Galvenās datora ierīces “dzīvo” sistēmas vienībā. Tie ietver: mātesplati, procesoru, videokarti, RAM, cieto disku. Bet ārpus tā, parasti uz galda, “dzīvo” arī ne mazāk svarīgas datorierīces. Piemēram: monitors, pele, tastatūra, skaļruņi, printeris.

Šajā rakstā mēs apskatīsim, No kā sastāv dators kā šīs ierīces izskatās, kādu funkciju tās veic un kur tās atrodas.

Sistēmas bloks.

Pirmajā kategorijā mēs analizēsim tās ierīces vai arī tās sauc par komponentiem, kas ir “paslēptas” sistēmas vienībā. Tie ir vissvarīgākie viņa darbam. Starp citu, jūs varat nekavējoties ieskatīties sistēmas vienībā. Tas nav grūti. Pietiek atskrūvēt divas skrūves sistēmas bloka aizmugurē un pārvietot vāku uz sāniem, un tad mēs redzēsim datora svarīgāko ierīču skatu, ko mēs tagad izskatīsim secībā.

Mātesplate ir iespiedshēmas plate, kas paredzēta datora galveno komponentu savienošanai. Daži no tiem, piemēram, procesors vai videokarte, ir uzstādīti tieši uz pašas mātesplates tam paredzētajā slotā. Un otra komponentu daļa, piemēram, cietais disks vai barošanas avots, tiek savienota ar mātesplati, izmantojot īpašus kabeļus.

Procesors ir mikroshēma un vienlaikus datora “smadzenes”. Kāpēc? Jo viņš ir atbildīgs par visu darbību veikšanu. Jo labāks procesors, jo ātrāk tas veiks šīs pašas darbības, un attiecīgi arī dators darbosies ātrāk. Procesors, protams, ietekmē datora ātrumu un pat ļoti, bet datora ātrums būs atkarīgs arī no jūsu cietā diska, videokartes un RAM. Tātad jaudīgākais procesors negarantē lielāku datora ātrumu, ja atlikušās sastāvdaļas jau ir novecojušas.

3. Videokarte.

Videokarte vai citādi grafiskā karte ir paredzēta attēlu parādīšanai monitora ekrānā. Tas ir uzstādīts arī uz mātesplates, īpašā PSI-Express savienotājā. Retāk videokarti var iebūvēt pašā mātesplatē, taču tās jauda visbiežāk pietiek tikai biroja aplikācijām un interneta pārlūkošanai.

RAM ir taisnstūrveida sloksne, līdzīga kasetnei no vecām spēļu konsolēm. Tas ir paredzēts īslaicīgai datu glabāšanai. Piemēram, tajā tiek saglabāta starpliktuve. Mēs nokopējām kādu tekstu vietnē, un tas nekavējoties nokļuva RAM. Informācija par palaistām programmām, datora miega režīmu un citi pagaidu dati tiek glabāti RAM. RAM īpaša iezīme ir tāda, ka dati no tā tiek pilnībā izdzēsti pēc datora izslēgšanas.

Cietais disks, atšķirībā no RAM, ir paredzēts ilgstošai failu glabāšanai. Citādi to sauc par cieto disku. Tas saglabā datus uz īpašām plāksnēm. Pēdējā laikā plaši izplatīti ir arī SSD diskdziņi.

To īpašības ietver lielu darbības ātrumu, taču ir tūlītējs trūkums - tie ir dārgi. 64 GB SSD disks maksās tādu pašu cenu kā 750 GB cietais disks. Vai varat iedomāties, cik maksās vairāku simtu gigabaitu SSD? Čau, o! Bet neesiet apbēdināts, jūs varat iegādāties 64 GB SSD disku un izmantot to kā sistēmas disku, tas ir, instalēt tajā Windows. Viņi saka, ka darba ātrums palielinās vairākas reizes. Sistēma ļoti ātri ieslēdzas, programmas lido. Es plānoju jaunināt uz SSD un glabāt parastos failus tradicionālā cietajā diskā.

Lai strādātu ar diskiem, ir nepieciešams diskdzinis. Lai gan tas tiek izmantots daudz retāk, galddatoros tas joprojām nekaitēs. Disks vismaz būs noderīgs sistēmas instalēšanai.

6. Dzesēšanas sistēmas.

Dzesēšanas sistēma sastāv no ventilatoriem, kas atdzesē komponentus. Parasti tiek uzstādīti trīs vai vairāk dzesētāji. Pārliecinieties, ka viens ir procesorā, viens videokartē un viens barošanas blokā, un pēc tam pēc vēlēšanās. Ja kaut kas ir silts, vēlams to atdzesēt. Ventilatori ir uzstādīti arī cietajos diskos un pašā korpusā. Ja korpusā esošais dzesētājs ir uzstādīts uz priekšējā paneļa, tad tas atņem siltumu, un aizmugurējā nodalījumā uzstādītie dzesētāji piegādā sistēmai aukstu gaisu.

Skaņas karte izvada skaņu skaļruņos. Parasti tas ir iebūvēts mātesplatē. Bet gadās, ka tas vai nu saplīst un tāpēc tiek iegādāts atsevišķi, vai arī sākotnēji PC īpašnieks nav apmierināts ar standarta kvalitāti un viņš iegādājas citu skaņas sistēmu. Kopumā skaņas kartei ir tiesības būt arī šajā datoru ierīču sarakstā.

Lai visas iepriekš aprakstītās datora ierīces darbotos, ir nepieciešams barošanas avots. Tas nodrošina visas sastāvdaļas ar nepieciešamo elektroenerģijas daudzumu.

8. Ķermenis

Un, lai kaut kur ievietotu mātesplati, procesoru, video karti, operatīvo atmiņu, cieto disku, disketi, skaņas karti, barošanas bloku un, iespējams, dažas papildu sastāvdaļas, mums ir nepieciešams korpuss. Tur tas viss tiek rūpīgi uzstādīts, ieskrūvēts, savienots un sākas ikdiena no ieslēgšanas līdz izslēgšanai. Korpusā tiek uzturēta nepieciešamā temperatūra, un viss ir pasargāts no bojājumiem.

Rezultātā mēs iegūstam pilnvērtīgu sistēmas bloku ar visām svarīgākajām datora ierīcēm, kas nepieciešamas tā darbībai.

Perifērijas ierīces.

Nu, lai pilnībā sāktu strādāt ar datoru un neskatītos uz “zumzojošo” sistēmas vienību, mums būs nepieciešamas perifērijas ierīces. Tie ietver tos datora komponentus, kas atrodas ārpus sistēmas vienības.

Monitors, protams, ir nepieciešams, lai redzētu, ar ko mēs strādājam. Videokarte piegādā attēlu uz monitoru. Tie ir savienoti viens ar otru, izmantojot VGA vai HDMI kabeli.

Klaviatūra ir paredzēta informācijas ievadīšanai, nu, protams, kāds tur darbs bez pilnvērtīgas tastatūras. Lai rakstītu tekstu, spēlētu spēles, sērfotu internetā un visur, kur jums nepieciešama tastatūra.

3. Pele.

Pele ir nepieciešama, lai kontrolētu kursoru uz ekrāna. Pārvietojiet to dažādos virzienos, noklikšķiniet, atveriet failus un mapes, izsauciet dažādas funkcijas un daudz ko citu. Tāpat kā bez tastatūras, jūs nevarat dzīvot bez peles.

4. Skaļruņi.

Skaļruņi ir nepieciešami galvenokārt mūzikas klausīšanai, filmu skatīšanai un spēļu spēlēšanai. Kurš gan cits mūsdienās izmanto skaļruņus vairāk, nekā parasti lietotāji tos atkārto katru dienu šajos uzdevumos.

Lai drukātu un skenētu dokumentus un visu pārējo, kas nepieciešams drukas jomā, nepieciešams printeris un skeneris. Vai MFP, daudzfunkcionāla ierīce. Tas noderēs visiem tiem, kas ar šo ierīci bieži drukā, skenē, veido fotokopijas un veic daudzus citus darbus.

Šajā rakstā mēs esam tikai īsi apskatījuši galvenos datoru ierīces, un citās saitēs, uz kurām jūs redzat zemāk, mēs detalizēti apsvērsim visas populārākās perifērijas ierīces, kā arī komponentus, kas ir sistēmas vienības daļa, tas ir, komponentus.

Izbaudi lasīšanu!

