначительного количества таких элементов, как бор или фосфор – свойства его кристаллической структуры меняются и в кристалле могут распространяться электрические импульсы.

Процессор атлон 64 FX51 Тактовая частота – 2,5 ГГц Разрядность – 64 бита

Логическая схема системной платысистемной платы Видеокарта Сетевая карта Северный мост 133Мгц Южный мост – 33Мгц Модули DIMM (ОЗУ) до 6,4Гб/с Системная шина

Центральный процессор Центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit CPU). Микропроцессор – основная микросхема ПК. Все основные вычисления выполняются в ней.

Центральный процессор В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов. В начале 70-х годов ХХ века благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем), микросхем, стало возможным разместить все необходимые компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве. Большая интегральная схема на самом деле не является большой по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10-6 м). Например, в процессоре Intel Core 2 Duo с 4 МБ кэш-памяти их около 291 миллиона.

В 1971 году инженеры фирмы Intel посроили схему процессора на одном кремневом кристалле, который содержал 2250 транзисторов. Его можно было запрограммировать на решение практически любых функций. Это был первый микропроцессор, получивший название Микропроцессор – процессор, изготовленный в виде микросхемы. Микропроцессор (Central Processing Unit? CPU) представляет собой функционально законченное устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких БИС (большая интегральная схема) или СБИС (сверх большая интегральная схема) «Большая» или «сверх большая» оговаривает не размеры микросхемы, а количество заключенных в ней компонентов.

Характеристики некоторых моделей микропроцессоров Микропро- цессор Год выпуска Число элементов Значение Intel – Первый микропроцессор Intel – Первый универсальный микропроцессор Motorola – Первый 16-битный процессор Hewiett Packard superchip Первый 32-битный микропроцессор сложной конструкции

Микропро- цессор Год выпускаРазрядностьОсобенности Intel бита Intel битаВпервые была установлена полноценная операционная система UNIX Intel битаИмели некоторые черты RISC- архитектуры и кэш- память Intel Pentium 60, бита Intel Pentium 7590-е64 битаПроизошло уменьшение рабочего напряжения до 3,3В, имели много ошибок Intel Pentium MMX? Pro битаОбработка информации от звуковых и графических устройств

Современный процессор представляет собой микросхему или чип, выполненную на миниатюрной кремневой пластине - кристалле размером примерно 5х5 см., на которой размещается до 10 млн. функциональных элементов. У компьютеров четвертого поколения функции процессора выполняет микропроцессор - сверхбольшая интегральная схема, реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью менее 0,1 см2. На таком кристалле может размещаться до 5,5 млн. транзисторов. Эти элементы имеют сложную структуру и позволяют процессору производить обработку информации с очень высокой скоростью. Кристалл - пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический корпус и соединяется и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к материнской плате компьютера.

Назначение микропроцессора: Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти. Координировать работу всех устройств компьютера В состав процессора обязательно входят: Устройство управления (УУ) - координирует работу всех устройств компьютера; Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - выполняет команды программы, находящейся в оперативной памяти; Регистры памяти - ячейки, в которые по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения;

Шины данных, команд и адресов - по этим магистралям проходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему. Шина данных служит для обмена информацией между устройствами компьютера, например, между оперативной памятью и контроллерами устройств. Адресная шина используется процессором при чтении данных из оперативной памяти. По ней процессор сообщает оперативной памяти адрес ячейки, из которой нужно считать данные. Информация по адресной шине передается только в одном направлении – от процессора к памяти.

Интересное сравнение. Что было бы, если процессор работал не со скоростью сотни миллионов байтов в секунду, а в привычном для человеке ритме. Как часто оно получал бы сигналы? Сигнал от клавиатуры он получал бы один раз в 10 лет. Обработка слова «компьютер» занимала почти 100 лет; Данные от мыши - один раз в год. Перемещение указателя мыши из одного угла экрана в другой заняло бы тысячелетие. Данные, поступившие по телефонным проводам через модем, - один раз в сутки. Прием и обработка одной страницы текста занимало бы 5-7 лет. Данные от гибкого диска - один символ в несколько часов. Данные от жесткого или лазерного диска -1 байт в час.

