процессор мозг или сердце
Процессор — «сердце» компьютера
Процессор – это главный вычислительный элемент вашего компьютера, можно даже сказать, что это его «сердце». Каждый процессор включает в себя миллионы транзисторов. Но и самих процессоров для работы компьютера требуется не мало. Помимо центрального процессора (CPU), схожими микросхемами оборудована практически каждая компьютерная «железяка».
Процессор – это целая система множества важных устройств. На любом кристалле CPU находятся: процессор, сопроцессор, кеш-память первого уровня, кеш-память второго уровня. Только под микроскопом можно рассмотреть крохотные элементы из которых состоит микропроцессор.
Сегодня их, как минимум, выпускают такие компании как: Intel, AMD, VIA. И хотя первая из них является очевидным лидером, в конкурентной жесткой борьбе каждая компания стремится снабдить собственные процессоры какими-нибудь особенными «изюминками». Независимо от производителя, каждый CPU имеет ряд важных характеристик. Этим характеристиками мы обычно и руководствуемся при их выборе.
Один из самых важных показателей, который определяет скорость работы процессора это – тактовая частота. Тактовая частота измеряется в мегагерцах и гигагерцах. Тактовая частота обозначает количество циклов, которые совершает при работе ЦП за единицу времени. Примерно каждые полтора года частота микропроцессора увеличивается не меньше чем в два раза — этот феномен известен в мире под названием «Закон Мура». Однако стоит помнить, что скорость работы ЦПУ зависит далеко не только от его тактовой частоты. При этом некоторые модели содержат возможность увеличить их тактовую частоту путем более глубокой настройки — это т.н. разгон процессора, который правда может негативным образом повлиять на его надежность.
Разрядность. Здесь все просто — ЦП в котором вдвое больше разрядность (64 бита против 32 бит), может «заглотнуть» вдвое больше данных за единицу времени. Конечно, если это разрешит сделать специальное программное обеспечение.
Размер кеш-памяти. Кеш-память — это встроенная память и помещает она в себя все часто используемые данные. Она находится в самом процессоре в двух видах. Первого уровня – самая быстрая. Второго уровня – чуть менее быстрая, но более объемная.
Частота системной шины. Чем выше ее частота, тем больше данных поступает к ЦПУ за единицу времени. Шиной называют аппаратную магистраль, по которой данные бегут от устройства к устройству. Часто многие заставляют работать ЦП на более высокой частоте системной шины. Эту операцию так же называют «разгон». Если эта операция удачна, то производительность компьютера увеличивается. Если наоборот, в лучшем случае компьютер откажется работать, в худшем – выйдет из строя.
Что такое CPU в компьютере: анатомия вашего ПК простыми словами
CPU — это Central Processing Unit или «центральный блок обработки» ; если человеческим языком, то CPU — это центральный процессор какого-либо устройства. В любом современном вычислительном устройстве — смартфон, планшет, компьютер, телевизор, сервер и т. д. — есть свой центральный процессор, который несет ответственность за общую функциональность и правильную работоспособность устройства.
В широком понимани и C PU или процессор — это некий компонент небольших размеров какого-либо устройства, чьи функции заключаются в обработке логических и вычислительных операций, а также в управлении и контроле функциональности других компонентов устройства. Процессор — это мозг и сердце любого вычислительного устройства, поэтому считается самым важным компонентом всех вычислительных устройств.
Процессор — что это
Назначение процессора в компьютере
Что такое Ц П ( центральный процессор) в компьютере? Если процессор в компьютере — это мозг, то уже из этого понятно, что основная деятельность процессора — это управление всеми компонентами и вычислительными операциями компьютера, начиная от простых вычислений на калькуляторе и заканчивая запуском «тяжелых» программ, тех же компьютерных игр или 3D-редакторов.