Gandrīz visi zina, ka datorā galvenais elements starp visiem “cietajiem” komponentiem ir centrālais procesors. Bet to cilvēku loks, kuri saprot, kā darbojas procesors, ir ļoti ierobežots. Lielākajai daļai lietotāju par to nav ne jausmas. Un pat tad, kad sistēma pēkšņi sāk palēnināties, daudzi uzskata, ka procesors nedarbojas labi un nepievērš nozīmi citiem faktoriem. Lai pilnībā izprastu situāciju, apskatīsim dažus CPU darbības aspektus.

Kas ir centrālais procesors?

No kā sastāv procesors?

Ja mēs runājam par to, kā darbojas Intel procesors vai tā konkurents AMD, jums ir jāskatās, kā šīs mikroshēmas ir izstrādātas. Pirmais mikroprocesors (starp citu, tas bija no Intel, modelis 4040) parādījās tālajā 1971. gadā. Tas varēja veikt tikai visvienkāršākās saskaitīšanas un atņemšanas darbības, apstrādājot tikai 4 bitus informācijas, t.i., tai bija 4 bitu arhitektūra.

Mūsdienu procesori, tāpat kā pirmdzimtie, ir balstīti uz tranzistoriem un ir daudz ātrāki. Tie ir izgatavoti ar fotolitogrāfijas palīdzību no noteikta skaita atsevišķu silīcija plāksnīšu, kas veido vienu kristālu, kurā ir iespiesti tranzistori. Ķēde tiek izveidota uz īpaša paātrinātāja, izmantojot paātrinātos bora jonus. Procesoru iekšējā struktūrā galvenie komponenti ir serdeņi, kopnes un funkcionālās daļiņas, ko sauc par pārskatīšanu.

Galvenās īpašības

Tāpat kā jebkurai citai ierīcei, procesoram ir raksturīgi noteikti parametri, kurus nevar ignorēt, atbildot uz jautājumu par procesora darbību. Vispirms tas:

• serdeņu skaits;
• diegu skaits;
• kešatmiņas lielums (iekšējā atmiņa);
• pulksteņa frekvence;
• riepu ātrums.

Pagaidām pievērsīsimies pulksteņa frekvencei. Ne velti procesoru sauc par datora sirdi. Tāpat kā sirds, tā darbojas pulsācijas režīmā ar noteiktu sitienu skaitu sekundē. Pulksteņa frekvenci mēra MHz vai GHz. Jo augstāks tas ir, jo vairāk darbību ierīce var veikt.

Kādā frekvencē procesors darbojas, varat uzzināt no tā deklarētajiem parametriem vai apskatīt informāciju sadaļā Bet, apstrādājot komandas, frekvence var mainīties, un overclocking (overlocking) laikā tā var palielināties līdz galējām robežām. Tādējādi deklarētā vērtība ir tikai vidējais rādītājs.

Kodolu skaits ir indikators, kas nosaka procesora apstrādes centru skaitu (nejaukt ar pavedieniem - serdeņu un pavedienu skaits var nebūt vienāds). Pateicoties šim sadalījumam, ir iespējams novirzīt darbības uz citiem kodoliem, tādējādi palielinot kopējo veiktspēju.

Kā darbojas procesors: komandu apstrāde

Tagad nedaudz par izpildāmo komandu struktūru. Ja paskatās, kā darbojas procesors, jums ir skaidri jāsaprot, ka jebkurai komandai ir divas sastāvdaļas - operatīvā un operands.

Operatīvā daļa norāda, kas datorsistēmai šobrīd ir jādara, operands norāda, ar ko procesoram jāstrādā. Turklāt procesora kodolā var būt divi skaitļošanas centri (konteineri, pavedieni), kas sadala komandas izpildi vairākos posmos:

• ražošana;
• atšifrēšana;
• komandas izpilde;
• piekļūstot paša procesora atmiņai
• saglabājot rezultātu.

Mūsdienās tiek izmantota atsevišķa kešatmiņa, izmantojot divus kešatmiņas līmeņus, kas ļauj izvairīties no divu vai vairāku komandu pārtveršanas, lai piekļūtu vienam no atmiņas blokiem.

Pamatojoties uz komandu apstrādes veidu, procesorus iedala lineārajos (komandu izpilde to rakstīšanas secībā), cikliskajos un sazarotajos (instrukciju izpilde pēc zaru nosacījumu apstrādes).

Veiktās operācijas

Starp galvenajām procesoram piešķirtajām funkcijām izpildāmo komandu vai instrukciju ziņā izšķir trīs galvenos uzdevumus:

• matemātiskas darbības, kuru pamatā ir aritmētiski loģiska ierīce;
• datu (informācijas) pārvietošana no viena veida atmiņas uz citu;
• pieņemot lēmumu par komandas izpildi, un uz tās pamata izvēloties pāriet uz citu komandu kopu izpildi.

Mijiedarbība ar atmiņu (ROM un RAM)

Šajā procesā vērā ņemamie komponenti ir kopne un lasīšanas-rakstīšanas kanāls, kas ir savienoti ar atmiņas ierīcēm. ROM satur nemainīgu baitu kopu. Pirmkārt, adrešu kopne pieprasa noteiktu baitu no ROM, pēc tam pārsūta to uz datu kopni, pēc tam lasīšanas kanāls maina savu stāvokli un ROM nodrošina pieprasīto baitu.

Bet procesori var ne tikai nolasīt datus no RAM, bet arī rakstīt tos. Šajā gadījumā tiek izmantots ierakstīšanas kanāls. Bet, ja paskatās, tad kopumā modernie datori tīri teorētiski varētu iztikt bez RAM, jo mūsdienu mikrokontrolleri spēj ievietot nepieciešamos datu baitus tieši paša procesora mikroshēmas atmiņā. Bet bez ROM nevar iztikt.

Cita starpā sistēma sākas no aparatūras testēšanas režīma (BIOS komandas), un tikai pēc tam vadība tiek nodota ielādes operētājsistēmai.

Kā pārbaudīt, vai procesors darbojas?

Tagad apskatīsim dažus procesora veiktspējas pārbaudes aspektus. Ir skaidri jāsaprot, ka, ja procesors nestrādātu, dators vispār nevarētu sākt ielādi.

Cita lieta, kad jāskatās uz procesora iespēju izmantošanas indikatoru noteiktā brīdī. To var izdarīt no standarta “Uzdevumu pārvaldnieka” (pretī jebkuram procesam tiek norādīts, cik procentus no procesora slodzes tas nodrošina). Lai vizuāli noteiktu šo parametru, varat izmantot veiktspējas cilni, kurā izmaiņas tiek izsekotas reāllaikā. Papildu parametrus var redzēt, izmantojot īpašas programmas, piemēram, CPU-Z.

Turklāt varat izmantot vairākus procesora kodolus, izmantojot (msconfig) un papildu sāknēšanas parametrus.

Iespējamās problēmas

Nobeigumā daži vārdi par problēmām. Daudzi lietotāji bieži jautā, kāpēc procesors darbojas, bet monitors neieslēdzas? Šai situācijai nav nekāda sakara ar centrālo procesoru. Fakts ir tāds, ka, ieslēdzot jebkuru datoru, vispirms tiek pārbaudīts grafikas adapteris un tikai pēc tam viss pārējais. Varbūt problēma ir tieši grafikas mikroshēmas procesorā (visiem mūsdienu video paātrinātājiem ir savi grafikas procesori).

Bet, izmantojot cilvēka ķermeņa darbības piemēru, jums jāsaprot, ka sirds apstāšanās gadījumā viss ķermenis nomirst. Tas pats ar datoriem. Procesors nedarbojas - visa datorsistēma “nomirst”.

Procesors ir jebkuras datora ierīces galvenā sastāvdaļa. Taču daudziem lietotājiem ir ļoti vāja izpratne par to, kas ir datora procesors un kādu funkciju tas veic. Lai gan mūsdienu pasaulē šī ir svarīga informācija, kuru zinot, jūs varat izvairīties no daudziem nopietniem maldiem. Ja vēlaties uzzināt vairāk par mikroshēmu, kas darbina jūsu datoru, esat nonācis īstajā vietā. Šajā rakstā jūs uzzināsit, kam ir paredzēts procesors un kā tas ietekmē visas ierīces veiktspēju.

Kas ir centrālais procesors

Šajā gadījumā mēs runājam par centrālo procesoru. Galu galā datorā ir arī citi, piemēram, video procesors.

Centrālais procesors ir galvenā datora daļa, kas ir elektroniska iekārta vai integrālā shēma. Tas izpilda mašīnas instrukcijas vai programmas kodu un ir ierīces galvenā aparatūra.

