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 šīs ierīces, vai arī tās sauc par komponentiem, kas “slēpjas” 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 svarīgāko datora ierīču skatu secībā, ko mēs tagad apsvērsim.

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 operāciju izpildi. Jo labāks procesors, jo ātrāk tas veiks tieši šīs darbības, attiecīgi, dators strādās ātrāk. Procesors, protams, ietekmē datora ātrumu un pat ļoti spēcīgi, taču datora ātrums būs atkarīgs arī no jūsu cietā diska, videokartes un RAM. Tātad jaudīgākais procesors negarantē lielu datora ātrumu, ja pārējās sastāvdaļas ir novecojušas.

3. Videokarte.

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

RAM ir tāda taisnstūrveida josla, kas līdzinās vecās spēļu konsoles kasetnei. Tas ir paredzēts pagaidu 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 citiem pagaidu datiem tiek glabāta operatīvajā atmiņā. RAM iezīme ir tāda, ka dati no tā tiek pilnībā izdzēsti pēc datora izslēgšanas.

Cietais disks, atšķirībā no RAM, ir paredzēts ilgstošai failu glabāšanai. Citā veidā to sauc par Vinčesteru. Tas saglabā datus uz īpašām plāksnēm. Pēdējos gados populāri ir arī SSD diskdziņi.

To īpašībās ietilpst liels ātrums, taču uzreiz ir mīnuss - tie ir dārgi. 64 GB SSD disks maksās tādu pašu cenu kā 750 GB cietais disks. Iedomājieties, cik maksās SSD vairākiem simtiem gigabaitu. Vau, vau! 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 sāk darboties ļoti ātri, programmas lido. Es plānoju pāriet uz SSD un glabāt savus parastos failus tradicionālā cietajā diskā.

Lai strādātu ar diskiem, ir nepieciešams diskdzinis. Lai gan to jau izmanto daudz retāk, galddatoros tas joprojām nekaitē. Sistēmas instalēšanai noderēs vismaz disks.

6. Dzesēšanas sistēmas.

Dzesēšanas sistēma ir ventilatori, 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 pieprasījuma. Ja kaut kas ir silts, tad vēlams atdzesēt. Ventilatori ir uzstādīti arī cietajos diskos un pašā korpusā. Ja korpusā esošais dzesētājs ir uzstādīts uz priekšējā paneļa, tad tas uzņem 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 sabojājas, un tāpēc tiek nopirkts atsevišķi, vai arī sākotnēji standarta datora īpašnieka kvalitāte nav apmierināta un viņš iegādājas citu skaņas sistēmu. Kopumā skaņas kartei ir tiesības atrasties arī šajā datoru ierīču sarakstā.

Barošanas avots ir nepieciešams, lai visas iepriekš minētās datora ierīces darbotos. Tas nodrošina visas sastāvdaļas ar nepieciešamo elektroenerģijas daudzumu.

8. Mājoklis

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 viss ir glīti uzstādīts, savīts, 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 ir nepieciešamas tā darbībai.

Perifērijas ierīces.

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

Pats monitors ir vajadzīgs, lai redzētu, ar ko mēs strādājam. Videokarte nosūta attēlu uz monitoru. Tie ir savienoti viens ar otru ar VGA vai HDMI kabeli.

Tastatūra ir paredzēta informācijas ievadīšanai, nu, protams, kāds darbs bez pilnvērtīgas tastatūras. Rakstiet tekstu, spēlējiet spēles, sērfojiet 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 klaviatūras, bez peles, nekur.

4. Skaļruņi.

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

Lai drukātu un skenētu dokumentus un visu, 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 tikai īsi apskatījām galvenos datoru ierīces, un citās saitēs, uz kurām jūs redzat zemāk, mēs sīkāk aplūkosim 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 “dzelzs” komponentiem ir centrālais procesors. Taču to cilvēku loks, kuri iedomājas, kā darbojas procesors, ir ļoti ierobežots. Lielākajai daļai lietotāju par to nav ne jausmas. Un pat tad, kad sistēma pēkšņi sāk "palēnināt", daudzi cilvēki domā, ka šis procesors nedarbojas labi, un nepievērš uzmanību citiem faktoriem. Lai pilnībā izprastu situāciju, apsveriet dažus CPU 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 sakārtotas. Pirmais mikroprocesors (starp citu, tas bija no Intel, modelis 4040) parādījās tālajā 1971. gadā. Tas varēja veikt tikai visvienkāršākās saskaitīšanas un atņemšanas darbības ar tikai 4 bitiem informācijas, t.i., tai bija 4 bitu arhitektūra.