Если немного «погрузиться» в назначение процессора, то можно выделить его следующие функции:
получение данных и з оперативной памяти и выполнение с ними нужных операций;
формирование сигналов и команд для управления внутренними компонентами или внешними устройствами, подключенными к компьютеру;
временное хранение в собственной памяти информации по проделанным операциям или отданным командам;
обработка запросов от внешних устройств или внутренних компонентов компьютера;
Из чего состоит процессор
Устройство для запоминания. У каждого процессора есть собственная небольшая память, которая ему нужна для работы. Память в процессоре состоит из двух частей: одна часть нужна для «запоминания» текущих операций, а другая часть памяти — это к э ш, в котором хранятся часто выполняемые инструкции. Обращаться в собственный к э ш будет быстрее, чем обращаться к оперативной памяти компьютера, поэтому объем к э ш-памяти имеет влияние на скорость и работоспособность процессора.
Чем характеризуется процессор
Главнейшей характеристикой любого процессора является его производительность. Однако производительность процессора имеет зависимость от 2-х его параметров:
Тактовая частота — это количество выполненных операций в единицу времени. Чем выше эта частотность, тем быстрее процессор «думает». Частота исчисляется в мегагерца х ( МГц) или гигагерца х ( ГГц).
Разрядность — это объем информации, который процессор может передать за один цикл ; измеряется в битах. Все мы слышали про 32-х и 64-х битные компьютеры — это оно самое.
Виды и производители процессоров
Среди производителей процессоров для компьютеров и ноутбуков наиболее известны 2 производителя — это Intel и AMD. Основное отличие между процессорами этих компаний — это не количество ядер или производительность, а уникальная архитектура. То ест ь э ти компании разрабатывают процессоры по разным принципам, поэтому у процессоров обоих производителей есть свои плюсы и минусы, которые мы не будем сейчас обсуждать, потому что это тема отдельной статьи.
Для смартфонов и планшетов наиболее известными производителями процессоров являются NVIDIA, Qualcomm и Apple.
Заключение
Что такое ЦП в компьютере? Центральный процессор — это то, без чего компьютер не сможет работать. Самая простая операция на компьютере делается только с команды процессора и никак по-другому. Производительность компьютера напрямую зависит от производительности процессора, именно поэтому важно перед покупкой компьютера подбирать процессор, который будет справляться с вашими потребностями.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.
Что нужно знать о центральном процессоре компьютера
«Дареному процессору в кулер не дуют.»
Важность процессора для любого персонального компьютера трудно переоценить. Это электронное устройство сравнительно мало по размерам, но потребляет значительный процент энергии, получаемой от блока питания, а его стоимость составляет львиную долю стоимости компьютера. Не случайно многие люди, обычно не очень сведущие в компьютерной терминологии, ассоциируют процессор с самим компьютером. Хотя это, конечно же, ошибочная точка зрения, но причины подобной ассоциации нетрудно понять. Ведь процессор вполне можно уподобить мозгу компьютера, и в таком случае он будет олицетворять суть компьютера, и идентифицировать его точно так же, как мозг человека олицетворяет суть человека и идентифицирует его личность.
Следует сразу оговориться, что в этой статье будет рассказано в основном о центральном процессоре компьютера, так называемом CPU (Central Processing Unit), между тем, как к процессорам относятся и многие вспомогательные чипы, расположенные в компьютере, как, например, процессор видеокарты или звуковой карты. Тем не менее, принципы работы, характерные для CPU, во многом справедливы и для других типов чипов.
Немного истории
Первые процессоры появились на самой заре зарождения компьютерных технологий. А бурное развитие микрокомпьютерной техники во многом являлось следствием появления первых микропроцессоров. Если раньше все необходимые элементы CPU были расположены на различных электронных схемах, то в микропроцессорах они впервые были объединены на одном-единственном кристалле. В дальнейшем под термином «процессор» мы будем иметь в виду именно микропроцессоры, поскольку эти слова давно превратились в синонимы.
Одним из первых микропроцессоров был четырехразрядный процессор фирмы Intel i4004. Он имел смехотворные по нынешним временам характеристики, но для своего времени – начала 1970-x гг., его появление представляло собой настоящий технологический прорыв. Как можно догадаться из его обозначения, он был четырехразрядным и имел тактовую частоту около 0,1 МГц. И именно его прямой потомок, процессор i8088, был выбран фирмой IBM в качестве «мозга» первого персонального компьютера фирмы IBM PC.