Vienkārši sakot, tā ir datora sirds un smadzenes. Pateicoties viņam, viss pārējais darbojas, viņš apstrādā datu plūsmas un pārvalda visu kopējās sistēmas daļu darbību.

Ja paskatās uz procesoru fiziski, tā ir maza, plāna, kvadrātveida shēmas plate. Tas ir maza izmēra un pārklāts ar metāla vāku no augšas.

Mikroshēmas apakšējo daļu aizņem kontakti, caur kuriem mikroshēma mijiedarbojas ar pārējo sistēmu. Atverot datora sistēmas bloka vāku, jūs varat viegli atrast procesoru, ja vien to neaizsedz dzesēšanas sistēma.

Kamēr centrālais procesors neizdos atbilstošu komandu, dators nespēs veikt pat visvienkāršāko darbību, piemēram, divu ciparu saskaitīšanu. Neatkarīgi no tā, ko vēlaties darīt savā datorā, katra darbība ietver piekļuvi procesoram. Tāpēc tā ir tik svarīga datora sastāvdaļa.

Mūsdienu centrālie procesori spēj ne tikai tikt galā ar saviem galvenajiem uzdevumiem, bet arī var daļēji aizstāt videokarti. Tiek ražoti jauni čipi ar atsevišķu vietu video kontrollera funkciju veikšanai.

Šis video kontrolieris veic visas pamata nepieciešamās darbības, kas nepieciešamas no videokartes. Šajā gadījumā RAM tiek izmantota kā video atmiņa. Bet nekļūdieties, ka jaudīgs mūsdienu procesors var pilnībā aizstāt videokarti.

Pat vidējā videokaršu klase procesoru video kontrolieri atstāj tālu aiz muguras. Tātad datora opcija bez videokartes ir piemērota tikai biroja ierīcēm, kurām nav jāveic sarežģīti ar grafiku saistīti uzdevumi.

Šādos gadījumos tiešām ir iespēja ietaupīt naudu. Galu galā jūs varat vienkārši iegūt procesora mikroshēmojumu ar labu video kontrolieri un netērēt naudu videokartei.

Kā darbojas procesors

Šķiet, ka esam sapratuši, kas ir procesors. Bet kā tas darbojas? Tas ir ilgs un sarežģīts process, taču, kad esat to apguvis, tas ir diezgan viegli. Centrālā procesora darbības principu var aplūkot pa posmiem.

Vispirms programma tiek ielādēta RAM, no kurienes tā iegūst visu nepieciešamo informāciju un komandu kopumu, kas jāizpilda procesora vadības blokam. Pēc tam visi šie dati nonāk buferatmiņā, tā sauktajā procesora kešatmiņā.

Informācija tiek izvadīta no bufera, kas ir sadalīta divos veidos: instrukcijas un vērtības. Abi nokļūst reģistros. Reģistri ir atmiņas šūnas, kas iebūvētas mikroshēmojumā. Tie ir arī divu veidu atkarībā no saņemtās informācijas veida: norādījumu reģistri un datu reģistri.

Viena no CPU sastāvdaļām ir aritmētiski loģiskā vienība. Tas nodarbojas ar informācijas transformāciju veikšanu, izmantojot aritmētiskos un loģiskos aprēķinus.

Šeit nonāk dati no reģistriem. Pēc tam aritmētiski loģiskā vienība nolasa ienākošos datus un izpilda komandas, kas nepieciešamas iegūto skaitļu apstrādei.

Šeit mēs atkal saskaramies ar šķelšanos. Galīgie rezultāti ir sadalīti pabeigtajos un nepabeigtajos. Tie atgriežas reģistros, un pabeigtie nonāk buferatmiņā.

Procesora kešatmiņa sastāv no diviem galvenajiem līmeņiem: augšējā un apakšējā. Jaunākās komandas un dati tiek nosūtīti uz augšējo kešatmiņu, bet tie, kas netiek izmantoti, tiek nosūtīti uz apakšējo kešatmiņu.

Tas ir, visa informācija, kas atrodas trešajā līmenī, pāriet uz otro, no kuras, savukārt, dati nonāk pirmajā. Gluži pretēji, nevajadzīgi dati tiek nosūtīti uz zemāku līmeni.

Pēc skaitļošanas cikla pabeigšanas tā rezultāti atkal tiek ierakstīti datora operatīvajā atmiņā. Tas notiek, lai nodrošinātu, ka CPU kešatmiņa ir atbrīvota un pieejama jaunām darbībām.

Bet dažreiz ir situācijas, kad buferatmiņa ir pilnībā pilna un nav vietas jaunām darbībām. Šajā gadījumā dati, kas pašlaik netiek izmantoti, nonāk RAM vai zemākā procesora atmiņas līmenī.

Procesoru veidi

Saprotot CPU darbības principu, ir pienācis laiks salīdzināt tā dažādos veidus. Ir daudz veidu procesoru. Ir gan vāji viena kodola modeļi, gan jaudīgas ierīces ar vairākiem kodoliem. Ir tādi, kas paredzēti tikai biroja darbam, un ir tādi, kas nepieciešami vismodernākajām spēlēm.

Šobrīd ir divi galvenie procesoru radītāji - AMD un Intel. Viņi ir tie, kas ražo visjaunākās un pieprasītākās mikroshēmas. Jums jāsaprot, ka atšķirība starp šo divu uzņēmumu mikroshēmām nav kodolu skaitā vai kopējā veiktspējā, bet gan arhitektūrā.

Tas ir, šo divu uzņēmumu produkti ir veidoti pēc dažādiem principiem. Un katram radītājam ir savs unikāls procesora veids, kura struktūra atšķiras no konkurenta.

Jāatzīmē, ka abām iespējām ir savas stiprās un vājās puses. Piemēram, Intel atšķiras šādi plusi :

• Mazāks enerģijas patēriņš;
• Lielākā daļa aparatūras veidotāju īpaši koncentrējas uz mijiedarbību ar Intel procesoriem;
• Spēļu veiktspēja ir augstāka;
• Intel vieglāk mijiedarbojas ar datora operatīvo atmiņu;
• Operācijas, kurām nepieciešama tikai viena programma, Intel tiek veiktas ātrāk.

Tajā pašā laikā ir arī savējie mīnusi :

• Parasti Intel mikroshēmojumi ir dārgāki nekā to AMD kolēģi;
• Strādājot ar vairākām smagām programmām, veiktspēja samazinās;
• Grafikas kodoli ir vājāki nekā konkurenta kodoli.

AMD atšķiras šādi priekšrocības:

• Daudz labāka cenas un kvalitātes attiecība;
• Spēj nodrošināt uzticamu visas sistēmas darbību;
• Ir iespējams pārspīlēt procesoru, palielinot tā jaudu par 10-20%;
• Jaudīgāki integrētie grafikas kodoli.

Tomēr AMD ir zemāks šādos parametros:

• Mijiedarbība ar RAM ir sliktāka;
• Vairāk enerģijas tiek tērēts procesora darbībai;
• Darbības frekvence otrajā un trešajā buferatmiņas līmenī ir zemāka;
• Spēļu veiktspēja ir zemāka.

Lai gan ir plusi un mīnusi, uzņēmumi turpina ražot labākos procesorus. Jums vienkārši jāizvēlas, kurš no tiem jums ir labāks. Galu galā nav iespējams viennozīmīgi pateikt, ka viens uzņēmums ir labāks par otru.

Galvenās īpašības

Tātad, mēs jau esam sapratuši, ka viena no galvenajām procesora īpašībām ir tā izstrādātājs. Bet ir vairāki parametri, kuriem, pērkot, jums jāpievērš vēl lielāka uzmanība.

Neatkāpsimies pārāk tālu no zīmola un pieminēsim, ka ir dažādas čipu sērijas. Katrs ražotājs ražo savas līnijas dažādās cenu kategorijās, kas izveidotas dažādiem uzdevumiem. Vēl viens saistīts parametrs ir CPU arhitektūra. Faktiski tie ir tā iekšējie orgāni, no kuriem ir atkarīga visa mikroshēmas darbība.

Nav acīmredzamākais, bet ļoti svarīgs parametrs ir kontaktligzda. Fakts ir tāds, ka pašā procesorā ligzdai ir jāsakrīt ar atbilstošo mātesplates ligzdu.

