В состав процессора входят: УУ, АЛУ, регистры, сопроцессор, КЭШ.

Рассмотрим отдельно каждую составляющую.

Процессор включает в себя УУ, которое выполняет следующие действия: выбирает из памяти очередную команду, расшифровывает команду, определяет адреса ячеек, где находятся исходные данные, заносит в АЛУ исходные данные, управляет выполнением операции, сохраняет результат.

АЛУслужит для выполнения всех вычислительных и логических операций (служит для выполнения действий над данными).

Конструктивно эти устройства не разделены (изготавливают в виде единой интегральной схемы).

В составе процессора имеется ряд специализированных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения данных или команды. Регистр - сверхбыстродействующий элемент памяти. Основной элемент регистра – триггер. Существуют различные регистры. Назовем основные:

· сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

• счетчик команд (счетчик адреса команд)— регистр УУ служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти. Поскольку команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных адресов памяти. Этот регистр процессора, последовательно увеличивает хранимый в нём адрес очередной команды на длину команды;
• регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.

Любая компьютерная программа состоит из набора команд. Команда– описание элементарной операции, которую выполняет компьютер. У каждой команды есть свой код, исходные данные и результат. С помощью УУ команда попадает в процессор из ОП и выполняется. Согласно принципам фон Неймана, команды выполняются процессором автоматически в определенном порядке. Команды, программы и данные хранятся в ОП компьютера. При работе компьютера команды считываются по очереди из памяти.

На примере трехадресной команды проследим принцип работы :

Код операции – символ операции;

А1 – адрес ячейки, где хранится 1- ый операнд:

А2 – адрес ячейки, где хранится 2- ой операнд:

А3 – адрес ячейки, где хранится результат:

Каждая команда программы может быть выполнена за 7 шагов:

1. из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд (УУ), выбирается очередная команда (на время выполнения она сохраняется в регистре команд); содержимое счетчика команд при этом увеличивается так, что он указывает на следующую команду;

2. выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;

3. устройство управления расшифровывает адресное поле команды;

4. по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;

5. УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;

6. результат операции передается в память в ячейку с адресом результата – А3;

7. если есть еще команда, то происходит переход к шагу 1 и все повторяется снова. Если больше команд нет, то конец работы.

Сопроцессор расширяет систему инструкцийцентрального процессора. Настройки современных компиляторов для языков высокого уровня под процессоры семейства x86 зачастую позволяют выбирать: использовать математический сопроцессор или нет, что особенно важно при создании кода, который будет исполняться внутри обработчика аппаратного прерывания. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен в центральный процессор (как это делается в случае математического сопроцессора в процессорах для ПК, начиная с Intel 486DX).

CASH (КЭШ) (cache - запас) – это промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с ОП. Для того чтобы уменьшить количество обращений к ОП создают буферную область – CASH (Кэш) – памятьЭто быстродействующая память малого объема, в которую загружается часть данных из ОП, чтобы уменьшить количество обращений к ОП и увеличить быстродействие. Это как бы сверх “оперативная память”.

Идея КЭШ-памяти сродни примеру из жизни. Например, продавец в овощном ларьке сначала ищет нужный товар в ящике около прилавка, а уже, если его там не оказалось, идет на склад.

Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и если там нет нужных данных, происходит обращение в ОП. Принимая данные из ОП, процессор заносит их одновременно и в КЭШ. КЭШ память распределяется по нескольким уровням. КЭШ 1-го уровня выполняется на том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков килобайт (16-128 Кбайт). Второй уровень работает на частоте процессора либо может исполняться на отдельном кристалле, либо в кристалле процессора (256 Кбайт и более). 3–й уровень КЭШ большего объема (~1000 Мбайт) выполняется на быстродействующих микросхемах и работает на частоте материнской платы (у МП рабочая частота меньше частоты процессора).

Основные параметры (характеристики) процессора: тактовая частота, разрядность, рабочее напряжение, коэффициент внутреннего умножения, размер КЭШ памяти.Эти параметры определяют производительность компьютера.Рассмотрим отдельно каждый из параметров.

