Glavne naprave računalnika "živijo" v sistemski enoti. Sem spadajo: matična plošča, procesor, grafična kartica, RAM, trdi disk. Toda zunaj njega, običajno na mizi, "živijo" tudi nič manj pomembne računalniške naprave. Kot so: monitor, miška, tipkovnica, zvočniki, tiskalnik.

V tem članku si bomo ogledali Iz česa je sestavljen računalnik kako izgledajo te naprave, kakšno funkcijo opravljajo in kje se nahajajo.

Sistemska enota.

V prvi kategoriji bomo analizirali tiste naprave, ali pa jih imenujemo tudi komponente, ki se "skrivajo" v sistemski enoti. Za njegovo delo so najpomembnejši. Mimogrede, lahko takoj pogledate v sistemsko enoto. To ni težko. Dovolj je, da odvijete dva vijaka na zadnji strani sistemske enote in premaknete pokrov na stran, nato pa bomo videli pogled na najpomembnejše računalniške naprave, po vrstnem redu, ki jih bomo zdaj obravnavali.

Matična plošča je tiskano vezje, ki je zasnovano za povezovanje glavnih komponent računalnika. Nekateri od njih, na primer procesor ali grafična kartica, so nameščeni neposredno na sami matični plošči v za to zasnovano režo. Drugi del komponent, na primer trdi disk ali napajalnik, je povezan z matično ploščo s posebnimi kabli.

Procesor je mikročip in hkrati »možgani« računalnika. zakaj? Ker je odgovoren za izvedbo vseh operacij. Boljši kot je procesor, hitreje bo izvajal te operacije, oziroma bo računalnik deloval hitreje. Procesor seveda vpliva na hitrost računalnika in celo zelo močno, vendar bo hitrost računalnika odvisna tudi od vašega trdega diska, video kartice in RAM-a. Najmočnejši procesor torej ne zagotavlja visoke hitrosti računalnika, če so ostale komponente zastarele.

3. Video kartica.

Video kartica ali drugače grafična kartica je zasnovana za prikazovanje slik na zaslonu monitorja. Prav tako je nameščen v matični plošči, v posebnem priključku PSI-Express. Manj pogosto je grafično kartico mogoče vgraditi v samo matično ploščo, vendar je njena moč najpogosteje dovolj le za pisarniške aplikacije in brskanje po internetu.

RAM je taka pravokotna palica, podobna kartuši iz starih igralnih konzol. Namenjen je začasnemu shranjevanju podatkov. Na primer, shrani odložišče. Na spletnem mestu smo kopirali nekaj besedila in takoj je prišlo v RAM. Informacije o delujočih programih, načinu spanja računalnika in drugih začasnih podatkih so shranjeni v RAM-u. Značilnost RAM-a je, da se podatki iz njega popolnoma izbrišejo po izklopu računalnika.

Trdi disk je za razliko od RAM-a zasnovan za dolgotrajno shranjevanje datotek. Na drug način se imenuje Winchester. Podatke hrani na posebnih tablicah. V zadnjih letih so postali priljubljeni tudi SSD pogoni.

Njihove značilnosti vključujejo visoko hitrost, vendar je takoj minus - dragi so. 64 GB SSD disk vas bo stal enako ceno kot trdi disk 750 GB. Predstavljajte si, koliko bo stal SSD za nekaj sto gigabajtov. Vau, vau! Ampak ne bodite razburjeni, lahko kupite pogon SSD 64 GB in ga uporabite kot sistemski pogon, torej nanj namestite Windows. Pravijo, da se hitrost dela večkrat poveča. Sistem se zažene zelo hitro, programi letijo. Načrtujem prehod na SSD in obdržati svoje običajne datoteke na tradicionalnem trdem disku.

Za delo z diski je potreben diskovni pogon. Čeprav se že veliko manj uporablja, na namiznih računalnikih še vedno ne škodi. Vsaj pogon bo prišel prav za namestitev sistema.

6. Hladilni sistemi.

Hladilni sistem so ventilatorji, ki hladijo komponente. Običajno so nameščeni trije ali več hladilnikov. Ne pozabite imeti enega na procesorju, enega na grafični kartici in enega na napajalniku, nato pa na zahtevo. Če je nekaj toplo, potem je zaželeno, da se ohladi. Ventilatorji so nameščeni tudi na trdih diskih in v samem ohišju. Če je hladilnik v ohišju nameščen na sprednji plošči, potem odvzame toploto, hladilniki, nameščeni na zadnjem delu, pa dovajajo hladen zrak v sistem.

Zvočna kartica oddaja zvok v zvočnike. Običajno je vgrajen v matično ploščo. Toda zgodi se, da se bodisi pokvari in ga zato kupi ločeno, ali pa sprva kakovost standardnega lastnika osebnega računalnika ni zadovoljna in kupi drug zvočni sistem. Na splošno ima zvočna kartica tudi pravico biti na tem seznamu računalniških naprav.

Za delovanje vseh zgornjih računalniških naprav je potreben napajalnik. Vsem komponentam zagotavlja potrebno količino električne energije.

8. Stanovanje

In da bi nekam postavili matično ploščo, procesor, video kartico, RAM, trdi disk, disketni pogon, zvočno kartico, napajalnik in morda še kakšne dodatne komponente, potrebujemo etui. Tam je vse lepo nameščeno, zvito, povezano in začne vsakdanje življenje, od vklopa do izklopa. V ohišju se vzdržuje zahtevana temperatura in vse je zaščiteno pred poškodbami.

Kot rezultat dobimo popolno sistemsko enoto z vsemi najpomembnejšimi računalniškimi napravami, ki so potrebne za njeno delovanje.

Periferne naprave.

No, da bi lahko v celoti začeli delati na računalniku in ne gledati na "brenčečo" sistemsko enoto, potrebujemo zunanje naprave. Sem spadajo tiste računalniške komponente, ki so zunaj sistemske enote.

Sam monitor je potreben, da vidimo, s čim delamo. Video kartica pošlje sliko na monitor. Med seboj so povezani s kablom VGA ali HDMI.

Tipkovnica je zasnovana za vnos informacij, no, seveda, kakšno delo brez polnopravne tipkovnice. Vnašajte besedilo, igrajte igre, brskajte po internetu in povsod, kjer potrebujete tipkovnico.

3. Miška.

Za nadzor kazalca na zaslonu je potrebna miška. Premaknite ga v različne smeri, kliknite, odprite datoteke in mape, pokličite različne funkcije in še veliko več. Tako kot brez tipkovnice, brez miške, nikjer.

4. Zvočniki.

Zvočniki so potrebni predvsem za poslušanje glasbe, gledanje filmov in igranje iger. Kdo še danes uporablja stolpce bolj kot običajni uporabniki, ki jih pri teh opravilih dnevno reproducira.

Tiskalnik in skener sta potrebna za tiskanje in skeniranje dokumentov in vsega, kar je potrebno na področju tiska. Ali MFP, večnamenska naprava. Prišel bo prav vsem tistim, ki s to napravo pogosto tiskate, skenirate, fotokopirate in opravljate številna druga opravila.

V tem članku smo le na kratko pregledali glavne računalniške naprave, in v drugih, povezave do katerih vidite spodaj, si bomo podrobneje ogledali vse najbolj priljubljene periferne naprave, pa tudi komponente, ki so del sistemske enote, torej komponente.

Uživajte v branju!

Skoraj vsi vedo, da je v računalniku glavni element med vsemi "železnimi" komponentami centralna procesna enota. Toda krog ljudi, ki si predstavljajo, kako deluje procesor, je zelo omejen. Večina uporabnikov o tem nima pojma. In tudi ko se sistem nenadoma začne "upočasnjevati", mnogi mislijo, da ta procesor ne deluje dobro, in ne pripisujejo pomena drugim dejavnikom. Če želite v celoti razumeti situacijo, razmislite o nekaterih vidikih CPE.