Pretējā gadījumā jūs nevarēsit apvienot šīs divas jebkura datora kritiskās sastāvdaļas. Tātad, saliekot sistēmas bloku, jums vai nu jāiegādājas mātesplate un jāmeklē tai mikroshēmojums, vai arī otrādi.

Tagad ir pienācis laiks noskaidrot, kādas procesora īpašības ietekmē tā veiktspēju. Bez šaubām, galvenais ir pulksteņa ātrums. Tas ir operāciju apjoms, ko var veikt noteiktā laika vienībā.

Šo rādītāju mēra megahercos. Tātad, ko ietekmē mikroshēmas pulksteņa ātrums? Tā kā tas norāda darbību skaitu noteiktā laikā, nav grūti uzminēt, ka no tā ir atkarīgs ierīces ātrums.

Vēl viens svarīgs rādītājs ir buferatmiņas apjoms. Kā minēts iepriekš, tas var būt augšējais un apakšējais. Tas ietekmē arī procesora veiktspēju.

CPU var būt viens vai vairāki kodoli. Daudzkodolu modeļi ir dārgāki. Bet ko ietekmē serdeņu skaits? Šis raksturlielums nosaka ierīces jaudu. Jo vairāk kodolu, jo jaudīgāka ierīce.

Secinājums

Centrālajam procesoram ir ne tikai viena no svarīgākajām, bet varētu pat teikt, galvenā loma datora darbībā. No tā būs atkarīga visas ierīces veiktspēja, kā arī uzdevumi, kuriem to parasti var izmantot.

Bet tas nenozīmē, ka ir nepieciešams iegādāties jaudīgāko procesoru vidējam datoram. Izvēlieties optimālo modeli, kas atbilst jūsu prasībām.

Procesors ir galvenā datora mikroshēma. Parasti tas ir arī viens no augsto tehnoloģiju un dārgākajiem datora komponentiem. Neskatoties uz to, ka procesors ir atsevišķa ierīce, tā struktūrā ir liels skaits komponentu, kas atbild par noteiktu funkciju. Kāda ir viņu specifika?

Procesors: ierīces funkcijas un izskata vēsture

Personālā datora komponentam, ko tagad mēdz dēvēt par centrālo procesoru, raksturīgs diezgan interesants izcelsmes stāsts. Tāpēc, lai izprastu tā specifiku, būs lietderīgi izpētīt dažus galvenos faktus par tā attīstības evolūciju. Ierīce, ko mūsdienu lietotāji pazīst kā centrālo procesoru, ir daudzu gadu skaitļošanas mikroshēmu ražošanas tehnoloģiju uzlabojumu rezultāts.

Laika gaitā mainījās inženieru redzējums par procesora struktūru. Pirmās un otrās paaudzes datoros atbilstošās sastāvdaļas sastāvēja no liela skaita atsevišķu bloku, kas ļoti atšķīrās to atrisinātajos uzdevumos. Sākot ar trešo datoru paaudzi, procesora funkcijas sāka aplūkot šaurākā kontekstā. Datoru projektēšanas inženieri noteica, ka tā ir mašīnu komandu atpazīšana un interpretācija, ievadīšana reģistros, kā arī citu datoru aparatūras komponentu kontrole. Visas šīs funkcijas sāka apvienot vienā ierīcē.

Mikroprocesori

Attīstoties datortehnoloģijām, datora struktūrā sāka ieviest ierīces, ko sauc par "mikroprocesoriem". Viena no pirmajām šāda veida ierīcēm bija Intel 4004, ko 1971. gadā izlaida kāda amerikāņu korporācija. Mikroprocesori vienas mikroshēmas mērogā savā struktūrā apvieno funkcijas, kuras mēs definējām iepriekš. Mūsdienu ierīces principā darbojas, pamatojoties uz to pašu koncepciju. Tādējādi klēpjdatora, personālā datora, planšetdatora centrālais procesors savā struktūrā satur: loģisku ierīci, reģistrus, kā arī vadības moduli, kas atbild par konkrētām funkcijām. Tomēr praksē mūsdienu mikroshēmu sastāvdaļas visbiežāk tiek piedāvātas sarežģītākā komplektā. Izpētīsim šo funkciju sīkāk.

Mūsdienu procesoru uzbūve

Mūsdienu personālā datora, klēpjdatora vai planšetdatora centrālo procesoru attēlo kodols - tagad par normu tiek uzskatīts, ka tie ir vairāki, kešatmiņa dažādos līmeņos, kā arī kontrolieri: RAM, sistēmas kopne. Noteiktā mikroshēmas veida veiktspēju nosaka tā galvenie raksturlielumi. Kādā kopumā tos var pasniegt?

Mūsdienu personālo datoru centrālā procesora svarīgākie parametri ir šādi: mikroarhitektūras veids (parasti norādīts nanometros), takts frekvence (gigahercos), kešatmiņas apjoms katrā līmenī (megabaitos), enerģijas patēriņš (in vati), kā arī grafikas moduļa esamība vai neesamība.

Sīkāk izpētīsim dažu centrālā procesora galveno moduļu darbības specifiku. Sāksim ar kodolu.

CPU kodols

Mūsdienu datora centrālajam procesoram vienmēr ir kodols. Tas satur mikroshēmas galvenos funkcionālos blokus, caur kuriem tā veic nepieciešamās loģiskās un aritmētiskās funkcijas. Parasti tie tiek parādīti dažos elementu komplektos. Tādējādi centrālā procesora dizains visbiežāk ietver bloku klātbūtni, kas ir atbildīgi par šādu uzdevumu risināšanu:

Instrukciju iegūšana un atkodēšana;

Datu paraugu ņemšana;

Izpildiet norādījumus;

Aprēķinu rezultātu saglabāšana;

Darbs ar pārtraukumiem.

Tāpat atbilstošā tipa mikroshēmu struktūru papildina vadības bloks, atmiņas ierīce, programmu skaitītājs un reģistru komplekts. Ļaujiet mums sīkāk apsvērt atbilstošo komponentu darbības specifiku.

Procesora kodols: komponenti

Starp atslēgu blokiem centrālā procesora kodolā ir tas, kas ir atbildīgs par instrukciju nolasīšanu, kas ierakstītas programmas skaitītājā ierakstītajā adresē. Parasti viena pulksteņa cikla laikā tiek veiktas vairākas atbilstoša veida darbības vienlaikus. Kopējo nolasāmo instrukciju skaitu iepriekš nosaka indikators dekodēšanas blokos. Galvenais princips šeit ir tāds, ka katrā pulksteņa ciklā iezīmētās sastāvdaļas tiek noslogotas pēc iespējas vairāk. Lai nodrošinātu atbilstību šim kritērijam, procesora struktūrā var būt papildu aparatūras elementi.

Dekodēšanas bloks apstrādā instrukcijas, kas nosaka mikroshēmas darbības algoritmu noteiktu problēmu risināšanā. To funkcionēšanas nodrošināšana ir grūts uzdevums, kā uzskata daudzi IT speciālisti. Tas daļēji ir saistīts ar faktu, ka instrukcijas ilgums ne vienmēr ir skaidri noteikts. Mūsdienu procesoros parasti ir 2 vai 4 bloki, kuros tiek veikta atbilstošā dekodēšana.

Attiecībā uz komponentiem, kas ir atbildīgi par datu izguvi, to galvenais uzdevums ir nodrošināt komandu saņemšanu no kešatmiņas vai RAM, kas nepieciešamas, lai nodrošinātu instrukciju izpildi. Mūsdienu procesoru kodoli parasti satur vairākus atbilstošā tipa blokus.

Arī mikroshēmā esošās vadības sastāvdaļas ir balstītas uz dekodētām instrukcijām. Tie ir paredzēti, lai kontrolētu to bloku darbu, kas ir atbildīgi par instrukciju izpildi, kā arī sadalītu uzdevumus starp tiem un uzraudzītu to savlaicīgu ieviešanu. Vadības komponenti pieder pie vissvarīgāko mikroprocesoru struktūras kategorijas.

Atbilstošā tipa mikroshēmu serdeņos ir arī bloki, kas atbild par pareizu instrukciju izpildi. To struktūra satur tādus elementus kā aritmētiskā un loģiskā vienība, kā arī komponents, kas atbild par peldošā komata aprēķiniem.

