Основните устройства на компютъра „живеят“ в системния модул. Те включват: дънна платка, процесор, видеокарта, RAM, твърд диск. Но извън него, обикновено на масата, също „живеят“ не по-малко важни компютърни устройства. Като например: монитор, мишка, клавиатура, високоговорители, принтер.

В тази статия ще разгледаме, От какво се състои компютъръткак изглеждат тези устройства, каква функция изпълняват и къде се намират.

Системна единица.

В първата категория ще анализираме тези устройства или те също се наричат ​​компоненти, които са „скрити“ в системния модул. Те са най-важните за работата му. Между другото, можете веднага да погледнете в системния модул. Не е трудно. Достатъчно е да развиете двата болта на гърба на системния модул и да преместите капака настрани, след което ще видим изглед на най-важните устройства на компютъра, които сега ще разгледаме по ред.

Дънната платка е печатна платка, предназначена да свързва основните компоненти на компютъра. Някои от тях, например процесор или видеокарта, се инсталират директно на самата дънна платка в специален слот. А другата част от компонентите, например твърд диск или захранване, се свързва към дънната платка с помощта на специални кабели.

Процесорът е микросхема и в същото време „мозъкът“ на компютъра. Защо? Защото той отговаря за извършването на всички операции. Колкото по-добър е процесорът, толкова по-бързо ще изпълнява същите тези операции и съответно компютърът ще работи по-бързо. Процесорът, разбира се, влияе върху скоростта на компютъра и дори значително, но скоростта на компютъра ще зависи и от вашия твърд диск, видеокарта и RAM. Така че най-мощният процесор не гарантира по-голяма скорост на компютъра, ако останалите компоненти вече са остарели.

3. Видеокарта.

Видеокарта или по друг начин графична карта е предназначена да показва изображения на екрана на монитора. Той също е инсталиран на дънната платка, в специален конектор PSI-Express. По-рядко видеокарта може да бъде вградена в самата дънна платка, но нейната мощност най-често е достатъчна само за офис приложения и сърфиране в интернет.

RAM е правоъгълна лента, подобна на касета от стари игрови конзоли. Предназначен е за временно съхранение на данни. Например, той съхранява клипборда. Копирахме някакъв текст на сайта и той веднага влезе в RAM. Информация за работещи програми, режим на заспиване на компютъра и други временни данни се съхраняват в RAM. Особеност на RAM паметта е, че данните от нея се изтриват напълно след изключване на компютъра.

Твърдият диск, за разлика от RAM, е предназначен за дългосрочно съхранение на файлове. По друг начин се нарича твърд диск. Той съхранява данни на специални табели. SSD устройствата също са широко разпространени напоследък.

Техните характеристики включват висока скорост на работа, но има незабавен недостатък - те са скъпи. 64 GB SSD устройство ще ви струва същата цена като 750 GB твърд диск. Можете ли да си представите колко ще струва SSD от няколкостотин гигабайта? Уау, уау! Но не се разстройвайте, можете да закупите 64 GB SSD устройство и да го използвате като системно устройство, тоест да инсталирате Windows на него. Казват, че скоростта на работа се увеличава няколко пъти. Системата стартира много бързо, програмите летят. Планирам да надстроя до SSD и да съхранявам обикновени файлове на традиционен твърд диск.

За работа с дискове е необходимо дисково устройство. Въпреки че се използва много по-рядко, все още няма да навреди на настолни компютри. Като минимум устройството ще бъде полезно за инсталиране на системата.

6. Охладителни системи.

Охладителната система се състои от вентилатори, които охлаждат компонентите. Обикновено се инсталират три или повече охладителя. Не забравяйте да имате един на процесора, един на видеокартата и един на захранването и след това по желание. Ако нещо е топло, препоръчително е да го охладите. Вентилаторите също са инсталирани на твърди дискове и в самия корпус. Ако охладителят в кутията е монтиран на предния панел, той отнема топлината, а охладителите, монтирани в задното отделение, подават студен въздух към системата.

Звуковата карта извежда звук към високоговорителите. Обикновено е вграден в дънната платка. Но се случва или да се повреди и затова да се закупи отделно, или първоначално собственикът на компютъра да не е доволен от качеството на стандартния и да купи друга звукова система. Като цяло, звуковата карта също има право да бъде в този списък с компютърни устройства.

За да работят всички компютърни устройства, описани по-горе, е необходимо захранване. Осигурява на всички компоненти необходимото количество електроенергия.

8. Тяло

А за да сложим някъде дънната платка, процесора, видеокартата, рам, хард диска, флопи устройството, звуковата карта, захранването и евентуално някои допълнителни компоненти ни трябва калъф. Там всичко това внимателно се монтира, завинтва, свързва и започва ежедневието, от включването до изключването. В кутията се поддържа необходимата температура и всичко е защитено от повреда.

В резултат на това получаваме пълноценна системна единица с всички най-важни компютърни устройства, необходими за нейната работа.

Периферни устройства.

Е, за да започнем напълно да работим на компютъра, а не да гледаме „бръмчещия“ системен блок, ще ни трябват периферни устройства. Те включват тези компютърни компоненти, които са извън системния модул.

Естествено е необходим монитор, за да видим с какво работим. Видеокартата доставя изображението на монитора. Свързват се помежду си чрез VGA или HDMI кабел.

Клавиатурата е предназначена за въвеждане на информация, добре, разбира се, каква работа има без пълноценна клавиатура. За да пишете текст, да играете игри, да сърфирате в интернет и навсякъде имате нужда от клавиатура.

3. Мишка.

Мишката е необходима за управление на курсора на екрана. Преместете го в различни посоки, щракнете, отваряйте файлове и папки, извиквайте различни функции и много други. Точно както без клавиатура, не можете да живеете без мишка.

4. Високоговорители.

Високоговорителите са необходими главно за слушане на музика, гледане на филми и игри. Кой друг днес използва високоговорители повече от обикновените потребители, които ги възпроизвеждат ежедневно в тези задачи.

Необходими са принтер и скенер за печат и сканиране на документи и всичко останало необходимо в областта на печата. Или MFP, мултифункционално устройство. Ще бъде полезно за всички, които често разпечатват нещо, сканират нещо, правят фотокопия и изпълняват много други задачи с това устройство.

В тази статия само накратко прегледахме основните компютърни устройства, а в други, връзки към които виждате по-долу, ще разгледаме подробно всички най-популярни периферни устройства, както и компонентите, които са част от системния блок, тоест компоненти.

Наслади се на четенето!

