Что такое процессор (CPU)

Учитель информатики

Информатика. 7 класса. Босова Л.Л. Оглавление

Одним из важных объектов, изучаемых на уроках информатики, является компьютер, получивший своё название по основной функции — проведению вычислений (англ, computer — вычислитель).

Первый компьютер был создан в 1945 г. в США. Познакомиться с историей компьютеров вы можете, совершив виртуальное путешествие по музеям вычислительной техники. Так, много интересной информации о компьютерах можно узнать, посетив Виртуальный музей информатики (informat444. narod.ru). Обратите внимание, что для обозначения компьютерной техники 1940-1970-х годов часто используется аббревиатура ЭВМ (электронная вычислительная машина).

Современный компьютер — универсальное электронное программно управляемое устройство для работы с информацией.

Универсальным устройством компьютер называется потому, что он может применяться для многих целей — обрабатывать, хранить и передавать самую разнообразную информацию, использоваться человеком в разных видах деятельности.

Современные компьютеры могут обрабатывать разные виды информации: числа, текст, изображения, звуки. Информация любого вида представляется в компьютере в виде двоичного кода — последовательностей нулей и единиц. Некоторые способы двоичного кодирования представлены на рис. 2.1.

Информацию, предназначенную для обработки на компьютере и представленную в виде двоичного кода, принято называть двоичными данными или просто данными. Одним из основных достоинств двоичных данных является то, что их копируют, хранят и передают с использованием одних и тех же универсальных методов, независимо от вида исходной информации.

Способы двоичного кодирования текстов, звуков (голоса, музыки), изображений (фотографий, иллюстраций), последовательностей изображений (кино и видео), а также трёхмерных объектов были придуманы в 80-х годах прошлого века. Позже мы рассмотрим способы двоичного кодирования числовой, текстовой, графической и звуковой информации более подробно. Теперь же главное — знать, что последовательностям 1 и 0 в компьютерном представлении соответствуют электрические сигналы — «включено» и «выключено». Компьютер называется электронным устройством, потому что он состоит из множества электронных компонентов, обрабатывающих эти сигналы.

Обработку данных компьютер проводит в соответствии с программой — последовательностью команд, которые необходимо выполнить над данными для решения поставленной задачи. Как и данные, программы представляются в компьютере в виде двоичного кода. Программно управляемым устройством компьютер называется потому, что его работа осуществляется под управлением установленных на нём программ. Это программный принцип работы компьютера.

Современные компьютеры бывают самыми разными: от мощных компьютерных систем, занимающих целые залы и обеспечивающих одновременную работу многих пользователей, до мини-компьютеров, помещающихся на ладони (рис. 2.2).

Сегодня самым распространённым видом компьютеров является персональный компьютер (ПК) — компьютер, предназначенный для работы одного человека.

Как выглядит и где находится CPU

Сам процессор выглядит как небольшая пластинка квадратной формы толщиной в пару миллиметров. Чаще всего он покрыт металлической крышкой. С обратной стороны находится много контактов ― ножек.

Все части компьютера крепятся на материнскую плату. Она связывает всю систему в единое целое. В материнской плате есть разъём для CPU ― сокет. Он работает как переходник между контактами материнской платы и ножками процессора:

Назначение и характеристика процессора

Взаимодействие XT с Java

Взаимодействие XT с Java Процессор XT также может работать с Java. API XT спроектирован для работы с классами, определенными в Project X TR2 фирмы Sun, которые поддерживают обработку XML. Вам будет необходим файл xml.jar фирмы Sun, который можно получить, загрузив Project X TR2. Чтобы получить xml.jar,

Взаимодействие Уведомите свою группу и начальство о неприятностях. Изложите свой план по выходу из кризиса. Обратитесь к ним за информацией и советом. Избегайте сюрпризов. Ничто не сердит людей и не делает их менее рациональными так, как сюрпризы. Сюрпризы повышают

Память микропроцессора

Знакомство с подробностями, касающимися компьютерной памяти и ее иерархии помогут лучше понять содержание этого раздела.

Выше мы писали о шинах (адресной и данных), а также о каналах чтения (RD) и записи (WR). Эти шины и каналы соединены с памятью: оперативной (ОЗУ, RAM) и постоянным запоминающим устройством (ПЗУ, ROM). В нашем примере рассматривается микропроцессор, ширина каждой из шин которого составляет 8 бит. Это значит, что он способен выполнять адресацию 256 байт (два в восьмой степени). В один момент времени он может считывать из памяти или записывать в нее 8 бит данных. Предположим, что этот простой микропроцессор располагает 128 байтами ПЗУ (начиная с адреса 0) или 128 байтами оперативной памяти (начиная с адреса 128).

Модуль постоянной памяти содержит определенный предварительно установленный постоянный набор байт. Адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, который следует передать шине данных. Когда канал чтения (RD) меняет свое состояние, модуль ПЗУ предоставляет запрошенный байт шине данных. То есть в данном случае возможно только чтение данных.

Из оперативной памяти процессор может не только считывать информацию, он способен также записывать в нее данные. В зависимости от того, чтение или запись осуществляется, сигнал поступает либо через канал чтения (RD), либо через канал записи (WR). К сожалению, оперативная память энергозависима. При отключении питания она теряет все размещенные в ней данные. По этой причине компьютеру необходимо энергонезависимое постоянное запоминающее устройство.