Procesora kodolos ir bloki, kas kontrolē instrukcijām instalēto paplašinājumu komplektu apstrādi. Šie algoritmi, kas papildina pamata komandas, tiek izmantoti, lai palielinātu datu apstrādes intensitāti un veiktu failu šifrēšanas vai atšifrēšanas procedūras. Lai atrisinātu šādas problēmas, mikroshēmas kodola struktūrā ir jāievieš papildu reģistri, kā arī instrukciju kopas. Mūsdienu procesori parasti ietver šādus paplašinājumus: MMX (paredzēts audio un video failu kodēšanai), SSE (izmanto paralēlai skaitļošanai), ATA (izmanto, lai paātrinātu programmas un samazinātu datora enerģijas patēriņu), 3DNow (paplašina datora multivides iespējas. ), AES (datu šifrēšana), kā arī daudzi citi standarti.

Procesora kodolu struktūrā parasti ir arī bloki, kas atbild par rezultātu saglabāšanu RAM saskaņā ar instrukcijā norādīto adresi.

Kodola komponents, kas kontrolē mikroshēmas pārtraukuma darbību, ir svarīgs. Šī funkcija ļauj procesoram nodrošināt programmu stabilitāti daudzuzdevumu veikšanas laikā.

Centrālā procesora darbs ietver arī reģistru izmantošanu. Šie komponenti ir analogi RAM, taču piekļuve tiem ir vairākas reizes ātrāka. Attiecīgā resursa apjoms ir mazs - parasti tas nepārsniedz kilobaitu. Reģistrus iedala vairākos veidos. Tie var būt vispārējas nozīmes komponenti, kurus izmanto, veicot aritmētiskos vai loģiskos aprēķinus. Ir īpašiem nolūkiem paredzēti reģistri, kuros var iekļaut sistēmas datus, ko procesors izmanto darbības laikā.

Procesora kodola struktūrā ir arī dažādi palīgkomponenti. Kuru piemēram? Tas varētu būt sensors, kas uzrauga pašreizējo CPU temperatūru. Ja tā veiktspēja ir augstāka par noteiktajiem standartiem, mikroshēma var nosūtīt signālu moduļiem, kas ir atbildīgi par ventilatoru darbību - un tie sāks griezties ātrāk. Kodola struktūrā ir pārejas prognozētājs - komponents, kas paredzēts, lai noteiktu, kuras komandas tiks izpildītas pēc noteiktu mikroshēmas veikto darbību ciklu pabeigšanas. Vēl viena svarīga komponenta piemērs ir programmu skaitītājs. Šis modulis ieraksta atbilstošā algoritma adresi, kas tiek pārsūtīta uz mikroshēmu brīdī, kad tā sāk izpildīt noteiktu ciklu.

Šī ir kodola struktūra, kas ir daļa no datora centrālā procesora. Tagad sīkāk izpētīsim dažus attiecīgā tipa mikroshēmu galvenos raksturlielumus. Proti: tehniskais process, pulksteņa frekvence, kešatmiņa un enerģijas patēriņš.

Procesora raksturlielumi: procesa veids

Datortehnoloģiju attīstība parasti tiek saistīta ar jaunu datoru paaudžu parādīšanos, pilnveidojoties skaitļošanas tehnoloģijām. Tajā pašā laikā, neskaitot veiktspējas rādītājus, viens no kritērijiem, lai datoru klasificētu kā noteiktu paaudzi, var būt tā absolūtais izmērs. Pirmie datori pēc izmēra bija salīdzināmi ar daudzstāvu ēku. Otrās paaudzes datori pēc izmēra bija salīdzināmi ar, piemēram, dīvānu vai klavierēm. Nākamā līmeņa datori jau bija ļoti tuvi tiem, kas mums ir pazīstami tagad. Savukārt mūsdienu personālie datori ir ceturtās paaudzes datori.

Patiesībā, kam tas viss? Fakts ir tāds, ka datoru evolūcijas laikā izveidojās neoficiāls noteikums: jo tehnoloģiski progresīvāka ir ierīce, jo mazāki tās izmēri ar tādu pašu veiktspēju vai pat lielāki. Tas pilnībā attiecas uz aplūkojamā centrālā procesora īpašībām, proti, tā ražošanas tehnisko procesu. Šajā gadījumā ir nozīme attālumam starp atsevišķiem silīcija kristāliem, kas veido mikroshēmas struktūru. Jo mazāks tas ir, jo lielāks ir atbilstošo elementu blīvums, ko centrālā procesora plate uzliek sev. Attiecīgi to var uzskatīt par produktīvāku. Mūsdienu procesori tiek ražoti, izmantojot 90-14 nm procesa tehnoloģiju. Šim rādītājam ir tendence pakāpeniski samazināties.

Pulksteņa frekvence

Centrālā procesora takts frekvence ir viens no galvenajiem tā veiktspējas rādītājiem. Tas nosaka, cik operāciju sekundē var veikt mikroshēma. Jo vairāk to, jo produktīvāks procesors un dators kopumā. Var atzīmēt, ka šis parametrs, pirmkārt, raksturo kodolu kā neatkarīgu centrālā procesora moduli. Tas ir, ja mikroshēmā ir vairāki atbilstoši komponenti, tad katrs no tiem darbosies ar atsevišķu frekvenci. Daži IT speciālisti uzskata par pieņemamu apkopot šīs īpašības visiem kodoliem. Ko tas nozīmē? Ja, piemēram, procesoram ir 4 kodoli ar frekvenci 1 GHz, tad datora kopējā veiktspēja, ievērojot šo metodiku, būs 4 GHz.

Frekvences komponenti

Aplūkojamais rādītājs veidojas no divām sastāvdaļām. Pirmkārt, šī ir sistēmas kopnes frekvence - to parasti mēra simtos megahercos. Otrkārt, tas ir koeficients, ar kuru tiek reizināts attiecīgais rādītājs. Dažos gadījumos procesoru ražotāji lietotājiem dod iespēju pielāgot abus parametrus. Tajā pašā laikā, ja iestatāt pietiekami augstas sistēmas kopnes un reizinātāja vērtības, varat ievērojami palielināt mikroshēmas veiktspēju. Tādā veidā procesors tiek pārspīlēts. Tiesa, tas jālieto uzmanīgi.

Fakts ir tāds, ka pārspīlēšana var ievērojami palielināt centrālā procesora temperatūru. Ja datorā nav instalēta atbilstoša dzesēšanas sistēma, tas var izraisīt mikroshēmas atteici.

Kešatmiņas lielums

Mūsdienu procesori ir aprīkoti ar kešatmiņas moduļiem. To galvenais mērķis ir īslaicīgi uzglabāt datus, ko parasti attēlo īpašu komandu un algoritmu kopums - tie, kas visbiežāk tiek izmantoti mikroshēmas darbībā. Ko tas nozīmē praksē? Pirmkārt, CPU slodzi var samazināt tāpēc, ka tās pašas komandas un algoritmi būs pieejami tiešsaistē. Mikroshēma, saņēmusi gatavas instrukcijas no kešatmiņas, netērē laiku, lai tās izstrādātu no nulles. Tā rezultātā dators darbojas ātrāk.

Kešatmiņas galvenā iezīme ir tās lielums. Jo lielāks tas ir, jo ietilpīgāks šis modulis ir attiecīgi procesora izmantoto instrukciju un algoritmu atrašanās vietas ziņā. Jo lielāka iespēja, ka mikroshēma vienmēr atradīs sev vajadzīgos un darbosies ātrāk. Kešatmiņa mūsdienu procesoros visbiežāk tiek sadalīta trīs līmeņos. Pirmais darbojas uz ātrāko un augstāko tehnoloģiju mikroshēmu bāzes, pārējās ir lēnākas. Pirmā līmeņa kešatmiņas apjoms mūsdienu procesoros ir aptuveni 128-256 KB, otrā - 1-8 MB, trešā - var pārsniegt 20 MB.

Enerģijas patēriņš

Vēl viens nozīmīgs mikroshēmas parametrs ir enerģijas patēriņš. CPU darbināšanai var būt nepieciešams ievērojams enerģijas patēriņš. Mūsdienu mikroshēmu modeļi patērē apmēram 40-50 W. Dažos gadījumos šim parametram ir ekonomiska nozīme - piemēram, ja mēs runājam par lielu uzņēmumu aprīkošanu ar vairākiem simtiem vai tūkstošiem datoru. Taču tikpat nozīmīgs faktors ir enerģijas patēriņš attiecībā uz procesoru pielāgošanu lietošanai mobilajās ierīcēs – klēpjdatoros, planšetdatoros, viedtālruņos. Jo zemāks ir atbilstošais indikators, jo ilgāks būs ierīces akumulatora darbības laiks.