Почти всеки знае, че в компютъра основният елемент сред всички „хардуерни“ компоненти е централният процесор. Но кръгът от хора, които разбират как работи един процесор, е много ограничен. Повечето потребители нямат представа за това. И дори когато системата изведнъж започне да се забавя, мнозина смятат, че процесорът не работи добре и не придават значение на други фактори. За да разберем напълно ситуацията, нека разгледаме някои аспекти на работата на процесора.

Какво е централен процесор?

От какво се състои процесорът?

Ако говорим за това как работи процесор на Intel или неговия конкурент AMD, трябва да погледнете как са проектирани тези чипове. Първият микропроцесор (между другото, той беше от Intel, модел 4040) се появи през 1971 г. Можеше да извършва само най-простите операции за събиране и изваждане с обработка само на 4 бита информация, т.е. имаше 4-битова архитектура.

Съвременните процесори, подобно на първородния, са базирани на транзистори и са много по-бързи. Те са направени чрез фотолитография от определен брой отделни силициеви пластини, които образуват единичен кристал, в който са отпечатани транзистори. Веригата е създадена на специален ускорител с помощта на ускорени борни йони. Във вътрешната структура на процесорите основните компоненти са ядра, шини и функционални частици, наречени ревизии.

Основни характеристики

Както всяко друго устройство, процесорът се характеризира с определени параметри, които не могат да бъдат пренебрегнати при отговора на въпроса как работи процесорът. На първо място това:

• Брой ядра;
• брой нишки;
• размер на кеша (вътрешна памет);
• тактова честота;
• скорост на гумата.

Засега нека се съсредоточим върху тактовата честота. Не напразно процесорът се нарича сърцето на компютъра. Подобно на сърцето, той работи в пулсационен режим с определен брой удари в секунда. Тактовата честота се измерва в MHz или GHz. Колкото по-високо е, толкова повече операции може да извърши устройството.

На каква честота работи процесорът, можете да разберете от декларираните му характеристики или да погледнете информацията в Но по време на обработка на команди честотата може да се промени, а при овърклок (овърлок) може да се увеличи до крайни граници. По този начин декларираната стойност е само среден показател.

Броят на ядрата е показател, който определя броя на центровете за обработка на процесора (да не се бърка с нишките - броят на ядрата и нишките може да не е еднакъв). Благодарение на това разпределение е възможно да се пренасочат операциите към други ядра, като по този начин се увеличи общата производителност.

Как работи процесорът: обработка на команди

Сега малко за структурата на изпълнимите команди. Ако погледнете как работи процесорът, трябва ясно да разберете, че всяка команда има два компонента - оперативен и операнд.

Оперативната част определя какво трябва да прави компютърната система в момента; операндът определя върху какво трябва да работи процесорът. Освен това ядрото на процесора може да съдържа два изчислителни центъра (контейнери, нишки), които разделят изпълнението на команда на няколко етапа:

• производство;
• декриптиране;
• изпълнение на команди;
• достъп до паметта на самия процесор
• запазване на резултата.

Днес се използва отделно кеширане под формата на използване на две нива на кеш паметта, което избягва прихващането от две или повече команди за достъп до един от блоковете памет.

Въз основа на вида на обработка на командите процесорите се разделят на линейни (изпълнение на команди в реда, в който са написани), циклични и разклонени (изпълнение на инструкции след обработка на условията на разклоняване).

Извършени операции

Сред основните функции, възложени на процесора, по отношение на изпълняваните команди или инструкции, се разграничават три основни задачи:

• математически операции на базата на аритметично-логическо устройство;
• преместване на данни (информация) от един тип памет в друг;
• вземане на решение за изпълнение на дадена команда и въз основа на това избор за преминаване към изпълнение на други набори от команди.

Взаимодействие с памет (ROM и RAM)

В този процес компонентите, които трябва да се отбележат, са шината и каналът за четене и запис, които са свързани към устройствата за съхранение. ROM съдържа постоянен набор от байтове. Първо, адресната шина изисква определен байт от ROM, след това го прехвърля към шината за данни, след което каналът за четене променя състоянието си и ROM предоставя искания байт.

Но процесорите могат не само да четат данни от RAM, но и да ги записват. В този случай се използва каналът за запис. Но ако го погледнете, като цяло модерните компютри, чисто теоретично, биха могли да се справят изобщо без RAM, тъй като съвременните микроконтролери са в състояние да поставят необходимите байтове данни директно в паметта на самия процесорен чип. Но без ROM няма как.

Освен всичко друго, системата започва от режима за тестване на хардуера (команди на BIOS) и едва след това контролът се прехвърля към зареждащата се операционна система.

Как да проверите дали процесорът работи?

Сега нека да разгледаме някои аспекти на проверката на производителността на процесора. Трябва ясно да се разбере, че ако процесорът не работи, компютърът изобщо няма да може да започне да зарежда.

Друг е въпросът, когато трябва да погледнете индикатора за използване на процесорните възможности в определен момент. Това може да стане от стандартния „Диспечер на задачите“ (срещу всеки процес е посочено колко процента от натоварването на процесора осигурява). За да определите визуално този параметър, можете да използвате раздела за ефективност, където промените се проследяват в реално време. Разширените параметри могат да се видят с помощта на специални програми, например CPU-Z.

Освен това можете да използвате няколко процесорни ядра, като използвате (msconfig) и допълнителни параметри за зареждане.

Възможни проблеми

И накрая, няколко думи за проблемите. Много потребители често питат защо процесорът работи, но мониторът не се включва? Тази ситуация няма нищо общо с централния процесор. Факт е, че когато включите всеки компютър, първо се тества графичният адаптер и едва след това всичко останало. Може би проблемът се крие точно в процесора на графичния чип (всички съвременни видеоускорители имат свои собствени графични процесори).

Но като използвате примера за функционирането на човешкото тяло, трябва да разберете, че в случай на сърдечен арест, цялото тяло умира. Същото и с компютрите. Процесорът не работи - цялата компютърна система „умира“.

Процесорът е основната част на всяко компютърно устройство. Но много потребители имат много лошо разбиране за това какво представлява процесорът в компютъра и каква функция изпълнява. Въпреки че в съвременния свят това е важна информация, знаейки, че можете да избегнете много сериозни погрешни схващания. Ако искате да научите повече за чипа, който захранва вашия компютър, вие сте попаднали на правилното място. В тази статия ще научите за какво служи процесорът и как той влияе на производителността на цялото устройство.

Какво е централен процесор

В случая говорим за централния процесор. В крайна сметка в компютъра има и други, например видео процесор.

Централният процесор е основната част на компютъра, която представлява електронен блок или интегрална схема. Той изпълнява машинни инструкции или програмен код и е основният хардуер на устройството.

Просто казано, това е сърцето и мозъкът на компютъра. Благодарение на него всичко останало работи, той обработва потоците от данни и управлява работата на всички части на цялостната система.