Центральный процессор предназначен для пошагового выполнения хранящейся в памяти компьютера программы. Программа, выполняемая центральным процессорам, состоит из записанных в двоичном виде машинных команд. Совокупность всех машинных команд, которые могут быть поняты и выполнены процессором, называется системой команд процессора. Систему команд процессора можно также назвать его языком. Машинные команды обычно соответствуют элементарным операциям, например, поместить данные в заданную ячейку оперативной памяти, считать данные из ячейки, выполнить арифметическую или логическую операцию над данными, дать сигнал некоторому устройству к обмену данными с оперативной памятью. Система команд процессора является важной частью архитектуры компьютера. Если системы команд двух процессоров различны, то машинная программа, предназначенная для одного процессора, не сможет быть выполнена другим. Основные фирмы - производители процессоров - корпорация INTEL, Motorola, AMD

Регистры процессора. Регистр - это ячейка процессора, в которой хранится машинное слово. Машинное слово представляет собой некоторое число или команду, записанную в двоичном коде. Существует много разнообразных процессоров и у каждого свои регистры. Регистры различают по размеру и назначению. Бывают регистры 8-, 16-, 32-, 64-разрядные. Это значит, что в регистр помещается соответственно 8, 16, 32, 64 бита двоичной информации. Размер регистра определяет одну из характеристик процессора - разрядность. Разрядность - число одновременно обрабатываемых битов. Поэтому процессор может быть 8-, 16-, 32-, 64-разрядным. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обработать.

Тактовая частота Тактовая частота (быстродействие) - скорость передачи информации между устройствами компьютера, количество выполняемых команд в секунду (измеряется в герцах). Чем тактовая частота выше, тем быстрее работает процессор и больше информации оно может обработать. Повышение тактовой частоты происходит от одной модели процессора к другой. Так первые модели процессоров Intel работали с тактовой частотой 8 МГц, а современные (Pentium IV) до 4 ГГц. Один гигагерц соответствует миллиарду тактов в секунду. Следует заметить, что производительность процессора определяется не только тактовой частотой и количеством регистров, а также объемом кэш-памяти, быстродействием арифметико-логического устройства, эффективностью алгоритмов устройства управления и другими особенностями архитектуры процессора. Все эти факторы следует учитывать при сравнении быстродействия процессоров различной конструкции. Говорить о том, что один процессор быстрее другого, поскольку у него больше тактовая частота, можно лишь в том случае, если этот процессор не уступает по остальным показателям Если мы покупаем компьютер и в названии процессора есть цифры, например, Pentium IV-2500, это значение тактовой частоты

Как ускорить работу процессора Предположим, что вы рабочая группа, которой необходимо как можно быстрее решить некоторую задачу. Вы должны работать в помещении 1, а условие задачи, исходные данные и этапы решения находятся в помещении 2, причем выдача необходимой информации в помещении 2 происходит достаточно медленно. В помещение 2 может входить только один человек. Ваша работа должно выполнятся по следующему плану: Человек идет в помещение 2 за порцией данных, необходимых для решения задачи. Приносит их в помещение 1. Рабочая группа быстро их обрабатывает и посылает за следующей порцией информации. При этом она бездействует в ожидании. Человек идет в помещение 2 за следующей порцией данных. Приносит их в помещение 1. Рабочая группа быстро их обрабатывает и посылает за следующей порцией информации. При этом она бездействует в ожидании. И т.д. до тех пор, пока задача не будет решена.

Результат решения показываете заказчику. Подумайте и скажите, каким образом можно ускорить этот процесс, если вы обрабатываете информацию быстрее, чем её вам выдают, в результате чего вы теряете много времени. Ответы: Можно поручить решение задачи более «умной рабочей группе», которая решит задачу быстрее. (Помещение 1 - процессор, повышение тактовой частоты - более умная раб. группа) Можно информацию из помещения 2 частично сразу перенести в помещение 1. (Повышение разрядности процессора - поручить приносить информацию более чем одному человеку) Можно посылать за информацией в помещение 2 не одного человека, а нескольких. Об этом поговорим на следующем уроке. Процессор является одним из тех устройств, которые всегда должны работать. Процессор ПК не может быть выключен. Даже если на наш взгляд процессор ничего не делает, все равно выполняется какая- либо программа.