Mūsdienu procesori, tāpat kā pirmdzimtie, ir balstīti uz tranzistoriem, un tiem ir daudz lielāks ātrums. Tie ir izgatavoti ar fotolitogrāfijas metodi no noteikta skaita atsevišķu silīcija plākšņu, kas veido vienu kristālu, kurā it kā tiek iespiesti tranzistori. Shēma ir izveidota uz īpaša paātrinātāja ar izkliedētiem bora joniem. Procesoru iekšējā struktūrā galvenie komponenti ir serdeņi, kopnes un funkcionālās daļiņas, ko sauc par pārskatījumiem.

Galvenās īpašības

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

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

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

Kādā frekvencē procesors darbojas, jūs varat uzzināt no tā deklarētajiem raksturlielumiem vai apskatīt informāciju sadaļā Bet komandu apstrādes laikā frekvence var mainīties, un overclocking (overlocking) laikā tā var palielināties līdz galējām robežām. Tādējādi deklarētais ir tikai vidējais rādītājs.

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

Kā darbojas procesors: instrukciju apstrāde

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

Operatīvā daļa norāda, kas datorsistēmai šobrīd jādara, operands nosaka, pie kā jāstrādā procesoram. 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.

Procesori pēc instrukciju apstrādes veida tiek iedalīti lineārajos (instrukciju izpilde to rakstīšanas secībā), cikliskajos un sazarotajos (instrukciju izpilde pēc zaru nosacījumu apstrādes).

Notiek darbības

Starp galvenajām procesoram piešķirtajām funkcijām izpildāmo komandu vai instrukciju nozīmē ir trīs galvenie uzdevumi:

• matemātiskas darbības, kuru pamatā ir aritmētiski loģiskā ierīce;
• datu (informācijas) pārvietošana no viena veida atmiņas uz citu;
• lēmuma pieņemšana par komandas izpildi, un uz tās pamata - izvēle pāriet uz citu komandu kopu izpildi.

Mijiedarbība ar atmiņu (ROM un RAM)

Šajā procesā ir jāņem vērā tādi komponenti kā kopne un lasīšanas/rakstīšanas kanāls, kas ir savienoti ar atmiņas ierīcēm. ROM satur pastāvīgu 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 rakstīšanas kanāls. Bet, ja paskatās, tad kopumā mūsdienu datori teorētiski varētu iztikt bez operatīvās atmiņas, jo mūsdienu mikrokontrolleri spēj ievietot nepieciešamos datu baitus tieši paša procesora mikroshēmas atmiņā. Bet bez ROM neiztikt.

Cita starpā sistēma sākas no aparatūras pārbaudes režīma (BIOS komanda), un tikai pēc tam vadība tiek nodota sāknējamai operētājsistēmai.

Kā pārbaudīt, vai procesors darbojas?

Tagad apskatīsim dažus procesora veselības pārbaudes aspektus. Ir skaidri jāsaprot, ka, ja procesors nedarbotos, dators vispār nevarētu sākt lejupielādi.

Cita lieta, kad gribas paskatīties uz procesora iespēju izmantošanas indikatoru noteiktā brīdī. To var izdarīt no standarta "Uzdevumu pārvaldnieka" (jebkura procesa priekšā ir norādīts, cik procentus no procesora slodzes tas dod). Lai vizuāli noteiktu šo parametru, varat izmantot veiktspējas cilni, kurā izmaiņas tiek izsekotas reāllaikā. Papildu opcijas var apskatīt, izmantojot īpašas programmas, piemēram, CPU-Z.

Varat arī izmantot vairākus procesora kodolus, izmantojot (msconfig) un papildu sāknēšanas opcijas.

Iespējamās problēmas

Visbeidzot, daži vārdi par problēmām. Šeit daudzi lietotāji bieži jautā, viņi saka, 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 piemēru par cilvēka ķermeņa funkcionēšanu, ir jāsaprot, ka sirds apstāšanās gadījumā viss ķermenis iet bojā. Tā tas ir 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. Tā izpilda mašīnas instrukcijas jeb programmas kodu un ir ierīces aparatūras pamatā.

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

Skatoties uz procesoru fiziski, tas ir mazs, plāns, kvadrātveida dēlis. Tam ir mazs izmērs, un tas ir 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 CPU nedos atbilstošu komandu, dators nespēs veikt pat visvienkāršāko darbību, piemēram, pievienot divus skaitļus. Neatkarīgi no tā, ko vēlaties darīt savā datorā, jebkura darbība ietver procesora izsaukumu. 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 videokontrollera 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 videokaršu vidusšķira procesoru video kontrolieri atstāj tālu aiz muguras. Tātad datora bez videokartes iespēja ir piemērota tikai biroja ierīcēm, kas neietver nekādus sarežģītus ar grafiku saistītus uzdevumus.

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

Kā darbojas procesors

Kas ir procesors veida sapratu. Bet kā tas darbojas? Tas ir ilgs un sarežģīts process, taču, kad esat to apguvis, tas ir pietiekami viegli. Centrālā procesora darbības principu var aplūkot pa posmiem.