Kaj je centralna procesna enota?

Iz česa je izdelan procesor?

Če govorimo o tem, kako deluje procesor Intel ali njegov konkurent AMD, morate pogledati, kako so ti čipi urejeni. Prvi mikroprocesor (mimogrede je bil Intelov, model 4040) se je pojavil leta 1971. Izvajal je lahko le najpreprostejše operacije seštevanja in odštevanja s samo 4-bitnimi informacijami, torej je imel 4-bitno arhitekturo.

Sodobni procesorji, tako kot prvorojenec, temeljijo na tranzistorjih in imajo veliko večjo hitrost. Izdelane so s fotolitografijo iz določenega števila posameznih silicijevih rezin, ki sestavljajo en sam kristal, v katerega so tako rekoč vtisnjeni tranzistorji. Shema je ustvarjena na posebnem pospeševalniku z razpršenimi borovimi ioni. V notranji strukturi procesorjev so glavne komponente jedra, vodila in funkcionalni delci, imenovani revizije.

Glavne značilnosti

Kot za vsako drugo napravo so tudi za procesor značilni določeni parametri, ki jih pri odgovoru na vprašanje, kako procesor deluje, ni mogoče prezreti. Najprej je to:

• Število jeder;
• število niti;
• velikost predpomnilnika (notranji pomnilnik);
• taktna frekvenca;
• hitrost avtobusa.

Za zdaj se osredotočimo na hitrost ure. Ni čudno, da se procesor imenuje srce računalnika. Tako kot srce deluje v pulzirajočem načinu z določenim številom ciklov na sekundo. Taktna frekvenca se meri v MHz ali GHz. Višja kot je, več operacij lahko naprava izvede.

Pri kateri frekvenci procesor deluje, lahko ugotovite iz njegovih deklariranih lastnosti ali si ogledate informacije v Toda v procesu obdelave ukazov se frekvenca lahko spremeni, med overclockingom (overlocking) pa se lahko poveča do skrajnih meja. Tako je deklarirano le povprečen kazalnik.

Število jeder je indikator, ki določa število računalniških centrov procesorja (ne smemo zamenjati z nitmi - število jeder in niti se morda ne ujemata). Zaradi te distribucije je mogoče operacije preusmeriti na druga jedra in s tem povečati splošno zmogljivost.

Kako deluje procesor: obdelava navodil

Zdaj malo o strukturi izvedljivih ukazov. Če pogledate, kako deluje procesor, morate jasno razumeti, da ima vsako navodilo dve komponenti - operacijski in operand.

Operacijski del označuje, kaj naj računalniški sistem počne v tem trenutku, operand določa, na čem naj deluje procesor. Poleg tega lahko jedro procesorja vsebuje dva računalniška centra (vsebniki, niti), ki razdelita izvajanje ukaza na več stopenj:

• proizvodnja;
• dešifriranje;
• izvajanje ukaza;
• dostop do pomnilnika samega procesorja
• shranite rezultat.

Danes se uporablja ločeno predpomnjenje v obliki uporabe dveh ravni predpomnilnika, kar omogoča izogibanje prestrezanju dveh ali več ukazov za dostop do enega od pomnilniških blokov.

Procesorje glede na vrsto obdelave ukazov delimo na linearne (izvajanje ukazov v vrstnem redu, v katerem so zapisana), ciklične in razvejane (izvajanje navodil po obdelavi pogojev veje).

Operacije v teku

Med glavnimi funkcijami, ki so dodeljene procesorju, v smislu izvršljivih ukazov ali navodil, so tri glavne naloge:

• matematične operacije na podlagi aritmetično-logične naprave;
• premikanje podatkov (informacij) iz ene vrste pomnilnika v drugo;
• sprejemanje odločitve o izvedbi ukaza in na njegovi podlagi - izbira preklopa na izvajanje drugih sklopov ukazov.

Interakcija s pomnilnikom (ROM in RAM)

Pri tem procesu je treba opozoriti na komponente, kot sta vodilo in kanal za branje/pisanje, ki so povezani s pomnilniško napravo. ROM vsebuje stalen nabor bajtov. Najprej naslovno vodilo zahteva določen bajt iz ROM-a, nato ga prenese v podatkovno vodilo, po katerem kanal za branje spremeni svoje stanje in ROM zagotovi zahtevani bajt.

Toda procesorji ne morejo samo brati podatkov iz RAM-a, ampak jih tudi zapisovati. V tem primeru se uporablja kanal za pisanje. Ampak, če pogledate, na splošno bi sodobni računalniki teoretično lahko sploh brez RAM-a, saj so sodobni mikrokrmilniki sposobni postaviti potrebne podatkovne bajte neposredno v pomnilnik samega procesorskega čipa. Ampak brez ROM-a ne gre.

Med drugim se sistem zažene iz testnega načina strojne opreme (ukaz BIOS), šele nato se nadzor prenese na zagonski operacijski sistem.

Kako preveriti, ali procesor deluje?

Zdaj pa si poglejmo nekaj vidikov preverjanja zdravja procesorja. Jasno je treba razumeti, da če procesor ne bi deloval, računalnik sploh ne bi mogel začeti prenašati.

Druga stvar je, ko si želite v določenem trenutku pogledati indikator izrabe zmogljivosti procesorja. To lahko storite iz standardnega "Upravitelja opravil" (pred katerim koli procesom je navedeno, koliko odstotkov obremenitve procesorja daje). Za vizualno določitev tega parametra lahko uporabite zavihek uspešnosti, kjer se spremembe spremljajo v realnem času. Napredne možnosti si lahko ogledate s posebnimi programi, kot je CPU-Z.

Uporabite lahko tudi več procesorskih jeder z uporabo (msconfig) in naprednih možnosti zagona.

Možne težave

Za konec še nekaj besed o težavah. Tu se mnogi uporabniki pogosto sprašujejo, pravijo, zakaj procesor deluje, monitor pa se ne vklopi? Ta situacija nima nobene zveze s centralnim procesorjem. Dejstvo je, da se ob vklopu katerega koli računalnika najprej preizkusi grafični adapter in šele nato vse ostalo. Morda je težava ravno v procesorju grafičnega čipa (vsi sodobni video pospeševalniki imajo svoje grafične procesorje).

Toda na primeru delovanja človeškega telesa je treba razumeti, da v primeru srčnega zastoja umre celotno telo. Tako je tudi z računalniki. Procesor ne deluje - celoten računalniški sistem "umre".

Procesor je glavni del katere koli računalniške naprave. Toda mnogi uporabniki zelo slabo razumejo, kaj je procesor v računalniku in kakšno funkcijo opravlja. Čeprav je v sodobnem svetu to pomembna informacija, poznavanje katere se lahko izogneš številnim resnim napačnim predstavam. Če želite izvedeti več o čipu, ki napaja vaš računalnik, ste prišli na pravo mesto. V tem članku boste izvedeli, čemu je namenjen procesor in kako vpliva na delovanje celotne naprave.

Kaj je centralna procesna enota

V tem primeru govorimo o centralnem procesorju. Konec koncev so v računalniku še drugi, na primer video procesor.

Centralna procesna enota je glavni del računalnika, ki je elektronska enota ali integrirano vezje. Izvaja strojna navodila ali programsko kodo in je osnova strojne opreme naprave.

Preprosto povedano, to je srce in možgani računalnika. Zahvaljujoč njemu deluje vse ostalo, obdeluje tokove podatkov in nadzoruje delo vseh delov celotnega sistema.