Ако погледнете процесора физически, той е малка тънка квадратна платка. Той е с малки размери и покрит с метален капак отгоре.

Долната част на чипа е заета от контакти, чрез които чипсетът взаимодейства с останалата част от системата. Като отворите капака на системния модул на вашия компютър, можете лесно да намерите процесора, освен ако не е покрит от охладителната система.

Докато процесорът не издаде съответната команда, компютърът няма да може да извърши дори най-простата операция, например добавяне на две числа. Каквото и да искате да правите на вашия компютър, всяко действие включва достъп до процесора. Ето защо той е толкова важен компонент на компютъра.

Съвременните централни процесори са способни не само да се справят с основните си задачи, но и частично да заменят видеокарта. Новите чипове се произвеждат с отделно пространство за изпълнение на функциите на видеоконтролера.

Този видеоконтролер изпълнява всички основни необходими действия, които са необходими от една видеокарта. В този случай RAM се използва като видео памет. Но не се заблуждавайте, че един мощен съвременен процесор може напълно да замени видеокартата.

Дори средният клас видеокарти оставя видеоконтролера на процесорите далеч назад. Така че опцията за компютър без видеокарта е подходяща само за офис устройства, които не изискват изпълнение на сложни задачи, свързани с графика.

В такива случаи наистина има възможност да спестите пари. В крайна сметка можете просто да имате процесорен чипсет с добър видеоконтролер и да не харчите пари за видеокарта.

Как работи процесорът

Изглежда разбрахме какво е процесор. Но как работи? Това е дълъг и сложен процес, но след като го хванете, става доста лесно. Принципът на работа на централния процесор може да се разгледа на етапи.

Първо, програмата се зарежда в RAM, откъдето получава цялата необходима информация и набор от команди, които трябва да бъдат изпълнени от блока за управление на процесора. След това всички тези данни отиват в буферната памет, така наречената кеш памет на процесора.

Информацията излиза от буфера, който е разделен на два вида: инструкции и стойности. И двете попадат в регистрите. Регистрите са клетки с памет, вградени в чипсета. Те също се предлагат в два вида, в зависимост от вида на информацията, която получават: регистри на инструкции и регистри на данни.

Един от компонентите на централния процесор е аритметично-логическо устройство. Той се занимава с извършване на информационни трансформации с помощта на аритметични и логически изчисления.

Тук отиват данните от регистрите. След това аритметично-логическото устройство чете входящите данни и изпълнява командите, които са необходими за обработка на получените числа.

Тук отново сме изправени пред разцепление. Крайните резултати са разделени на завършени и незавършени. Те се връщат обратно в регистрите, а завършените влизат в буферната памет.

Кеш паметта на процесора се състои от две основни нива: горно и долно. Най-новите команди и данни отиват в горния кеш, а тези, които не се използват, отиват в долния кеш.

Тоест цялата информация, намираща се на третото ниво, се премества на второто, от което на свой ред данните отиват на първото. Напротив, ненужните данни се изпращат на по-ниско ниво.

След приключване на изчислителния цикъл резултатите от него отново се записват в RAM паметта на компютъра. Това се случва, за да се гарантира, че кешът на процесора е освободен и достъпен за нови операции.

Но понякога има ситуации, когато буферната памет е напълно пълна и няма място за нови операции. В този случай данните, които в момента не се използват, отиват в RAM или в по-ниското ниво на паметта на процесора.

Видове процесори

След като разбрахме принципа на работа на процесора, е време да сравним различните му видове. Има много видове процесори. Има както слаби едноядрени модели, така и мощни устройства с няколко ядра. Има такива, които са предназначени изключително за работа в офиса, а има и такива, които са необходими за най-модерните игри.

В момента има двама основни създатели на процесори - AMD и Intel. Те са тези, които произвеждат най-актуалните и търсени чипове. Трябва да разберете, че разликата между чиповете на тези две компании не е в броя на ядрата или общата производителност, а в архитектурата.

Тоест продуктите на тези две компании са изградени според различни принципи. И всеки създател има свой собствен уникален тип процесор, който има структура, различна от своя конкурент.

Трябва да се отбележи, че и двата варианта имат своите силни и слаби страни. Например Intel се различава по следното професионалисти :

• По-малко потребление на енергия;
• Повечето създатели на хардуер се фокусират конкретно върху взаимодействието с процесорите на Intel;
• Производителността в игрите е по-висока;
• Intel взаимодейства по-лесно с компютърната RAM;
• Операциите, които изискват само една програма, се изпълняват по-бързо на Intel.

В същото време има и свои собствени минуси :

• Обикновено чипсетите на Intel са по-скъпи от техните аналогове на AMD;
• Когато работите с няколко тежки програми, производителността намалява;
• Графичните ядра са по-слаби от тези на конкурента.

AMD се различава по следния начин предимства:

• Много по-добра стойност за парите;
• В състояние да осигури надеждна работа на цялата система;
• Възможно е да овърклокнете процесора, като увеличите мощността му с 10-20%;
• По-мощни интегрирани графични ядра.

Въпреки това, AMD е по-нисък в следните параметри:

• Взаимодействието с RAM е по-лошо;
• Повече енергия се изразходва за работа на процесора;
• Работната честота на второто и третото ниво на буферната памет е по-ниска;
• Производителността при игри е по-ниска.

Въпреки че има плюсове и минуси, компаниите продължават да произвеждат най-добрите процесори. Просто трябва да изберете кой е за предпочитане за вас. В крайна сметка е невъзможно да се каже недвусмислено, че една компания е по-добра от друга.

Основни характеристики

И така, вече разбрахме, че една от основните характеристики на процесора е неговият разработчик. Но има редица параметри, на които трябва да обърнете още по-голямо внимание при покупката.

Да не се отдалечаваме много от марката и да споменем, че има различни серии чипове. Всеки производител произвежда свои собствени линии в различни ценови категории, създадени за различни задачи. Друг свързан параметър е архитектурата на процесора. Всъщност това са неговите вътрешни органи, от които зависи цялата работа на чипа.

Не най-очевидният, но много важен параметър е гнездото. Факт е, че на самия процесор гнездото трябва да съвпада със съответния гнездо на дънната платка.

В противен случай няма да можете да комбинирате тези два критични компонента на който и да е компютър. Така че, когато сглобявате системен блок, или трябва да закупите дънна платка и да потърсите чипсет за нея, или обратното.

Сега е време да разберем какви характеристики на процесора влияят на неговата производителност. Без съмнение основната е тактовата честота. Това е обемът от операции, които могат да бъдат извършени за определена единица време.