Шли годы, характеристики CPU становились все более серьезными и внушительными, и, как следствие, становились все более солидными характеристики персональных компьютеров. Значительной вехой в развитии микропроцессоров стал i80386. Это был первый полностью 32-разрядный CPU, который мог адресовать к 4 ГБ оперативной памяти, в то время как большинство его предшественников могло работать максимум с 640 КБ ОЗУ. Подобная разрядность микропроцессоров настольных компьютеров продержалась довольно долго, почти два десятилетия. В середине 80-х объем ОЗУ в 4 ГБ казался фантастически огромным, но сейчас его можно считать небольшим для серьезного компьютера.
Следующий микропроцессор компании Intel, 486DX, замечателен тем, что в нем впервые появился внутренний кэш – внутренняя оперативная память микропроцессора. Кроме того, в нем было применено много других усовершенствований, которые во многом определили дальнейшую эволюцию микропроцессоров. То же самое можно сказать и про следующий процессор компании Intel, Pentium.
Вместе с CPU Pentium 4 в ряду технологий, использующихся в микропроцессорах, появилась технология Hyper Threading. А процессоры Opteron от фирмы AMD и Pentium D от Intel открыли современную эпоху эволюции CPU, эпоху процессоров, имеющих несколько ядер. Сейчас на рынке представлено много CPU от различных производителей, но главными производителями до сих пор остаются две компании – Intel и AMD, причем на долю первой приходится более 80% рынка.
Устройство CPU
Любой CPU имеет вычислительное ядро (иногда их бывает несколько), а также кэш, то есть собственную оперативную память. Кэш обычно имеет два уровня – первый и второй (внутренний и внешний). Внутренний имеет меньший объем, но обладает большим быстродействием по сравнению с внешним. Емкость кэша второго уровня современных CPU составляет несколько мегабайт – больше, чем оперативная память первых персональных компьютеров!
В ядре CPU находится несколько функциональных блоков – блок управления, блок выборки инструкций, блок вычислений с плавающей точкой, блок целочисленных вычислений, и.т.д. Также в ядре располагаются главные регистры processor-а, в которых находятся обрабатываемые в определенный момент данные. В классической схеме микропроцессора архитектуры х86 этих регистров всего 16.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили две основные разновидности процессоров – CISC (Complex Instruction Set Computing) и RISC (Reduced Instruction Set Computing). В CISC-процессорах мало внутренних регистров, но они поддерживают большой набор команд. В RISC-процессорах регистров много, зато набор команд ограничен. Традиционно микропроцессоры для персональных компьютеров архитектуры Intel х86 принадлежали к классу CISC-процессоров, однако в настоящее время большинство микропроцессоров представляют собой гибрид этих двух архитектур.
Если рассмотреть CPU на аппаратном уровне, то он является, по сути, огромной микросхемой, расположенной на цельном кристалле кремния, в которой содержатся миллионы, а то и миллиарды транзисторов. Чем меньше размеры транзисторов, тем больше их содержится на единицу площади CPU, и тем больше его вычислительная мощность. Кроме того, от размеров транзисторов зависит энерговыделение и энергопотребление процессора — чем меньше их размер, тем эти характеристики процессора меньше. Этот фактор немаловажен, так как CPU является наиболее энергоемким устройством современного ПК. Поэтому проблема уменьшения нагрева процессора входит в число самых важных, стоящих перед разработчиками ПК и самих процессоров.
Отдельно стоит сказать о корпусе, в котором находится CPU. Обычно материалом корпуса процессора служит керамика или пластик. Первоначально процессоры намертво впаивались в системную плату, сейчас же большинство вставляются в специальные гнезда – сокеты. Такой подход заметно упростил модернизацию системы пользователем – достаточно вставить в разъем другой CPU, поддерживаемый данной системной платой, и вы получите более мощный компьютер.
С другими устройствами процессор связан при помощи специальных каналов связи (шин) – шины памяти, шины данных и шины адреса. Разрядность последней очень важна, поскольку от этого параметра зависит объем доступной CPU, а значит, и программам, оперативной памяти.