Če pogledamo procesor fizično, je to majhna, tanka, kvadratna plošča. Je majhne velikosti in je na vrhu pokrit s kovinskim pokrovom.

Spodnji del čipa zasedajo kontakti, preko katerih čipset komunicira s preostalim sistemom. Če odprete pokrov sistemske enote vašega računalnika, lahko preprosto najdete procesor, razen če je pokrit s hladilnim sistemom.

Dokler CPU ne poda ustreznega ukaza, računalnik ne bo mogel izvesti niti najpreprostejše operacije, na primer sešteti dve številki. Karkoli želite narediti na svojem računalniku, vsako dejanje vključuje klic procesorja. Zato je tako pomemben sestavni del računalnika.

Sodobni osrednji procesorji so sposobni ne le obvladati svoje glavne naloge, ampak lahko tudi delno nadomestijo grafično kartico. Novi čipi se proizvajajo z ločenim mestom za izvajanje funkcij video krmilnika.

Ta video krmilnik izvaja vsa osnovna potrebna dejanja, ki jih potrebuje grafična kartica. V tem primeru se RAM uporablja kot video pomnilnik. Toda ne bodite zmoti, da lahko zmogljiv sodoben procesor popolnoma nadomesti grafično kartico.

Tudi srednji razred grafičnih kartic pušča video krmilnik procesorjev daleč zadaj. Torej je možnost računalnika brez video kartice primerna samo za pisarniške naprave, ki ne vključujejo izvajanja zapletenih nalog, povezanih z grafiko.

V takih primerih je res priložnost za varčevanje. Konec koncev, lahko imate samo procesorski nabor čipov z dobrim video krmilnikom in ne porabite denarja za grafično kartico.

Kako deluje procesor

Kaj je procesor nekako ugotovil. Toda kako deluje? To je dolg in zapleten proces, a ko se ga navadite, je dovolj enostaven. Načelo delovanja centralnega procesorja je mogoče obravnavati po fazah.

Najprej se program naloži v RAM, iz katerega črpa vse potrebne informacije in niz ukazov, ki jih mora izvesti krmilna enota procesorja. Nato vsi ti podatki vstopijo v medpomnilnik, tako imenovani procesorski predpomnilnik.

Informacije prihajajo iz medpomnilnika, ki je razdeljen na dve vrsti: navodila in vrednosti. Tako tisti kot oni spadajo v registre. Registri so pomnilniške celice, vgrajene v nabor čipov. Na voljo so tudi v dveh oblikah, odvisno od vrste informacij, ki jih prejmejo: registri navodil in registri podatkov.

Ena od komponent CPE je aritmetična logična enota. Ukvarja se z izvedbo transformacij informacij z uporabo aritmetičnih in logičnih izračunov.

Tu prihajajo podatki iz registrov. Po tem aritmetično-logična enota prebere prejete podatke in izvede ukaze, ki so potrebni za obdelavo nastalih številk.

Tu smo spet pred razkolom. Končni rezultati so razdeljeni na dokončane in nedokončane. Vrnejo se v registre, končni pa v medpomnilnik.

Predpomnilnik procesorja je sestavljen iz dveh glavnih ravni: zgornje in spodnje. Najnovejši ukazi in podatki se pošljejo v zgornji predpomnilnik, tisti, ki niso v uporabi, pa v spodnji.

To pomeni, da se vse informacije, ki se nahajajo na tretji ravni, prenesejo na drugo, od koder gredo podatki na prvo. In nepotrebni podatki se, nasprotno, pošljejo na nižjo raven.

Ko se računski cikel konča, se njegovi rezultati ponovno zapišejo v RAM računalnika. S tem zagotovimo, da je predpomnilnik CPE osvobojen in na voljo za nove operacije.

Toda včasih obstajajo situacije, ko je vmesni pomnilnik popolnoma poln in ni prostora za nove operacije. V tem primeru gredo podatki, ki trenutno niso v uporabi, v RAM ali na nižjo raven procesorskega pomnilnika.

Vrste procesorjev

Ko smo se ukvarjali z načelom delovanja CPU, je čas, da primerjamo njegove različne vrste. Obstaja veliko vrst procesorjev. Obstajajo tako šibki enojedrni modeli kot zmogljive naprave z več jedri. Obstajajo tisti, ki so zasnovani izključno za pisarniško delo, in obstajajo tisti, ki so potrebni za najsodobnejše igre.

Trenutno obstajata dva glavna ustvarjalca procesorjev - AMD in Intel. Prav oni proizvajajo najbolj ustrezne in iskane čipe. Razumeti morate, da razlika med čipi teh dveh podjetij ni v številu jeder ali celotni zmogljivosti, temveč v arhitekturi.

To pomeni, da so izdelki teh dveh podjetij zgrajeni na različnih principih. In vsak ustvarjalec ima svoj edinstven tip procesorja, ki ima drugačno strukturo od konkurenta.

Treba je opozoriti, da imata obe možnosti svoje prednosti in slabosti. Tako se na primer Intel odlikuje plusi :

• Manjša poraba energije;
• Večino ustvarjalcev železa vodi ravno interakcija z Intelovimi procesorji;
• V igrah je zmogljivost višja;
• Intel je lažje komunicirati z RAM-om računalnika;
• Operacije, izvedene samo z enim programom, so pri Intelu hitrejše.

Hkrati pa obstajajo tudi minuse :

• Praviloma so stroški Intelovih čipov dražji od analoga AMD;
• Pri delu z več težkimi programi se zmogljivost zmanjša;
• Grafična jedra so šibkejša od konkurenčnih.

AMD odlikujejo naslednje ugodnosti:

• Veliko boljša vrednost za denar;
• Sposoben zagotoviti zanesljivo delovanje celotnega sistema;
• Obstaja možnost za overclocking procesorja in povečanje njegove moči za 10-20%;
• Zmogljivejša integrirana grafična jedra.

Vendar pa je AMD slabši v naslednjih parametrih:

• Interakcija z RAM-om je slabša;
• Procesor porabi več električne energije;
• Pogostost dela na drugi in tretji ravni vmesnega pomnilnika je manjša;
• V igrah je zmogljivost nižja.

Čeprav njihove prednosti in slabosti izstopajo, podjetja še naprej izdajajo boljše procesorje. Samo izbrati morate, kateri je najboljši za vas. Navsezadnje je nemogoče nedvoumno reči, da je eno podjetje boljše od drugega.

Glavne značilnosti

Tako smo že ugotovili, da je ena glavnih značilnosti procesorja njegov razvijalec. Obstajajo pa številni parametri, na katere morate biti pri nakupu še bolj pozorni.

Ne bomo šli daleč od znamke in omenili, da obstajajo različne serije čipov. Vsak proizvajalec proizvaja svoje linije v različnih cenovnih kategorijah, ustvarjene za različne naloge. Drug povezan parameter je arhitektura CPE. Pravzaprav so to njegovi notranji organi, od katerih je odvisno celotno delovanje čipa.

Ni najbolj očiten, a zelo pomemben parameter je vtičnica. Dejstvo je, da se mora na samem procesorju vtičnica ujemati z ustrezno vtičnico na matični plošči.

V nasprotnem primeru teh dveh bistvenih komponent nobenega računalnika ne boste mogli združiti. Torej, ko sestavljate sistemsko enoto, morate kupiti matično ploščo in poiskati čipset zanjo ali obratno.

Zdaj je čas, da ugotovimo, katere lastnosti procesorja vplivajo na njegovo delovanje. Brez dvoma je glavna taktna frekvenca. To je količina operacij, ki jih je mogoče izvesti v določeni časovni enoti.