Този показател се измерва в мегахерца. И така, какво влияе на тактовата честота на чипа? Тъй като показва броя на операциите за определено време, не е трудно да се досетите, че скоростта на устройството зависи от него.

Друг важен показател е обемът на буферната памет. Както споменахме по-рано, тя може да бъде горна и долна. Това също влияе върху производителността на процесора.

Процесорът може да има едно или повече ядра. Многоядрените модели са по-скъпи. Но какво влияе броят на ядрата? Тази характеристика определя мощността на устройството. Колкото повече ядра, толкова по-мощно е устройството.

Заключение

Централният процесор играе не само една от най-важните, но дори може да се каже, че основната роля в работата на компютъра. От това ще зависи производителността на цялото устройство, както и задачите, за които обикновено може да се използва.

Но това не означава, че е необходимо да закупите най-мощния процесор за среден компютър. Изберете оптималния модел, който ще отговаря на вашите изисквания.

Процесорът е основният чип на компютъра. Обикновено това е и един от най-високотехнологичните и скъпи компютърни компоненти. Въпреки факта, че процесорът е отделно устройство, той има голям брой компоненти в структурата си, които отговарят за определена функция. Какви са техните специфики?

Процесор: функции на устройството и история на външния вид

PC компонентът, който сега обикновено се нарича централен процесор, се характеризира с доста интересна история на произход. Ето защо, за да разберем неговата специфика, ще бъде полезно да разгледаме някои ключови факти за еволюцията на неговото развитие. Устройството, което съвременните потребители познават като централен процесор, е резултат от дългогодишно усъвършенстване на технологиите за производство на компютърни чипове.

С течение на времето визията на инженерите за структурата на процесора се промени. В компютрите от първо и второ поколение съответните компоненти се състоят от голям брой отделни блокове, много различни в задачите, които решават. Започвайки с третото поколение компютри, функциите на процесора започват да се разглеждат в по-тесен контекст. Инженерите по компютърен дизайн определиха, че това трябва да бъде разпознаването и интерпретирането на машинни команди, въвеждането им в регистри, както и контролирането на други хардуерни компоненти на компютъра. Всички тези функции започнаха да се комбинират в едно устройство.

Микропроцесори

С развитието на компютърните технологии в структурата на компютъра започнаха да се въвеждат устройства, наречени „микропроцесори“. Едно от първите устройства от този тип беше Intel 4004, пуснат от американска корпорация през 1971 г. Микропроцесорите в мащаба на един чип комбинират в структурата си функциите, които дефинирахме по-горе. Съвременните устройства по принцип работят въз основа на същата концепция. Така централният процесор на лаптоп, компютър, таблет съдържа в структурата си: логическо устройство, регистри, както и контролен модул, отговорен за специфични функции. На практика обаче компонентите на съвременните микросхеми най-често се представят в по-сложен комплект. Нека проучим тази функция по-подробно.

Устройството на съвременните процесори

Централният процесор на модерен компютър, лаптоп или таблет е представен от ядро ​​- сега се счита за норма, че има няколко от тях, кеш памет на различни нива, както и контролери: RAM, системна шина. Производителността на даден тип чип се определя от основните му характеристики. В каква съвкупност могат да бъдат представени?

Най-важните характеристики на централния процесор на съвременните персонални компютри са следните: тип микроархитектура (обикновено се посочва в нанометри), тактова честота (в гигахерци), обем на кеш паметта на всяко ниво (в мегабайти), консумация на енергия (в ватове) и наличието или липсата на графичен модул.

Нека проучим по-подробно спецификата на работата на някои ключови модули на централния процесор. Да започнем с ядрото.

Ядро на процесора

Централният процесор на съвременния компютър винаги има ядро. Той съдържа ключовите функционални блокове на микросхемата, чрез които изпълнява необходимите логически и аритметични функции. По правило те се представят в някакъв набор от елементи. По този начин дизайнът на централния процесор най-често включва наличието на блокове, които отговарят за решаването на следните задачи:

Извличане и декодиране на инструкции;

Извадка от данни;

Следвайте инструкциите;

Запазване на резултатите от изчисленията;

Работа с прекъсвания.

Също така структурата на микросхемите от съответния тип се допълва от контролен блок, устройство за съхранение, програмен брояч и набор от регистри. Нека разгледаме по-подробно спецификата на работата на съответните компоненти.

Ядро на процесора: компоненти

Сред ключовите блокове в ядрото на централния процесор е този, който отговаря за четенето на инструкции, които са записани в адреса, записан в програмния брояч. По правило няколко операции от съответния тип се извършват наведнъж по време на един такт. Общият брой инструкции за четене е предварително определен от индикатора в декодиращите блокове. Основният принцип тук е, че при всеки тактов цикъл маркираните компоненти се натоварват максимално. За да се осигури съответствие с този критерий, в структурата на процесора могат да присъстват спомагателни хардуерни елементи.

Блокът за декодиране обработва инструкции, които определят алгоритъма за работа на микросхемата при решаване на определени проблеми. Осигуряването на тяхното функциониране е трудна задача, смятат много ИТ специалисти. Това се дължи отчасти на факта, че дължината на инструкцията не винаги е ясно определена. Съвременните процесори обикновено включват 2 или 4 блока, в които се извършва съответното декодиране.

Що се отнася до компонентите, отговорни за извличането на данни, тяхната основна задача е да осигурят получаването на команди от кеш паметта или RAM, които са необходими за осигуряване на изпълнението на инструкциите. Ядрата на съвременните процесори обикновено съдържат няколко блока от съответния тип.

Контролните компоненти, налични в чипа, също се основават на декодирани инструкции. Те са предназначени да контролират работата на блоковете, които отговарят за изпълнението на инструкциите, както и да разпределят задачите между тях и да наблюдават тяхното навременно изпълнение. Компонентите за управление принадлежат към категорията на най-важните в структурата на микропроцесорите.

Ядрата на микросхемите от съответния тип също съдържат блокове, отговорни за правилното изпълнение на инструкциите. Тяхната структура съдържа елементи като аритметична и логическа единица, както и компонент, отговарящ за изчисленията с плаваща запетая.

В ядрата на процесора има блокове, които контролират обработката на комплекти разширения, които са инсталирани за инструкции. Тези алгоритми, които допълват основните команди, се използват за увеличаване на интензивността на обработката на данни и извършване на процедури за криптиране или декриптиране на файлове. Решаването на такива проблеми изисква въвеждането на допълнителни регистри, както и набори от инструкции, в структурата на ядрото на микросхемата. Съвременните процесори обикновено включват следните разширения: MMX (предназначени за кодиране на аудио и видео файлове), SSE (използвани за паралелни изчисления), ATA (използвани за ускоряване на програми и намаляване на консумацията на енергия от компютър), 3DNow (разширяване на мултимедийните възможности на компютъра ), AES (криптиране на данни), както и много други стандарти.