Mēs runājam par Intel 4004 modeli. Tas nebija spēcīgs un varēja veikt tikai saskaitīšanas un atņemšanas darbības. Tas vienlaikus varēja apstrādāt tikai četrus informācijas bitus (tas ir, tas bija 4 biti). Bet savam laikam tā parādīšanās bija nozīmīgs notikums. Galu galā viss procesors ietilpst vienā mikroshēmā. Pirms Intel 4004 datoru pamatā bija vesels mikroshēmu vai diskrētu komponentu (tranzistoru) komplekts. 4004 mikroprocesors veidoja pamatu vienam no pirmajiem portatīvajiem kalkulatoriem.

Pirmais mikroprocesors mājas datoriem bija Intel 8080, kas tika ieviests 1974. gadā. Visa 8 bitu datora apstrādes jauda bija ietverta vienā mikroshēmā. Taču paziņojums par Intel 8088 procesoru bija patiesi ļoti svarīgs. Tas parādījās 1979. gadā, un no 1981. gada to sāka izmantot pirmajos masveidā ražotajos personālajos datoros – IBM PC.

Tad procesori sāka attīstīties un kļūt jaudīgāki. Ikviens, kurš ir vismaz nedaudz iepazinies ar mikroprocesoru nozares vēsturi, atceras, ka 8088 tika aizstāts ar 80286. Tad nāca 80386, kam sekoja 80486. Tad bija vairākas Pentium paaudzes: Pentium, Pentium II, III un Pentium 4. Visi šie Intel procesori balstīti uz pamata 8088 dizainu. Tie bija saderīgi. Tas nozīmē, ka Pentium 4 varēja apstrādāt jebkuru 8088 koda fragmentu, taču tas to darīja ar aptuveni piecus tūkstošus reižu lielāku ātrumu. Kopš tā laika nav pagājuši daudzi gadi, taču ir mainījušās vēl vairākas mikroprocesoru paaudzes.

Kopš 2004. gada Intel sāka piedāvāt daudzkodolu procesorus. Tajos izmantoto tranzistoru skaits pieaudzis par miljoniem. Bet pat tagad procesors ievēro vispārīgos noteikumus, kas tika izveidoti agrīnām mikroshēmām. Tabulā parādīta Intel mikroprocesoru vēsture līdz 2004. gadam (ieskaitot). Mēs sniegsim dažus paskaidrojumus par to, ko nozīmē tajā atspoguļotie rādītāji:

• Vārds. Procesora modelis
• Datums. Gads, kurā pirmo reizi tika ieviests procesors. Daudzi procesori tika ieviesti vairākas reizes, katru reizi palielinot to pulksteņa ātrumu. Tādējādi nākamā mikroshēmas modifikācija varētu tikt atkārtoti izsludināta pat vairākus gadus pēc tās pirmās versijas parādīšanās tirgū
• Tranzistori (tranzistoru skaits). Tranzistoru skaits mikroshēmā. Var redzēt, ka šis skaitlis nepārtraukti pieaug
• Mikroni (platums mikronos). Viens mikrons ir vienāds ar vienu miljono daļu no metra. Šī indikatora vērtību nosaka mikroshēmā esošās plānākās stieples biezums. Salīdzinājumam, cilvēka matu biezums ir 100 mikroni
• Pulksteņa ātrums. Maksimālais procesora ātrums
• Datu platums. Procesora aritmētiski loģiskās vienības (ALU) “bitu ietilpība”. 8 bitu ALU var saskaitīt, atņemt, reizināt un veikt citas darbības ar diviem 8 bitu skaitļiem. 32 bitu ALU var apstrādāt 32 bitu numurus. Lai pievienotu divus 32 bitu skaitļus, astoņu bitu ALU ir jāizpilda četras instrukcijas. 32 bitu ALU var veikt šo uzdevumu vienā instrukcijā. Daudzos (bet ne visos) gadījumos ārējās datu kopnes platums sakrīt ar ALU “bitu ietilpību”. 8088 procesoram bija 16 bitu ALU, bet 8 bitu kopne. Vēlākiem Pentijiem tipiska situācija bija, kad kopne jau bija 64 bitu, bet ALU joprojām bija 32 bitu.
• MIPS (miljons instrukciju sekundē). Ļauj aptuveni novērtēt procesora veiktspēju. Mūsdienu veic tik daudz dažādu uzdevumu, ka šis rādītājs ir zaudējis savu sākotnējo nozīmi un galvenokārt var tikt izmantots, lai salīdzinātu vairāku procesoru skaitļošanas jaudu (kā šajā tabulā)

Pastāv tieša saistība starp takts frekvenci, kā arī tranzistoru skaitu un procesora veikto darbību skaitu sekundē. Piemēram, 8088 procesora takts frekvence sasniedza 5 MHz, un veiktspēja: tikai 0,33 miljoni darbību sekundē. Tas nozīmē, ka vienas instrukcijas izpildei bija nepieciešami aptuveni 15 procesora cikli. 2004. gadā procesori jau varēja izpildīt divas instrukcijas katrā pulksteņa ciklā. Šis uzlabojums tika panākts, palielinot procesoru skaitu mikroshēmā.

Mikroshēmu sauc arī par integrālo shēmu (vai tikai par integrālo shēmu). Visbiežāk šī ir maza un plāna silīcija plāksne, kurā tiek “iespiesti” tranzistori. Mikroshēmā, kuras mala sasniedz divarpus centimetrus, var būt desmitiem miljonu tranzistoru. Vienkāršākie procesori var būt kvadrāti, kuru mala ir tikai daži milimetri. Un ar šo izmēru pietiek vairākiem tūkstošiem tranzistoru.

Mikroprocesoru loģika

Lai saprastu, kā darbojas mikroprocesors, jums vajadzētu izpētīt loģiku, uz kuras tas ir balstīts, kā arī iepazīties ar montāžas valodu. Šī ir mikroprocesora dzimtā valoda.

Mikroprocesors spēj izpildīt noteiktu mašīnas instrukciju (komandu) kopu. Darbojoties ar šīm komandām, procesors veic trīs galvenos uzdevumus:

• Izmantojot savu aritmētisko-loģisko vienību, procesors veic matemātiskās darbības: saskaitīšanu, atņemšanu, reizināšanu un dalīšanu. Mūsdienu mikroprocesori pilnībā atbalsta peldošā komata darbības (izmantojot speciālu peldošā komata aritmētisko procesoru)
• Mikroprocesors spēj pārvietot datus no viena veida atmiņas uz citu
• Mikroprocesoram ir iespēja pieņemt lēmumu un, pamatojoties uz pieņemto lēmumu, “lēkt”, tas ir, pārslēgties uz jaunas instrukciju kopas izpildi

Mikroprocesors satur:

• Adrešu autobuss. Šīs kopnes platums var būt 8, 16 vai 32 biti. Viņa nodarbojas ar adreses nosūtīšanu atmiņā
• Datu kopne: 8, 16, 32 vai 64 bitu platums. Šī kopne var nosūtīt datus uz atmiņu vai saņemt datus no atmiņas. Kad viņi runā par procesora “bitu ietilpību”, mēs runājam par datu kopnes platumu
• RD (lasīšanas) un WR (rakstīšanas) kanāli nodrošina mijiedarbību ar atmiņu
• Pulksteņa līnija (pulksteņa impulsu kopne), kas nodrošina procesora pulksteņa ciklus
• Atiestatīšanas līnija (dzēšanas kopne, atiestatīšanas kopne), kas atiestata programmas skaitītāju un restartē instrukciju izpildi

Tā kā informācija ir diezgan sarežģīta, pieņemsim, ka abu kopņu - adreses un datu kopnes - platums ir tikai 8 biti. Īsi apskatīsim šī salīdzinoši vienkāršā mikroprocesora komponentus:

• Reģistri A, B un C ir loģiskās mikroshēmas, ko izmanto starpposma datu glabāšanai
• Adreses fiksators ir līdzīgs reģistram A, B un C
• Programmas skaitītājs ir loģiskā mikroshēma (fiksators), kas vienā solī spēj palielināt vērtību par vienu (ja tas saņem atbilstošo komandu) un nulles vērtību (ja tiek saņemta atbilstošā komanda).
• ALU (aritmētiskā loģiskā vienība) var veikt saskaitīšanas, atņemšanas, reizināšanas un dalīšanas darbības starp 8 bitu skaitļiem vai darboties kā parastais summators
• Pārbaudes reģistrs ir īpašs fiksators, kas glabā ALU veikto salīdzināšanas darbību rezultātus. Parasti ALU salīdzina divus skaitļus un nosaka, vai tie ir vienādi vai viens ir lielāks par otru. Pārbaudes reģistrā ir iespējams saglabāt arī pēdējās summas darbības pārnēsāšanas bitu. Tas saglabā šīs vērtības flip-flop shēmā. Šīs vērtības vēlāk var izmantot komandu dekodētājs, lai pieņemtu lēmumus
• Seši bloki diagrammā ir apzīmēti ar "3-state". Tie ir šķirošanas buferi. Vadam var pieslēgt vairākus izvades avotus, taču kārtošanas buferis ļauj tikai vienam no tiem (vienlaikus) pārsūtīt vērtību: "0" vai "1". Tādējādi kārtošanas buferis var izlaist vērtības vai bloķēt izvades avotu no datu pārsūtīšanas
• Instrukciju reģistrs un instrukciju dekodētājs kontrolē visas iepriekš minētās sastāvdaļas

Šajā diagrammā nav parādītas komandu dekodētāja vadības līnijas, kuras var izteikt šādu “pasūtījumu” formā:

• "Reģistrs A pieņem vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Reģistrs B pieņem vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Reģistrs C pieņem vērtību, kas pašlaik nāk no aritmētiskās loģiskās vienības."
• "Programmas skaitītāja reģistrs ņem vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Adrešu reģistrs, lai pieņemtu vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Komandu reģistrs pieņem vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• “Palieliniet programmas skaitītāja vērtību [par vienu]”
• “Komandu skaitītājs tiks atiestatīts uz nulli”
• "Aktivizēt vienu no sešiem kārtošanas buferiem" (sešas atsevišķas vadības līnijas)
• "Pastāstiet aritmētiskajai loģiskajai vienībai, kāda darbība jāveic"
• "Pārbaudes reģistrs pieņem testa bitus no ALU"
• "Aktivizēt RD (lasīšanas kanālu)"
• “Aktivizēt WR (ieraksta kanālu)”

Komandu dekodētājs saņem datu bitus no testa reģistra, sinhronizācijas kanāla un arī no komandu reģistra. Ja pēc iespējas vienkāršojam instrukciju dekodētāja uzdevumu aprakstu, varam teikt, ka tieši šis modulis procesoram “pasaka”, kas šobrīd ir jādara.

Mikroprocesora atmiņa

Ar datora atmiņu un tās hierarhiju saistītās informācijas pārzināšana palīdzēs labāk izprast šīs sadaļas saturu.

Iepriekš rakstījām par autobusiem (adrese un dati), kā arī lasīšanas (RD) un rakstīšanas (WR) kanāliem. Šīs kopnes un kanāli ir savienoti ar atmiņu: brīvpiekļuves atmiņa (RAM) un lasāmatmiņa (ROM). Mūsu piemērā mēs aplūkojam mikroprocesoru, kura katras kopnes platums ir 8 biti. Tas nozīmē, ka tas spēj uzrunāt 256 baitus (no diviem līdz astotajai pakāpei). Tas var nolasīt vai ierakstīt 8 bitus datu no atmiņas vienlaikus. Pieņemsim, ka šim vienkāršajam mikroprocesoram ir 128 baiti ROM (sākot ar adresi 0) vai 128 baiti RAM (sākot ar adresi 128).

Tikai lasāmatmiņas modulis satur noteiktu iepriekš iestatītu pastāvīgu baitu kopu. Adrešu kopne pieprasa konkrētu baitu no ROM, kas jāpārsūta uz datu kopni. Kad lasīšanas kanāls (RD) maina stāvokli, ROM modulis piegādā pieprasīto baitu datu kopnei. Tas ir, šajā gadījumā ir iespējama tikai datu nolasīšana.

Procesors var ne tikai nolasīt informāciju no RAM, bet arī ierakstīt tajā datus. Atkarībā no tā, vai tiek veikta lasīšana vai rakstīšana, signāls nonāk lasīšanas kanālā (RD) vai rakstīšanas kanālā (WR). Diemžēl RAM ir nepastāvīga. Kad strāva tiek izslēgta, tiek zaudēti visi tajā saglabātie dati. Šī iemesla dēļ datoram ir nepieciešama nemainīga tikai lasāma atmiņas ierīce.

Turklāt teorētiski dators vispār var iztikt bez RAM. Daudzi mikrokontrolleri ļauj ievietot nepieciešamos datu baitus tieši procesora mikroshēmā. Bet bez ROM nav iespējams iztikt. Personālajos datoros ROM sauc par pamata ievades un izvades sistēmu (BIOS, Basic Input/Output System). Startējot, mikroprocesors sāk savu darbu, izpildot BIOS atrastās komandas.

BIOS komandas veic datora aparatūras pārbaudes un pēc tam piekļūst cietajam diskam un atlasa sāknēšanas sektoru. Šis sāknēšanas sektors ir atsevišķa maza programma, kuru BIOS vispirms nolasa no diska un pēc tam ievieto RAM. Pēc tam mikroprocesors sāk izpildīt komandas no sāknēšanas sektora, kas atrodas RAM. Sāknēšanas sektora programma norāda mikroprocesoram, kādi dati (kas ir paredzēti turpmākai procesoram) ir papildus jāpārvieto no cietā diska uz RAM. Tādā veidā procesors ielādē operētājsistēmu.

Mikroprocesora instrukcijas

Pat visvienkāršākais mikroprocesors spēj apstrādāt diezgan lielu instrukciju kopumu. Instrukciju kopums ir sava veida veidne. Katrai no šīm komandu reģistrā ielādētajām instrukcijām ir sava nozīme. Cilvēkiem nav viegli atcerēties bitu secību, tāpēc katra instrukcija tiek aprakstīta kā īss vārds, no kuriem katrs apzīmē noteiktu komandu. Šie vārdi veido procesora montāžas valodu. Montētājs pārtulko šos vārdus binārā koda valodā, ko procesors var saprast.

Šeit ir saraksts ar montāžas valodas komandvārdiem parastajam vienkāršajam procesoram, ko mēs uzskatām par piemēru savam stāstam:

• LOADA mem — ielādējiet reģistru A no kādas atmiņas adreses
• LOADB mem — ielādējiet reģistru B no kādas atmiņas adreses
• CONB con — ielādējiet konstantu vērtību reģistrā B
• SAVEB atmiņa — saglabājiet reģistra B vērtību atmiņā noteiktā adresē
• SAVEC mem — saglabājiet reģistra C vērtību atmiņā noteiktā adresē
• ADD — pievienojiet (pievienojiet) reģistru A un B vērtības. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• SUB — atņemiet reģistra B vērtību no reģistra A vērtības. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• MUL — reiziniet reģistru A un B vērtības. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• DIV — sadaliet reģistra A vērtību ar reģistra B vērtību. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• COM - Salīdziniet reģistru A un B vērtības. Pārsūtiet rezultātu uz testa reģistru
• JUMP adr - pāriet uz norādīto adresi
• JEQ adrs - ja ir izpildīts divu reģistru vērtību vienādības nosacījums, pārejiet uz norādīto adresi
• JNEQ adrs - ja nosacījums par vienādām vērtībām diviem reģistriem nav izpildīts, pārejiet uz norādīto adresi
• JG addr — ja vērtība ir lielāka, pārejiet uz norādīto adresi
• JGE adrese — ja vērtība ir lielāka vai vienāda ar, pārejiet uz norādīto adresi
• JL addr — ja vērtība ir mazāka, pārejiet uz norādīto adresi
• JLE addr — ja vērtība ir mazāka vai vienāda ar, pārejiet uz norādīto adresi
• STOP — apturēt izpildi

Angļu vārdi, kas apzīmē veiktās darbības, ir doti iekavās iemesla dēļ. Tātad mēs varam redzēt, ka montāžas valoda (tāpat kā daudzas citas programmēšanas valodas) ir balstīta uz angļu valodu, tas ir, uz parastajiem saziņas līdzekļiem tiem cilvēkiem, kuri radīja digitālās tehnoloģijas.

Mikroprocesora darbība, izmantojot faktoru aprēķina piemēru

Apskatīsim mikroprocesora darbību, izmantojot konkrētu tā izpildes piemēru vienkāršai programmai, kas aprēķina skaitļa “5” koeficientu. Vispirms atrisināsim šo problēmu “piezīmju grāmatiņā”:

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

C programmēšanas valodā šī koda daļa, kas veic šo aprēķinu, izskatītos šādi:

A=1;f=1;kamēr (a

Kad šī programma beigsies, mainīgais f satur faktoriāli pieci.