Pirmkārt, programma tiek ielādēta RAM, no kuras tā iegūst visu nepieciešamo informāciju un komandu kopu, kas ir obligāta procesora vadības bloka izpildei. Tad visi šie dati nonāk buferatmiņā, tā sauktajā procesora kešatmiņā.

Informācija tiek izvadīta no bufera, kas ir sadalīta divos veidos: instrukcijas un vērtības. Gan tie, gan tie ietilpst reģistros. Reģistri ir atmiņas šūnas, kas iebūvētas mikroshēmojumā. Tie ir arī divos veidos atkarībā no saņemtās informācijas veida: norādījumu reģistri un datu reģistri.

Viena no CPU sastāvdaļām ir aritmētiskā loģiskā vienība. Tajā aplūkota informācijas transformāciju veikšana, izmantojot aritmētiskos un loģiskos aprēķinus.

Šeit ienāk dati no reģistriem. Pēc tam aritmētiski loģiskā vienība nolasa saņemtos 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, bet gatavie - uz buferatmiņu.

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

Tas ir, visa informācija, kas atrodas trešajā līmenī, tiek pārsūtīta uz otro, no kura, savukārt, dati nonāk pirmajā. Un nevajadzīgi dati, gluži pretēji, tiek nosūtīti uz zemāku līmeni.

Pēc aprēķinu cikla beigām tā rezultāti atkal tiek ierakstīti datora operatīvajā atmiņā. Tas ir paredzēts, 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, tiek novirzīti uz RAM vai uz zemāku procesora atmiņas līmeni.

Procesoru veidi

Ņemot vērā 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 tie, kas paredzēti tikai biroja darbam, un ir tādi, kas nepieciešami vismodernākajām spēlēm.

Šobrīd ir divi galvenie procesoru radītāji - AMD un Intel. Tieši viņi ražo visatbilstošākās un pieprasītākās čipsus. 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 izceļas ar tādiem plusi :

• Mazāks enerģijas patēriņš;
• Lielākā daļa dzelzs radītāju vadās tieši pēc mijiedarbības ar Intel procesoriem;
• Spēlēs veiktspēja ir augstāka;
• Intel ir vieglāk mijiedarboties ar datora operatīvo atmiņu;
• Operācijas, kas ieviestas tikai ar vienu programmu, Intel ir ātrākas.

Tajā pašā laikā ir arī mīnusi :

• Parasti Intel mikroshēmojumu izmaksas ir dārgākas nekā AMD līdzinieka;
• Strādājot ar vairākām smagām programmām, veiktspēja samazinās;
• Grafikas kodoli ir vājāki nekā konkurenta kodoli.

AMD atšķiras ar sekojošo ieguvumi:

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

Tomēr AMD ir zemāks šādos parametros:

• Mijiedarbība ar RAM ir sliktāka;
• Procesors patērē vairāk elektrības;
• Darba biežums buferatmiņas otrajā un trešajā līmenī ir mazāks;
• Spēlēs sniegums ir zemāks.

Lai gan to plusi un mīnusi izceļas, uzņēmumi turpina izlaist labākus procesorus. Jums vienkārši jāizvēlas, kurš no tiem ir vislabākais jums. 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, jāpievērš vēl lielāka uzmanība.

Mēs netiksim 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 jāatbilst atbilstošajai mātesplates ligzdai.

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

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

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

Vēl viens svarīgs rādītājs ir buferatmiņas apjoms. Kā minēts iepriekš, tas ir 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 datora darbībā ir ne tikai viena no svarīgākajām, bet var pat teikt, galvenā loma. Tieši no viņa būs atkarīgs visas ierīces veiktspēja, kā arī uzdevumi, kuriem to parasti ir iespējams izmantot.

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

Procesors ir galvenā datora mikroshēma. Kā likums, 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

PC komponentam, ko tagad parasti dēvē par centrālo procesoru, ir raksturīga diezgan interesanta izcelsmes vēsture. Tāpēc, lai izprastu tā specifiku, būs lietderīgi izpētīt dažus galvenos faktus par tā attīstības evolūciju. Ierīce, ko mūsdienu lietotājs pazīst kā centrālo procesoru, ir daudzu gadu skaitļošanas mikroshēmu ražošanas tehnoloģiju uzlabošanas rezultāts.

Laika gaitā mainījās inženieru redzējums par procesora struktūru. Pirmās un otrās paaudzes datoros atbilstošās sastāvdaļas sastāvēja no liela skaita atsevišķu bloku, kas bija ļoti atšķirīgi risināmo uzdevumu ziņā. Sākot ar trešās paaudzes datoriem, procesora funkcijas sāka skatīt 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 apvienoja savā struktūrā tās 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 struktūra

Mūsdienu 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. Atbilstošā tipa mikroshēmas veiktspēju nosaka tās galvenie raksturlielumi. Kādā kopumā tos var uzrādīt?

