Arvuti peamised seadmed "elavad" süsteemiüksuses. Nende hulka kuuluvad: emaplaat, protsessor, videokaart, RAM, kõvaketas. Kuid väljaspool seda, tavaliselt laual, "elavad" ka mitte vähem olulised arvutiseadmed. Näiteks: monitor, hiir, klaviatuur, kõlarid, printer.

Selles artiklis vaatleme Millest arvuti koosneb kuidas need seadmed välja näevad, millist funktsiooni nad täidavad ja kus need asuvad.

Süsteemiplokk.

Esimeses kategoorias analüüsime neid seadmeid või neid nimetatakse ka komponentideks, mis süsteemiüksuses “peidavad”. Need on tema töö jaoks kõige olulisemad. Muide, saate kohe süsteemiüksusesse vaadata. See ei ole raske. Piisab, kui keerake lahti kaks polti süsteemiüksuse taga ja liigutage kate küljele ning siis näeme järjekorras vaadet kõige olulisematele arvutiseadmetele, mida nüüd kaalume.

Emaplaat on trükkplaat, mis on mõeldud arvuti põhikomponentide ühendamiseks. Mõned neist, näiteks protsessor või videokaart, paigaldatakse otse emaplaadile endale selleks mõeldud pessa. Ja teine ​​osa komponentidest, näiteks kõvaketas või toiteallikas, ühendatakse emaplaadiga spetsiaalsete kaablite abil.

Protsessor on mikrokiip ja samal ajal arvuti "aju". Miks? Sest tema vastutab kõigi toimingute läbiviimise eest. Mida parem on protsessor, seda kiiremini see neid toiminguid teeb, vastavalt, arvuti töötab kiiremini. Protsessor mõjutab loomulikult arvuti kiirust ja isegi väga tugevalt, kuid arvuti kiirus sõltub ka teie kõvakettast, videokaardist ja RAM-ist. Nii et võimsaim protsessor ei garanteeri arvuti suurt kiirust, kui ülejäänud komponendid on aegunud.

3. Videokaart.

Videokaart või muul viisil graafikakaart on mõeldud piltide kuvamiseks monitori ekraanil. See on paigaldatud ka emaplaadile spetsiaalsesse PSI-Expressi pistikusse. Harvemini saab videokaardi sisse ehitada emaplaadi enda sisse, kuid selle võimsusest piisab enamasti vaid kontorirakenduste ja interneti sirvimise jaoks.

RAM on selline ristkülikukujuline riba, mis sarnaneb vanade mängukonsoolide kassetiga. See on mõeldud ajutiseks andmete salvestamiseks. Näiteks salvestab see lõikelaua. Kopeerisime saidil teksti ja see sattus kohe RAM-i. Teave töötavate programmide, arvuti puhkerežiimi ja muude ajutiste andmete kohta salvestatakse RAM-i. RAM-i eripäraks on see, et pärast arvuti väljalülitamist kustutatakse selle andmed täielikult.

Kõvaketas, erinevalt RAM-ist, on mõeldud failide pikaajaliseks salvestamiseks. Teisel viisil nimetatakse seda Winchesteriks. See salvestab andmed spetsiaalsetele plaatidele. Viimastel aastatel on populaarseks muutunud ka SSD-draivid.

Nende funktsioonide hulka kuulub suur kiirus, kuid kohe on miinus - need on kallid. 64 GB SSD-draiv maksab teile sama hinnaga kui 750 GB kõvaketas. Kujutage ette, kui palju maksab mitmesaja gigabaidine SSD. Vau, vau! Kuid ärge ärrituge, võite osta 64 GB SSD-draivi ja kasutada seda süsteemidraivina, see tähendab, installige sellele Windows. Nad ütlevad, et töö kiirus suureneb mitu korda. Süsteem käivitub väga kiiresti, programmid lendavad. Kavatsen minna üle SSD-le ja hoida tavalisi faile traditsioonilisel kõvakettal.

Ketastega töötamiseks on vaja kettaseadet. Kuigi seda kasutatakse juba palju harvemini, ei tee see lauaarvutites siiski haiget. Vähemalt on draiv süsteemi installimiseks kasulik.

6. Jahutussüsteemid.

Jahutussüsteem on ventilaatorid, mis jahutavad komponente. Tavaliselt paigaldatakse kolm või enam jahutit. Veenduge, et üks oleks protsessoril, üks videokaardil ja üks toiteallikal ning seejärel soovi korral. Kui midagi on soe, siis on soovitav jahutada. Ventilaatorid on paigaldatud ka kõvaketastele ja korpusesse endasse. Kui korpuses olev jahuti on paigaldatud esipaneelile, võtab see soojust ja tagumisse sektsiooni paigaldatud jahutid varustavad süsteemi külma õhuga.

Helikaart väljastab heli kõlaritesse. Tavaliselt on see emaplaadi sisse ehitatud. Kuid juhtub, et see kas läheb katki ja seetõttu ostetakse see eraldi või pole algselt tavalise arvutiomaniku kvaliteet rahul ja ta ostab teise helisüsteemi. Üldjuhul on ka helikaardil õigus selles arvutiseadmete nimekirjas olla.

Toiteallikat on vaja selleks, et kõik ülaltoodud arvutiseadmed töötaksid. See varustab kõiki komponente vajaliku koguse elektriga.

8. Eluase

Ja selleks, et emaplaat, protsessor, videokaart, RAM, kõvaketas, disketiseade, helikaart, toiteplokk ja võib-olla ka mõned lisakomponendid kuhugi panna, on vaja korpust. Seal on kõik korralikult paigaldatud, keeratud, ühendatud ja algab igapäevane elu alates sisselülitamisest kuni väljalülitamiseni. Korpuses hoitakse vajalikku temperatuuri ja kõik on kaitstud kahjustuste eest.

Selle tulemusena saame täisväärtusliku süsteemiüksuse koos kõigi kõige olulisemate arvutiseadmetega, mida selle tööks vaja läheb.

Välisseadmed.

Noh, selleks, et arvutiga täielikult töötada ja mitte vaadata sumisevat süsteemiüksust, vajame välisseadmeid. Nende hulka kuuluvad need arvutikomponendid, mis asuvad väljaspool süsteemiüksust.

Monitori ennast on vaja selleks, et näha, millega me töötame. Videokaart saadab pildi monitorile. Need on omavahel ühendatud VGA- või HDMI-kaabliga.

Klaviatuur on mõeldud teabe sisestamiseks, noh, muidugi, milline töö ilma täisväärtusliku klaviatuurita. Sisestage teksti, mängige mänge, surfake Internetis ja kõikjal, kus vajate klaviatuuri.

3. Hiir.

Ekraanil kursori juhtimiseks on vaja hiirt. Liigutage seda eri suundades, klõpsake, avage faile ja kaustu, helistage erinevatele funktsioonidele ja palju muud. Täpselt nagu ilma klaviatuurita, ilma hiireta, mitte kuskil.

4. Kõlarid.

Kõlareid on vaja peamiselt muusika kuulamiseks, filmide vaatamiseks ja mängude mängimiseks. Kes veel kasutab veerge tänapäeval rohkem, kui tavakasutajad neid nendes ülesannetes igapäevaselt reprodutseerivad.

Dokumentide printimiseks ja skannimiseks on vaja printerit ja skannerit ning kõike, mida trükkimise vallas vaja läheb. Või MFP, multifunktsionaalne seade. See on kasulik kõigile neile, kes selle seadmega sageli prindivad, skannivad, koopiaid teevad ja palju muid toiminguid teevad.

Selles artiklis käsitlesime lühidalt ainult peamist arvutiseadmed, ja teistes linkides, millele näete allpool, vaatleme lähemalt kõiki populaarsemaid välisseadmeid, aga ka komponente, mis on süsteemiüksuse osa, see tähendab komponente.

Nautige lugemist!