Ta indikator se meri v megahercih. Na kaj torej vpliva taktna frekvenca čipa? Ker označuje število operacij za določen čas, ni težko uganiti, da je od tega odvisna hitrost naprave.

Drug pomemben kazalnik je količina vmesnega pomnilnika. Kot smo že omenili, je zgornji in spodnji. Prav tako vpliva na zmogljivost procesorja.

CPU ima lahko eno ali več jeder. Večjedrni modeli so dražji. Toda na kaj vpliva število jeder? Ta lastnost določa moč naprave. Več jeder, močnejša je naprava.

Zaključek

Osrednji procesor igra ne le eno najpomembnejših, ampak lahko rečemo celo glavno vlogo pri delovanju računalnika. Od njega bo odvisna zmogljivost celotne naprave, pa tudi naloge, za katere jo je na splošno mogoče uporabiti.

Toda to ne pomeni, da je za povprečen računalnik treba kupiti najmočnejši procesor. Izberite najboljši model, ki bo ustrezal vašim zahtevam.

Procesor je glavni čip v računalniku. Praviloma je tudi ena najbolj visokotehnoloških in najdražjih komponent osebnega računalnika. Kljub temu, da je procesor ločena naprava, ima v svoji strukturi veliko število komponent, ki so odgovorne za določeno funkcijo. Kakšne so njihove posebnosti?

Procesor: značilnosti naprave in zgodovina videza

Za komponento osebnega računalnika, ki jo danes običajno imenujemo centralna procesna enota, je značilna precej zanimiva zgodovina nastanka. Zato bo za razumevanje njegovih posebnosti koristno preučiti nekaj ključnih dejstev o evoluciji njegovega razvoja. Naprava, ki je sodobnemu uporabniku poznana kot centralna procesna enota, je rezultat dolgoletnega izboljševanja tehnologije za izdelavo računalniških mikrovezij.

Sčasoma se je inženirska vizija strukture procesorja spremenila. V računalnikih prve in druge generacije so bile ustrezne komponente sestavljene iz velikega števila ločenih blokov, zelo različnih glede na naloge, ki se rešujejo. Začenši s tretjo generacijo računalnikov so se funkcije procesorja začele obravnavati v ožjem kontekstu. Inženirji računalniškega oblikovanja so določili, da naj bo to prepoznavanje in interpretacija strojnih ukazov, njihov vnos v registre, pa tudi nadzor nad drugimi komponentami strojne opreme osebnega računalnika. Vse te funkcije so se začele združevati v eni napravi.

Mikroprocesorji

Z razvojem računalniške tehnologije so se v strukturo osebnega računalnika začele uvajati naprave, imenovane "mikroprocesor". Ena prvih naprav te vrste je bil Intel 4004, ki ga je leta 1971 izdala ameriška korporacija. Mikroprocesorji na lestvici enega mikrovezja so v svoji strukturi združili tiste funkcije, ki smo jih definirali zgoraj. Sodobne naprave načeloma delujejo na podlagi istega koncepta. Tako osrednji procesor prenosnika, osebnega računalnika, tablice v svoji strukturi vsebuje: logično napravo, registre, pa tudi nadzorni modul, odgovoren za določene funkcije. Vendar pa so v praksi komponente sodobnih mikrovezij najpogosteje predstavljene v bolj zapletenem nizu. Preučimo to funkcijo podrobneje.

Struktura sodobnih procesorjev

Osrednji procesor sodobnega osebnega računalnika, prenosnika ali tablice predstavlja jedro - zdaj velja za normo, da jih je več, predpomnilnik na različnih ravneh, pa tudi krmilniki: RAM, sistemsko vodilo. Učinkovitost čipa ustrezne vrste določajo njegove ključne značilnosti. V kakšnem agregatu jih je mogoče predstaviti?

Najpomembnejše značilnosti CPE na sodobnih osebnih računalnikih so: vrsta mikroarhitekture (običajno navedena v nanometrih), taktna hitrost (v gigahertzih), velikost predpomnilnika na vsaki ravni (v megabajtih), poraba energije (v vatih) ter prisotnost ali odsotnost modula grafične kartice.

Podrobneje preučimo posebnosti nekaterih ključnih CPU modulov. Začnimo z jedrom.

Jedro procesorja

Centralna procesna enota sodobnega osebnega računalnika ima vedno jedro. Vsebuje ključne funkcionalne bloke mikrovezja, prek katerih izvaja potrebne logične in aritmetične funkcije. Praviloma so predstavljeni v določenem nizu elementov. Torej, naprava osrednjega procesorja najpogosteje predpostavlja prisotnost blokov, ki so odgovorni za reševanje naslednjih nalog:

Navodila za pridobivanje in dekodiranje;

Vzorčenje podatkov;

Izvajanje navodil;

Shranjevanje rezultatov izračuna;

Delo s prekinitvami.

Tudi strukturo ustreznih mikrovezij dopolnjujejo krmilna enota, pomnilniška naprava, programski števec in nabor registrov. Podrobneje razmislimo o posebnostih ustreznih komponent.

Jedro procesorja: komponente

Med ključnimi bloki v jedru osrednjega procesorja je tisti, ki je odgovoren za branje navodil, ki so zapisana na naslovu, določenem v programskem števcu. Praviloma se v enem ciklu izvede več operacij ustrezne vrste hkrati. Skupno število navodil, ki jih je treba prebrati, je vnaprej določeno z indeksom v blokih za dekodiranje. Glavno načelo tukaj je, da so pri vsakem ciklu označene komponente maksimalno obremenjene. Da bi izpolnili to merilo, so lahko v strukturi procesorja prisotni elementi pomožne strojne opreme.

V bloku za dekodiranje se obdelajo navodila, ki določajo algoritem delovanja mikrovezja pri reševanju določenih problemov. Zagotavljanje njihovega delovanja je po mnenju mnogih IT strokovnjakov težka naloga. To je deloma posledica dejstva, da dolžina navodil ni vedno jasno opredeljena. Sodobni procesorji običajno vključujejo 2 ali 4 bloke, v katerih se izvede ustrezno dekodiranje.

Kar zadeva komponente, ki so odgovorne za pridobivanje podatkov, je njihova glavna naloga zagotoviti prejem ukazov iz predpomnilnika ali RAM-a, ki so potrebni za izvajanje navodil. V jedrih sodobnih procesorjev je običajno več blokov ustrezne vrste.

Krmilne komponente, ki so prisotne v čipu, temeljijo tudi na dekodiranih navodilih. Zasnovani so za nadzor dela blokov, ki so odgovorni za izvajanje navodil, pa tudi za distribucijo nalog med njimi, nadzor nad njihovo pravočasno izvedbo. Krmilne komponente so med najpomembnejšimi v strukturi mikroprocesorjev.

V jedrih ustreznih mikrovezij so tudi bloki, ki so odgovorni za pravilno izvajanje navodil. Njihova struktura vsebuje elemente, kot so aritmetična in logična enota, pa tudi komponenta, ki je odgovorna za izračune s plavajočo vejico.

V procesorskih jedrih so bloki, ki nadzorujejo obdelavo razširitve nizov, ki so nastavljeni za navodila. Ti algoritmi, ki dopolnjujejo osnovne ukaze, se uporabljajo za povečanje intenzivnosti obdelave podatkov, izvajanje postopkov šifriranja ali dešifriranja datotek. Rešitev takšnih problemov zahteva uvedbo dodatnih registrov v strukturo jedra mikrovezja, pa tudi nize navodil. Sodobni procesorji običajno vključujejo naslednje razširitve: MMX (zasnovan za kodiranje zvočnih in video datotek), SSE (uporablja se za vzporedno računalništvo), ATA (uporablja se za pospeševanje programov in zmanjšanje porabe energije računalnika), 3DNow (razširitev večpredstavnostnih zmogljivosti računalnika), AES (šifriranje podatkov), pa tudi številni drugi standardi.