Более того, теоретически компьютер может обойтись и вовсе без оперативной памяти. Многие микроконтроллеры позволяют размещать необходимые байты данных непосредственно в чип процессора. Но без ПЗУ обойтись невозможно. В персональных компьютерах ПЗУ называется базовой системой ввода и вывода (БСВВ, BIOS, Basic Input/Output System). Свою работу при запуске микропроцессор начинает с выполнения команд, найденных им в BIOS.

Команды BIOS выполняют тестирование аппаратного обеспечения компьютера, а затем они обращаются к жесткому диску и выбирают загрузочный сектор. Этот загрузочный сектор является отдельной небольшой программой, которую BIOS сначала считывает с диска, а затем размещает в оперативной памяти. После этого микропроцессор начинает выполнять команды расположенного в ОЗУ загрузочного сектора. Программа загрузочного сектора сообщает микропроцессору о том, какие данные (предназначенные для последующего выполнения процессором) следует дополнительно переместить с жесткого диска в оперативную память. Именно так происходит процесс загрузки процессором операционной системы.

Отличия в устройстве стационарного компьютера и ноутбука

Стационарный компьютер состоит из системного блока, монитора и устройств ввода (мышки, клавиатуры).

• Возможность собрать ПК под свои нужды;
• Хорошая система охлаждения;
• Возможность апгрейда.

• Занимает много места.
• Работает только от сети или ИБП.

Ноутбук – это портативное переносное устройство. За счет своих миниатюрных размеров, ноутбуки уступают по мощности стационарным, хотя в продаже имеются эксклюзивные игровые модели, но их цена очень высока.

Процессор и видеокарта зачастую не съемные, а запаяны на материнскую плату. Жесткий диск и оперативная память также имеют более компактную форму.

Работает ноутбук от аккумулятора, который заряжается от съемного блока питания. Как правило, нормальной работы аккумулятора хватает на год-два, затем время автономной работы уменьшается.

Плюсы ноутбука в его мобильности: в него уже установлены все необходимые комплектующие – экран, клавиатура, тачпад (выполняет функцию мышки), колонки, сетевая плата и WI-FI адаптер.

• Небольшой размер экрана
• Нет возможности полноценного апгрейда
• Слабая система охлаждения
• Сложность ремонта
• Быстрый расход батареи.

• Если вы используете компьютер для полноценной работы с графикой или для игр, вам стоит приобрести стационарный ПК.
• Если вам необходимо часто перемещаться с места на место, тогда стоит приобрести ноутбук.

3 основных типа команд

Команда памяти может представлять собой нечто вроде «прочтите значение из адреса памяти 1234 вместо значения А» или «запишите значение Б в адрес памяти 5678». Арифметические команды имеют вид в духе «добавьте значение А к значению Б и сохраните результат в значении В». Инструкции перехода, в свою очередь, похожи на «выполните этот код, если значение В положительное, или выполните другой код, если значение В отрицательное». Зачастую в программах используется цепочка сразу из нескольких вышеупомянутых примеров, из-за чего конечный результат выглядит примерно так: «добавьте значение адреса памяти 1234 к значению адреса памяти 5678 и сохраните его в адресе памяти 4321, если результат положительный, либо в адрес 8765, если результат отрицательный».

Перед тем, как перейти к выполнению декодированной команды, давайте уделим немного внимания регистрам.

Регистрами называются немногочисленные, но крайне быстрые фрагменты памяти процессора. У 64-битных процессоров каждый из них вмещает 64 бита, а всего их может быть несколько десятков на одно ядро. Регистры используются для хранения используемых в данный момент значений и их можно считать чем-то вроде кэша нулевого уровня. В приведенных выше примерах команд значения А, Б и В будут сохранены именно в регистре.

Поток инструкций

Современные процессоры могут параллельно обрабатывать несколько команд. Пока одна инструкция находится в стадии декодирования, процессор может успеть получить другую инструкцию.

Однако такое решение подходит только для тех инструкций, которые не зависят друг от друга.

Если процессор многоядерный, это означает, что фактически в нём находятся несколько отдельных процессоров с некоторыми общими ресурсами, например кэшем.

Внутренние ресурсы процессора

К ним относятся:

• типы данных, которые процессор способен распознавать и обрабатывать, т. е. выполнять над ними различные действия и операции;
• программно–доступные регистры, предназначенные для хранения данных и адресов в процессе выполнения программы;
• режимы адресации (Addressing Mode), или реализуемые процессором способы адресации. Под способом адресации будем понимать меток определения или вычисления так называемого эффективного адреса ( Effective Address — ЕА), обеспечивающего доступ к операндам или передачу управления. Внутренние ресурсы встроены в процессор и отражены в его системе команд и поэтому используются не только при программировании прикладных задач, но и при непосредственном исполнении программы.

Архитектура процессоров предоставляет наиболее часто требуемые типы дан­ных, регистры и режимы адресации. Каждый процессор поддерживает несколько типов данных, режимов адресации и содержит определенный набор внутренних регистров.

Разнообразие, доступность и умелое использование ресурсов способствует повышению производительности системы. Недостающие или отсутствующие ре­сурсы допускают программное моделирование, но снижают производительность.

Для разработки системной программы используются жестко связанные с ар­хитектурой процессора системные ресурсы, к которым относят адреса памяти и ввода/вывода, запросы прерываний и каналы прямого доступа к памяти. Они обеспечивают управление виртуальной памятью, мультизадачностью и сред­ствами защиты. Системные ресурсы образуют основу возможностей защищенного режима.