Строение компьютера процессора: Устройство компьютера: из чего состоит ПК

Устройство компьютера

Устройство компьютера.

1.1. Как он устроен и как работает
1.2. Системный блок компьютера
1.3. Память компьютера
Едва ли сейчас можно найти человека, который никогда не слышал о персональных компьютерах или никогда их не видел. Персональные компьютеры выпускаются в разных корпусах. На рис. 1.1 показан внешний вид настольного персонального компьютера.

Рис. 1.1. Настольный персональный компьютер.
Если вы много путешествуете, можете брать компьютер с собой. В этом случае вам подойдет компьютер блокнотного типа. Он имеет размеры небольшой книги (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Блокнотный персональный компьютер.
Есть и другие варианты конструктивного исполнения компьютеров. Окончательный выбор — дело вашего вкуса. Однако если вы планируете подключать к компьютеру большое количество внешних устройств, приобретайте компьютер с большим, просторным корпусом и мощным блоком питания. Впрочем, об этом чуть позже.
1.1. Как он устроен и как работает
Любой компьютер (даже самый большой) состоит из четырех частей — устройства ввода информации, устройства обработки информации, устройства хранения и устройства вывода информации. Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу (компьютеры класса Notebook — записная книжка) или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств (большие компьютеры, такие как ЕС ЭВМ).
Чаще всего персональный компьютер состоит из системного блока (показан справа от видеомонитора на рис. 1.1), видеомонитора (рис. 1.3), клавиатуры (рис. 1.4), принтера (рис. 1.5), мыши (рис. 1.6). Иногда к компьютеру дополнительно подключаются звуковые колонки, головные телефоны и микрофон, а также другие устройства ввода и вывода информации, например, устройство ввода графической информации, которое называется сканер (рис. 1.7).
Системный блок объединяет устройства обработки и хранения информации.

Рис. 1.3. Видеомонитор.
Видеомонитор напоминает бытовой телевизор, однако обычно он обладает более высоким разрешением. Нетрудно догадаться, что монитор предназначен для вывода информации. Компьютер может выводить на экран монитора как текстовую, так и графическую информацию. С помощью специального (и довольно дорогостоящего оборудования) к компьютеру можно подключить бытовой видеомагнитофон и одновременно с обычной работой просматривать в небольшом окне экрана монитора (или на всем экране) видеофильмы.

Рис. 1.4. Клавиатура.
Клавиатура компьютера напоминает клавиатуру пишущей машинки. Ее назначение аналогично — набирать текст. Однако в компьютере набираемый текст не печатается сразу на бумаге, а запоминается на диске — запоминающем устройстве, расположенном в основном блоке. Кроме набора текста клавиатура используется для управления компьютером, а также для решения других задач, о чем вы еще узнаете.

Рис. 1.5. Принтер.
Принтер предназначен для печати информации, хранящейся в основном блоке компьютера. Это может быть текст, графическое изображение, таблицы и т. п.. Промышленность выпускает принтеры на любой вкус — от самых дешевых, стоимостью $100 — $200, которые печатают медленно и не очень качественно, до дорогих лазерных и цветных струйных принтеров, которые стоят от сотен долларов до нескольких тысяч долларов и обеспечивают качество, обычно достижимое лишь в типографии.

Рис. 1.6. Мышь.
Мышь — это небольшая коробочка, с одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке. Для работы с мышью ее надо передвигать по поверхности стола. Компьютер следит за перемещениями мыши и передвигает на экране монитора изображение специального указателя — курсора. Таким образом, передвигая мышь по поверхности стола вы будете передвигать курсор по экрану монитора.
С помощью мыши вы можете указывать компьютеру на те элементы изображения, с которыми он должен что-либо сделать. Установив курсор на объект, следует нажать одну из кнопок. При этом компьютер узнает, что вы установили курсор на нужный объект.
Для выполнения на компьютере некоторых задач (например, таких как создание графических изображений) мышь даже более нужна чем клавиатура, так как является графическим устройством ввода компьютера.
С помощью звуковых колонок, головных телефонов и микрофона компьютер может общаться с человеком естественным для человека способом. Жаль только, что человеческую речь компьютер понимает пока с большим трудом, если вообще понимает. ..

