Состав процессора компьютера: Устройства, входящие в состав процессора: описание, функции

3. Состав процессора.

Транзистор
(англ.: transistor) –
один из базовых элементов процессора.
Большинство современных процессоров
созданы на основе транзисторов
и транзисторной
логики.
Современный процессор включает в себя
несколько десятков или сотен миллионов
транзисторов. Транзисторам будет
посвящена отдельная часть нашей статьи.

Регистры
процессора (processor register)
– малоразмерная, но очень быстрая память
процессора. Используется процессором
для хранения обрабатываемых данных
(операнда, результатов вычислений и
пр.). Выделяются сегментные регистры и
регистры данных.

Одним
из ключевых компонентов процессора
является Арифметическо-логическое
устройство (АЛУ),
которое выполняет основные математические
операции (сложение, вычитание, побитовые
операции и прочие). В англоязычной
литературе АЛУ обозначается Arithmetic
logic unit (ALU).

Математический
сопроцессор (МСП)
– один из основных компонентов
центрального процессора, который
обеспечивает ускорение выполнения
математических операций с плавающей
запятой. Допускается сокращение термина
математический сопроцессор до простого
термина сопроцессор,
однако в данном случае следует быть
внимательным, так как существуют
сопроцессоры, выполняющие различные
специализированные задачи. В англоязычной
литературе для обозначения таких
компонентов используют термин Floating
point unit (FPU).
Конструктивно сопроцессор может быть
вмонтирован в центральный процессор и
выполнен в виде отдельного модуля
вычислительной системы.

В
компьютерной литературе можно встретить
распространённый термин ядро
процессора.
Несмотря на свою распространенность,
термин ядро процессора не имеет чёткого
определения. В зависимости от контекста
может означать: часть микропроцессора,
содержащую основные функциональные
блоки, или набор параметров, характеризующий
микропроцессор, или кристалл микропроцессора
(ЦП или ГП). В англоязычно литературе
ядро процессора обозначается
термином processor
core.
При переводе английского термина core
следует быть особенно внимательным,
так как существует линейки процессоров Интел
Корангл. : Intel Core),Интел
Пентиум Дуал Кор (англ.: Pentium Dual Core),
Интел Кор 2 (англ.: Intel Core 2) , Интел Кор
2 Дуо (англ.:Intel Core 2 Duo) и
другие. (

Системной
шиной (СШ) обозначают
линии передачи данных между процессором
и различными компонентами компьютера
и периферийными устройствами. В
англоязычной литературе шину обозначают
термином Front
side bus (FBS).
Выделяется шина
адреса (англ.: address
bus)
и шина
данных (англ.: data
bus).
Одной из ключевых характеристик шины
является её разрядность (англ.: width
of bus).
В современных компьютерах разрядность
шины составляет 32 (32-bit) или 64 бита
(64-bit). Однако в ряде специализированных
устройств можно встретить и шины другой
разрядности. Следует отметить, что в
современном компьютере используется
несколько различных шин. К шинам
компьютера мы еще вернёмся в отдельной
части статьи.

Кэш-память (англ.: CPU
cache)
размещается во многих современных
процессорах. Кэш-память предназначена
для сокращения времени работы с
оперативной памятью компьютера, за счёт
частичного копирования информации. В
повседневном общении кэш-память
процессора принято сокращать до
термина кэш.
Как правило, объем кэш-памяти не велик
(несколько килобайт или мегабайт).
Современные процессоры могут содержать
кэш-память нескольких уровней. Чем выше
уровень кэша, тем большего он размера,
но тем медленнее он работает. В англоязычной
литературе уровни кэш-памяти процессоров
обозначаются L1, L2 и L3. В универсальных
процессорах, как правило, количество
уровней кэш-памяти не превышает трёх.
Для русскоязычной литературы уровни
кэш-памяти процессоров принято обозначать
полностью кэш-память
1-го уровня, кэш-память
2-го уровня и кэш-память 3-го уровня,
которую, при наличии согласия Заказчика,
допускается сокращать до У1, У2 и У3.