Nozīmīgākie CPU raksturlielumi mūsdienu personālajos datoros ir: mikroarhitektūras veids (parasti norādīts nanometros), pulksteņa ātrums (gigahercos), kešatmiņas lielums katrā līmenī (megabaitos), enerģijas patēriņš (vatos) un klātbūtne vai neesamība. grafiskās kartes modulis.

Sīkāk izpētīsim dažu galveno CPU moduļu specifiku. Sāksim ar kodolu.

Procesora 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 noteiktā elementu komplektā. Tātad centrālā procesora ierīce visbiežāk uzņem bloku klātbūtni, kas ir atbildīgi par šādu uzdevumu risināšanu:

Ienešanas un dekodēšanas instrukcijas;

Datu paraugu ņemšana;

Instrukciju izpilde;

Aprēķinu rezultātu saglabāšana;

Darbs ar pārtraukumiem.

Tāpat atbilstošā tipa mikroshēmu struktūru papildina vadības bloks, atmiņas ierīce, programmu skaitītājs un reģistru komplekts. Sīkāk apsvērsim atbilstošo komponentu specifiku.

Procesora kodols: komponenti

Starp atslēgu blokiem centrālā procesora kodolā ir tas, kas ir atbildīgs par instrukciju nolasīšanu, kas ierakstītas programmas skaitītājā fiksētajā adresē. Parasti viena cikla laikā tiek veiktas vairākas atbilstoša veida darbības vienlaikus. Kopējo nolasāmo instrukciju skaitu iepriekš nosaka indekss dekodēšanas blokos. Galvenais princips šeit ir tāds, ka katrā ciklā marķētās sastāvdaļas tiek noslogotas līdz maksimumam. Lai izpildītu šo kritēriju, procesora struktūrā var būt papildu aparatūras elementi.

Dekodēšanas blokā tiek apstrādātas instrukcijas, kas nosaka mikroshēmas darbības algoritmu noteiktu problēmu risināšanas gaitā. To funkcionēšanas nodrošināšana ir grūts uzdevums, 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 ielādi, to galvenais uzdevums ir nodrošināt komandu saņemšanu no kešatmiņas vai RAM, kas nepieciešamas, lai nodrošinātu instrukciju izpildi. Mūsdienu procesoru kodolos parasti ir vairāki atbilstošā tipa bloki.

Arī mikroshēmā esošās vadības sastāvdaļas ir balstītas uz dekodētām instrukcijām. Tie ir paredzēti, lai kontrolētu bloku darbu, kas ir atbildīgi par instrukciju izpildi, kā arī sadalītu uzdevumus starp tiem, kontrolētu to savlaicīgu izpildi. Vadības komponenti ir vieni no svarīgākajiem mikroprocesoru struktūrā.

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 iestatīto komplektu paplašināšanas apstrādi. Šie algoritmi, papildinot pamatkomandas, tiek izmantoti datu apstrādes intensitātes palielināšanai, failu šifrēšanas vai atšifrēšanas procedūru ieviešanai. Lai atrisinātu šādas problēmas, mikroshēmas kodola struktūrā ir jāievieš papildu reģistri, kā arī instrukciju komplekti. 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 (datoru multivides iespēju paplašināšana), 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.

Svarīgs ir kodola komponents, kas kontrolē mikroshēmas darbību ar pārtraukumiem. Šī funkcija ļauj procesoram nodrošināt programmu stabilitāti daudzuzdevumu apstākļos.

Centrālā procesora darbs ir saistīts arī ar 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 vairākās šķirnēs. Tie var būt vispārējas nozīmes komponenti, kas ir iesaistīti aritmētisko vai loģisko aprēķinu veikšanā. Ir īpašiem mērķiem paredzēti reģistri, kuros var būt sistēmas dati, ko procesors izmanto darbības laikā.

Procesora kodola struktūrā ir arī dažādi palīgkomponenti. Kuru piemēram? Tas varētu būt sensors, kas uzrauga CPU pašreizējo temperatūru. Ja tā veiktspēja ir augstāka par noteiktajām normām, mikroshēma var nosūtīt signālu moduļiem, kas ir atbildīgi par ventilatoru darbību - un tie sāks griezties ātrāk. Kodola struktūrā ir zaru prognozētājs - komponents, kas paredzēts, lai noteiktu, kuras komandas tiks izpildītas pēc tam, kad būs pabeigti noteikti mikroshēmas darbību cikli. Vēl viena svarīga komponenta piemērs ir programmu skaitītājs. Šis modulis fiksē atbilstošā algoritma adresi, kas tiek pārraidīta uz mikroshēmu brīdī, kad tā sāk izpildīt vienu vai otru ciklu.