C kompilators pārtulko (tas ir, pārtulko) šo kodu montāžas valodas instrukciju komplektā. Procesorā, kuru mēs apsveram, RAM sākas ar adresi 128, un pastāvīgā atmiņa (kurā ir montāžas valoda) sākas ar adresi 0. Tāpēc šī procesora valodā šī programma izskatīsies šādi:

// Pieņemsim, ka a atrodas adresē 128 // Pieņemsim, ka F atrodas adresē 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // ja a > 5 lēciens uz 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 12816/7JUMP back to if 4816/7JUMP

Tagad rodas nākamais jautājums: kā visas šīs komandas izskatās pastāvīgajā atmiņā? Katra no šīm instrukcijām ir jāattēlo kā binārs skaitlis. Lai vienkāršotu materiāla izpratni, pieņemsim, ka katrai no mūsu aplūkotā procesora montāžas valodas komandām ir unikāls numurs:

• LOADA — 1
• LOADB — 2
• CONB — 3
• SAVEB - 4
• SAVEC atmiņa - 5
• PIEVIENOT - 6
• SUB — 7
• MUL — 8
• DIV — 9
• COM - 10
• JUMP adrese - 11
• JEQ adrese - 12
• JNEQ adrese - 13
• JG adrese - 14
• JGE adrese - 15
• JL adrese - 16
• JLE adrese - 17
• STOP — 18

// Pieņemsim, ka a atrodas adresē 128 // Pieņemsim, ka F atrodas adresē 129Addr mašīnas instrukcija/vērtība0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 15 16 4 // SAVEB 12981 1289 12810 3 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // 1 / 2 AV21 LOADA 12823 1 2824 3 // CONB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430 831 18 // STOP

Kā jūs ievērosiet, septiņas C koda rindas ir pārveidotas par 18 montāžas valodas rindām. Tie aizņēma 32 baitus ROM.

Dekodēšana

Saruna par dekodēšanu būs jāsāk ar filoloģisko jautājumu apsvēršanu. Diemžēl ne visiem datora terminiem ir savstarpēja atbilstība krievu valodā. Terminoloģijas tulkošana bieži notika spontāni, un tāpēc vienu un to pašu angļu valodas terminu var tulkot krievu valodā vairākos veidos. Tas notika ar vissvarīgāko mikroprocesora loģikas komponentu "instrukciju dekodētājs". Datoru eksperti to sauc gan par komandu dekodētāju, gan par instrukciju dekodētāju. Nevienu no šīm nosaukuma opcijām nevar saukt par vairāk vai mazāk “pareizu” nekā otru.

Instrukciju dekodētājs ir nepieciešams, lai pārvērstu katru mašīnkodu signālu komplektā, kas vada dažādus mikroprocesora komponentus. Ja mēs vienkāršojam viņa darbību būtību, mēs varam teikt, ka viņš ir tas, kurš koordinē “programmatūru” un “aparatūru”.

Apskatīsim komandu dekodētāja darbību, izmantojot ADD instrukcijas piemēru, kas veic pievienošanas darbību:

• Pirmā procesora pulksteņa cikla laikā instrukcija tiek ielādēta. Šajā brīdī komandu dekodētājam: jāaktivizē programmu skaitītāja kārtošanas buferis; aktivizēt lasīšanas kanālu (RD); aktivizējiet kārtošanas bufera fiksatoru, lai ievadītu ievades datus instrukciju reģistrā
• Otrā procesora pulksteņa cikla laikā tiek atšifrēta ADD instrukcija. Šajā posmā aritmētiskā loģiskā vienība veic saskaitīšanu un pārsūta vērtību uz reģistru C
• Procesora takts frekvences trešajā ciklā programmas skaitītājs palielina savu vērtību par vienu (teorētiski šī darbība pārklājas ar to, kas notika otrā cikla laikā)

Katru instrukciju var attēlot kā secīgi izpildītu darbību kopumu, kas noteiktā secībā manipulē ar mikroprocesora komponentiem. Tas nozīmē, ka programmatūras instrukcijas izraisa pilnīgi fiziskas izmaiņas: piemēram, mainot fiksatora pozīciju. Dažu instrukciju izpildei var būt nepieciešami divi vai trīs procesora pulksteņa cikli. Citiem var būt nepieciešami pat pieci vai seši cikli.

Mikroprocesori: veiktspēja un tendences

Tranzistoru skaits procesorā ir svarīgs faktors, kas ietekmē tā veiktspēju. Kā parādīts iepriekš, 8088 procesoram bija nepieciešami 15 pulksteņa cikli, lai izpildītu vienu instrukciju. Un vienas 16 bitu darbības veikšanai bija nepieciešami aptuveni 80 cikli. Tā tika izveidots šī procesora ALU reizinātājs. Jo vairāk tranzistoru un jaudīgāks ALU reizinātājs, jo vairāk procesors spēj paveikt vienā takts ciklā.

Daudzi tranzistori atbalsta cauruļvadu tehnoloģiju. Cauruļvada arhitektūras ietvaros izpildāmās instrukcijas daļēji pārklājas viena ar otru. Lai izpildītu instrukciju, var būt nepieciešami tie paši pieci cikli, taču, ja procesors vienlaikus apstrādā piecas instrukcijas (dažādās pabeigšanas stadijās), tad vienas instrukcijas izpildei vidēji būs nepieciešams viens procesora pulksteņa cikls.

Daudziem mūsdienu procesoriem ir vairāk nekā viens komandu dekodētājs. Un katrs no tiem atbalsta cauruļvadu izveidi. Tas ļauj vienā procesora ciklā izpildīt vairāk nekā vienu instrukciju. Šīs tehnoloģijas ieviešanai nepieciešams neticami daudz tranzistoru.

64 bitu procesori

Lai gan 64 bitu procesori kļuva plaši izplatīti tikai pirms dažiem gadiem, tie pastāv jau salīdzinoši ilgu laiku: kopš 1992. gada. Patlaban šādus procesorus piedāvā gan Intel, gan AMD. Par 64 bitu procesoru var uzskatīt tādu procesoru, kuram ir 64 bitu aritmētiskā loģiskā vienība (ALU), 64 bitu reģistri un 64 bitu kopnes.

Galvenais iemesls, kāpēc procesoriem ir nepieciešami 64 biti, ir tas, ka arhitektūra paplašina adrešu telpu. 32 bitu procesori var piekļūt tikai diviem vai četriem gigabaitiem RAM. Kādreiz šie skaitļi šķita gigantiski, taču ir pagājuši gadi un šodien tāda atmiņa vairs nevienu nepārsteigs. Pirms dažiem gadiem parasta datora atmiņa bija 256 vai 512 megabaiti. Tajos laikos četru gigabaitu ierobežojums traucēja tikai serveriem un iekārtām, kurās darbojas lielas datu bāzes.

Taču ātri vien izrādījās, ka pat parastajiem lietotājiem dažkārt pietrūkst divu vai pat četru gigabaitu RAM. Šis kaitinošais ierobežojums neattiecas uz 64 bitu procesoriem. Mūsdienās viņiem pieejamā adrešu telpa šķiet bezgalīga: divi līdz sešdesmit ceturtie baiti vai kaut kas līdzīgs miljardam gigabaitu. Pārskatāmā nākotnē tik gigantiska operatīvā atmiņa nav gaidāma.

64 bitu adrešu kopne, kā arī atbilstošo mātesplašu platās un ātrgaitas datu kopnes ļauj 64 bitu datoriem palielināt datu ievades un izvades ātrumu, mijiedarbojoties ar tādām ierīcēm kā cietais disks un videokarte. Šīs jaunās funkcijas ievērojami palielina mūsdienu skaitļošanas iekārtu veiktspēju.

Taču ne visi lietotāji izjutīs 64 bitu arhitektūras priekšrocības. Tas ir nepieciešams, pirmkārt, tiem, kas rediģē video un fotoattēlus, kā arī strādā ar dažādiem lieliem attēliem. 64 bitu datorus novērtē datorspēļu cienītāji. Bet tie lietotāji, kuri vienkārši izmanto datoru, lai sazinātos sociālajos tīklos un sērfotu tīmeklī un rediģētu teksta failus, visticamāk, vienkārši neizjutīs nekādas šo procesoru priekšrocības.

Pamatojoties uz materiāliem no computer.howstuffworks.com