Рис. 1.7. Сканер.
Сканер предназначен для ввода в компьютер графических изображений, таких как черно/белые или цветные фотографии. С помощью сканера можно ввести в компьютер графическое изображение страницы книги с текстом. Компьютер сможет «прочитать» это изображение и преобразовать его в обычный текст. Этот текст впоследствии можно будет отредактировать или отформатировать. Однако чаще всего сканер используется для ввода фотографий.
С помощью плоттера компьютер может вычертить чертеж детали, географическую карту или другое подобное изображение. Плоттер рисует специальными цветными фломастерами. Качество обычно хуже, чем достижимое на лазерном принтере, однако есть плоттеры, способные работать с бумагой очень большого размера, например, формата А0 (33,11″ x 46,81″ или 841 мм х 1189 мм). Лазерные принтеры обычно используют формат бумаги А4 (8,27″ x 11,69″ или 210 мм х 297 мм), и только некоторые из них — А3 (11.69″ x 16,54″ или 297 мм х 420 мм).
Такое устройство, как дигитайзер, нужно далеко не всем. Это устройство состоит из планшета и специальной коробочки с кнопками. Дигитайзер предназначен для полуавтоматического ввода в компьютер чертежей, схем, географических карт. Чертеж или рисунок кладется на планшет, сверху располагается коробочка, соединенная с планшетом. Через специальную линзу с перекрещивающимися линиями вы видите поверхность чертежа или рисунка, на которой лежит коробочка. Перемещая перекрестие линий от одной точки чертежа к другой и нажимая кнопки на коробочке, вы можете ввести в компьютер карандашный эскиз детали или географическую карту.
К компьютеру можно подключить и другие устройства, например, устройство для чтения штрихового кода, используемого для маркировки товара в магазинах, или модем.
Итак, компьютер состоит из четырех частей, в качестве которых могут быть использованы описанные выше устройства. Как эти части соединяются и как взаимодействуют между собой?
На рис. 1.8 изображены те действия над информацией, которые может выполнять компьютер.

Рис 1.8. Действия, выполняемые компьютером
Компьютер может вводить информацию, обрабатывать, выводить, а также накапливать. Не вдаваясь в детали, отметим, что вся информация хранится в компьютере в виде чисел (даже текстовая, звуковая или графическая).
Устройства ввода преобразуют вводимую информацию в числа. Например, когда вы нажимаете клавиши на клавиатуре, из нее в основной блок передаются числа, соответствующие нажимаемой клавише. Если вводится звуковая информация, она также преобразуется в поток чисел, каждое из которых соответствует амплитуде звукового сигнала в данный момент времени. При вводе изображения при помощи сканера полученный образ хранится в виде чисел, описывающих цвет и интенсивность отдельных точек изображения. При передвижении мыши по поверхности стола направление перемещения мыши и расстояние преобразуются в цифровую форму и передаются в компьютер.
Человеку неудобно работать с цифровой информацией, он предпочитает аналоговую. Например, многие люди привыкли к механическим часам и не покупают электронные с цифровой индикацией, так как им легче определять время по положению стрелок. Компьютер (вернее, устройство обработки информации, входящее в состав компьютера), «любит» иметь дело с числами.
Поэтому получив от человека информацию, после обработки компьютер должен преобразовать ее из цифровой формы в форму, удобную для человека. Устройства вывода выдают человеку готовый результат обработки в виде изображения, звука и т. д.
Что же касается хранения информации, то она хранится в цифровом виде. Это удобно для обработки информации компьютером. Обычный пользователь никогда не имеет непосредственного доступа к информации, хранящейся в устройствах памяти компьютера, поэтому для него не имеет значения формат записанных там данных.
Помимо введенной для обработки информации в компьютере хранится и другой вид данных — программы для работы с информацией. Программы хранятся в виде чисел и представляют собой ни что иное, как инструкции компьютеру по работе с информацией. Программы предписывают компьютеру, какие следует выполнять операции в ответ на действия человека, работающего с компьютером. Как правило, для решения каждой задачи требуется иметь отдельную программу, хотя бывают и универсальные программы, способные выполнять несколько разных задач.
Программы составляются людьми, чья профессия — программисты. Составление программ — чрезвычайно сложная задача, требующая значительной специальной подготовки, больших затрат труда и времени. Программирование «на хорошем уровне» доступно лишь профессионалам высокого класса. Однако пользователям компьютеров не стоит волноваться по этому поводу. В настоящий момент можно купить программу, подходящую для решения практически любой задачи. Для использования компьютера от вас не требуется умения составлять программы, как не требуется и детального знакомства с устройством и принципами работы компьютера.
1.2. Системный блок компьютера
Что же скрывается внутри системного блока компьютера? Там находится устройство обработки информации, устройства хранения информации и другие узлы.
Если открыть корпус системного блока компьютера (рис. 1.11), вы увидите блок питания (Power Supply), большую печатную плату с микросхемами, называемую материнской платой (Motherboard), в которую вставлены платы размером поменьше — контроллеры, а также устройства внешней памяти — накопители на гибких магнитных дисках (FDD или НГМД) и накопители на магнитных (жестких) дисках (HDD или НМД). Внутри корпуса есть также маленький громкоговоритель и много соединительных кабелей.
Устройства ввода/вывода, такие как мышь (Mouse), клавиатура (Keyboard), видеомонитор и принтер (Printer) подключаются непосредственно к материнской плате либо к контроллерам (Controller) — маленьким платам, вставленным в материнскую плату. Аналогично подключаются к материнской плате НГМД, НМД и громкоговоритель, а также кнопки и светодиоды, расположенные на лицевой панели корпуса основного блока.