Структурата на процесорните ядра обикновено съдържа и блокове, отговорни за съхраняването на резултатите в RAM в съответствие с адреса, съдържащ се в инструкциите.

Важен компонент на ядрото е този, който контролира операцията по прекъсване на чипа. Тази функция позволява на процесора да гарантира стабилността на програмите по време на многозадачност.

Работата на централния процесор включва и използването на регистри. Тези компоненти са аналогични на RAM, но достъпът до тях е няколко пъти по-бърз. Обемът на съответния ресурс е малък - като правило не надвишава килобайт. Регистрите се класифицират в няколко вида. Това могат да бъдат компоненти с общо предназначение, които се използват при извършване на аритметични или логически изчисления. Има регистри със специално предназначение, които могат да включват системни данни, използвани от процесора по време на работа.

Структурата на процесорното ядро ​​също съдържа различни спомагателни компоненти. Кое например? Това може да е сензор, който следи каква е текущата температура на процесора. Ако неговата производителност е по-висока от установените стандарти, тогава микросхемата може да изпрати сигнал до модулите, отговорни за работата на вентилаторите - и те ще започнат да се въртят по-бързо. В структурата на ядрото има предиктор на прехода - компонент, който е предназначен да определи кои команди ще бъдат изпълнени след завършване на определени цикли от операции, извършвани от чипа. Пример за друг важен компонент е програмният брояч. Този модул записва адреса на съответния алгоритъм, който се предава на микросхемата в момента, в който тя започне да изпълнява определен цикъл.

Това е структурата на ядрото, което е част от централния процесор на компютъра. Нека сега разгледаме по-подробно някои от основните характеристики на микросхемите от съответния тип. А именно: технически процес, тактова честота, кеш памет и консумация на енергия.

Характеристики на процесора: тип процес

Развитието на компютърните технологии обикновено се свързва с появата на нови поколения компютри с подобряването на компютърните технологии. В същото време, без да се броят показателите за производителност, един от критериите за класифициране на компютър като конкретно поколение може да бъде неговият абсолютен размер. Първите компютри бяха сравними по размер с многоетажна сграда. Компютрите от второ поколение бяха сравними по размер с например диван или пиано. Компютрите от следващото ниво вече бяха много близки до познатите ни сега. От своя страна съвременните компютри са компютри от четвърто поколение.

Всъщност, за какво е всичко това? Факт е, че по време на еволюцията на компютрите се формира неофициално правило: колкото по-напреднало е устройството в технологично отношение, толкова по-малки са неговите размери при същата производителност или дори по-голяма. Това се отнася напълно за характеристиките на разглеждания централен процесор, а именно техническия процес на неговото производство. В този случай разстоянието между отделните силициеви кристали, които формират структурата на микросхемата, има значение. Колкото по-малък е той, толкова по-голяма е плътността на съответните елементи, които централната процесорна платка поставя върху себе си. Съответно може да се счита за по-продуктивен. Съвременните процесори се произвеждат по 90-14 nm технология. Този показател има тенденция към постепенно намаляване.

Тактова честота

Тактовата честота на централния процесор е един от ключовите показатели за неговата производителност. Той определя колко операции в секунда може да извърши чипът. Колкото повече от тях, толкова по-производителен е процесорът и компютърът като цяло. Може да се отбележи, че този параметър характеризира на първо място ядрото като независим модул на централния процесор. Тоест, ако има няколко съответстващи компонента на чипа, тогава всеки от тях ще работи на отделна честота. Някои ИТ специалисти смятат за приемливо тези характеристики да бъдат обобщени за всички ядра. Какво означава? Ако, например, процесорът има 4 ядра с честота 1 GHz, тогава общата производителност на компютъра, ако следвате тази методология, ще бъде 4 GHz.

Честотни компоненти

Разглежданият индикатор се формира от два компонента. Първо, това е честотата на системната шина - обикновено се измерва в стотици мегахерца. Второ, това е коефициентът, по който се умножава съответният показател. В някои случаи производителите на процесори дават на потребителите възможност да регулират и двата параметъра. В същото време, ако зададете достатъчно високи стойности за системната шина и умножител, можете значително да увеличите производителността на микросхемата. Така се овърклоква процесора. Вярно е, че трябва да се използва внимателно.

Факт е, че овърклокът може значително да повиши температурата на централния процесор. Ако компютърът няма инсталирана подходяща охладителна система, това може да доведе до повреда на чипа.

Размер на кеша

Съвременните процесори са оборудвани с модули за кеш памет. Основната им цел е временно да съхраняват данни, обикновено представени от набор от специални команди и алгоритми - тези, които най-често се използват при работата на микросхемата. Какво означава това на практика? На първо място, натоварването на процесора може да бъде намалено поради факта, че същите тези команди и алгоритми ще бъдат достъпни онлайн. Микросхемата, след като е получила готови инструкции от кеш паметта, не губи време за разработването им от нулата. В резултат на това компютърът работи по-бързо.

Основната характеристика на кеш паметта е нейният размер. Колкото по-голям е, толкова по-голям е този модул, съответно, по отношение на местоположението на самите инструкции и алгоритми, използвани от процесора. Колкото по-вероятно е микросхемата винаги да намира тези, от които се нуждае сред тях, и да работи по-бързо. Кеш паметта на съвременните процесори най-често се разделя на три нива. Първият работи на базата на най-бързите и високотехнологични микросхеми, останалите са по-бавни. Обемът на кеша от първо ниво на съвременните процесори е около 128-256 KB, вторият - 1-8 MB, третият - може да надвишава 20 MB.

Консумация на енергия

Друг важен параметър на микросхемата е консумацията на енергия. Захранването на процесора може да изисква значителна консумация на енергия. Модерните модели микросхеми консумират около 40-50 W. В някои случаи този параметър има икономическо значение - например, ако говорим за оборудване на големи предприятия с няколкостотин или хиляди компютри. Но също толкова важен фактор е консумацията на енергия по отношение на адаптирането на процесорите за използване на мобилни устройства - лаптопи, таблети, смартфони. Колкото по-нисък е съответният индикатор, толкова по-дълъг ще бъде животът на батерията на устройството.

Говорим за модела Intel 4004. Той не беше мощен и можеше да извършва само операции за събиране и изваждане. Той можеше да обработва само четири бита информация наведнъж (тоест беше 4-битов). Но за времето си появата му е значимо събитие. В крайна сметка целият процесор се побира в един чип. Преди Intel 4004 компютрите бяха базирани на цял набор от чипове или отделни компоненти (транзистори). Микропроцесорът 4004 е в основата на един от първите преносими калкулатори.