Процессор: назначение,функции,состав — презентация онлайн

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

Процессор:
назначение,функции,состав
Выполнила:
Студентка гр. 2ис-16
Фролова Вера
Современный процессор представляет
собой микросхему, или чип (англ. chip ),
выполненную на миниатюрной
кремниевой пластине – кристалле.
Поэтому его принято называть –
микропроцессор
История процессора
История появления и развития первых процессоров для
компьютеров берет своё начало в середине двадцатого
века. Сейчас уже невозможно себе представить, что както можно обойтись без персональных компьютеров, но
не так давно, всего каких-то сорок лет назад, слова
«компьютер» и «процессор» были известны лишь узкому
кругу специалистов. И лишь в 1971 году произошло
знаковое событие — никому тогда ещё неизвестная
фирма Intel из американского города Санта-Клара дала
жизнь первому микропроцессору , благодаря чему в
дальнейшем персональные компьютеры различных
типов, конфигураций и назначения, прочно вошли в нашу
жизнь, и ими пользуются все и везде, от учащихся школ
до инженеров и ученых.
Это был первый во всем мире четырехразрядный
микропроцессор 4004, который состоял из 2300
транзисторов, имел рабочую частоту 108 кГц — это 0,108
МГц или 0,000108 ГГц (где-то в 20000 раз меньше частоты
современных компьютерных процессоров )
Следующим шагом в развитии микропроцессоров стало
создание в 1974 году Intel 8080. Новый 8-битный
процессор содержал уже 6000 транзисторов и мог
адресовать 64 Кбайт памяти. Кроме всего прочего, это был
первый микропроцессор, который уже мог делить числа.
Компания AMD выпустила свой первый микропроцессор,
AMD 9080 , в 1974 году. Можно сказать, он был полной
копией Intel 8080
Процессор P5 от Intel вышел в марте 1993 года, он стал
называться Pentium . Технологии чипа были переработаны до
неузнаваемости – появилась возможность выполнять сразу две
команды. Но процессоры, которые работали на частоте 60 МГц,
не были успешны. Поэтому в конце 1993 года вышел Pentium II,
еще более производительный процессор, ситуацию удалось
исправить.
Назначение микропроцессора
Выполнять команды программы,
находящейся в оперативной памяти.
Координировать работу всех устройств
компьютера.
Состав процессора
АЛУ — арифметико-логическое устройство
(выполняет команды программы).
УУ — Устройство управления (координирует
работу всех устройств компьютера).
Регистры памяти.
Шины данных, команд и адресов.
Т.к. процессор в компьютере не один, то
правильней будет его называть центральный
процессор (ЦП) или CPU. Кроме ЦП есть
графический процессор – GPU.
Разработчики процессоров прогнозируют, что в скором будущем
GPU будет интегрирован в процессор. Такой процессор называют
гибридным. AMD уже разработал один гибрид под названием
Llano . Само AMD называет свою разработку APU ( Application
Processor Unit – процессор для приложений).
Характеристики процессора
Производители
На данный момент это крпные компании Intel и AMD.
Модель (линейка): Для Intel : Pentium , Core2 Quad , Core2
Duo . Для AMD: Athlon 64 X2, Athlon 64 X3, Phenom . Имя
позволяет определить к какой серии относится процессор:
для настольных ПК, для серверов или для мобильных
устройств.
Частота процессора- это количество элементарных
операций, которые процессор может выполнить в течение
секунды. Для ЦПУ значение измеряются в гигагерцах (ГГц).
Это частота влияет на производительность и быстроту
вашего компьютера. Но производительность не зависит
только от частоты!
Системная шина (FSB ) – канал по которому процессор
соединен с другими устройствами компьютера.
Кеш-память — это быстродействующая память, которая
хранит информацию из оперативной памяти, для более
быстрого доступа к ней. Различают кэши 1-, 2- и 3-го
уровней (маркируются L1, L2 и L3). Кэш современных
процессоров значительно поддает им производительности.
Кэш – это сверхбыстрая энергозависимая память, которая
позволяет процессору быстро получить доступ к
определённым данным, которые часто используются
Сокет – разъём, в который помещается процессор.
Материнская плата должна поддерживать точно
такой сокет , какой будет у процессора.
Техпроцесс
Несмотря на то, что техпроцесс напрямую не влияет на
производительность процессора, мы все равно будем упоминать его
как характеристику процессора , так как именно техпроцесс влияет на
увеличение производительности процессора, за счет конструктивных
изменений. Техпроцесс, является общим понятием, как для
центральных процессоров, так и для графических процессоров ,
которые используются в видеокартах. Основным элементом в
процессорах являются транзисторы – миллионы и миллиарды
транзисторов. Из этого и вытекает принцип работы процессора.
Транзистор, может, как пропускать, так и блокировать электрический
ток, что дает возможность логическим схемам работать в двух
состояниях – включения и выключения, то есть во всем хорошо
известной двоичной системе (0 и 1). Техпроцесс – это, по сути, размер
транзисторов. А основа производительности процессора заключается
именно в транзисторах. Соответственно, чем размер транзисторов
меньше, тем их больше можно разместить на кристалле процессора.
Новые процессоры Intel выполнены по техпроцессу 22 нм. Нанометр
(нм) – это 10 в -9 степени метра, что является одной миллиардной
частью метра. Чтобы вы лучше смогли представить насколько это
миниатюрные транзисторы, приведу один интересный научный факт: «
На площади среза человеческого волоса, с помощью усилий
современной техники, можно разместить 2000 транзисторных
затворов!» Если брать во внимание современные процессоры, то
количество транзисторов, там уже давно перевалило за 1 млрд.
ВОПРОСЫ
Что такое процессор?
Для чего предназначен процессор?
Назовите основные характеристики процессора?
назовите производителей процессоров?
Какие вы знаете разновидности (Модели) процессоров?
— Что обозначает тактовая частота процессора?
— Что таоке Системная шина (FSB) ?
— Для чего указывается Кеш-память в процессорре ?
Какие уровни кеш-памяти вы знаете? Чем они различаются?
— На что указывает Сокет ?
ВОПРОСЫ
— Что такое Технологический процесс в процессоре?
— Какова общая логическая структура микропроцессора?
— Назовиите характеристики процессора, влияющие на его
производительность?