Struktura procesorskih jeder običajno vsebuje tudi bloke, ki so odgovorni za shranjevanje rezultatov v RAM v skladu z naslovom, ki ga vsebuje navodilo.

Pomembna je komponenta jedra, ki nadzoruje delovanje čipa s prekinitvami. Ta funkcija omogoča procesorju, da zagotovi stabilnost programov v pogojih večopravilnosti.

Z uporabo registrov je povezano tudi delo centralnega procesorja. Te komponente so podobne RAM-u, vendar je dostop do njih nekajkrat hitrejši. Prostornina ustreznega vira je majhna - praviloma ne presega kilobajta. Registri so razvrščeni v več vrst. To so lahko komponente splošnega namena, ki sodelujejo pri izvajanju aritmetičnih ali logičnih izračunov. Obstajajo registri za posebne namene, ki lahko vsebujejo sistemske podatke, ki jih procesor uporablja med delovanjem.

Struktura procesorskega jedra vsebuje tudi različne pomožne komponente. Katere na primer? To bi lahko bil senzor, ki spremlja, kakšna je trenutna temperatura CPE. Če je njegova zmogljivost višja od uveljavljenih norm, lahko mikrovezje pošlje signal modulom, ki so odgovorni za delovanje ventilatorjev - in začeli se bodo vrteti hitreje. V strukturi jedra obstaja napovedovalec veje - komponenta, ki je zasnovana za določanje, kateri ukazi se bodo izvršili po zaključku določenih ciklov operacij, ki jih izvaja mikrovezje. Primer druge pomembne komponente je programski števec. Ta modul popravi naslov ustreznega algoritma, ki se prenese v mikrovezje v trenutku, ko začne izvajati en ali drug cikel.

To je struktura jedra, ki je vključeno v osrednjo procesno enoto računalnika. Zdaj pa podrobneje preučimo nekatere ključne značilnosti mikrovezij ustreznega tipa. In sicer: procesna tehnologija, taktna frekvenca, predpomnilnik in poraba energije.

Specifikacije procesorja: Vrsta procesa

Razvoj računalniške tehnologije je običajno povezan s pojavom novih generacij računalnikov, ko se računalniške tehnologije izboljšujejo. Hkrati pa je poleg kazalnikov uspešnosti eno od meril za razvrščanje računalnika v določeno generacijo njegova absolutna velikost. Že prvi računalniki so bili po velikosti primerljivi z večnadstropno stavbo. Računalniki druge generacije so bili po velikosti primerljivi, na primer s kavčem ali klavirjem. Računalniki naslednje stopnje so bili že zelo blizu tistim, ki jih poznamo zdaj. Po drugi strani so sodobni osebni računalniki računalniki četrte generacije.

Pravzaprav, čemu je vse to? Dejstvo je, da se je med razvojem računalnikov oblikovalo neuradno pravilo: bolj ko je naprava tehnološko napredna, manjše so dimenzije z enako zmogljivostjo in celo z več - ima. V celoti velja tudi glede obravnavane značilnosti centralnega procesorja, in sicer tehničnega postopka njegove izdelave. V tem primeru je pomembna razdalja med posameznimi kristali silicija, ki tvorijo strukturo mikrovezja. Manjša kot je, večja je gostota ustreznih elementov, ki jih CPU plošča namesti na sebe. Poleg tega se lahko šteje za bolj produktivnega. Sodobni procesorji so izdelani po 90-14 nm procesni tehnologiji. Ta kazalnik se postopoma zmanjšuje.

Urna frekvenca

Hitrost procesorja je eden ključnih kazalcev njegove zmogljivosti. Določa, koliko operacij na sekundo lahko izvede čip. Več kot jih je, bolj produktiven je procesor in računalnik kot celota. Opozoriti je treba, da ta parameter najprej označuje jedro kot neodvisen modul osrednjega procesorja. To pomeni, da če je na čipu več ustreznih komponent, bo vsaka od njih delovala na ločeni frekvenci. Nekaterim IT strokovnjakom se zdi sprejemljivo, da te značilnosti povzamejo v vseh jedrih. Kaj to pomeni? Če ima na primer procesor 4 jedra s frekvenco 1 GHz, bo skupni indikator zmogljivosti računalnika, če sledite tej metodologiji, 4 GHz.

Frekvenčne komponente

Obravnavani kazalnik je sestavljen iz dveh komponent. Prvič, to je frekvenca sistemskega vodila - običajno se meri v stotinah megahercev. Drugič, to je koeficient, s katerim se pomnoži ustrezen kazalnik. V nekaterih primerih proizvajalci procesorjev uporabnikom dajejo možnost prilagajanja obeh nastavitev. Hkrati, če nastavite dovolj visoke vrednosti za sistemsko vodilo in množitelj, lahko znatno povečate zmogljivost mikrovezja. Tako je procesor overclockan. Res je, da ga je treba uporabljati previdno.

Dejstvo je, da se lahko med overclockingom temperatura osrednjega procesorja znatno poveča. Če na računalniku ni nameščen ustrezen hladilni sistem, lahko to povzroči okvaro mikrovezja.

Velikost predpomnilnika

Sodobni procesorji so opremljeni s predpomnilniškimi moduli. Njihov glavni namen je začasna namestitev podatkov, ki jih običajno predstavlja niz posebnih ukazov in algoritmov - tistih, ki se najpogosteje uporabljajo pri delovanju mikrovezja. Kaj daje v praksi? Najprej je mogoče zmanjšati obremenitev osrednjega procesorja zaradi dejstva, da bodo enaki ukazi in algoritmi na voljo na spletu. Mikrovezje, ki je prejelo že pripravljena navodila iz predpomnilnika, ne izgublja časa, da jih razvija iz nič. Zaradi tega računalnik deluje hitreje.

Glavna značilnost predpomnilnika je prostornina. Večji kot je, bolj zmogljiv je ta modul glede na lokacijo samih navodil in algoritmov, ki jih uporablja procesor. Večja je verjetnost, da bo mikrovezje med njimi vsakič našlo tiste, ki jih potrebuje, in delovalo hitreje. Predpomnilnik sodobnih procesorjev je najpogosteje razdeljen na tri ravni. Prvi deluje na osnovi najhitrejših in najbolj visokotehnoloških mikrovezij, ostali so počasnejši. Obseg predpomnilnika prve stopnje na sodobnih procesorjih je približno 128-256 KB, drugi - 1-8 MB, tretji - lahko presega 20 MB.

Poraba energije

Drug pomemben parameter mikrovezja je poraba energije. Napajanje CPE lahko vključuje znatno porabo energije. Sodobni modeli mikrovezij porabijo približno 40-50 vatov. V nekaterih primerih je ta parameter ekonomskega pomena - na primer, ko gre za opremljanje velikih podjetij z več sto ali tisoč računalniki. Toda nič manj pomemben dejavnik je poraba energije v smislu prilagajanja procesorjev za uporabo na mobilnih napravah - prenosnih računalnikih, tablicah, pametnih telefonih. Nižji kot je ustrezni indikator, daljša bo življenjska doba baterije naprave.

Govorimo o modelu Intel 4004. Ni bil zmogljiv in je lahko izvajal le seštevanje in odštevanje. Hkrati je lahko obdelal le štiri bite informacij (torej je bil 4-bit). Toda za svoj čas je bil njen videz pomemben dogodek. Navsezadnje se celoten procesor prilega enemu čipu. Pred prihodom Intel 4004 so računalniki temeljili na celem nizu čipov ali diskretnih komponent (tranzistorjev). Mikroprocesor 4004 je bil osnova enega prvih prenosnih kalkulatorjev.