Първият микропроцесор за домашни компютри беше Intel 8080, представен през 1974 г. Цялата процесорна мощност на 8-битов компютър се съдържаше в един чип. Но обявяването на процесора Intel 8088 беше от наистина голямо значение. Той се появи през 1979 г. и от 1981 г. започна да се използва в първите масово произвеждани персонални компютри, IBM PC.

Тогава процесорите започнаха да се развиват и да стават по-мощни. Всеки, който е поне малко запознат с историята на микропроцесорната индустрия, си спомня, че 8088 беше заменен от 80286. След това дойде 80386, последван от 80486. След това имаше няколко поколения Pentium: Pentium, Pentium II, III и Pentium 4. Всички тези процесори на Intel са базирани на основния дизайн 8088. Те са обратно съвместими. Това означава, че Pentium 4 може да обработва всяка част от кода за 8088, но го прави с около пет хиляди пъти по-висока скорост. Оттогава не са минали много години, но се смениха още няколко поколения микропроцесори.

От 2004 г. Intel започна да предлага многоядрени процесори. Броят на използваните в тях транзистори се е увеличил с милиони. Но дори и сега процесорът се подчинява на общите правила, създадени за ранните чипове. Таблицата отразява историята на микропроцесорите на Intel до 2004 г. (включително). Ще направим някои пояснения какво означават отразените в него показатели:

• Име. Модел процесор
• Дата. Годината, в която процесорът е представен за първи път. Много процесори бяха представени многократно, всеки път, когато тяхната тактова честота беше увеличена. Така следващата модификация на чипа може да бъде обявена отново дори няколко години след като първата му версия се появи на пазара
• Транзистори (Брой транзистори). Броят на транзисторите в чипа. Можете да видите, че тази цифра постоянно се увеличава
• Микрони (Ширина в микрони). Един микрон е равен на една милионна част от метъра. Стойността на този индикатор се определя от дебелината на най-тънката жица в чипа. За сравнение, дебелината на човешкия косъм е 100 микрона
• Тактова честота. Максимална скорост на процесора
• Ширина на данните. „Битов капацитет“ на аритметично-логическата единица (ALU) на процесора. 8-битово ALU може да добавя, изважда, умножава и извършва други операции върху две 8-битови числа. 32-битовото ALU може да обработва 32-битови числа. За да добави две 32-битови числа, осем-битовото ALU трябва да изпълни четири инструкции. 32-битово ALU може да се справи с тази задача в една инструкция. В много (но не всички) случаи ширината на външната шина за данни съвпада с „битовата дълбочина“ на ALU. Процесорът 8088 имаше 16-битово ALU, но 8-битова шина. За по-късните Pentium типична ситуация беше, когато шината вече беше 64-битова, но ALU все още беше 32-битова
• MIPS (милион инструкции в секунда). Позволява ви грубо да оцените производителността на процесора. Съвременните изпълняват толкова много различни задачи, че този индикатор е загубил първоначалното си значение и може да се използва главно за сравняване на изчислителната мощност на няколко процесора (както в тази таблица)

Има пряка зависимост между тактовата честота, както и броя на транзисторите и броя операции, извършвани от процесора за секунда. Например, тактовата честота на процесора 8088 достигна 5 MHz, а производителността: само 0,33 милиона операции в секунда. Това означава, че са били необходими около 15 цикъла на процесора, за да се изпълни една инструкция. През 2004 г. процесорите вече можеха да изпълняват две инструкции на тактов цикъл. Това подобрение е постигнато чрез увеличаване на броя на процесорите на чипа.

Чипът се нарича още интегрална схема (или само интегрална схема). Най-често това е малка и тънка силиконова пластина, в която са "отпечатани" транзистори. Чипът, чиято страна достига два сантиметра и половина, може да съдържа десетки милиони транзистори. Най-простите процесори могат да бъдат квадрати със страна само няколко милиметра. И този размер е достатъчен за няколко хиляди транзистора.

Микропроцесорна логика

За да разберете как работи микропроцесорът, трябва да изучите логиката, на която се основава, както и да се запознаете с асемблерния език. Това е родният език на микропроцесора.

Микропроцесорът е способен да изпълнява определен набор от машинни инструкции (команди). Работейки с тези команди, процесорът изпълнява три основни задачи:

• С помощта на своята аритметично-логическа единица процесорът извършва математически операции: събиране, изваждане, умножение и деление. Съвременните микропроцесори поддържат напълно операции с плаваща запетая (използвайки специален процесор за аритметика с плаваща запетая)
• Микропроцесорът може да премества данни от един тип памет в друг
• Микропроцесорът има способността да взема решение и въз основа на решението, което взема, „скача“, тоест преминава към изпълнение на нов набор от инструкции

Микропроцесорът съдържа:

• Адресна шина. Ширината на тази шина може да бъде 8, 16 или 32 бита. Тя се занимава с изпращане на адреса в паметта
• Шина на данни: 8, 16, 32 или 64 бита широка. Тази шина може да изпраща данни към паметта или да получава данни от паметта. Когато говорят за „битовия капацитет“ на процесора, ние говорим за ширината на шината за данни
• RD (четене) и WR (запис) канали, осигуряващи взаимодействие с паметта
• Тактова линия (тактова импулсна шина), осигуряваща тактови цикли на процесора
• Линия за нулиране (шина за изтриване, шина за нулиране), която нулира програмния брояч и рестартира изпълнението на инструкцията

Тъй като информацията е доста сложна, ще приемем, че ширината на двете шини - адресната и тази за данни - е само 8 бита. Нека да разгледаме набързо компонентите на този сравнително прост микропроцесор:

• Регистрите A, B и C са логически чипове, използвани за междинно съхранение на данни
• Резето на адреса е подобно на регистрите A, B и C
• Програмният брояч е логически чип (резе), способен да увеличава стойност с единица в една стъпка (ако получи съответната команда) и да нулира стойността (при получаване на съответната команда)
• ALU (аритметична логическа единица) може да извършва операции събиране, изваждане, умножение и деление между 8-битови числа или да действа като обикновен суматор
• Тестовият регистър е специален ключ, който съхранява резултатите от операциите за сравнение, извършени от ALU. Обикновено ALU сравнява две числа и определя дали са равни или едното е по-голямо от другото. Тестовият регистър също може да съхранява бита за пренасяне на последното действие на суматора. Той съхранява тези стойности във верига с тригер. Тези стойности могат по-късно да бъдат използвани от командния декодер за вземане на решения
• Шест блока в диаграмата са обозначени с "3-State". Това са сортиращи буфери. Множество изходни източници могат да бъдат свързани към един проводник, но сортиращият буфер позволява само един от тях (в даден момент) да предава стойност: "0" или "1". По този начин буферът за сортиране може да пропусне стойности или да блокира изходния източник от предаване на данни
• Регистърът на инструкциите и декодерът на инструкции поддържат всички горепосочени компоненти под контрол

