Микропроцессоры ПК их назначение и характеристики

Устройство ПК: название всех частей, их назначение и краткое описание

В данной статье мы изучим устройство ПК. Рассмотрим, из чего состоит компьютер с кратким описанием и объяснением назначения каждого из компонентов.

Стандартная конфигурация компьютера — это системный блок и базовая периферия: монитор, клавиатура, компьютерная мышь.

• Системный блок — ключевой функциональный элемент ПК, который содержит внутри себя комплектующие, необходимые для функционирования компьютера. Иначе говоря, железный корпус, который содержит нужные части.
• Периферия — внешнее оборудование для взаимодействия с компьютером, которое позволяет вводить и выводить информацию из него.

Вышеприведённая информация относится к настольным машинам. Также есть и другие разновидности ПК. Например, мобильные ЭВМ. Ноутбуки, в принципе, устроены аналогичным образом, но все комплектующие и периферия расположены в одном корпусе. Похожей категорией выступают моноблоки. Это решения «всё в одном», где в монитор встроены компоненты системного блока. Стоит отметить, что в ноутбуках и моноблоках используются более компактные и менее мощные комплектующие.

Микропроцессоры ПК: назначение и основные характеристики

Классификация электронного оборудования на базе микропроцессоров приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Классификация электронного оборудования на базе микропроцессоров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Развитие цифровых технологий привело к значительному увеличению быстродействия цифровых микросхем. Отдельные экземпляры цифровых микросхем способны переключаться примерно за время около четырёх наносекунд. Данным уровнем быстродействия обладают программируемые логические микросхемы с уже прошитым алгоритмом решения необходимой задачи.

Микропроцессором является основной модуль ПК, который предназначен для управления функционированием всех других модулей, а также для реализации арифметических и логических операций над информационными данными.

Готовые работы на аналогичную тему

Задачей микропроцессорного модуля является выполнение следующих основных функций:

1. Загрузка и дешифрация команд из модуля основной памяти.
2. Загрузка информационных данных из основной памяти и регистрового набора внешних модулей.
3. Получение и обработка запросов и команд от модулей управления внешних устройств на их обслуживание.
4. Реализация необходимой обработки информационных данных и осуществление записи итогов в модуль основной памяти и внешние устройства.
5. Формирование сигналов синхронизации и управления для всех компьютерных и внешних модулей.

Микропроцессорный модуль состоит из следующих компонентов:

• Арифметико-логическое устройство, которое служит для исполнения всего набора арифметических и логических операций над числовыми и символьными данными.
• Устройство управления, которое осуществляет координацию взаимодействия разных компьютерных модулей.
• Блок памяти микропроцессорного модуля, который предназначен для кратковременного сохранения, записи и передачи информационных данных, используемых в вычислительных операциях, осуществляемых в текущих тактах работы компьютера. Память микропроцессора реализована на регистрах и применяется для получения достаточного быстродействия ПК, поскольку главный модуль памяти не всегда может обеспечить быстродействие, сопоставимое с быстродействием микропроцессора.
• Микропроцессорный интерфейс, который предназначен для обеспечения информационного обмена с другими компьютерными модулями.

Устройство управления микропроцессорного модуля осуществляет следующие главные функции:

1. Формирование и выдачу во все модули ПК в требуемые временные интервалы необходимых управляющих сигналов (управляющих импульсов), которые обусловлены исполняемой операцией.
2. Назначает адреса ячеек памяти, применяемых при осуществлении текущей операции, и отправляет данные адреса задействованным в операции компьютерным модулям.
3. Принимает от генератора тактовых импульсов необходимую импульсную очерёдность.

Система интерфейса микропроцессорного модуля состоит из следующих компонентов:

1. Узел внутреннего интерфейса микропроцессора.
2. Набор буферных запоминающих регистров.
3. Устройство управления системной магистралью (шиной) и портами ввода и вывода. Под портами ввода-вывода понимается устройство сопряжения, которое даёт возможность подключения к микропроцессору других устройств.

К микропроцессорному модулю и системной магистрали помимо типовых внешних модулей возможно подключение дополнительных плат с набором интегральных микросхем, расширяющим и улучшающим функциональное обеспечение микропроцессорного модуля. Например, это может быть математический сопроцессор, контроллеры прямого доступа к памяти, сопроцессор для улучшения ввода и вывода данных, контроллеры прерываний и так далее.