Тактовая частота.

В основе работы процессора лежит тактовый принцип, как в обычных часах. В механических часах такты задает пружинный маятник, в электронных часах есть колебательный контур. В компьютере тактовый импульс задает одна из микросхем (ГТЧ), расположенная на материнской плате. Все импульсы одинаковы по длительности. Временной интервал между началом одного импульса и началом следующего называется тактом. ГТЧ работает все время, пока компьютер включен. Тактовые импульсырегулируют выполнение циклов выборки и исполнения команд. Чем выше частота тактов, поступающих в процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени.

Понятие такта связано с периодом возникновения импульса. По каждому импульсу процессор выполняет одну элементарную команду.

(или можно сказать то же самое другими словами)Тактовая частота определяет ритм быстродействие (быстродействие – определяется частотой, т.е. количеством элементарных операций, выполняемых за единицу времени) выполнения всех операций и измеряется в герцах. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера.

Рабочие частоты современных процессоров измеряются в Ггц.

Тактовые импульсы процессор получает от материнской платы. По физическим причинам материнская плата не может работать с такими высокими частотами, как процессор. Базовая частота материнской платы составляет 100-200 Мгц. Для обеспечения более высоких частот в микропроцессоре происходит внутреннее умножение частотына коэффициент от 3 и более (10-20);

разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за 1 такт (количество информации за 1т, 32 бита (разряда) или 64бита).

Рабочее напряжение обеспечивает материнская плата. Первые компьютеры имели рабочее напряжение до 5В, теперь около 2,5 В. Понижение напряжения позволяет уменьшить теплоотделение, а это увеличивает производительность без угрозы перегрева;

Как уже говорилось, КЭШ память распределяется по уровням. КЭШ 1-го уровня выполняется на том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков килобайт (16-128 Кбайт). Второй уровень работает на частоте процессора либо может исполняться на отдельном кристалле, либо в кристалле процессора (256 Кбайт и более). 3–й уровень КЭШ большего объема (~1000 Мбайт) выполняется на быстродействующих микросхемах и работает на частоте материнской платы (у МП рабочая частота меньше частоты процессора).

Все функциональные блоки компьютера связаны между собой общей шиной, называемой системной магистралью. Системная магистраль представляет собой комплекс разъемов и проводников на материнской плате, которые называются линиями связи. По типу передаваемой информации общая шина традиционно разделяется на 3 вида (части):

· шина данныхслужит для приема и передачи данных. Обеспечивает передачу информации между процессором и периферийными устройствами. По ней происходит копирование данных из ОП в регистры процессора и обратно. В современных ПК шина данных – 64 разрядная (состоит из 64 линий, по которым за один раз для обработки поступают 8 байт.) ,

· шина адресапредназначена для передачи адреса ячейки памяти,в которуюили из которой передаются данные. У Pennium,она 32-х разрядная (можно одновременно передать 32 бита).

· шина управления (командная) -Обеспечивает передачу управляемых сигналов, а также управление памятью и обмен данных (регулирует процесс обмена информацией).В основном она 32-х разрядная, но существуют 64 и 128 –ми разрядные.

Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды. Различают процессоры с расширенным набором команд – CISC (Complex Instruction Set Computing) процессоры и процессоры с сокращенной системой команд – RISC (Reduced Instruction Set Computing). Первые используются в универсальных вычислительных системах, а другие – в специализированных. Персональные компьютеры IBM PC ориентированы на использование CISC – процессоров.

Запоминающие устройства (ЗУ)

Памятьпредназначена для записи, хранения и считывания информации.

ОЗУНЖД

КЭШ НГД

ПЗУ – постоянное ЗУ Компакт-диски:

ППЗУ – перепрогр. ЗУ Магн-оптич-диски

Флеш-память

Blu-Ray

Основные характеристики памяти:

· емкость (максимальный объем информации, вмещающейся на устройстве);

· скорость обращения к информации;

· способ доступа (прямой или последовательный);

· принцип записи.