Тази диаграма не показва контролните линии на командния декодер, които могат да бъдат изразени под формата на следните „поръчки“:

• "Регистър A приема стойността, която в момента идва от шината за данни"
• "Регистър B приема стойността, идваща в момента от шината за данни"
• „Регистър C приема стойността, която в момента идва от аритметичното логическо устройство.“
• „Регистърът на програмния брояч приема стойността, идваща в момента от шината за данни“
• „Адресен регистър за приемане на стойността, идваща в момента от шината за данни“
• „Командният регистър приема стойността, която в момента идва от шината за данни“
• „Увеличете стойността на програмния брояч [с едно]“
• „Броячът на командите ще бъде нулиран“
• „Активиране на един от шест буфера за сортиране“ (шест отделни контролни линии)
• „Кажете на аритметичното логическо устройство каква операция трябва да извърши.“
• "Тестов регистър приема тестови битове от ALU"
• „Активиране на RD (канал за четене)“
• „Активиране на WR (канал за запис)“

Командният декодер получава битове данни от тестовия регистър, канала за синхронизация, а също и от командния регистър. Ако опростим максимално описанието на задачите на декодера на инструкциите, тогава можем да кажем, че именно този модул „казва“ на процесора какво трябва да се направи в момента.

Микропроцесорна памет

Запознаването с информацията, свързана с компютърната памет и нейната йерархия, ще ви помогне да разберете по-добре съдържанието на този раздел.

По-горе писахме за автобуси (адрес и данни), както и канали за четене (RD) и писане (WR). Тези шини и канали са свързани с памет: памет с произволен достъп (RAM) и памет само за четене (ROM). В нашия пример разглеждаме микропроцесор, чиято ширина на всяка шина е 8 бита. Това означава, че може да адресира 256 байта (две на осма степен). Той може да чете или записва 8 бита данни от паметта наведнъж. Да приемем, че този прост микропроцесор има 128 байта ROM (започвайки от адрес 0) или 128 байта RAM (започвайки от адрес 128).

Модулът с памет само за четене съдържа специфичен предварително зададен постоянен набор от байтове. Адресната шина изисква определен байт от ROM, който да бъде прехвърлен към шината за данни. Когато каналът за четене (RD) промени състоянието, ROM модулът доставя искания байт към шината за данни. Тоест в този случай е възможно само четене на данни.

Процесорът може не само да чете информация от RAM, но и да записва данни в нея. В зависимост от това дали се извършва четене или запис, сигналът влиза или в канала за четене (RD), или в канала за запис (WR). За съжаление RAM паметта е непостоянна. Когато захранването се изключи, той губи всички данни, съхранени в него. Поради тази причина компютърът се нуждае от енергонезависимо устройство за съхранение само за четене.

Освен това, теоретично, компютърът изобщо може да се справи без RAM. Много микроконтролери позволяват необходимите байтове данни да бъдат поставени директно върху чипа на процесора. Но е невъзможно да се направи без ROM. В персоналните компютри ROM се нарича основна входно-изходна система (BIOS, Basic Input/Output System). При стартиране микропроцесорът започва своята работа, като изпълнява командите, които е намерил в BIOS.

Командите на BIOS извършват тестове на хардуера на компютъра, след което осъществяват достъп до твърдия диск и избират сектора за зареждане. Този сектор за зареждане е отделна малка програма, която BIOS първо чете от диска и след това поставя в RAM. След това микропроцесорът започва да изпълнява команди от сектора за зареждане, разположен в RAM. Програмата на сектора за зареждане казва на микропроцесора какви данни (предназначени за последващо изпълнение от процесора) трябва да бъдат допълнително преместени от твърдия диск в RAM. Така процесорът зарежда операционната система.

Инструкции за микропроцесор

Дори най-простият микропроцесор е способен да обработва доста голям набор от инструкции. Набор от инструкции е един вид шаблон. Всяка от тези инструкции, заредени в командния регистър, има свое собствено значение. За хората не е лесно да запомнят последователността от битове, така че всяка инструкция се описва като кратка дума, всяка от които представлява конкретна команда. Тези думи съставят асемблерния език на процесора. Асемблерът превежда тези думи в език с двоичен код, който процесорът може да разбере.

Ето списък с командни думи на асемблерния език за конвенционален прост процесор, който разглеждаме като пример за нашата история:

• LOADA mem — Зареждане на регистър A от някакъв адрес в паметта
• LOADB mem — Зареждане на регистър B от някакъв адрес на паметта
• CONB con — Заредете постоянна стойност в регистър B
• SAVEB mem — Записване на стойността на регистър B в паметта на определен адрес
• SAVEC mem — Записване на стойността на регистър C в паметта на определен адрес
• ADD — Добавете (добавете) стойностите на регистрите A и B. Съхранявайте резултата от действието в регистър C
• SUB — Извадете стойността на регистър B от стойността на регистър A. Запазете резултата от действието в регистър C
• MUL — Умножете стойностите на регистрите A и B. Съхранявайте резултата от действието в регистър C
• DIV — Разделете стойността на регистър A на стойността на регистър B. Запазете резултата от действието в регистър C
• COM - Сравнете стойностите на регистрите A и B. Прехвърлете резултата в тестовия регистър
• JUMP addr - Отидете до посочения адрес
• JEQ addr - Ако е изпълнено условието за равенство на стойностите на два регистъра, преминете към посочения адрес
• JNEQ addr - Ако условието за еднакви стойности на два регистъра не е изпълнено, прескочете до посочения адрес
• JG addr - Ако стойността е по-голяма, прескочете до посочения адрес
• JGE addr — Ако стойността е по-голяма или равна на, преминете към посочения адрес
• JL addr - Ако стойността е по-малка, прескочете до посочения адрес
• JLE addr - Ако стойността е по-малка или равна на, прескочете до посочения адрес
• STOP - Спрете изпълнението

Английските думи, обозначаващи извършваните действия, са дадени в скоби по причина. Така че можем да видим, че асемблерният език (както много други езици за програмиране) се основава на английски, тоест на обичайните средства за комуникация на онези хора, които са създали цифровите технологии.

Работа на микропроцесора с помощта на пример за факторно изчисление

Нека разгледаме работата на микропроцесор, като използваме конкретен пример за неговото изпълнение на проста програма, която изчислява факториела на числото "5". Първо, нека решим този проблем „в тетрадка“:

факториел от 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

В езика за програмиране C тази част от кода, извършваща това изчисление, би изглеждала така:

A=1;f=1;докато (a

Когато тази програма приключи, променливата f ще съдържа стойността на факториела от пет.