Peaaegu kõik teavad, et arvutis on kõigi "raud" komponentide peamine element keskseade. Kuid inimeste ring, kes kujutavad ette, kuidas protsessor töötab, on väga piiratud. Enamikul kasutajatel pole sellest aimugi. Ja isegi kui süsteem hakkab ootamatult "aeglustuma", arvavad paljud, et see protsessor ei tööta hästi, ega omista muid tegureid tähtsust. Olukorra täielikuks mõistmiseks kaaluge mõnda protsessori aspekti.

Mis on keskprotsessor?

Millest protsessor koosneb?

Kui räägime Inteli protsessori või selle konkurendi AMD tööpõhimõttest, peate vaatama, kuidas need kiibid on paigutatud. Esimene mikroprotsessor (muide, see oli Intelilt, mudel 4040) ilmus 1971. aastal. See suutis teha ainult kõige lihtsamaid liitmise ja lahutamise toiminguid ainult 4-bitise teabega, st sellel oli 4-bitine arhitektuur.

Kaasaegsed protsessorid, nagu ka esmasündinud, põhinevad transistoridel ja nende kiirus on palju suurem. Need on valmistatud fotolitograafia abil teatud arvust üksikutest räniplaatidest, mis moodustavad ühe kristalli, millesse on justkui trükitud transistorid. Skeem luuakse spetsiaalsel hajutatud booriioonidega kiirendil. Protsessorite sisestruktuuris on põhikomponentideks tuumad, siinid ja funktsionaalsed osakesed, mida nimetatakse versioonideks.

Peamised omadused

Nagu igale teisele seadmele, iseloomustavad protsessorit teatud parameetrid, mida protsessori tööpõhimõttele vastates ei saa tähelepanuta jätta. Esiteks on see:

• Südamike arv;
• niitide arv;
• vahemälu suurus (sisemälu);
• taktsagedus;
• bussi kiirus.

Praegu keskendume kella kiirusele. Pole ime, et protsessorit nimetatakse arvuti südameks. Sarnaselt südamega töötab see pulsatsioonirežiimis teatud tsüklite arvuga sekundis. Kellasagedust mõõdetakse MHz või GHz. Mida kõrgem see on, seda rohkem toiminguid saab seade teha.

Millisel sagedusel protsessor töötab, saate teada selle deklareeritud omadustest või vaadata teavet jaotisest Kuid käskude töötlemise ajal võib sagedus muutuda ja kiirendamise (overlocking) ajal võib see tõusta äärmuslikesse piiridesse. Seega on deklareeritud vaid keskmine näitaja.

Tuumade arv on indikaator, mis määrab protsessori arvutuskeskuste arvu (mitte segi ajada lõimedega - tuumade ja lõimede arv ei pruugi ühtida). Tänu sellele jaotusele on võimalik toiminguid ümber suunata teistele tuumadele, suurendades seeläbi üldist jõudlust.

Kuidas protsessor töötab: juhiste töötlemine

Nüüd natuke käivitatavate käskude struktuurist. Kui vaatate, kuidas protsessor töötab, peate selgelt aru saama, et igal juhisel on kaks komponenti - töö- ja operandi.

Operatsiooniosa näitab, mida arvutisüsteem parajasti tegema peaks, operand määrab, mille kallal protsessor töötama peaks. Lisaks võib protsessori tuum sisaldada kahte arvutuskeskust (konteinerid, lõimed), mis jagavad käsu täitmise mitmeks etapiks:

• tootmine;
• dekrüpteerimine;
• käsu täitmine;
• juurdepääs protsessori enda mälule
• tulemuse salvestamine.

Tänapäeval kasutatakse eraldi vahemällu salvestamist kahe vahemälu taseme kasutamise näol, mis võimaldab vältida kahe või enama ühele mäluplokile juurdepääsu käskluse pealtkuulamist.

Käskude töötlemise tüübi järgi jagunevad protsessorid lineaarseteks (käskude täitmine nende kirjutamise järjekorras), tsüklilisteks ja hargnevateks (käskude täitmine pärast harutingimuste töötlemist).

Toimingud pooleli

Protsessorile määratud põhifunktsioonide hulgas on käivitatavate käskude või juhiste tähenduses kolm peamist ülesannet:

• aritmeetika-loogilisel seadmel põhinevad matemaatilised tehted;
• andmete (teabe) teisaldamine ühte tüüpi mälust teise;
• otsuse tegemine käsu täitmise kohta ja selle alusel - valik lülituda üle muude käskude komplektide täitmisele.

Koostoime mäluga (ROM ja RAM)

Selle protsessi käigus tuleks märkida sellised komponendid nagu siin ja lugemis-/kirjutuskanal, mis on ühendatud salvestusseadmetega. ROM sisaldab püsivat baitide komplekti. Esiteks küsib aadressisiin ROM-ilt kindlat baiti, seejärel edastab selle andmesiini, misjärel muudab lugemiskanal oma olekut ja ROM annab nõutud baidi.

Kuid protsessorid ei saa mitte ainult RAM-ist andmeid lugeda, vaid ka neid kirjutada. Sel juhul kasutatakse kirjutuskanalit. Kuid kui vaadata, siis suures plaanis saaksid kaasaegsed arvutid teoreetiliselt ilma RAM-ita üldse hakkama, kuna tänapäevased mikrokontrollerid suudavad paigutada vajalikud andmebaidid otse protsessorikiibi enda mällu. Kuid te ei saa ilma ROM-ita hakkama.

Muuhulgas käivitub süsteem riistvara testrežiimist (BIOS-käsk) ja alles seejärel läheb juhtimine üle buutitavale operatsioonisüsteemile.

Kuidas kontrollida, kas protsessor töötab?

Vaatame nüüd protsessori tervise kontrollimise mõningaid aspekte. Tuleb selgelt aru saada, et kui protsessor ei töötaks, ei saaks arvuti allalaadimist üldse alustada.

Teine asi on see, kui tahetakse vaadata protsessori võimaluste kasutamise indikaatorit teatud hetkel. Seda saab teha tavalisest "Task Managerist" (mis tahes protsessi ees on näidatud, mitu protsenti protsessori koormusest see annab). Selle parameetri visuaalseks määramiseks saate kasutada jõudluse vahekaarti, kus muudatusi jälgitakse reaalajas. Täpsemaid valikuid saab vaadata spetsiaalsete programmide, näiteks CPU-Z abil.

Saate kasutada ka mitut protsessori tuuma, kasutades (msconfig) ja täpsemaid alglaadimisvalikuid.

Võimalikud probleemid

Lõpetuseks paar sõna probleemidest. Siin küsivad paljud kasutajad sageli, et miks protsessor töötab, kuid monitor ei lülitu sisse? Sellel olukorral pole keskprotsessoriga mingit pistmist. Fakt on see, et mis tahes arvuti sisselülitamisel testitakse kõigepealt graafikaadapterit ja alles seejärel kõike muud. Võib-olla peitub probleem just graafikakiibi protsessoris (kõigil kaasaegsetel videokiirenditel on oma graafikaprotsessorid).

Kuid inimkeha toimimise näitel tuleb mõista, et südameseiskumise korral sureb kogu keha. Nii on ka arvutitega. Protsessor ei tööta - kogu arvutisüsteem "sureb".

Protsessor on mis tahes arvutiseadme põhiosa. Kuid paljudel kasutajatel on väga halb arusaam sellest, mis protsessor arvutis on ja mis funktsiooni see täidab. Kuigi tänapäeva maailmas on see oluline teave, saate seda teades vältida paljusid tõsiseid väärarusaamu. Kui soovite rohkem teada kiibi kohta, mis teie arvutit toidab, olete jõudnud õigesse kohta. Sellest artiklist saate teada, milleks protsessor on mõeldud ja kuidas see mõjutab kogu seadme jõudlust.

Mis on keskprotsessor

Sel juhul räägime keskprotsessorist. Arvutis on ju teisigi, näiteks videoprotsessor.