Tāda ir kodola struktūra, kas ir iekļauta datora centrālajā procesora blokā. Tagad sīkāk izpētīsim dažus attiecīgā tipa mikroshēmu galvenos raksturlielumus. Proti: procesa tehnoloģija, pulksteņa frekvence, kešatmiņa un enerģijas patēriņš.

Procesora specifikācijas: Procesa veids

Datortehnoloģiju attīstība parasti tiek saistīta ar jaunu datoru paaudžu parādīšanos, pilnveidojoties skaitļošanas tehnoloģijām. Tajā pašā laikā, neskaitot veiktspējas rādītājus, par vienu no kritērijiem datora klasificēšanai konkrētai paaudzei var uzskatīt tā absolūto izmēru. Pirmie datori pēc izmēra bija salīdzināmi ar daudzstāvu ēku. Otrās paaudzes datori pēc izmēra bija salīdzināmi, piemēram, ar 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 gaitā izveidojās neoficiāls noteikums: jo tehnoloģiski progresīvāka ir ierīce, jo mazāki izmēri ar tādu pašu veiktspēju, un pat ar vairāk - tai ir. Tas ir pilnībā spēkā arī attiecībā uz aplūkoto centrālā procesora īpašību, proti, tā izgatavošanas 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 CPU plate uzliek sev. Turklāt to var uzskatīt par attiecīgi produktīvāku. Mūsdienu procesori ir izgatavoti pēc 90-14 nm procesa tehnoloģijas. Šim rādītājam ir tendence pakāpeniski samazināties.

Pulksteņa frekvence

CPU 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, ka ir pieņemami apkopot šos raksturlielumus visos kodolos. Ko tas nozīmē? Ja, piemēram, procesoram ir 4 kodoli ar frekvenci 1 GHz, tad kopējais datora veiktspējas rādītājs, ja ievēro 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 sniedz iespēju pielāgot abus iestatījumus. 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 pārspīlēšanas laikā centrālā procesora temperatūra var ievērojami palielināties. 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 pagaidu datu izvietošana, ko parasti attēlo īpašu komandu un algoritmu kopums - tie, kas visbiežāk tiek izmantoti mikroshēmas darbībā. Ko tas dod praksē? Pirmkārt, centrālā procesora noslogojumu var samazināt tāpēc, ka tiešsaistē būs pieejamas tās pašas komandas un algoritmi. Mikroshēma, saņēmusi gatavas instrukcijas no kešatmiņas, netērē laiku, lai tās izstrādātu no nulles. Tā rezultātā dators darbojas ātrāk.

Kešatmiņas galvenā iezīme ir apjoms. Jo lielāks tas ir, jo ietilpīgāks šis modulis ir attiecīgi tieši procesora izmantoto instrukciju un algoritmu atrašanās vietas ziņā. Jo lielāka iespēja, ka mikroshēma katru reizi atradīs starp tām vajadzīgos un darbosies ātrāk. Kešatmiņa mūsdienu procesoros visbiežāk tiek sadalīta trīs līmeņos. Pirmie 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 darbināšana var būt saistīta ar ievērojamu enerģijas patēriņu. Mūsdienu mikroshēmu modeļi patērē apmēram 40-50 vatus. Dažos gadījumos šim parametram ir ekonomiska nozīme - piemēram, ja runa ir par lielu uzņēmumu aprīkošanu ar vairākiem simtiem vai tūkstošiem datoru. Taču ne mazāk 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 modeli Intel 4004. Tas nebija jaudīgs un varēja veikt tikai saskaitīšanu un atņemšanu. Tajā pašā laikā tas varēja apstrādāt tikai četrus informācijas bitus (tas ir, tas bija 4 bitu). Bet savam laikam tā parādīšanās bija nozīmīgs notikums. Galu galā viss procesors ietilpa vienā mikroshēmā. Pirms Intel 4004 parādīšanās datoru pamatā bija vesels mikroshēmu vai diskrētu komponentu (tranzistoru) komplekts. 4004 mikroprocesors veidoja pamatu vienam no pirmajiem portatīvajiem kalkulatoriem.

Pirmais mikroprocesors mājas datoriem bija 1974. gadā ieviestais Intel 8080. Visa 8 bitu datora skaitļošanas jauda tika ievietota vienā mikroshēmā. Taču patiesi svarīgs bija paziņojums par procesoru Intel 8088. Tas parādījās 1979. gadā un kopš 1981. gada tika izmantots pirmajos masveidā ražotajos IBM PC personālajos datoros.