C компилаторът превежда (т.е. превежда) този код в набор от инструкции на асемблерния език. В процесора, който разглеждаме, RAM започва от адрес 128, а постоянната памет (която съдържа асемблер) започва от адрес 0. Следователно на езика на този процесор тази програма ще изглежда така:

// Да приемем, че a е на адрес 128 // Да приемем, че F е на адрес 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // ако a > 5 скокът до 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // връщане към if17 STOP

Сега възниква следващият въпрос: как изглеждат всички тези команди в постоянната памет? Всяка от тези инструкции трябва да бъде представена като двоично число. За да опростим разбирането на материала, ще приемем, че всяка от командите на асемблерния език на процесора, който разглеждаме, има уникален номер:

• ЗАРЕЖДАНЕ - 1
• LOADB - 2
• CONB - 3
• SAVEB - 4
• SAVEC памет - 5
• ДОБАВЯНЕ - 6
• ПОД - 7
• МУЛ - 8
• DIV - 9
• COM - 10
• JUMP адрес - 11
• JEQ адрес - 12
• JNEQ адрес - 13
• JG адрес - 14
• JGE адрес - 15
• JL адрес - 16
• JLE адрес - 17
• СТОП - 18

// Да приемем, че a е на адрес 128 // Да приемем, че F е на адрес 129Addr машинна инструкция/стойност0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 128 23 1 2824 3 // CONB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430 831 18 // STOP

Както ще забележите, седем реда C код са преобразувани в 18 реда асемблер. Те заеха 32 байта в ROM.

Декодиране

Разговорът за декодирането ще трябва да започне с разглеждане на филологически въпроси. Уви, не всички компютърни термини имат едно към едно съответствие на руски език. Преводът на терминологията често се случва спонтанно и следователно един и същ английски термин може да бъде преведен на руски по няколко начина. Това се случи с най-важния компонент на микропроцесорната логика „декодер на инструкции“. Компютърните експерти го наричат ​​едновременно декодер на команди и декодер на инструкции. Нито една от тези опции за име не може да се нарече повече или по-малко „правилна“ от другата.

Необходим е декодер на инструкции, за да преведе всеки машинен код в набор от сигнали, които управляват различните компоненти на микропроцесора. Ако опростим същността на неговите действия, тогава можем да кажем, че той е този, който координира „софтуера“ и „хардуера“.

Нека да разгледаме работата на командния декодер, като използваме примера на инструкцията ADD, която изпълнява действие за добавяне:

• По време на първия тактов цикъл на процесора инструкцията се зарежда. В този момент командният декодер трябва да: активира сортиращия буфер за програмния брояч; активирайте канала за четене (RD); активирайте резето на буфера за сортиране, за да прехвърлите входните данни в регистъра на инструкциите
• По време на втория тактов цикъл на процесора инструкцията ADD се декодира. На този етап аритметичното логическо устройство извършва събиране и прехвърля стойността в регистър C
• По време на третия цикъл на тактовата честота на процесора програмният брояч увеличава стойността си с единица (теоретично това действие се припокрива с това, което се е случило по време на втория цикъл)

Всяка инструкция може да бъде представена като набор от последователно изпълнявани операции, които манипулират компонентите на микропроцесора в определен ред. Тоест, софтуерните инструкции водят до напълно физически промени: например промяна на позицията на резето. Някои инструкции може да изискват два или три тактови цикъла на процесора за изпълнение. Други може да изискват дори пет или шест цикъла.

Микропроцесори: производителност и тенденции

Броят на транзисторите в процесора е важен фактор, който влияе върху неговата производителност. Както беше показано по-рано, процесорът 8088 изисква 15 тактови цикъла, за да изпълни една инструкция. И за извършване на една 16-битова операция бяха необходими около 80 цикъла. Ето как е проектиран ALU умножителят на този процесор. Колкото повече транзистори и колкото по-мощен е ALU умножителят, толкова повече процесорът може да направи за един тактов цикъл.

Много транзистори поддържат конвейерна технология. В рамките на конвейерната архитектура изпълнимите инструкции частично се припокриват една с друга. Една инструкция може да изисква едни и същи пет цикъла за изпълнение, но ако процесорът едновременно обработва пет инструкции (на различни етапи на завършване), тогава средно ще е необходим един тактов цикъл на процесора за изпълнение на една инструкция.

Много съвременни процесори имат повече от един команден декодер. И всеки от тях поддържа тръбопровод. Това позволява да се изпълнят повече от една инструкция в един процесорен цикъл. Прилагането на тази технология изисква невероятен брой транзистори.

64-битови процесори

Въпреки че 64-битовите процесори станаха широко разпространени само преди няколко години, те съществуват от сравнително дълго време: от 1992 г. И Intel, и AMD в момента предлагат такива процесори. За 64-битов процесор може да се счита този, който има 64-битова аритметична логическа единица (ALU), 64-битови регистри и 64-битови шини.

Основната причина процесорите да се нуждаят от 64-битови е, че архитектурата разширява адресното пространство. 32-битовите процесори имат достъп само до два или четири гигабайта RAM. Някога тези цифри изглеждаха гигантски, но минаха години и днес такъв спомен вече няма да изненада никого. Преди няколко години паметта на типичен компютър беше 256 или 512 мегабайта. В онези дни ограничението от четири гигабайта притесняваше само сървъри и машини, работещи с големи бази данни.

Но бързо се оказа, че дори на обикновените потребители понякога им липсват два или дори четири гигабайта RAM. Това досадно ограничение не важи за 64-битовите процесори. Адресното пространство, достъпно за тях в наши дни, изглежда безкрайно: два на шестдесет и четвърти байт, или нещо като един милиард гигабайта. В обозримо бъдеще не се очаква такава гигантска RAM памет.

64-битовата адресна шина, както и широките и високоскоростни шини за данни на съответните дънни платки, позволяват на 64-битовите компютри да увеличат скоростта на въвеждане и извеждане на данни при взаимодействие с устройства като твърдия диск и видеокартата. Тези нови функции значително повишават производителността на съвременните изчислителни машини.

Но не всички потребители ще изпитат предимствата на 64-битовата архитектура. Необходимо е преди всичко за тези, които редактират видеоклипове и снимки, както и работят с различни големи изображения. 64-битовите компютри са оценени от ценителите на компютърните игри. Но онези потребители, които просто използват компютър, за да общуват в социалните мрежи и да сърфират в мрежата и да редактират текстови файлове, най-вероятно просто няма да усетят предимствата на тези процесори.

По материали от computer.howstuffworks.com