Принцип работы
Для обработки данных управляющее устройство CPU получает из оперативной памяти или кэша процессора сами данные, а также команды, которые описывают процесс обработки данных. Данные помещаются во внутренние регистры микропроцессора, и над ними производятся операции при помощи арифметико-логического устройства в соответствии с поступившими командами.
Работу CPU синхронизируют так называемые тактовые сигналы. Наверняка каждому пользователю известно понятие тактовой частоты, которая отражает количество тактов работы процессора за секунду. Это значение во многом определят характеристики процессора. Тем не менее, производительность компьютера далеко не всегда пропорциональна его тактовой частоте. И дело тут не только в наличии у современных CPU нескольких ядер, а и в том, что разные процессоры имеют разную архитектуру и, как следствие, могут выполнять разное количество операций за секунду. Современные CPU могут выполнять несколько операций за один такт, тогда как у первых микропроцессоров на одну операцию, наоборот, могло уходить несколько тактов.
CPU архитектуры х86 исторически поддерживают следующие режимы работы процессора:
Реальный режим работы был единственным режимом, в котором работали все CPU до i80386. В этом режиме processor мог адресовать лишь 640 КБ ОЗУ. В результате появления защищенного режима процессор получил возможность работать с большими объемами оперативной памяти. Также существует разновидность защищенного режима – виртуальный режим, предназначенный для совместимости со старыми программами, написанными для процессоров 8086.
Режимы работы процессора также включают режим супервизора, который используется при работе в современных операционных системах. В этом режиме программный код имеет неограниченный доступ ко всем системным ресурсам.
Заключение
В этой статье вы в общих чертах познакомились с назначением центрального CPU, его историей, устройством, узнали про режимы работы процессора и ознакомились с принципами его функционирования. Central Processing Unit – это самое сложное и наиболее важное устройство компьютера. Можно смело утверждать, что развитие компьютерной техники во многом взаимосвязано с прогрессом в развитии CPU. От мощности микропроцессора и его особенностей его работы зависит производительность всего компьютера, а также возможности его отдельных компонентов.
Как работает процессор?
Авторизуйтесь
Как работает процессор?
Инструмент проще, чем машина. Зачастую инструментом работают руками, а машину приводит в действие паровая сила или животное.
Компьютер тоже можно назвать машиной, только вместо паровой силы здесь электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.
Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Его основное назначение — арифметические и логические операции, и прежде чем погрузиться в дебри процессора, нужно разобраться в его основных компонентах и принципах их работы.
Два основных компонента процессора
Устройство управления
Устройство управления (УУ) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. УУ сообщает компонентам, что именно нужно делать. В соответствии с инструкциями он координирует работу с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции вначале поступают именно на устройство управления.
Существует два типа реализации УУ:
УУ на жёсткой логике быстрее, но УУ с микропрограммным управлением обладает более гибкой функциональностью.
Арифметико-логическое устройство
Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, например сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т. п. АЛУ состоит из логических элементов, которые и выполняют эти операции.
27–28 ноября, Москва, Беcплатно
Большинство логических элементов имеют два входа и один выход.
Ниже приведена схема полусумматора, у которой два входа и два выхода. A и B здесь являются входами, S — выходом, C — переносом (в старший разряд).
Схема арифметического полусумматора
Хранение информации — регистры и память
Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.
Регистры
Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.
Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.
По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:
Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.
Принцип действия RS-триггера
Память (ОЗУ)
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.
Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.
Команды (инструкции)
Команды — это фактические действия, которые компьютер должен выполнять. Они бывают нескольких типов:
Прим. перев. На самом деле все арифметические операции в АЛУ могут быть созданы на основе всего двух: сложение и сдвиг. Однако чем больше базовых операций поддерживает АЛУ, тем оно быстрее.
Инструкции предоставляются компьютеру на языке ассемблера или генерируются компилятором высокоуровневых языков.
В процессоре инструкции реализуются на аппаратном уровне. За один такт одноядерный процессор может выполнить одну элементарную (базовую) инструкцию.