Математический сопроцессор служит для ускорения исполнения операций над бинарными числами с плавающей запятой, над переведёнными в двоичные коды десятичными числами, для операций с тригонометрическими функциями. У математического сопроцессора имеется собственная система команд и он функционирует в параллель с основным микропроцессорным модулем, но под его управлением. Итогом является увеличение быстродействия в разы. Многие модели микропроцессоров уже имеют в своей структуре математический сопроцессор.

Контроллеры прямого доступа к памяти осуществляют прямое управление накопителями на магнитных дисках вместо микропроцессора, что значительно увеличивает общую производительность ПК.

Сопроцессор ввода-вывода осуществляет параллельную работу с микропроцессором, что существенно повышает скорость информационного обмена при выполнении обслуживания набора внешних модулей. Микропроцессор освобождается от реализации процедур по вводу и выводу информации, включая и режим прямого доступа к памяти.

Прерыванием является временная остановка исполнения какой-либо программы для оперативного исполнения другой программы, которая на текущий момент является более важной. Контроллер прерываний выполняет обслуживание процедур прерывания программы, принимая запрос на прерывание от внешних модулей. Далее контроллер должен определить какой уровень приоритета имеет данный запрос и выдать сигнал прерывания микропроцессору.

Основные характеристики процессора

• Количество вычислительных ядер.

Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра. Все современные процессоры являются многоядерными.

Многоядерность, как способ повышения производительности процессоров, используется давно. Для «домашних» компьютеров и рабочих станций существуют процессоры с 64 ядрами (Ryzen Threadripper). Для серверов на рынке есть 128-ядерные предложения.

Эффективность вычислительных ядер разных архитектур заметно отличается. Но если сравнивать процессоры одной архитектуры, чем их (ядер) больше, тем процессор производительнее.

• Количество потоков.

Чем больше потоков – тем лучше. Количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер процессора. Например, благодаря технологиям Hyper-Threading (у Intel) и Simultaneous MultiThreading (у AMD), 4-ядерный процессор может работать в 8 потоков и во многом опережать 6-тиядерных конкурентов.

• Размер кеша 2 и 3 уровней.

Кеш — это очень быстрая внутренняя память процессора, которая используется им как буфер для временного хранения информации, обрабатываемой в конкретный момент времени. Подробнее об этом можно узнать здесь. Чем кеш больше – тем лучше.

Структура не всех современных процессоров предусматривает наличие кеша 3 уровня, хотя критичным моментом это не является. Так, по результатам многих тестов производительность процессоров Intel Core 2 Quadro, выпускавшихся с 2007 г. по 2011 г. и не имеющих кеша 3 уровня, даже сейчас выглядит достойно. Правда, кеш 2 уровня у них достаточно большой.

• Частота процессора.

Здесь все просто – чем выше частота процессора, тем он производительнее. Но это справедливо, если речь идет о процессорах одной архитектуры. Этот показатель отображает количество операций (тактов), осуществляемых процессором за единицу времени. Однако, процессор с более совершенной архитектурой за один такт обрабатывает больше информации. Как результат, новый низкочастотный процессор может оказаться значительно быстрее старого высокочастотного.

• Техпроцесс.

Понятие техпроцесса рассматривалось в предыдущем пункте этой статьи. Чем тоньше используемый техпроцесс, тем больше процессор может содержать транзисторов, меньше потребляет электроэнергии и меньше греется. От техпроцесса во многом зависит еще одна важная характеристика процессора — TDP.

Termal Design Point — показатель, отображающий энергопотребление процессора, а также количество тепла, выделяемого им в процессе работы. Единицы измерения — Ватты (Вт). TDP зависит от многих факторов, среди которых главными являются количество ядер, техпроцесс изготовления и частота работы процессора.

Кроме прочих преимуществ, «холодные» процессоры (с TDP до 100 Вт) лучше поддаются «разгону», когда пользователь изменяет некоторые настройки системы, вследствие чего увеличивается частота процессора. Разгон позволяет без дополнительных финансовых вложений увеличить производительность процессора (идогда на целых 20-25 %), но это уже отдельная тема.