Рис. 1.11. Системный блок компьютера.
На материнской плате есть большая микросхема — центральный процессор (CPU или ЦП). Это мозг компьютера. Процессор выполняет всю обработку данных, поступающих в компьютер и хранящихся в памяти компьютера. Обработка выполняется по управлением программы, которая, как я уже писала, также хранится в памяти компьютера. Персональные компьютеры оснащаются центральными процессорами разной мощности (производительности). В зависимости от решаемой вами задачи может потребоваться тот или иной процессор, о чем я еще буду говорить.
Кроме центрального процессора, на материнской плате расположено еще одно важнейшее устройство — оперативная память или оперативное запоминающее устройство (RAM или ОЗУ). ОЗУ имеет относительно небольшой объем — обычно от 1 до 16 мегабайт, однако, как это видно из названия, центральный процессор имеет оперативный (быстрый) доступ к данным, записанным в ОЗУ (на извлечение данных из ОЗУ требуется не более 60-100 наносекунд). Говорят, что данные в ОЗУ имеют малое время доступа.
Почему вся память компьютера не работает так же быстро, как ОЗУ? Тому есть две причины. Во-первых, быстродействующая память дорого стоит. Во-вторых, все данные, хранящиеся в ОЗУ, пропадают при выключении питания компьютера. Устройства памяти типа НМД или НГМД сохраняют данные, даже если компьютер не работает, и могут использоваться для долговременного хранения информации, однако время доступа к данным даже для лучших НМД составляет 5-10 миллисекунд, а для НГМД оно существенно больше.
1.3. Память компьютера
Расскажем подробнее о том, как устроена и работает память компьютера.
ОЗУ и ПЗУ
Вы уже знаете, что на материнской плате компьютера есть оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) емкостью несколько мегабайт с малым временем доступа. Эта память используется для временного хранения данных, обрабатываемых центральным процессором. Однако в ОЗУ хранятся не только данные, туда перед запуском должна быть записана программа.
Кроме ОЗУ на материнской плате есть микросхема постоянного запоминающего устройства (ROM или ПЗУ). Данные записываются в ПЗУ один раз при изготовлении микросхемы на заводе и обычно не могут быть изменены впоследствии. В ПЗУ хранятся программы, которые компьютер запускает автоматически при включении питания. Эти программы предназначены для проверки исправности и обслуживания аппаратуры самого компьютера. Они также выполняют первоначальную загрузку главной обслуживающей программы компьютера — так называемой операционной системы.
Наглядно ОЗУ и ПЗУ можно представить себе в в виде массива ячеек, в которые записаны отдельные байты информации. Каждая ячейка имеет свой номер, причем нумерация начинается с нуля. Номер ячейки является адресом (Address) байта.
Центральный процессор при работе с ОЗУ должен указать адрес байта, который он желает прочитать из памяти или записать в память (рис. 1.12). Разумеется, из ПЗУ можно только читать данные. Прочитанные из ОЗУ или ПЗУ данные процессор записывает в свою внутреннюю память, устроенную аналогично ОЗУ, но работающую значительно быстрее и имеющую емкость не более десятков байт.