Prvi mikroprocesor za domače računalnike je bil Intel 8080, predstavljen leta 1974. Vsa računalniška moč 8-bitnega računalnika je bila v enem čipu. Resnega pomena pa je bila objava procesorja Intel 8088. Pojavil se je leta 1979 in se od leta 1981 uporablja v prvih množično izdelanih osebnih računalnikih IBM PC.

Nadalje so se procesorji začeli razvijati in pridobivati ​​moč. Vsi, ki so vsaj malo seznanjeni z zgodovino mikroprocesorske industrije, se spomnite, da je 8088 zamenjal 80286. Nato je prišel na vrsto 80386, nato 80486. Nato je bilo več generacij Pentiumov: Pentium, Pentium II, III in Pentium 4. Vsi ti "Intel" procesorji temeljijo na osnovni zasnovi 8088. Bili so kompatibilni nazaj. To pomeni, da bi Pentium 4 lahko obdelal kateri koli del kode za 8088, vendar je to storil s hitrostjo približno pet tisočkrat hitreje. Od takrat ni minilo toliko let, spremenilo pa se je še več generacij mikroprocesorjev.

Od leta 2004 Intel ponuja večjedrne procesorje. Število tranzistorjev, uporabljenih v njih, se je povečalo za milijone. Toda tudi zdaj procesor upošteva splošna pravila, ki so bila ustvarjena za zgodnje čipe. Tabela odraža zgodovino Intelovih mikroprocesorjev do vključno leta 2004. Naredili bomo nekaj pojasnil o tem, kaj pomenijo kazalniki, ki se v njem odražajo:

• Ime (ime). Model procesorja
• Datum (Datum). Leto, ko je bil procesor prvič predstavljen. Številni procesorji so bili predstavljeni večkrat, vsakič, ko se je njihova takta povečala. Tako bi lahko naslednjo modifikacijo čipa ponovno objavili tudi nekaj let po tem, ko se je na trgu pojavila prva različica.
• Tranzistorji (Število tranzistorjev). Število tranzistorjev v čipu. Vidite lahko, da se ta številka vztrajno povečuje
• Mikroni (širina v mikronih). En mikron je enak milijoninki metra. Vrednost tega indikatorja je določena z debelino najtanjše žice v čipu. Za primerjavo, debelina človeškega lasu je 100 mikronov.
• Hitrost ure. Največja hitrost procesorja
• širina podatkov. "Bitnost" aritmetično logične enote procesorja (ALU, ALU). 8-bitni ALU lahko sešteva, odšteva, množi in izvaja druge operacije na dveh 8-bitnih številih. 32-bitni ALU lahko deluje z 32-bitnimi številkami. Če želite dodati dve 32-bitni številki, mora osembitni ALU izvesti štiri navodila. 32-bitni ALU lahko opravi to nalogo v enem ukazu. V mnogih (vendar ne v vseh) primerih je širina zunanjega podatkovnega vodila enaka "bitnosti" ALU. Procesor 8088 je imel 16-bitno ALU, vendar 8-bitno vodilo. Za pozne Pentiume je bila značilna situacija, ko je bilo vodilo že 64-bitno, ALU pa še vedno 32-bit
• MIPS (milijon navodil na sekundo). Omogoča vam, da približno ocenite zmogljivost procesorja. Sodobni izvajajo toliko različnih nalog, da je ta kazalnik izgubil svojo prvotno vrednost in se lahko uporablja predvsem za primerjavo procesorske moči več procesorjev (kot v tej tabeli)

Obstaja neposredna povezava med hitrostjo ure, pa tudi številom tranzistorjev in številom operacij, ki jih procesor izvede v eni sekundi. Na primer, taktna hitrost procesorja 8088 je dosegla 5 MHz, zmogljivost pa: le 0,33 milijona operacij na sekundo. To pomeni, da je izvedba enega ukaza zahtevala približno 15 procesorskih ciklov. Leta 2004 so procesorji že lahko izvajali dve ukazi na taktni cikel. To izboljšavo je zagotovilo povečanje števila procesorjev v čipu.

Čip se imenuje tudi integrirano vezje (ali preprosto mikročip). Najpogosteje je to majhna in tanka silicijeva plošča, v katero so "vtisnjeni" tranzistorji. Čip, ki na strani meri dva centimetra in pol, lahko vsebuje na desetine milijonov tranzistorjev. Najpreprostejši procesorji so lahko kvadrati s stranico le nekaj milimetrov. In ta velikost je dovolj za več tisoč tranzistorjev.

mikroprocesorska logika

Če želite razumeti, kako deluje mikroprocesor, morate preučiti logiko, na kateri temelji, in se seznaniti z jezikom montaže. To je materni jezik mikroprocesorja.

Mikroprocesor je sposoben izvajati določen niz strojnih navodil (ukaze). Ob delu s temi navodili procesor opravi tri glavne naloge:

• Procesor s pomočjo svoje aritmetično logične enote izvaja matematične operacije: seštevanje, odštevanje, množenje in deljenje. Sodobni mikroprocesorji v celoti podpirajo operacije s plavajočo vejico (z uporabo namenskega aritmetičnega procesorja s plavajočo vejico)
• Mikroprocesor je sposoben premikati podatke iz ene vrste pomnilnika v drugo
• Mikroprocesor ima možnost, da se odloči in na podlagi svoje odločitve "skoči", torej preklopi na izvajanje novega niza navodil.

Mikroprocesor vsebuje:

• Naslovno vodilo (naslovno vodilo). Širina tega vodila je lahko 8, 16 ali 32 bitov. Ukvarja se s pošiljanjem naslova v spomin
• Podatkovno vodilo (podatkovno vodilo): 8, 16, 32 ali 64 bitov široko. To vodilo lahko pošilja podatke v ali sprejema podatke iz pomnilnika. Ko govorimo o »bitnosti« procesorja, govorimo o širini podatkovnega vodila
• Kanala RD (branje, branje) in WR (pisanje, pisanje), ki zagotavljajo interakcijo s pomnilnikom
• Urno vodilo (taktno vodilo), ki zagotavlja cikle procesorja
• Ponastavi vrstico (brisanje vodila, ponastavitev vodila), ponastavitev vrednosti programskega števca in ponovni zagon izvajanja navodil

Ker so informacije precej zapletene, bomo domnevali, da je širina obeh vodil - tako naslovnega kot podatkovnega vodila - le 8 bitov. In na kratko razmislite o komponentah tega sorazmerno preprostega mikroprocesorja:

• Registri A, B in C so logična vezja, ki se uporabljajo za vmesno shranjevanje podatkov.
• Zapah naslova je podoben registrom A, B in C
• Programski števec je logični čip (zapah), ki lahko poveča vrednost za eno v enem koraku (če prejme ustrezen ukaz) in vrednost ničli (če prejme ustrezen ukaz)
• ALU (aritmetična logična enota) lahko izvaja seštevanje, odštevanje, množenje in deljenje med 8-bitnimi števili ali deluje kot običajen seštevalec
• Testni register je poseben zapah, ki shranjuje rezultate primerjalnih operacij, ki jih izvede ALU. Običajno ALU primerja dve številki in ugotovi, ali sta enaki ali je eno od njiju večje od drugega. Testni register je sposoben shraniti tudi prenosni bit zadnjega dejanja seštevalnika. Te vrednosti shrani v shemo sprožilca. V prihodnosti lahko te vrednosti uporabi dekoder ukazov za sprejemanje odločitev.
• Šest blokov na diagramu je označenih kot "3-State". To so razvrščeni medpomnilniki. Na žico je mogoče povezati več izhodnih virov, vendar medpomnilnik za razvrščanje dovoljuje samo enemu od njih (naenkrat), da prenese vrednost: "0" ali "1". Tako lahko medpomnilnik za razvrščanje preskoči vrednosti ali blokira izhodni vir pri prenosu podatkov
• Register navodil in dekoder navodil ohranjata vse zgornje komponente pod nadzorom.