English    
Русский
Правила

Состав ЦП

Состав ЦП

Состав ЦП

Простой процессор

Еще более простой анимированный процессор

Анимация цикла выполнения выборки

  • Стек
    • Структура данных «последним пришел — первым обслужен» (LIFO)
    • Временное хранилище данных
    • Удерживает обратный адрес во время подпрограмм
    • Указатель стека указывает текущую вершину стека
    • Обычно растет «вниз» от верхней памяти
  • Флаги состояния

    • Выполнение инструкции

    • ЦП выполняет цикл выборки/декодирования/выполнения
      • Выбрать инструкцию из оперативной памяти
      • Увеличение счетчика программ
      • Инструкция декодирования
      • Выборка операндов из памяти
      • Выполнить инструкцию
      • Запись результатов в память
    • Время выборки зависит от
      • Время доступа к основной памяти
      • Активность на системной шине
    • Время декодирования/выполнения зависит от
      • Частота системных часов (циклов в секунду — МГц)
      • Тип инструкции

    Архитектура фон Неймана

    • ЦП может выполнять только одну инструкцию за раз
    • Инструкция работает только с одним набором операндов за раз
    • Эта простая конструкция компьютера, известная как архитектура «фон Неймана»
    • ЦП Выполняет одну последовательность инструкций, которые работают с одним потоком данных
    • Также известна как машина «Одна инструкция, единый поток данных» (SISD)
    • Инструкции и данные хранятся в основной памяти (без различия)

    Микропроцессор (&microP): «ЦП на кристалле»

    • 8-битный микропроцессор (1970-е)

      Zilog Z80 Motorola 6800 NS 6502

    • 16-битный микропроцессор (начало 1980-х)

      Intel 8086/88, 80286 Motorola 68000

    • 32-битный мкП (середина 1980-х)

      • Моторола 68030/40 Intel 80386

    • . ..1990-е годы: 64-битные машины, например. Декабрь Альфа
    • Внутренняя архитектура может отличаться от размера шины данных

      • Intel 8088: внутренняя 16-битная, 8-битная шина данных

      Intel 386sx: внутренняя 32-битная 16-битная шина данных

      Можно собрать компьютер, используя более дешевые внешние детали (например, интерфейсы ввода-вывода)