Группу инструкций принято называть набором команд (англ. instruction set).
Тактирование процессора
Быстродействие компьютера определяется тактовой частотой его процессора. Тактовая частота — количество тактов (соответственно и исполняемых команд) за секунду.
Частота нынешних процессоров измеряется в ГГц (Гигагерцы). 1 ГГц = 10⁹ Гц — миллиард операций в секунду.
Чтобы уменьшить время выполнения программы, нужно либо оптимизировать (уменьшить) её, либо увеличить тактовую частоту. У части процессоров есть возможность увеличить частоту (разогнать процессор), однако такие действия физически влияют на процессор и нередко вызывают перегрев и выход из строя.
Выполнение инструкций
Инструкции хранятся в ОЗУ в последовательном порядке. Для гипотетического процессора инструкция состоит из кода операции и адреса памяти/регистра. Внутри управляющего устройства есть два регистра инструкций, в которые загружается код команды и адрес текущей исполняемой команды. Ещё в процессоре есть дополнительные регистры, которые хранят в себе последние 4 бита выполненных инструкций.
Ниже рассмотрен пример набора команд, который суммирует два числа:
Вот такие операции нужны, чтобы сложить два числа.
Все данные между процессором, регистрами, памятью и I/O-устройствами (устройствами ввода-вывода) передаются по шинам. Чтобы загрузить в память только что обработанные данные, процессор помещает адрес в шину адреса и данные в шину данных. Потом нужно дать разрешение на запись на шине управления.
У процессора есть механизм сохранения инструкций в кэш. Как мы выяснили ранее, за секунду процессор может выполнить миллиарды инструкций. Поэтому если бы каждая инструкция хранилась в ОЗУ, то её изъятие оттуда занимало бы больше времени, чем её обработка. Поэтому для ускорения работы процессор хранит часть инструкций и данных в кэше.
Если данные в кэше и памяти не совпадают, то они помечаются грязными битами (англ. dirty bit).
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.
Компьютеры, стали для нас повседневностью. Я даже не говорю об персональных стационарных ПК и ноутбуках. Технологии так и скачут в бешеной карусели, пытаясь уцепиться за собственный хвост. А между тем компьютеры стали, как люди. Нет, они не живые, пока что, но уже проникли всюду. Вот вы читаете статью, а рядом с Вами лежит эта штука с прямым выходом в сеть интернет и не одна кстати. И куда бы Вы ни пошли, возьмите свой телефон с собой, а лучше планшет у него мощности больше.
Немного настоящего, и маленькая крупица «пока»
Вначале была программа и команда. С программами все ясно, алгоритмы не самое интересное. А вот команда между тем также сложная вещь. Команда состоит из операционной и операндной составляющей. Первая говорит ПК о том, что он должен сделать, а вторая дает операнды – это то, с чем ему придется работать. После чего выполняется серия действий: выработка, декодирование и выполнение самой командой с обращением в ОЗУ-память компьютера и жесткий диск. Работа процессора идет в пять тактов, этот конвейер крутиться с невероятной скоростью, и чем больше его частота, тем выше скорость с которой происходит обработка команд. И процессор, надо сказать, не устает, ему и спать то нет необходимости.
— Ну, вот же, процессор работает по нашей команде!
Да он работает так, но только по одной причине. Процессору негде взять информацию для составления команды, кроме команд пользователя. А нашему мозгу для этого даны пять источников!
И пусть есть куча датчиков для этих целей, которые совершенствуются, но пока процессор не научили принимать решения, в зависимости от раздражителей, он не сможет выполнять и примитивные задачи, которые даны нашему мозгу. Там есть слово «пока» правда? Уже сегодня сотни лучших умов нашего мира трудятся день и ночь, чтобы сделать такой процессор. Чтобы обдумать всё хорошенько пересмотрите фильм трилогию Матрица.
И не много о мозгах
И как долго остается до того момента, когда процессор станет самостоятельным и будет принимать решения круглые сутки. Фантасты всё фантазируют вот только многие фантазии прошлого, уже ожили в настоящем.