Ta diagram ne prikazuje kontrolnih vrstic ukaznega dekoderja, ki jih je mogoče izraziti kot naslednja "naročila":

• "Register A sprejme vrednost, ki trenutno prihaja iz podatkovnega vodila"
• "Registrirajte B, da sprejmete vrednost, ki trenutno prihaja iz podatkovnega vodila"
• "Registrirajte C, da sprejmete vrednost, ki trenutno prihaja iz aritmetično logične enote"
• "Programski števec se registrira, da sprejme vrednost, ki trenutno prihaja iz podatkovnega vodila"
• "Register naslovov za sprejem vrednosti, ki trenutno prihaja iz podatkovnega vodila"
• "Register navodil za sprejem vrednosti, ki trenutno prihaja iz podatkovnega vodila"
• "Programski števec poveča vrednost [za eno]"
• "Ponastavi števec ukazov"
• "Aktiviraj enega od šestih medpomnilnikov za razvrščanje" (šest ločenih kontrolnih vrstic)
• "Sporočite aritmetično logični enoti, katero operacijo naj izvede"
• "Testni register sprejema testne bite iz ALU"
• "Aktiviraj RD (beri kanal)"
• "Aktiviraj WR (snemalni kanal)"

Dekoder ukazov sprejema podatkovne bite iz testnega registra, sinhronizacijskega kanala in tudi iz ukaznega registra. Če čim bolj poenostavimo opis nalog dekodirnika navodil, potem lahko rečemo, da je ta modul tisti, ki procesorju "pove", kaj je treba v tem trenutku narediti.

mikroprocesorski pomnilnik

Poznavanje računalniškega pomnilnika in njegove hierarhije vam bo pomagalo bolje razumeti vsebino tega razdelka.

Zgoraj smo pisali o vodilih (naslov in podatki), pa tudi o kanalih za branje (RD) in zapisovanje (WR). Ta vodila in kanali so povezana s pomnilnikom: operativni pomnilnik (RAM, RAM) in pomnilnik samo za branje (ROM, ROM). V našem primeru upoštevamo mikroprocesor, katerega širina vodila je 8 bitov. To pomeni, da je sposoben naslavljati 256 bajtov (od dva do osmega). V nekem trenutku lahko bere iz ali zapiše v pomnilnik 8 bitov podatkov. Recimo, da ima ta preprost mikroprocesor 128 bajtov ROM-a (začenši z naslovom 0) ali 128 bajtov RAM-a (začenši z naslovom 128).

Trajni pomnilniški modul vsebuje določen vnaprej nameščen obstojen nabor bajtov. Naslovno vodilo zahteva od ROM-a določen bajt, ki naj se pošlje podatkovnemu vodilu. Ko bralni kanal (RD) spremeni svoje stanje, modul ROM posreduje zahtevani bajt podatkovnemu vodilu. To pomeni, da je v tem primeru možno samo branje podatkov.

Iz RAM-a procesor ne more samo brati informacij, vanj lahko tudi zapisuje podatke. Odvisno od tega, ali se izvaja branje ali pisanje, prihaja signal bodisi skozi kanal za branje (RD) ali skozi kanal za pisanje (WR). Na žalost je RAM nestanoviten. Ko je napajanje izklopljeno, izgubi vse podatke, ki so v njem. Zaradi tega računalnik potrebuje trajno pomnilniško napravo, ki je samo za branje.

Poleg tega teoretično lahko računalnik sploh brez RAM-a. Številni mikrokrmilniki vam omogočajo, da postavite potrebne podatkovne bajte neposredno na procesorski čip. Toda brez ROM-a je nemogoče. V osebnih računalnikih se ROM imenuje osnovni vhodni in izhodni sistem (BSVV, BIOS, Basic Input / Output System). Mikroprocesor začne svoje delo ob zagonu z izvajanjem ukazov, ki jih najde v BIOS-u.

Ukazi BIOS-a izvedejo preizkus strojne opreme računalnika, nato pa dostopajo do trdega diska in izberejo zagonski sektor. Ta zagonski sektor je ločen majhen program, ki ga BIOS najprej prebere z diska in nato shrani v RAM. Po tem začne mikroprocesor izvajati navodila iz zagonskega sektorja, ki se nahaja v RAM-u. Program zagonskega sektorja pove mikroprocesorju, katere podatke (namenjene za kasnejšo izvedbo s strani procesorja) je treba dodatno premakniti s trdega diska v RAM. Tako procesor naloži operacijski sistem.

navodila za mikroprocesor

Tudi najpreprostejši mikroprocesor je sposoben obdelati precej velik nabor navodil. Nabor navodil je neke vrste predloga. Vsako od teh navodil, naloženih v register navodil, ima svoj pomen. Ljudem si ni lahko zapomniti zaporedja bitov, zato je vsako navodilo opisano kot kratka beseda, od katerih vsaka predstavlja določen ukaz. Te besede sestavljajo zbirni jezik procesorja. Sestavljalec te besede prevede v binarni jezik, ki ga razume procesor.

Tukaj je seznam ukaznih besed montažnega jezika za pogojni preprost procesor, ki ga obravnavamo kot primer naše zgodbe:

• LOADA mem — Naložite register A iz nekega pomnilniškega naslova
• LOADB mem — Naložite register B iz nekega pomnilniškega naslova
• CONB con - Naloži konstantno vrednost v register B
• SAVEB mem - Shrani (shrani) vrednost registra B v pomnilnik na določenem naslovu
• SAVEC mem - Shrani (shrani) vrednost registra C v pomnilnik na določenem naslovu
• ADD - Dodajte (dodajte) vrednosti registrov A in B. Shranite rezultat dejanja v registru C
• SUB - Odštejte (odštejte) vrednost registra B od vrednosti registra A. Shranite rezultat akcije v register C
• MUL - Pomnoži (pomnoži) vrednosti ​​​registrov A in B. Shrani rezultat akcije v registru C
• DIV - Deli (razdeli) vrednost registra A z vrednostjo registra B. Rezultat akcije shrani v register C
• COM - Primerjaj (primerjaj) vrednosti ​​​registrov A in B. Prenesi rezultat v testni register
• JUMP addr - Skok na določen naslov
• JEQ addr - Če je izpolnjen pogoj enakih vrednosti dveh registrov, skoči (skoči) na določen naslov
• JNEQ addr - Če pogoj za enake vrednosti dveh registrov ni izpolnjen, skoči (skoči) na določen naslov
• JG addr - Če je vrednost večja, skoči na določen naslov
• JGE addr - Če je vrednost večja ali enaka, skoči na določen naslov
• JL addr - Če je vrednost manjša od, skoči na določen naslov
• JLE addr - Če je vrednost manjša ali enaka, skoči na določen naslov
• STOP - Ustavi (ustavi) izvajanje

Angleške besede, ki označujejo izvedena dejanja, so podane v oklepajih z razlogom. Tako lahko vidimo, da montažni jezik (kot mnogi drugi programski jeziki) temelji na angleščini, torej na običajnem komunikacijskem sredstvu tistih ljudi, ki so ustvarjali digitalne tehnologije.

