28 октября 2014 г.

Центральный процессор (ЦП; CPU англ. céntral prócessing únit, дословно центральное вычислительное устройство) Исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение арифметических операций, заданных программами операционной системы, и координирующий работу всех устройств компьютера.

Этапы цикла выполнения: 1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счетчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения; 2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности; 3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её; 4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды; 5. Снова выполняется п. 1. Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Современная технология изготовления В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в ZIF-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов. В начале 1970-х годов 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. Появились так называемые микропроцессоры. Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё по крайней мере лет, и только в начале 80-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Надо сказать что переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые теперь проникли почти в каждый дом.

Первый микропроцессор Intel 4004 был представлен 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 108 Кгц и стоил 300$. За годы существования технологии микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Большинство процессоров используемых в настоящее время являются Intel- совместимыми, то есть имеют набор инструкций и пр., как процессоры компании Intel.

Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM. Среди процессоров от Intel: 8086, i286 (в русском компьютерном сленге называется «двойка», «двушка»), i386 («тройка», «трёшка»), i486 («четвёрка»), Pentium (i586)(«пень», «пенёк», «второй пень», «третий пень» и т. д. Наблюдается также возврат названий: Pentium III называют «тройкой», Pentium 4 «четвёркой»), Pentium II, Pentium III, Celeron (упрощённый вариант Pentium), Pentium 4, Core 2 Duo, Xeon (серия процессоров для серверов), Itanium и др. AMD имеет в своей линейке процессоры Amx86 (сравним с Intel 486), Duron, Sempron (сравним с Intel Celeron), Athlon, Athlon 64, Athlon 64 X2, Opteron и др.

ПРОЦЕССОРЫ Самый первый процессор Intel 4004 (1971 год) Размер элемента: 10 мк = м Количество элементов: 2300 Размер элемента: 65 нм = 0,065 мк = м Количество элементов: Современный процессор Intel Core 2 Duo (2007 год) Ядро процессора Intel Core 2 Duo

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССОРА Производительность процессора характеризует скорость выполнения приложений. Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. С момента появления первого процессора 4004 разрядность процессора увеличилась в 16 раз ( с 4 бит до 64 битов). Частота соответствует количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду. С момента появления первого процессора частота процессора увеличилась в раз ( с 0,1 МГц до 3700 МГц). Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности P, которая, в свою очередь пропорциональна квадрату частоты ν 2 : Q ~ P ~ ν 2 Для отвода тепла от процессора применяют массивные воздушные системы охлаждения (кулеры). Кулер для процессора

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССОРА В настоящее время производительность процессора увеличивается путем совершенствования архитектуры процессора. Во-первых, в структуру процессора вводится кэш- память 1-го и 2-го уровней, которая позволяет ускорить выборку команд и данных и тем самым уменьшить время выполнения одной команды. Во-вторых, вместо одного ядра процессора используется два ядра, что позволяет повысить производительность процессора примерно на 80%.

Многоядерные процессоры Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах). Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высоко интегрированную реализацию системы «Мультипроцессор». На данный момент массово доступны процессоры с двумя ядрами, в частности Intel Core 2 Duo и Athlon64X. В ноябре 2006 года вышел первый четырёх ядерный процессор Intel Core 2 Quad, представляющий собой сборку из двух кристаллов в одном корпусе. Двухядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухъядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Duo состоит из двух физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.

Кэширование Кэширование это использование дополнительной быстродействующей памяти (кэш-памяти) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика. Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ 1. Определение объемов кэш-памяти процессора Кэш-память данных 1-го уровня – 16 Кбайт Кэш-память команд 1-го уровня – 12 Кбайт Кэш-память 2-го уровня – 1024 Кбайт

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ 2. Определение температуры процессора Температура процессора – 46 °С Количество оборотов в минуту кулера процессора – 2884 об/мин

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ 3. Производительность процессора

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ 3. Производительность процессора Количество целочисленных операций: 6565 MIPS.

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ 3. Производительность процессора Количество операций с плавающей точкой : 8440 MFLOPS.

Домашнее задание: Стр ч. задачника стр , стр