Keskprotsessor on arvuti põhiosa, mis on elektrooniline seade või integraallülitus. See täidab masinakäske ehk programmikoodi ja on seadme riistvara aluseks.

Lihtsamalt öeldes on see arvuti süda ja aju. Tänu temale töötab kõik muu, ta töötleb andmevoogusid ja kontrollib kogu süsteemi kõigi osade tööd.

Kui protsessorit füüsiliselt vaadata, siis on tegemist väikese õhukese kandilise tahvliga. See on väikese suurusega ja pealt kaetud metallkaanega.

Kiibi alumine osa on hõivatud kontaktidega, mille kaudu kiibistik suhtleb ülejäänud süsteemiga. Arvuti süsteemiploki kaane avamisel leiate protsessori hõlpsalt üles, kui see pole jahutussüsteemiga kaetud.

Kuni protsessor ei anna vastavat käsku, ei suuda arvuti teha isegi kõige lihtsamat toimingut, näiteks lisada kahte numbrit. Ükskõik, mida soovite oma arvutis teha, hõlmab iga toiming protsessori helistamist. Seetõttu on see arvuti nii oluline komponent.

Kaasaegsed keskprotsessorid ei suuda mitte ainult oma põhiülesannetega toime tulla, vaid võivad ka videokaardi osaliselt asendada. Uusi kiipe toodetakse eraldi kohaga videokontrolleri funktsioonide täitmiseks.

See videokontroller teeb kõik põhilised vajalikud toimingud, mida videokaardilt vaja läheb. Sel juhul kasutatakse RAM-i videomäluna. Kuid ärge eksige, et võimas kaasaegne protsessor võib videokaardi täielikult asendada.

Isegi videokaartide keskklass jätab protsessorite videokontrolleri kaugele maha. Seega sobib ilma videokaardita arvuti valik ainult kontoriseadmetele, mis ei hõlma graafikaga seotud keerukate ülesannete täitmist.

Sellistel juhtudel on tõepoolest võimalus säästa. Lõppude lõpuks võib teil olla lihtsalt protsessori kiibistik koos hea videokontrolleriga ja mitte kulutada raha videokaardi peale.

Kuidas protsessor töötab

Mis on protsessor omamoodi välja mõelnud. Aga kuidas see toimib? See on pikk ja keeruline protsess, kuid kui olete sellest aru saanud, on see piisavalt lihtne. Keskprotsessori tööpõhimõtet saab käsitleda etapiviisiliselt.

Esiteks laaditakse programm RAM-i, kust see ammutab kogu vajaliku teabe ja käskude komplekti, mis on protsessori juhtploki täitmiseks kohustuslikud. Seejärel sisenevad kõik need andmed puhvermällu, nn protsessori vahemällu.

Teave väljub puhvrist, mis on jagatud kahte tüüpi: juhised ja väärtused. Nii need kui ka need kuuluvad registritesse. Registrid on kiibistiku sisse ehitatud mälurakud. Sõltuvalt saadava teabe liigist on neid ka kahes vormis: juhiste registrid ja andmeregistrid.

CPU üks komponente on aritmeetiline loogikaüksus. See käsitleb teabe teisenduste sooritamist, kasutades aritmeetilisi ja loogilisi arvutusi.

Siia tulevad registrite andmed. Pärast seda loeb aritmeetika-loogiline üksus saadud andmed ja täidab käsud, mis on vajalikud saadud arvude töötlemiseks.

Siin seisame taas silmitsi lõhenemisega. Lõpptulemused jagunevad lõpetatud ja lõpetamata. Need lähevad tagasi registritesse ja valmis puhvermällu.

Protsessori vahemälu koosneb kahest põhitasemest: ülemisest ja alumisest tasemest. Viimased käsud ja andmed saadetakse ülemisse vahemällu, mittekasutatud aga alumisse.

See tähendab, et kogu kolmandal tasemel asuv teave kantakse üle teisele, kust omakorda lähevad andmed esimesele. Ja mittevajalikud andmed, vastupidi, saadetakse madalamale tasemele.

Pärast arvutustsükli lõppu kirjutatakse selle tulemused uuesti arvuti RAM-i. Selle eesmärk on tagada, et protsessori vahemälu oleks vabastatud ja saadaval uuteks toiminguteks.

Kuid mõnikord on olukordi, kus puhvermälu on täiesti täis ja uuteks toiminguteks pole ruumi. Sel juhul lähevad andmed, mida hetkel ei kasutata, RAM-i või protsessori madalamale tasemele.

Protsessorite tüübid

Olles käsitlenud protsessori tööpõhimõtet, on aeg võrrelda selle erinevaid tüüpe. Protsessoreid on mitut tüüpi. Leidub nii nõrku ühetuumalisi mudeleid kui ka võimsaid mitmetuumalisi seadmeid. On neid, mis on mõeldud ainult kontoritööks, ja on neid, mis on vajalikud kõige kaasaegsemate mängude jaoks.

Hetkel on kaks peamist protsessorite loojat – AMD ja Intel. Just nemad toodavad kõige asjakohasemaid ja ihaldatumaid kiipe. Peate mõistma, et nende kahe ettevõtte kiipide erinevus ei seisne tuumade arvus ega üldises jõudluses, vaid arhitektuuris.

See tähendab, et nende kahe ettevõtte tooted on üles ehitatud erinevatel põhimõtetel. Ja igal loojal on oma unikaalne protsessor, mille struktuur on konkurendist erinev.

Tuleb märkida, et mõlemal variandil on oma tugevad ja nõrgad küljed. Näiteks Intel eristub sellistega plussid :

• Vähem energiatarve;
• Enamik raua loojaid juhindub just interaktsioonist Inteli protsessoritega;
• Mängudes on jõudlus suurem;
• Intelil on arvuti RAM-iga lihtsam suhelda;
• Vaid ühe programmiga rakendatud toimingud on Intelis kiiremad.

Samas on ka miinused :

• Reeglina on Inteli kiibikomplektide maksumus kallim kui AMD ekvivalent;
• Mitme raske programmiga töötades langeb jõudlus;
• Graafika tuumad on nõrgemad kui konkurendil.

AMD-d eristavad järgmised omadused kasu:

• Palju parem hinna ja kvaliteedi suhe;
• Suudab tagada kogu süsteemi usaldusväärse töö;
• On võimalus protsessorit kiirendada, suurendades selle võimsust 10-20%;
• Võimsamad integreeritud graafikatuumad.

Kuid AMD on madalam järgmistes parameetrites:

• RAM-iga suhtlemine on halvem;
• Protsessor tarbib rohkem elektrit;
• Töösagedus puhvermälu teisel ja kolmandal tasemel on väiksem;
• Mängudes on jõudlus madalam.

Kuigi nende plussid ja miinused paistavad silma, pakuvad ettevõtted jätkuvalt paremaid protsessoreid. Peate lihtsalt valima, milline neist on teie jaoks parim. Ei saa ju üheselt öelda, et üks ettevõte on teisest parem.

Peamised omadused

Niisiis, oleme juba aru saanud, et protsessori üks peamisi omadusi on selle arendaja. Kuid on mitmeid parameetreid, millele peate ostmisel veelgi rohkem tähelepanu pöörama.

Me ei lähe kaubamärgist kaugele ja mainime, et kiipe on erinevaid. Iga tootja toodab oma ridasid erinevates hinnakategooriates, mis on loodud erinevate ülesannete jaoks. Teine seotud parameeter on protsessori arhitektuur. Tegelikult on need selle siseorganid, millest sõltub kogu kiibi töö.

Mitte kõige ilmsem, kuid väga oluline parameeter on pistikupesa. Fakt on see, et protsessori enda pesa peab sobima emaplaadi vastava pesaga.