Tālāk procesori sāka attīstīties un iegūt jaudu. Ikviens, kurš vismaz nedaudz pārzina mikroprocesoru nozares vēsturi, atceras, ka 8088 tika aizstāts ar 80286. Tad pienāca kārta 80386, kam sekoja 80486. Tad bija vairākas Pentium paaudzes: Pentium, Pentium II, III un Pentium 4. Visi šie "Intel" procesori, kuru pamatā ir 8088 pamata dizains. Tie bija saderīgi. Tas nozīmē, ka Pentium 4 varēja apstrādāt jebkuru 8088 koda daļu, taču tas to darīja ar ātrumu aptuveni piecus tūkstošus reižu ātrāk. Kopš tā laika nav pagājuši tik daudz gadu, taču ir mainījušās vēl vairākas mikroprocesoru paaudzes.

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

• Vārds (Vārds). Procesora modelis
• Datums (Datums). Gads, kad procesors pirmo reizi tika ieviests. Daudzi procesori tika ieviesti vairākas reizes, katru reizi palielinot to pulksteņa ātrumu. Tādējādi par mikroshēmas nākamo modifikāciju varētu tikt atkārtoti paziņots pat vairākus gadus pēc tās pirmās versijas parādīšanās tirgū.
• Tranzistori (tranzistoru skaits). Tranzistoru skaits mikroshēmā. Var redzēt, ka šis skaitlis ir nepārtraukti palielinājies
• 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 aritmētiskās loģiskās vienības "bitness" (ALU, ALU). 8 bitu ALU var saskaitīt, atņemt, reizināt un veikt citas darbības ar diviem 8 bitu skaitļiem. 32 bitu ALU var strādāt ar 32 bitu numuriem. 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 ir tāds pats kā ALU "bitness". 8088 procesoram bija 16 bitu ALU, bet 8 bitu kopne. Late Pentiums bija raksturīga situācija, 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 vērtību un galvenokārt izmantojams, lai salīdzinātu vairāku procesoru apstrādes jaudu (kā šajā tabulā)

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

Mikroshēma tiek saukta arī par integrēto shēmu (vai vienkārši mikroshēmu). Visbiežāk šī ir maza un plāna silīcija plāksne, kurā tiek “iespiesti” tranzistori. Mikroshēmā, kuras sānu garums ir divarpus centimetri, var būt desmitiem miljonu tranzistoru. Vienkāršākie procesori var būt kvadrāti, kuru mala ir tikai daži milimetri. Un ar šo izmēru pietiek vairākiem tūkstošiem tranzistoru.

mikroprocesora 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 instrukcijām, procesors veic trīs galvenos uzdevumus:

• Ar savas aritmētiskās loģiskās vienības palīdzību procesors veic matemātiskas 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 savu lēmumu, "pārlēkt", tas ir, pārslēgties uz jaunas instrukciju kopas izpildi.

Mikroprocesors satur:

• Adrešu kopne (adrešu kopne). Šīs kopnes platums var būt 8, 16 vai 32 biti. Viņa nodarbojas ar adreses nosūtīšanu atmiņā
• Datu kopne (datu kopne): 8, 16, 32 vai 64 bitu platums. Šī kopne var nosūtīt datus uz atmiņu vai saņemt datus no tās. Runājot par procesora "bitness", mēs runājam par datu kopnes platumu
• Kanāli RD (lasīt, lasīt) un WR (rakstīt, rakstīt), nodrošinot mijiedarbību ar atmiņu
• Pulksteņa līnija (pulksteņa kopne), kas nodrošina procesora ciklus
• Atiestatīt līniju (kopnes dzēšana, kopnes atiestatīšana), programmas skaitītāja vērtības atiestatīšana un instrukciju izpildes restartēšana

Tā kā informācija ir diezgan sarežģīta, pieņemsim, ka abu kopņu platums - gan adreses, gan datu kopnes - ir tikai 8 biti. Un īsi apsveriet šī salīdzinoši vienkāršā mikroprocesora komponentus:

• Reģistri A, B un C ir loģiskās shēmas, 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 saskaitīšanu, atņemšanu, reizināšanu un dalīšanu 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 no tiem ir lielāks par otru. Pārbaudes reģistrs spēj saglabāt arī summētāja pēdējās darbības pārnēsāšanas bitu. Tas saglabā šīs vērtības sprūda shēmā. Nākotnē šīs vērtības var izmantot komandu dekodētājs, lai pieņemtu lēmumus.
• Seši diagrammas bloki ir apzīmēti ar "3-state". Tie ir šķirošanas buferi. Vadam var pievienot vairākus izvades avotus, bet kārtošanas buferis ļauj tikai vienam no tiem (vienlaikus) nodot 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 ar šādiem "pasūtījumiem":