Delo mikroprocesorja na primeru faktorskega izračuna

Razmislite o delovanju mikroprocesorja na konkretnem primeru njegovega izvajanja preprostega programa, ki izračuna faktorial števila "5". Najprej rešimo to težavo "v zvezku":

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

V programskem jeziku C bi ta kos kode, ki izvaja ta izračun, izgledal takole:

A=1;f=1; medtem ko (a

Ko se ta program zaključi, bo spremenljivka f vsebovala vrednost faktoriala pet.

Prevajalnik C prevede (torej prevede) to kodo v nabor navodil v zbirnem jeziku. V procesorju, ki ga obravnavamo, se RAM začne na naslovu 128, pomnilnik samo za branje (ki vsebuje zbirni jezik) pa se začne na naslovu 0. Zato bo v jeziku tega procesorja ta program videti tako:

// Recimo, da je a na naslovu 128 // Recimo, da je F na naslovu 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // če je a > 5, skoči na 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 SKOK nazaj na 4 //17 STOP

Zdaj se postavlja naslednje vprašanje: kako izgledajo vsi ti ukazi v trajnem spominu? Vsako od teh navodil mora biti predstavljeno kot binarno število. Za poenostavitev razumevanja gradiva predpostavimo, da ima vsako od navodil montažnega jezika procesorja, ki ga obravnavamo, edinstveno številko:

• OBREMENITEV-1
• OBREMENITEV-2
• CONB-3
• SAVEB-4
• SAVEC mem - 5
• DODAJ-6
• POD-7
• MUL-8
• div-9
• COM-10
• SKOČNI naslov - 11
• JEQ naslov - 12
• JNEQ naslov - 13
• JG naslov - 14
• JGE naslov - 15
• JL naslov - 16
• JLE naslov - 17
• STOP-18

// Predpostavimo a na naslovu 128 // Predpostavimo F na naslovu 129Addr strojno navodilo/vrednost0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1280 / CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 12829 ST3 //0 12829 ST31

Kot lahko vidite, je bilo sedem vrstic kode C pretvorjenih v 18 vrstic zbirnega jezika. V ROM-u so vzeli 32 bajtov.

Dekodiranje

Pogovor o dekodiranju bo treba začeti z obravnavo filoloških vprašanj. Žal vsi računalniški izrazi nimajo nedvoumne korespondence v ruščini. Prevajanje terminologije je pogosto potekalo spontano, zato je isti angleški izraz mogoče prevesti v ruščino na več načinov. In tako se je zgodilo z najpomembnejšo komponento mikroprocesorske logike "dekoderjem navodil". Računalniški strokovnjaki ga imenujejo tako dekodirnik navodil kot dekodirnik navodil. Nobene od teh različic imena ni mogoče imenovati niti bolj ali manj "pravilna" kot druga.

Dekoder navodil je potreben za prevajanje vsake strojne kode v niz signalov, ki aktivirajo različne komponente mikroprocesorja. Če poenostavimo bistvo njegovih dejanj, potem lahko rečemo, da je on tisti, ki usklajuje "programsko" in "strojno opremo".

Razmislite o delovanju dekodirnika ukazov na primeru ukaza ADD, ki izvede dejanje seštevanja:

• Med prvim taktnim ciklom procesorja se naloži navodilo. Na tej stopnji mora dekoder navodil: aktivirati medpomnilnik za razvrščanje za števec navodil; aktivirajte kanal za branje (RD); aktivirajte zapah medpomnilnika razvrščanja, da prenesete vhod v register navodil
• Med drugim taktnim ciklom procesorja se ukaz ADD dekodira. Na tej točki ALU izvede seštevanje in prenese vrednost v register C
• Med tretjim ciklom frekvence procesorja programski števec poveča svojo vrednost za eno (teoretično se to dejanje prekriva s tem, kar se je zgodilo med drugim ciklom)

Vsako navodilo je mogoče predstaviti kot niz zaporedno izvedenih operacij, ki manipulirajo s komponentami mikroprocesorja v določenem vrstnem redu. To pomeni, da programska navodila vodijo do popolnoma fizičnih sprememb: na primer do spremembe položaja zapaha. Nekatera navodila lahko zahtevajo dva ali tri cikle procesorskih ur za dokončanje. Drugi morda potrebujejo celo pet ali šest ciklov.

Mikroprocesorji: zmogljivost in trendi

Število tranzistorjev v procesorju je pomemben dejavnik, ki vpliva na njegovo zmogljivost. Kot je bilo prikazano prej, je procesor 8088 zahteval 15 urnih ciklov za izvedbo enega ukaza. In za izvedbo ene 16-bitne operacije je bilo potrebnih približno 80 ciklov. Tako je bil urejen množitelj ALU tega procesorja. Več kot je tranzistorjev in močnejši je množitelj ALU, več uspe procesorju narediti v enem ciklu.

Mnogi tranzistorji podpirajo tehnologijo cevovoda. V okviru arhitekture cevovoda obstaja delno vsiljevanje izvedljivih navodil drug drugemu. Ukazi lahko zahtevajo istih pet ciklov za izvedbo, vendar če procesor hkrati obdeluje pet ukazov (na različnih stopnjah dokončanja), bo v povprečju eno navodilo za izvedbo zahtevalo en taktni cikel procesorja.

V mnogih sodobnih procesorjih je več kot en dekodirnik navodil. In vsak od njih podpira cevovode. To omogoča izvedbo več kot enega ukaza na procesorski cikel. Za izvedbo te tehnologije je potrebno neverjetno število tranzistorjev.

64-bitni procesorji

Čeprav so 64-bitni procesorji postali razširjeni šele pred nekaj leti, so prisotni že razmeroma dolgo: od leta 1992. Tako Intel kot AMD trenutno ponujata takšne procesorje. 64-bitni procesor je tisti, ki ima 64-bitno aritmetično logično enoto (ALU), 64-bitne registre in 64-bitna vodila.

Glavni razlog, zakaj procesorji potrebujejo 64-bitne, je ta, da ta arhitektura razširi naslovni prostor. 32-bitni procesorji lahko dostopajo le do dveh ali štirih gigabajtov RAM-a. Nekoč so se te številke zdele velikanske, a leta so minila in danes ne boste nikogar presenetili s takšnim spominom. Pred nekaj leti je bil pomnilnik tipičnega računalnika 256 ali 512 megabajtov. Takrat je bila omejitev 4 GB težava le za strežnike in stroje z velikimi bazami podatkov.

Toda zelo hitro se je izkazalo, da tudi navadni uporabniki včasih nimajo dovolj niti dveh ali celo štirih gigabajtov RAM-a. Ta nadležna omejitev ne velja za 64-bitne procesorje. Naslovni prostor, ki jim je na voljo, se zdi danes neskončen: dva do štiriinšestdeset bajtov, torej nekaj kot milijarda gigabajtov. V bližnji prihodnosti tako velikanskega RAM-a ni pričakovati.

64-bitno naslovno vodilo ter široka in hitra podatkovna vodila ustreznih matičnih plošč omogočajo 64-bitnim računalnikom, da povečajo hitrost vhodnih in izhodnih podatkov pri interakciji z napravami, kot sta trdi disk in grafična kartica. . Te nove funkcije znatno povečajo zmogljivost sodobnih računalnikov.

Toda vsi uporabniki ne bodo občutili prednosti 64-bitne arhitekture. Potreben je predvsem za tiste, ki urejajo videoposnetke in fotografije ter delajo tudi z različnimi velikimi slikami. 64-bitne računalnike cenijo poznavalci računalniških iger. Toda tisti uporabniki, ki z uporabo računalnika preprosto komunicirajo na družbenih omrežjih in brskajo po spletu ter urejajo besedilne datoteke, najverjetneje preprosto ne bodo občutili prednosti teh procesorjev.

Povzeto iz computer.howstuffworks.com