Vastasel juhul ei saa te ühegi arvuti kahte olulist komponenti kombineerida. Seega tuleb süsteemiploki kokkupanemisel kas osta emaplaat ja otsida sellele kiibistik või vastupidi.

Nüüd on aeg välja selgitada, millised protsessori omadused mõjutavad selle jõudlust. Peamine on kahtlemata taktsagedus. See on teatud ajaühikus sooritatavate toimingute hulk.

Seda indikaatorit mõõdetakse megahertsides. Mida siis mõjutab kiibi taktsagedus? Kuna see näitab teatud aja toimingute arvu, siis pole raske arvata, et sellest sõltub seadme kiirus.

Teine oluline näitaja on puhvermälu maht. Nagu varem mainitud, on see ülemine ja alumine. See mõjutab ka protsessori jõudlust.

CPU-l võib olla üks või mitu tuuma. Mitmetuumalised mudelid on kallimad. Aga mida mõjutab südamike arv? See omadus määrab seadme võimsuse. Mida rohkem südamikke, seda võimsam seade.

Järeldus

Keskprotsessor ei mängi arvuti töös mitte ainult üht olulisemat, vaid võib isegi öelda peamist rolli. Temast sõltub kogu seadme jõudlus, aga ka ülesanded, mille jaoks seda üldiselt võimalik kasutada on.

Kuid see ei tähenda, et keskmise arvuti jaoks on vaja osta võimsaim protsessor. Valige parim mudel, mis vastab teie vajadustele.

Protsessor on arvuti peamine kiip. Reeglina on see ka üks kõrgtehnoloogilisemaid ja kallimaid arvutikomponente. Hoolimata asjaolust, et protsessor on eraldiseisev seade, on selle struktuuris suur hulk komponente, mis vastutavad konkreetse funktsiooni eest. Mis on nende eripära?

Protsessor: seadme funktsioonid ja välimuse ajalugu

PC-komponenti, mida praegu nimetatakse tavaliselt keskseadmeks, iseloomustab üsna huvitav päritolulugu. Seetõttu on selle eripära mõistmiseks kasulik uurida mõningaid olulisi fakte selle arengu evolutsiooni kohta. Kaasaegsele kasutajale keskseadmena tuntud seade on arvutuslike mikroskeemide tootmise tehnoloogia mitmeaastase täiustamise tulemus.

Aja jooksul inseneride nägemus protsessori struktuurist muutus. Esimese ja teise põlvkonna arvutites koosnesid vastavad komponendid suurest hulgast eraldiseisvatest plokkidest, mis olid lahendatavate ülesannete poolest väga erinevad. Alates kolmanda põlvkonna arvutitest hakati protsessori funktsioone käsitlema kitsamas kontekstis. Arvutikonstruktorid otsustasid, et selleks peaks olema masinakäskude äratundmine ja tõlgendamine, nende sisestamine registritesse, aga ka muude arvutiriistvarakomponentide juhtimine. Kõik need funktsioonid hakati ühendama ühes seadmes.

Mikroprotsessorid

Arvutitehnoloogia arenguga hakati arvuti struktuuri sisse viima seadmeid, mida nimetatakse "mikroprotsessoriks". Üks esimesi seda tüüpi seadmeid oli Intel 4004, mille Ameerika ettevõte andis välja 1971. aastal. Ühe mikrolülituse skaalal olevad mikroprotsessorid ühendasid oma struktuuris need funktsioonid, mille me eespool määratlesime. Kaasaegsed seadmed töötavad põhimõtteliselt sama kontseptsiooni alusel. Seega sisaldab sülearvuti, personaalarvuti, tahvelarvuti keskprotsessor oma struktuuris: loogilist seadet, registreid ja ka juhtmoodulit, mis vastutab konkreetsete funktsioonide eest. Kuid praktikas esitatakse tänapäevaste mikroskeemide komponendid kõige sagedamini keerukamas komplektis. Uurime seda funktsiooni üksikasjalikumalt.

Kaasaegsete protsessorite struktuur

Moodsa arvuti, sülearvuti või tahvelarvuti keskprotsessorit esindab tuum - nüüd peetakse normiks, et neid on mitu, vahemälu erinevatel tasemetel, aga ka kontrollerid: RAM, süsteemisiin. Vastavat tüüpi kiibi jõudluse määravad selle põhiomadused. Millises agregaadis saab neid esitada?

Kaasaegsete personaalarvutite protsessori kõige olulisemad omadused on järgmised: mikroarhitektuuri tüüp (tavaliselt nanomeetrites), taktsagedus (gigahertsides), vahemälu suurus igal tasemel (megabaitides), energiatarve (vattides) ja olemasolu või puudumine. graafikakaardi moodul.

Uurime üksikasjalikumalt mõne peamise protsessori mooduli eripära. Alustame tuumaga.

Protsessori tuum

Kaasaegse arvuti keskprotsessoril on alati tuum. See sisaldab mikrolülituse peamisi funktsionaalseid plokke, mille kaudu see täidab vajalikke loogilisi ja aritmeetilisi funktsioone. Reeglina esitatakse need teatud elementide komplektina. Niisiis eeldab keskprotsessori seade enamasti plokkide olemasolu, mis vastutavad järgmiste ülesannete lahendamise eest:

Tõmbamis- ja dekodeerimisjuhised;

Andmete valimi võtmine;

Juhiste täitmine;

Arvutustulemuste salvestamine;

Töö katkestustega.

Samuti täiendavad vastavat tüüpi mikroskeemide struktuuri juhtplokk, mäluseade, programmiloendur ja registrite komplekt. Vaatleme üksikasjalikumalt vastavate komponentide eripära.

Protsessori tuum: komponendid

Keskprotsessori südamiku võtmeplokkide hulgas on see, mis vastutab programmiloenduris fikseeritud aadressile kirjutatud juhiste lugemise eest. Reeglina tehakse ühe tsükli jooksul korraga mitu vastavat tüüpi toimingut. Loetavate käskude koguarv on eelnevalt määratud dekodeerimisplokkides oleva indeksi järgi. Peamine põhimõte on see, et igal tsüklil laetakse märgitud komponendid maksimaalselt. Selle kriteeriumi täitmiseks võib protsessori struktuuris olla lisariistvaraelemente.

Dekodeerimisplokis töödeldakse juhiseid, mis määravad teatud probleemide lahendamise käigus mikrolülituse töö algoritmi. Nende toimimise tagamine on paljude IT-spetsialistide sõnul keeruline ülesanne. See on osaliselt tingitud asjaolust, et juhise pikkus ei ole alati selgelt määratletud. Kaasaegsed protsessorid sisaldavad tavaliselt 2 või 4 plokki, milles toimub vastav dekodeerimine.

Mis puutub andmete toomise eest vastutavatesse komponentidesse, siis nende põhiülesanne on tagada käskude saamine vahemälust või RAM-ist, mis on vajalikud käskude täitmise tagamiseks. Tänapäevaste protsessorite tuumades on tavaliselt mitu vastavat tüüpi plokki.

Kiibis olevad juhtkomponendid põhinevad samuti dekodeeritud juhistel. Need on mõeldud juhiste täitmise eest vastutavate plokkide töö kontrollimiseks, samuti ülesannete jaotamiseks nende vahel, nende õigeaegse täitmise kontrollimiseks. Juhtkomponendid on mikroprotsessorite struktuuris ühed olulisemad.

Vastavat tüüpi mikroskeemide tuumades on ka käskude õige täitmise eest vastutavad plokid. Nende struktuur sisaldab selliseid elemente nagu aritmeetiline ja loogiline üksus, samuti ujukomaarvutuste eest vastutav komponent.