    Различия между процессорами

    • Набор инструкций: операции, количество/порядок операндов, режимы адресации
    • Регистры: размер (количество бит), сколько, выделенные/универсальные
    • Адресная шина: размер («ширина»)
    • Шина данных: размер
    • Шина управления: функции
    • С прямым порядком байтов/обратным порядком байтов
    • Допустимые тактовые частоты

    от Криса Хэнда


    [ Индекс ]

    Intel показывает, как изготавливается ЦП

    Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

    Ваш процессор появился из песка

    Песок. Состоящий из 25 процентов кремния, он является вторым после кислорода наиболее распространенным химическим элементом в земной коре. Песок, особенно кварц, содержит большое количество кремния в виде диоксида кремния (SiO2) и является основным ингредиентом для производства полупроводников.

    Очистка и выращивание

    После получения необработанного песка и отделения кремния излишки материала утилизируются, а кремний очищается в несколько этапов, чтобы, наконец, достичь качества производства полупроводников, которое называется кремнием электронного класса. Полученная чистота настолько высока, что в кремнии электронного качества может быть только один чужеродный атом на каждый миллиард атомов кремния. После процесса очистки кремний переходит в фазу плавления. На этой картинке вы можете видеть, как из расплава очищенного кремния вырастает один большой кристалл. Полученный монокристалл называется слитком.

    Большой слиток

    Монокристаллический слиток изготовлен из кремния электронного класса. Один слиток весит примерно 100 кг (или 220 фунтов) и имеет чистоту кремния 99,9999%.

    Нарезка слитков

    Затем слиток перемещается на стадию нарезки, где отдельные кремниевые диски, называемые пластинами, тонко нарезаются. Некоторые слитки могут стоять выше пяти футов. Существует несколько различных диаметров слитков в зависимости от требуемого размера пластины. Сегодня процессоры обычно изготавливаются на пластинах диаметром 300 мм.

    Полировка пластин

    После резки пластины полируются до безупречной зеркально-гладкой поверхности. Intel не производит собственные слитки и пластины, а вместо этого покупает готовые к производству пластины у сторонних компаний. В передовом 45-нм техпроцессе Intel High-K/Metal Gate используются пластины диаметром 300 мм (или 12 дюймов). Когда Intel впервые начала производить микросхемы, она печатала схемы на 50-миллиметровых (2-дюймовых) пластинах. В настоящее время Intel использует пластины диаметром 300 мм, что снижает затраты на один чип.

    Нанесение фоторезиста

    Голубая жидкость, изображенная выше, представляет собой финишное покрытие фоторезиста, подобное тем, которые используются в фотопленке. Пластина вращается на этом этапе, чтобы обеспечить равномерное покрытие, гладкое и очень тонкое.

    Воздействие УФ-излучения

    На этом этапе светостойкое покрытие подвергается воздействию ультрафиолетового (УФ) света. Химическая реакция, вызванная ультрафиолетовым излучением, аналогична той, что происходит с материалом пленки в камере в тот момент, когда вы нажимаете кнопку спуска затвора.

    Области резиста на пластине, подвергшиеся воздействию УФ-излучения, становятся растворимыми. Экспонирование осуществляется с помощью масок, которые действуют как трафареты. При использовании с УФ-светом маски создают различные узоры цепей. По сути, при построении ЦП этот процесс повторяется снова и снова, пока несколько слоев не будут наложены друг на друга.

    Линза (в центре) уменьшает изображение маски до небольшого фокуса. Полученный «отпечаток» на пластине обычно в четыре раза меньше линейно, чем рисунок маски.

    Подробнее Разоблачение

    На картинке показано, как выглядел бы один транзистор, если бы мы могли видеть его невооруженным глазом. Транзистор действует как переключатель, контролирующий поток электрического тока в компьютерной микросхеме. Исследователи Intel разработали транзисторы настолько маленькие, что, по их утверждению, примерно 30 миллионов из них могут поместиться на булавочной головке.

    Промывка фоторезиста

    После воздействия УФ-света открытые участки синего фоторезиста полностью растворяются в растворителе. Это показывает рисунок фоторезиста, созданный маской. С этой точки начинают расти зачатки транзисторов, межсоединений и других электрических контактов.

    Травление

    Слой фоторезиста защищает материал пластины, который не следует травить.