• "Reģistrs A pieņem vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Reģistrējiet B, lai pieņemtu vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Reģistrējiet C, lai pieņemtu vērtību, kas pašlaik nāk no aritmētiskās loģiskās vienības"
• "Programmas skaitītājs reģistrē, lai pieņemtu vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Adrešu reģistrs, lai pieņemtu vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Instrukciju reģistrs, lai pieņemtu vērtību, kas pašlaik nāk no datu kopnes"
• "Programmas skaitītāja palielināšanas vērtība [par vienu]"
• "Atiestatīt komandu skaitītāju"
• "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 (lasīt kanālu)"
• "Aktivizēt WR (ierakstīšanas kanālu)"

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

mikroprocesora atmiņa

Iepazīšanās ar datora atmiņu un tās hierarhiju palīdzēs labāk izprast šīs sadaļas saturu.

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

Pastāvīgās atmiņas modulis satur noteiktu iepriekš instalētu pastāvīgo baitu kopu. Adrešu kopne pieprasa ROM noteiktu baitu, kas jānosūta datu kopnei. Kad lasīšanas kanāls (RD) maina savu stāvokli, ROM modulis nodrošina pieprasīto baitu datu kopnei. Tas ir, šajā gadījumā ir iespējama tikai datu nolasīšana.

No RAM procesors var ne tikai nolasīt informāciju, bet arī ierakstīt tajā datus. Atkarībā no tā, vai tiek veikta lasīšana vai rakstīšana, signāls nāk caur lasīšanas kanālu (RD) vai rakstīšanas kanālu (WR). Diemžēl RAM ir nepastāvīga. Kad strāva tiek izslēgta, tiek zaudēti visi tajā ievietotie dati. Šī iemesla dēļ datoram ir nepieciešama nemainīga tikai lasāmatmiņas 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 (BSVV, BIOS, Basic Input / Output System). Mikroprocesors sāk savu darbu startēšanas laikā, izpildot komandas, kuras tas atradis BIOS.

BIOS komandas veic datora aparatūras pārbaudi, 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 instrukcijas no sāknēšanas sektora, kas atrodas RAM. Sāknēšanas sektora programma norāda mikroprocesoram, kādi dati (kas paredzēti procesoram vēlākai izpildei) papildus jāpārvieto no cietā diska uz operatīvo atmiņu. Tādā veidā procesors ielādē operētājsistēmu.

mikroprocesora instrukcijas

Pat visvienkāršākais mikroprocesors spēj apstrādāt diezgan lielu instrukciju kopumu. Instrukciju komplekts ir sava veida veidne. Katrai no šīm instrukciju 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 valodā, ko procesors saprot.

Šeit ir saraksts ar montāžas valodas komandvārdiem vienkāršam nosacījuma 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 nemainīgu vērtību reģistrā B
• SAVEB mem - saglabā (saglabā) reģistra B vērtību atmiņā noteiktā adresē
• SAVEC mem - saglabā (saglabā) reģistra C vērtību atmiņā noteiktā adresē
• ADD - pievienojiet (pievienojiet) reģistra A un B vērtības. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• SUB - atņemiet (atņemiet) reģistra B vērtību no reģistra A vērtības. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• MUL — reiziniet (reizināt) reģistru A un B vērtības. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• DIV — dala (dala) reģistra A vērtību ar reģistra B vērtību. Saglabājiet darbības rezultātu reģistrā C
• COM - salīdziniet (salīdziniet) reģistru A un B vērtības. Pārsūtiet rezultātu uz testa reģistru
• JUMP adr - pāriet uz norādīto adresi
• JEQ adrs - ja ir izpildīts divu reģistru vienādu vērtību nosacījums, pārejiet (pārlēkt) uz norādīto adresi
• JNEQ adrese - ja nosacījums par vienādām divu reģistru vērtībām nav izpildīts, pārejiet (pārlēkt) uz norādīto adresi
• JG adr — ja vērtība ir lielāka, pārejiet uz norādīto adresi
• JGE adrese — ja vērtība ir lielāka vai vienāda ar, pārejiet uz norādīto adresi
• JL adrese — ja vērtība ir mazāka par, pārejiet uz norādīto adresi
• JLE adrese — ja vērtība ir mazāka vai vienāda ar, pārejiet uz norādīto adresi
• STOP - Apturēt (apturēt) izpildi

Angļu vārdi, kas apzīmē veiktās darbības, iemesla dēļ ir norādīti iekavās. 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 darbs uz faktoru aprēķina piemēra

Apsveriet mikroprocesora darbību konkrētā vienkāršas programmas izpildes piemērā, 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 tiks pabeigta, mainīgais f satur faktoriāli pieci.