Protsessori tuumades on plokid, mis juhivad käskude jaoks seatud komplektide laiendamise töötlemist. Neid põhikäske täiendavaid algoritme kasutatakse andmetöötluse intensiivsuse suurendamiseks, failide krüptimise või dekrüpteerimise protseduuride rakendamiseks. Selliste probleemide lahendamine eeldab täiendavate registrite sisseviimist mikroskeemi südamiku struktuuri, samuti juhiste komplekte. Kaasaegsed protsessorid sisaldavad tavaliselt järgmisi laiendusi: MMX (mõeldud heli- ja videofailide kodeerimiseks), SSE (kasutatakse paralleelseks andmetöötluseks), ATA (kasutatakse programmide kiirendamiseks ja arvuti energiatarbimise vähendamiseks), 3DNow (arvuti multimeediumivõimaluste laiendamine), AES (andmete krüptimine), aga ka paljud teised standardid.

Protsessori tuumade struktuur sisaldab tavaliselt ka plokke, mis vastutavad tulemuste salvestamise eest RAM-is vastavalt juhises sisalduvale aadressile.

Oluline on kerneli komponent, mis kontrollib kiibi tööd katkestustega. See funktsioon võimaldab protsessoril tagada programmide stabiilsuse multitegumtöö tingimustes.

Ka keskprotsessori töö on seotud registrite kasutamisega. Need komponendid on analoogsed RAM-iga, kuid ligipääs neile on kordades kiirem. Vastava ressursi maht on väike - reeglina ei ületa see kilobaiti. Registrid liigitatakse mitmeks sordiks. Need võivad olla üldotstarbelised komponendid, mis on seotud aritmeetiliste või loogiliste arvutuste tegemisega. On olemas eriotstarbelised registrid, mis võivad sisaldada süsteemiandmeid, mida töötleja töötamise ajal kasutab.

Protsessori tuuma struktuur sisaldab ka erinevaid abikomponente. Milline näiteks? See võib olla andur, mis jälgib protsessori hetketemperatuuri. Kui selle jõudlus on kehtestatud normidest kõrgem, võib mikroskeem saata signaali ventilaatorite töö eest vastutavatele moodulitele - ja need hakkavad kiiremini pöörlema. Kerneli struktuuris on haru ennustaja - komponent, mis on loodud määrama, millised käsud täidetakse pärast teatud mikroskeemiga sooritatavate toimingute tsüklite lõppu. Teise olulise komponendi näide on programmiloendur. See moodul fikseerib vastava algoritmi aadressi, mis edastatakse mikroskeemile hetkel, kui see üht või teist tsüklit täitma hakkab.

Selline on kerneli struktuur, mis sisaldub arvuti keskseadmes. Uurime nüüd üksikasjalikumalt mõnda vastavat tüüpi mikroskeemide põhiomadusi. Nimelt: protsessitehnoloogia, taktsagedus, vahemälu ja energiatarve.

Protsessori tehnilised andmed: protsessi tüüp

Arvutitehnoloogia arengut seostatakse tavaliselt arvutitehnoloogiate täiustumisel uute arvutipõlvkondade tekkega. Samas võib peale jõudlusnäitajate pidada üheks kriteeriumiks arvuti konkreetsesse põlvkonda klassifitseerimisel selle absoluutset suurust. Esimesed arvutid olid suuruselt võrreldavad mitmekorruselise hoonega. Teise põlvkonna arvutid olid suuruselt võrreldavad näiteks diivani või klaveriga. Järgmise taseme arvutid olid juba väga lähedased neile, mis meile praegu tuttavad. Kaasaegsed personaalarvutid on omakorda neljanda põlvkonna arvutid.

Tegelikult, milleks see kõik on? Fakt on see, et arvutite evolutsiooni käigus kujunes välja mitteametlik reegel: mida tehnoloogiliselt arenenum on seade, seda väiksemad on mõõtmed sama jõudlusega ja isegi rohkematega. See kehtib täielikult ka keskprotsessori käsitletava omaduse, nimelt selle valmistamise tehnilise protsessi suhtes. Sel juhul on oluline mikrolülituse struktuuri moodustavate üksikute ränikristallide vaheline kaugus. Mida väiksem see on, seda suurem on vastavate elementide tihedus, mille CPU plaat endale asetab. Pealegi võib seda pidada vastavalt produktiivsemaks. Kaasaegsed protsessorid on valmistatud 90-14 nm protsessitehnoloogia järgi. See näitaja kipub järk-järgult vähenema.

Kella sagedus

Protsessori taktsagedus on selle jõudluse üks peamisi näitajaid. See määrab, mitu toimingut sekundis kiip suudab teha. Mida rohkem neid, seda tootlikum on protsessor ja arvuti tervikuna. Võib märkida, et see parameeter iseloomustab eelkõige kernelit kui keskprotsessori iseseisvat moodulit. See tähendab, et kui kiibil on mitu vastavat komponenti, töötab igaüks neist eraldi sagedusega. Mõned IT-spetsialistid peavad nende omaduste kokkuvõtmist kõigi tuumade lõikes vastuvõetavaks. Mida see tähendab? Kui protsessoril on näiteks 4 tuuma sagedusega 1 GHz, siis selle metoodika järgimisel on arvuti kogu jõudluse indikaator 4 GHz.

Sageduskomponendid

Vaadeldav näitaja moodustatakse kahest komponendist. Esiteks on see süsteemisiini sagedus – seda mõõdetakse tavaliselt sadades megahertsides. Teiseks on see koefitsient, millega vastav näitaja korrutatakse. Mõnel juhul annavad protsessoritootjad kasutajatele võimaluse mõlemat seadet reguleerida. Samal ajal, kui määrate süsteemisiinile ja kordajale piisavalt kõrged väärtused, saate mikroskeemi jõudlust märkimisväärselt suurendada. Nii on protsessor ülekiirendatud. Tõsi, seda tuleb hoolikalt kasutada.

Fakt on see, et kiirendamise ajal võib keskprotsessori temperatuur oluliselt tõusta. Kui arvutisse pole paigaldatud sobivat jahutussüsteemi, võib see põhjustada mikrolülituse rikke.

Vahemälu suurus

Kaasaegsed protsessorid on varustatud vahemälu moodulitega. Nende põhieesmärk on andmete ajutine paigutamine, mida tavaliselt esindab spetsiaalsete käskude ja algoritmide komplekt - need, mida mikrolülituse töös kõige sagedamini kasutatakse. Mida see praktikas annab? Esiteks saab keskprotsessori koormust vähendada tänu sellele, et samad käsud ja algoritmid on veebis kättesaadavad. Mikroskeem, olles saanud vahemälust valmis juhised, ei raiska aega nende nullist arendamiseks. Selle tulemusena töötab arvuti kiiremini.

Vahemälu peamine omadus on maht. Mida suurem see on, seda mahukam on see moodul vastavalt protsessori kasutatavate juhiste ja algoritmide asukoha osas. Seda tõenäolisem on, et mikroskeem leiab iga kord nende hulgast need, mida ta vajab ja töötab kiiremini. Kaasaegsete protsessorite vahemälu jaguneb enamasti kolmeks tasemeks. Esimesed töötavad kõige kiiremate ja kõrgtehnoloogiliste mikroskeemide baasil, ülejäänud on aeglasemad. Kaasaegsete protsessorite esimese taseme vahemälu maht on umbes 128-256 KB, teise - 1-8 MB, kolmanda taseme - võib ületada 20 MB.

energiakasutus

Veel üks oluline mikrolülituse parameeter on energiatarve. Protsessori toitmine võib hõlmata märkimisväärset energiatarbimist. Kaasaegsed mikroskeemide mudelid tarbivad umbes 40-50 vatti. Mõnel juhul on sellel parameetril majanduslik tähtsus - näiteks kui tegemist on suurettevõtete varustamisega mitmesaja või tuhande arvutiga. Kuid mitte vähem oluline tegur on energiatarve protsessorite kohandamisel mobiilseadmetes - sülearvutites, tahvelarvutites, nutitelefonides. Mida madalam on vastav indikaator, seda pikem on seadme aku tööiga.