В то же время, проблему с высоким TDP всегда можно решить приобретением эффективной системы охлаждения (см. последний пункт этой статьи).

• Наличие и производительность видеоядра.

Помимо вычислительных ядер, производители часто включают в состав процессоров еще и ядра графические. Такие процессоры, кроме решения своих основных задач, могут выполнять роль видеокарты. Возможностей некоторых из них вполне достаточно для игры в компьютерные игры, не говоря уже о просмотре фильмов, работе с текстом и решении остальных задач.

Если видеоигры — не главное предназначение компьютера, процессор со встроенным графическим ядром позволит сэкономить на приобретении отдельного графического адаптера.

• Тип и максимальная скорость поддерживаемой оперативной памяти.

Эти характеристики процессора необходимо учитывать при выборе оперативной памяти, с которой он будет использоваться. Нет смысла переплачивать за быстрые модули ОЗУ, если процессор не сможет реализовать все их преимущества.

Основные команды сопроцессора

Что такое сопроцессор, немного разобрались. Теперь отдельно стоит сказать несколько слов об основных командах.

Полный набор содержит порядка 80 базовых команд, однако наиболее существенными и часто применяемыми являются следующие:

• передача данных, включающая данные вещественного, целочисленного и десятичного типа;
• сравнение данных вышеуказанных типов, дополненное данными с нулем и системой их анализа;
• простейшие арифметические вычисления, относящиеся только к данным вещественного типа;
• арифметические и вспомогательные вычисления для целочисленных данных, включающие работы с квадратными корнями, модулями, изменением знака числа, выделением мантиссы или порядка;
• трансцендентные команды, применяющиеся при вычислении логарифмов, степеней и тригонометрических функций;
• средства управления, включающие инициализацию сопроцессора, переключение режимов, работы со средой и стеком.

Электронное приложение к уроку

Вернуться к материалам урока
Презентации, плакаты, текстовые файлы	Ресурсы ЕК ЦОР
Видео к уроку

Cкачать материалы урока

Состав компьютерной системы

Так, например, в минимальный состав компьютера можно выделить несколько компонентов:

• Системный блок — в нём располагаются внутренние узлы персонального компьютера;
• Монитор — позволяет вывод данных: текстов, изображений и другой информации;
• Клавиатура — служит для ввода информации;
• Мышь — хоть при её помощи можно управлять работой компьютерных программ.

(Компьютерная мышь не входит в состав базовой конфигурации ПК!)

Данные компоненты удовлетворяют лишь минимальному составу персонального компьютера и поэтому конфигурацию очень часто называют базовой.

По мере необходимости составные части компьютера можно и даже нужно наращивать, например, без компьютерных колонок уже не обойтись или МФУ (много функциональное устройство — принтер, сканер и копир в одном) будет вашим помощником не только в офисе, но и дома, но эти компоненты называются периферийными и относятся уже к расширенной конфигурации компьютера.

Ноутбук будет хорошим примером минимальной или по другому базовой составляющим компьютера, так как в его состав входят так же интегрированные клавиатура, мышь — представленная в виде тачпада или трекбола и монитор находящийся прямо в его крышке.

Если с составом компьютерной системы всё довольно просто и понятно, то устройство системного блока нуждается в более подробном рассмотрение.

Частота процессора и системной платы

Быстродействие является одним из наиболее важных показателей работы процессора. Самая меньшая единица измерения времени для процессора – такт или как его еще именуют – период тактовой частоты. На все выполняемые процессором операции тратится минимум один такт.

Сегодня практически каждый процессор работает на тактовой частоте, являющейся произведением множителя и тактовой частотой системной платы. Так, например, тактовая частота Celeron 600 в более чем 9 раз превышает тактовую частоту системной платы. Аналогичным примером является Pentium III 1000, тактовая частота которого в 8,5 раз выше тактовой частоты системной платы.

Довольно часто тактовая частота системной платы одновременно с множителем устанавливается посредствам перемычек или иных инструментов конфигурирования системной платы, к категории которых можно отнести соответствующие значения в установочной программе параметров BIOS.

Некоторые системы позволяют увеличить уже имеющуюся рабочую частоту процессора, данная процедура называется «разгоном». Установка большей частоты процессора позволяет увеличить и его показатели быстродействия.

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.