C kompilators pārtulko (tas ir, pārtulko) šo kodu montāžas valodas instrukciju kopā. Procesorā, kuru mēs apsveram, RAM sākas ar adresi 128, un tikai lasāmā atmiņa (kas satur montāžas valodu) sākas ar adresi 0. Tāpēc šī procesora valodā šī programma izskatīsies šādi:

// Pieņemsim a adresē 128 // Pieņemsim F adresē 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // ja a > 5, pāreja 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 JUMP 4 // cilpa atpakaļ uz if1.

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 mūsu aplūkotā procesora montāžas valodas instrukcijai ir unikāls numurs:

• LOAD-1
• LOAD-2
• CONB-3
• SAVEB-4
• SAVEC atmiņa - 5
• ADD-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

// Pieņemt a adresē 128 // Pieņemt F adresē 129Addr mašīnas instrukcija/vērtība0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 12917 //// ADA21 128983 / CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 128 128 118

Kā redzat, 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 izskatīšanu. Diemžēl ne visiem datora terminiem ir nepārprotama atbilstība krievu valodā. Terminoloģijas tulkošana bieži noritēja spontāni, un tāpēc vienu un to pašu angļu valodas terminu var tulkot krievu valodā vairākos veidos. Un tā tas notika ar mikroprocesoru loģikas vissvarīgāko komponentu "instrukciju dekodētājs". Datoru eksperti to sauc gan par instrukciju dekodētāju, gan par instrukciju dekodētāju. Nevienu no šiem nosaukuma variantiem nevar saukt par vairāk vai mazāk "pareizu" kā otru.

Instrukciju dekodētājs ir nepieciešams, lai katru mašīnkodu pārvērstu signālu komplektā, kas iedarbina dažādas mikroprocesora sastāvdaļas. Ja mēs vienkāršosim viņa darbību būtību, mēs varam teikt, ka tas ir tas, kurš koordinē "programmatūru" un "aparatūru".

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

• Procesora pirmā pulksteņa cikla laikā tiek ielādēta instrukcija. Šajā posmā instrukciju dekodētājam: jāaktivizē instrukciju skaitītāja kārtošanas buferis; aktivizēt lasīšanas kanālu (RD); aktivizējiet kārtošanas bufera fiksatoru, lai nodotu ievadi instrukciju reģistram
• Otrā procesora pulksteņa cikla laikā tiek atšifrēta ADD instrukcija. Šajā brīdī ALU veic pievienošanu 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 ir, programmas instrukcijas noved pie pilnīgi fiziskām izmaiņām: piemēram, mainot fiksatora pozīciju. Dažu norādījumu 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, lai veiktu vienu 16 bitu darbību, vispār bija nepieciešami aptuveni 80 cikli. Tā tika sakārtots šī procesora ALU reizinātājs. Jo vairāk tranzistoru un jaudīgāks ALU reizinātājs, jo vairāk procesoram izdodas paveikt vienā ciklā.

Daudzi tranzistori atbalsta cauruļvadu tehnoloģiju. Cauruļvada arhitektūras ietvaros viens otram tiek daļēji uzspiestas izpildāmās instrukcijas. Lai izpildītu instrukciju, var būt nepieciešami tie paši pieci cikli, bet, ja procesors vienlaicīgi apstrādā piecas instrukcijas (dažādās izpildes stadijās), tad vidēji vienas instrukcijas izpildei būs nepieciešams viens procesora pulksteņa cikls.

Daudzos mūsdienu procesoros ir vairāk nekā viens instrukciju dekodētājs. Un katrs no tiem atbalsta cauruļvadu izveidi. Tas ļauj vienā procesora ciklā izpildīt vairāk nekā vienu instrukciju. Lai ieviestu šo tehnoloģiju, ir 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. 64 bitu procesors ir tāds, 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 šī 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 ar šādu atmiņu nevienu nepārsteigsi. Pirms dažiem gadiem parasta datora atmiņa bija 256 vai 512 megabaiti. Toreiz 4 GB ierobežojums bija problēma tikai serveriem un iekārtām, kurās darbojas lielas datu bāzes.

Bet ļoti ātri izrādījās, ka pat parastajiem lietotājiem dažreiz nepietiek ar diviem vai pat četriem gigabaitiem RAM. Šis kaitinošais ierobežojums neattiecas uz 64 bitu procesoriem. Viņiem pieejamā adrešu telpa mūsdienās šķiet bezgalīga: divi līdz sešdesmit ceturtie baiti, tas ir, apmēram miljards 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 ievades un izvades datu ātrumu, mijiedarbojoties ar tādām ierīcēm kā cietais disks un videokarte. . Šīs jaunās funkcijas ievērojami palielina mūsdienu datoru 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, izmantojot datoru, vienkārši komunicē sociālajos tīklos un sērfo tīmeklī un rediģē teksta failus, visticamāk, vienkārši neizjutīs nekādas šo procesoru priekšrocības.

Iegūts no computer.howstuffworks.com