Me räägime mudelist Intel 4004. See ei olnud võimas ja suutis teha ainult liitmist ja lahutamist. Samal ajal suutis see töödelda ainult nelja bitti teavet (see tähendab, et see oli 4-bitine). Kuid oma aja kohta oli selle ilmumine märkimisväärne sündmus. Kogu protsessor mahtus ju ühte kiibi. Enne Intel 4004 tulekut põhinesid arvutid tervel kiipide või diskreetsete komponentide (transistoride) komplektil. 4004 mikroprotsessor oli ühe esimestest kaasaskantavatest kalkulaatoritest aluseks.

Esimene koduarvutite mikroprotsessor oli 1974. aastal turule toodud Intel 8080. Kogu 8-bitise arvuti arvutusvõimsus oli paigutatud ühte kiipi. Kuid tõelise tähtsusega oli teade Intel 8088 protsessori kohta. See ilmus 1979. aastal ja alates 1981. aastast on seda kasutatud esimestes masstoodanguna toodetud IBM PC personaalarvutites.

Edasi hakkasid protsessorid arenema ja jõudu omandama. Kõik, kes vähegi mikroprotsessorite tööstuse ajalooga kursis on, mäletavad, et 8088 asendati 80286-ga. Siis tuli pööre 80386-le, millele järgnes 80486. Siis oli Pentiumeid mitu põlvkonda: Pentium, Pentium II, III ja Pentium 4. Kõik see "Intel" protsessorid põhinevad 8088 põhidisainil. Need olid tagasiühilduvad. See tähendab, et Pentium 4 suutis töödelda mis tahes koodijuppi 8088 jaoks, kuid tegi seda umbes viis tuhat korda suurema kiirusega. Sellest ajast pole möödunud nii palju aastaid, kuid vahetunud on veel mitu mikroprotsessorite põlvkonda.

Alates 2004. aastast on Intel pakkunud mitmetuumalisi protsessoreid. Neis kasutatavate transistoride arv on kasvanud miljonite võrra. Kuid isegi praegu järgib protsessor üldreegleid, mis loodi varajaste kiipide jaoks. Tabel kajastab Inteli mikroprotsessorite ajalugu kuni 2004. aastani (kaasa arvatud). Teeme mõned täpsustused, mida selles kajastatud näitajad tähendavad:

• Nimi (Nimi). Protsessori mudel
• Kuupäev (kuupäev). Aasta, mil protsessor esmakordselt kasutusele võeti. Paljusid protsessoreid tutvustati mitu korda, iga kord, kui nende taktsagedust suurendati. Seega võis kiibi järgmisest modifikatsioonist uuesti välja kuulutada isegi mitu aastat pärast selle esimese versiooni turuletulekut.
• Transistorid (transistoride arv). Transistoride arv kiibis. Näete, et see arv on pidevalt kasvanud
• Mikronites (laius mikronites). Üks mikron võrdub ühe miljondiku meetriga. Selle indikaatori väärtuse määrab kiibi kõige õhema traadi paksus. Võrdluseks, inimese juuksekarva paksus on 100 mikronit.
• Kella kiirus. Maksimaalne protsessori kiirus
• andmete laius. Protsessori aritmeetilise loogikaüksuse (ALU, ALU) bitness. 8-bitine ALU saab liita, lahutada, korrutada ja teha muid toiminguid kahe 8-bitise arvuga. 32-bitine ALU saab töötada 32-bitiste numbritega. Kahe 32-bitise numbri lisamiseks peab kaheksabitine ALU täitma neli käsku. 32-bitine ALU saab selle ülesandega hakkama ühe käsuga. Paljudel (kuid mitte kõigil) juhtudel on välise andmesiini laius sama, mis ALU "bitness". 8088 protsessoril oli 16-bitine ALU, kuid 8-bitine siin. Hilisi Pentiumeid iseloomustas olukord, kus siin oli juba 64-bitine ja ALU veel 32-bitine.
• MIPS (miljon juhist sekundis). Võimaldab ligikaudselt hinnata protsessori jõudlust. Kaasaegsed täidavad nii palju erinevaid ülesandeid, et see indikaator on kaotanud oma esialgse väärtuse ja seda saab kasutada peamiselt mitme protsessori töötlemisvõimsuse võrdlemiseks (nagu selles tabelis)

On otsene seos taktsageduse, aga ka transistoride arvu ja protsessori ühes sekundis sooritatavate toimingute arvu vahel. Näiteks 8088 protsessori taktsagedus ulatus 5 MHz-ni ja jõudlus: vaid 0,33 miljonit toimingut sekundis. See tähendab, et ühe käsu täitmine nõudis umbes 15 protsessori tsüklit. 2004. aastal suutsid protsessorid täita juba kaks käsku taktitsükli kohta. Selle täiuse tagas kiibis olevate protsessorite arvu suurendamine.

Kiipi nimetatakse ka integraallülituseks (või lihtsalt mikrokiibiks). Enamasti on see väike ja õhuke räniplaat, millesse transistorid on "jäljendatud". Kahe ja poole sentimeetri pikkune kiip võib sisaldada kümneid miljoneid transistore. Lihtsamad protsessorid võivad olla ruudud, mille külg on vaid paar millimeetrit. Ja sellest suurusest piisab mitme tuhande transistori jaoks.

mikroprotsessori loogika

Mikroprotsessori toimimise mõistmiseks peaksite uurima selle loogikat, millel see põhineb, ja tutvuma montaažikeelega. See on mikroprotsessori emakeel.

Mikroprotsessor on võimeline täitma teatud masinakäske (käske). Nende juhiste järgi toimides täidab protsessor kolme peamist ülesannet:

• Protsessor teostab oma aritmeetilise loogikaüksuse abil matemaatilisi tehteid: liitmist, lahutamist, korrutamist ja jagamist. Kaasaegsed mikroprotsessorid toetavad täielikult ujukomaoperatsioone (kasutades spetsiaalset ujukoma aritmeetilist protsessorit)
• Mikroprotsessor on võimeline teisaldama andmeid ühest tüüpi mälust teise
• Mikroprotsessoril on võime langetada otsust ja oma otsuse alusel "hüpata", st lülituda uue juhiste komplekti täitmisele.

Mikroprotsessor sisaldab:

• Aadressibuss (aadressibuss). Selle siini laius võib olla 8, 16 või 32 bitti. Ta tegeleb aadressi mällu saatmisega
• Andmesiin (andmesiin): 8, 16, 32 või 64 bitti lai. See siin võib andmeid mällu saata või andmeid sealt vastu võtta. Protsessori "bitilisusest" rääkides räägime andmesiini laiusest
• Kanalid RD (lugemine, lugemine) ja WR (kirjutamine, kirjutamine), pakkudes interaktsiooni mäluga
• Kellariin (kellasiin), mis tagab protsessori tsüklid
• Reset rea (kustutussiin, lähtestussiin), programmi loenduri väärtuse lähtestamine ja käskude täitmise taaskäivitamine

Kuna teave on üsna keeruline, siis eeldame, et mõlema siini – nii aadressi- kui andmesiini laius – on vaid 8 bitti. Ja kaaluge lühidalt selle suhteliselt lihtsa mikroprotsessori komponente:

• Registrid A, B ja C on loogikalülitused, mida kasutatakse andmete vahepealseks salvestamiseks.
• Aadressi riiv on sarnane registritele A, B ja C
• Programmiloendur on loogikakiip (riiv), mis on võimeline suurendama väärtust ühe sammuga (kui see saab vastava käsu) ja nullida väärtuse (sellel juhul, kui saadakse vastav käsk).
• ALU (aritmeetiline loogikaüksus) võib 8-bitiste arvude vahel liita, lahutada, korrutada ja jagada või toimida tavalise liitjana
• Testimise register on spetsiaalne riiv, mis salvestab ALU tehtud võrdlusoperatsioonide tulemused. Tavaliselt võrdleb ALU kahte arvu ja teeb kindlaks, kas need on võrdsed või kas üks neist on teisest suurem. Testregister on võimeline salvestama ka liitja viimase toimingu ülekandebitti. See salvestab need väärtused käivitusskeemile. Tulevikus saab käsudekooder neid väärtusi otsuste tegemiseks kasutada.
• Diagrammi kuus plokki on tähistatud "3-State". Need on sortimispuhvrid. Juhtmega saab ühendada mitu väljundallikat, kuid sortimispuhver lubab ainult ühel neist (korraga) edastada väärtust: "0" või "1". Seega võib sortimispuhver väärtusi vahele jätta või blokeerida väljundallika andmete edastamise
• Käskude register ja käsudekooder hoiavad kõiki ülaltoodud komponente kontrolli all.

See diagramm ei näita käsudekoodri juhtridasid, mida saab väljendada järgmiste "korraldustena":

• "Register A nõustub praegu andmesiinilt tuleva väärtusega"
• "Registreerige B, et aktsepteerida praegu andmesiinilt tuleva väärtust"
• "Registreerige C, et aktsepteerida praegu aritmeetilisest loogikaüksusest saadavat väärtust"
• "Programmi loendur registreerib praegu andmesiinilt tuleva väärtuse vastuvõtmiseks"
• "Aadressiregister praegu andmesiinilt tuleva väärtuse aktsepteerimiseks"
• "Juhendi register praegu andmesiinilt tuleva väärtuse vastuvõtmiseks"
• "Programmi loenduri väärtuse suurendamine [ühe võrra]"
• "Lähtesta käsuloendur"
• "Aktiveeri üks kuuest sortimispuhvrist" (kuus eraldi juhtrida)
• "Öelge aritmeetilisele loogikaüksusele, millist toimingut teha"
• "Testiregister aktsepteerib ALU testbitte"
• "Activate RD (lugege kanalit)"
• "Aktiveeri WR (salvestuskanal)"

Käsudekooder saab andmebitte testregistrist, sünkroniseerimiskanalist ja ka käsuregistrist. Kui käskude dekoodri ülesannete kirjeldust nii palju kui võimalik lihtsustada, siis võib öelda, et just see moodul “ütleb” protsessorile, mis hetkel tegema peab.

mikroprotsessori mälu

Arvutimälu ja selle hierarhia tundmine aitab teil selle jaotise sisu paremini mõista.

Eespool kirjutasime siinidest (aadress ja andmed), samuti lugemis- (RD) ja kirjutamiskanalitest (WR). Need siinid ja kanalid on ühendatud mäluga: töömälu (RAM, RAM) ja kirjutuskaitstud mälu (ROM, ROM). Meie näites käsitleme mikroprotsessorit, mille siini laius on 8 bitti. See tähendab, et see on võimeline adresseerima 256 baiti (kaks kuni kaheksandik). Ühel ajahetkel suudab see mälust lugeda või mällu kirjutada 8 bitti andmeid. Oletame, et sellel lihtsal mikroprotsessoril on 128 baiti ROM-i (alates aadressist 0) või 128 baiti RAM-i (alates aadressist 128).

Püsimälu moodul sisaldab teatud eelinstallitud püsivat baitide komplekti. Aadressisiin küsib ROM-ilt konkreetse baiti, mis saadetakse andmesiinile. Kui lugemiskanal (RD) muudab oma olekut, edastab ROM-moodul nõutud baidi andmesiinile. See tähendab, et sel juhul on võimalik ainult andmeid lugeda.

RAM-ist ei saa protsessor mitte ainult teavet lugeda, vaid ka andmeid sinna kirjutada. Sõltuvalt sellest, kas lugemine või kirjutamine toimub, tuleb signaal kas lugemiskanali (RD) või kirjutuskanali (WR) kaudu. Kahjuks on RAM muutlik. Kui toide välja lülitatakse, kaotavad kõik sellesse salvestatud andmed. Sel põhjusel vajab arvuti püsimäluseadet.

Pealegi saab arvuti teoreetiliselt ilma RAM-ita üldse hakkama. Paljud mikrokontrollerid võimaldavad paigutada vajalikud andmebaidid otse protsessori kiibile. Kuid ilma ROM-ita ei saa seda teha. Personaalarvutites nimetatakse ROM-i põhiliseks sisend- ja väljundsüsteemiks (BSVV, BIOS, Basic Input / Output System). Mikroprotsessor alustab oma tööd käivitamisel, täites BIOS-is leitud käske.

BIOS-i käsud testivad arvuti riistvara ja seejärel pääsevad kõvakettale juurde ja valivad alglaadimissektori. See alglaadimissektor on eraldi väike programm, mille BIOS esmalt kettalt loeb ja seejärel RAM-i paigutab. Pärast seda hakkab mikroprotsessor täitma juhiseid RAM-is asuvast alglaadimissektorist. Alglaadimissektori programm ütleb mikroprotsessorile, millised andmed (mis on määratud protsessori poolt hilisemaks täitmiseks) tuleks täiendavalt kõvakettalt RAM-i teisaldada. Nii laadib protsessor operatsioonisüsteemi.

mikroprotsessori juhised

Isegi kõige lihtsam mikroprotsessor on võimeline töötlema üsna suurt hulka juhiseid. Juhiste komplekt on omamoodi mall. Igal neist käsuregistrisse laaditud juhistest on oma tähendus. Inimestel ei ole lihtne bittide jada meelde jätta, seetõttu kirjeldatakse iga käsku lühikese sõnana, millest igaüks tähistab konkreetset käsku. Need sõnad moodustavad protsessori montaažikeele. Assembler tõlgib need sõnad binaarkeelde, millest protsessor aru saab.

Siin on tingimusliku lihtsa protsessori montaažikeele käsusõnade loend, mida käsitleme oma loo näitena:

• LOADA mem — Laadige register A mõnelt mäluaadressilt
• LOADB mem — Laadige register B mõnelt mäluaadressilt
• CONB con – konstantse väärtuse laadimine registrisse B
• SAVEB mem – salvesta (salvesta) registri B väärtus mällu kindlale aadressile
• SAVEC mem – salvesta (salvesta) registri C väärtus mällu kindlale aadressile
• ADD – lisage (lisage) registrite A ja B väärtused. Salvestage toimingu tulemus registris C
• SUB - lahutage (lahutage) registri A väärtusest registri B väärtus. Salvestage toimingu tulemus registris C
• MUL – korrutage (korrutage) registrite A ja B väärtused. Salvestage toimingu tulemus registris C
• DIV – jagage (jagage) registri A väärtus registri B väärtusega. Salvestage toimingu tulemus registris C
• COM - Võrrelge (võrdlege) registrite A ja B väärtusi. Kandke tulemus testregistrisse
• JUMP adr – hüppa määratud aadressile
• JEQ aadress – kui kahe registri võrdse väärtuse tingimus on täidetud, hüppa (hüppa) määratud aadressile
• JNEQ aadress – kui kahe registri võrdse väärtuse tingimus ei ole täidetud, hüppa (hüppa) määratud aadressile
• JG addr – kui väärtus on suurem, hüpake määratud aadressile
• JGE addr – kui väärtus on suurem või võrdne, hüpake määratud aadressile
• JL-aadress – kui väärtus on väiksem kui, hüppa määratud aadressile
• JLE addr – kui väärtus on väiksem või võrdne, hüpake määratud aadressile
• STOP – peatada (peatada) täitmine

Tehtud toiminguid tähistavad ingliskeelsed sõnad on põhjusega sulgudes. Seega näeme, et montaažikeel (nagu paljud teised programmeerimiskeeled) põhineb inglise keelel, st nende inimeste jaoks, kes lõid digitehnoloogiaid, tavapärastel suhtlusvahenditel.

Mikroprotsessori töö faktoriaalarvutuse näitel

Mõelge mikroprotsessori tööle konkreetsel näitel selle lihtsa programmi täitmisest, mis arvutab arvu "5" faktoriaali. Esmalt lahendame selle probleemi "märkmikus":

faktoriaal 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

Programmeerimiskeeles C näeb see arvutust teostav koodijupp välja selline:

A=1;f=1;samas (a

Kui see programm on lõppenud, sisaldab muutuja f faktoriaali viie väärtust.

C-kompilaator tõlgib (st tõlgib) selle koodi montaažikeele käsukomplekti. Kaalutletavas protsessoris algab RAM aadressilt 128 ja kirjutuskaitstud mälu (mis sisaldab montaažikeelt) algab aadressilt 0. Seetõttu näeb see programm selle protsessori keeles välja järgmine:

// Oletame a aadressil 128 // Eeldame F aadressil 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // kui a > 5, hüppab väärtusele 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 // STOP tagasi kui17

Nüüd tekib järgmine küsimus: kuidas kõik need käsud püsivas mälus välja näevad? Kõik need juhised peavad olema esitatud kahendarvuna. Materjali mõistmise lihtsustamiseks oletagem, et kõigil meie poolt vaadeldava protsessori montaažikeele juhistel on kordumatu number:

• LOAD-1
• LOAD-2
• CONB-3
• SAVEB-4
• SAVEC-mälu – 5
• ADD-6
• SUB-7
• MUL-8
• div-9
• KOM-10
• JUMP adr - 11
• JEQ aadress – 12
• JNEQ aadress – 13
• JG aadress – 14
• JGE aadress – 15
• JL aadress - 16
• JLE aadress - 17
• STOP-18

// Oletame a aadressil 128 // Eeldame F aadressil 129Addr masina käsk/väärtus0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 /////SAVEB 1297 ///1289381 ADA / CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 128 1148 STEP 12828 118 120

Nagu näete, on seitse rida C-koodi teisendatud 18 reale assemblerkeeleks. Nad võtsid ROM-is 32 baiti.

Dekodeerimine

Vestlust dekodeerimise üle tuleb alustada filoloogiliste küsimuste kaalumisest. Paraku pole kõigil arvutiterminitel venekeelseid ühemõttelisi vastavusi. Terminoloogia tõlkimine kulges sageli spontaanselt ja seetõttu saab sama ingliskeelset terminit vene keelde tõlkida mitmel viisil. Ja nii juhtus ka mikroprotsessorloogika kõige olulisema komponendiga "juhiste dekooder". Arvutieksperdid nimetavad seda nii juhiste dekooderiks kui ka juhiste dekooderiks. Ühtegi neist nimevariantidest ei saa nimetada ei rohkem ega vähem "õigeks" kui teist.

Käskude dekoodrit on vaja iga masinkoodi tõlkimiseks signaalide kogumiks, mis käivitavad mikroprotsessori erinevaid komponente. Kui tema tegevuste olemust lihtsustada, siis võime öelda, et just tema koordineerib "tarkvara" ja "riistvara".

Mõelge käsudekoodri toimimisele, kasutades lisamistoimingut sooritava käsu ADD näidet:

• Protsessori esimese taktitsükli ajal laaditakse käsk. Selles etapis peab käsudekooder: aktiveerima käsuloenduri sortimispuhvri; aktiveerige lugemiskanal (RD); aktiveerige sortimispuhvri riiv, et edastada sisend käsuregistrisse
• Teise protsessori taktsageduse ajal dekodeeritakse käsk ADD. Sel hetkel teostab ALU liitmise ja kannab väärtuse registrisse C
• Protsessori taktsageduse kolmanda tsükli ajal suurendab programmiloendur oma väärtust ühe võrra (teoreetiliselt kattub see toiming teise tsükli jooksul toimunuga)

Iga käsku saab esitada järjestikku täidetavate toimingute kogumina, mis manipuleerivad mikroprotsessori komponente teatud järjekorras. See tähendab, et programmi juhised viivad täiesti füüsiliste muudatusteni: näiteks riivi asendi muutmine. Mõne juhise täitmiseks võib vaja minna kahte või kolme protsessori taktitsüklit. Teised võivad vajada isegi viit või kuut tsüklit.

Mikroprotsessorid: jõudlus ja suundumused

Transistoride arv protsessoris on oluline tegur, mis mõjutab selle jõudlust. Nagu varem näidatud, vajas 8088 protsessor ühe käsu täitmiseks 15 taktitsüklit. Ja ühe 16-bitise toimingu tegemiseks kulus üldse umbes 80 tsüklit. Nii sai selle protsessori ALU kordaja korraldatud. Mida rohkem transistore ja võimsam ALU kordaja, seda rohkem jõuab protsessor ühe tsükliga ära teha.

Paljud transistorid toetavad torujuhtmete tehnoloogiat. Konveieriarhitektuuri raames toimub täitmiskäskude osaline üksteisele pealesurumine. Käsu täitmiseks võib vaja minna samu viit tsüklit, kuid kui protsessor töötleb samaaegselt viit käsku (erinevates valmimise etappides), siis keskmiselt on ühe käsu täitmiseks vaja ühte protsessori taktisagedust.

Paljudes kaasaegsetes protsessorites on rohkem kui üks juhiste dekooder. Ja igaüks neist toetab torujuhtmeid. See võimaldab protsessoritsükli kohta täita rohkem kui ühte käsku. Selle tehnoloogia rakendamiseks on vaja uskumatult palju transistore.

64-bitised protsessorid

Kuigi 64-bitised protsessorid said laialt levinud alles paar aastat tagasi, on need olnud suhteliselt pikka aega: alates 1992. aastast. Nii Intel kui ka AMD pakuvad praegu selliseid protsessoreid. 64-bitine protsessor on protsessor, millel on 64-bitine aritmeetiline loogikaüksus (ALU), 64-bitised registrid ja 64-bitised siinid.

Peamine põhjus, miks protsessorid vajavad 64-bitist, on see, et see arhitektuur laiendab aadressiruumi. 32-bitised protsessorid pääsevad juurde ainult kahele või neljale gigabaidile RAM-ile. Kunagi tundusid need arvud hiiglaslikud, kuid aastad on möödunud ja täna ei üllata te sellise mälestusega kedagi. Veel paar aastat tagasi oli tavalise arvuti mälu 256 või 512 megabaiti. Siis oli 4 GB limiit probleemiks ainult suuri andmebaase kasutavate serverite ja masinate jaoks.

Kuid väga kiiresti selgus, et isegi tavakasutajatel ei piisa mõnikord kahest või isegi neljast gigabaidist muutmälust. See tüütu piirang ei kehti 64-bitiste protsessorite kohta. Nende käsutuses olev aadressiruum näib tänapäeval olevat lõputu: kaks kuni kuuskümmend neljas bait, see tähendab umbes miljard gigabaiti. Nähtavas tulevikus pole sellist hiiglaslikku RAM-i oodata.

64-bitine aadresssiin, samuti vastavate emaplaatide laiad ja kiired andmesiinid võimaldavad 64-bitistel arvutitel suurendada sisend- ja väljundandmete kiirust, kui nad suhtlevad selliste seadmetega nagu kõvaketas ja videokaart. . Need uued funktsioonid suurendavad oluliselt kaasaegsete arvutite jõudlust.

Kuid mitte kõik kasutajad ei tunne 64-bitise arhitektuuri eeliseid. See on vajalik ennekõike neile, kes töötlevad videoid ja fotosid ning töötavad ka erinevate suurte piltidega. Arvutimängude asjatundjad hindavad 64-bitiseid arvuteid. Kuid need kasutajad, kes arvutit kasutades lihtsalt suhtlevad sotsiaalvõrgustikes ja surfavad veebis ning redigeerivad tekstifaile, ei tunne tõenäoliselt lihtsalt nende protsessorite eeliseid.

Pärineb saidilt computer.howstuffworks.com