Рис. 1.12. Работа процессора с ОЗУ.
Процессор может обрабатывать только те данные, которые находятся в его внутренней памяти, в ОЗУ или в ПЗУ. Все эти виды устройства памяти называются устройствами внутренней памяти, они обычно располагаются непосредственно на материнской плате компьютера (внутренняя память процессора находится в самом процессоре).
Память на магнитных дисках
Любой компьютер (предназначенный для серьезной работы) оснащен так называемыми устройствами внешней памяти. К этим устройствам относятся в первую очередь накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на жестких магнитных дисках (НМД).
Устройства внешней памяти, как я уже говорила, предназначены для долговременного хранения информации. НГМД и НМД относятся к дисковым магнитным устройствам памяти, так как информация в этих устройствах записывается на вращающихся дисках, покрытых магнитным материалом, напоминающем покрытие лент обычных аудио- и видеокассет. И хотя по своему составу магнитное покрытие, используемое в дисковых накопителях, отличается от покрытия обычных бытовых магнитных лент, в них используется аналогичный принцип записи информации.
В обычных бытовых магнитофонах на магнитную ленту записывается аналоговый сигнал непосредственно с микрофона, проигрывателя пластинок, компакт-дисков или другого источника. Компьютер записывает на магнитные диски биты информации. Если надо записать несколько байт данных, все биты этих байтов записываются последовательно на одну дорожку.
Дорожки образуют на магнитных дисках концентрические круги. Блок специальных магнитных головок перемещается по радиальной оси к центру или от центра диска, прочерчивая по поверхности диска воображаемые круги. Эти круги и называются дорожками или цилиндрами (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Магнитный диск.
Компьютер может произвольно устанавливать блок магнитных головок на любую дорожку диска, однако сами данные на дорожке просматриваются компьютером последовательно по мере вращения диска.
Конструктивно НГМД выполнен таким образом, что вы можете менять установленные в нем магнитные диски. Такие сменные магнитные диски называются гибкими магнитными дисками или флоппи-дисками (их также называют дискетами) и расположены в специальном картонном конверте, защищающем их от повреждения. Кстати, пусть название «гибкие диски» не вводят вас в заблуждение — с такими дисками надо обращаться осторожно и ни в коем случае не изгибать их!
Флоппи-диски нельзя подвергать нагреву, располагать вблизи сильных электромагнитных полей (понятно почему — информация будет стерта). Для лучшей сохранности данных старайтесь держать дискеты подальше от сильных магнитов и видеомонитора. Нельзя также касаться пальцами поверхности диска, так как вы можете загрязнить ее жиром, который всегда есть на коже.
На верхнюю поверхность дискеты обычно наклеивается этикетка, на которой вы можете отметить, какие программы или данные находятся на дискете. Для отметок на этикетке дискеты лучше всего использовать мягкий простой карандаш или фломастер, но не шариковую ручку, так как она может оставить вмятины и испортить дискету. Если вы стираете старое обозначение с этикетки дискеты ластиком, следите за тем, чтобы крошки ластика не попали в прорезь для магнитных головок. В противном случае вы можете повредить не только дискету, но и НГМД.
Старайтесь держать дискету в специальном бумажном пакетике, в котором она продается. Не следует класть дискету без пакетика на стол или рабочие бумаги, так как пыль с поверхности стола или бумаг может попасть на поверхность магнитного диска и это приведет к ее повреждению. Я также не рекомендую курить в помещении, где установлен компьютер, пепел от сигарет может послужить причиной преждевременного выхода из строя дискет или НГМД.
В настоящее время используются флоппи-диски двух типов — диаметром 5,25″ (рис. 1.14) и 3,5″ (рис. 1.15). В зависимости от конструкции диска и материала магнитного покрытия вы можете записать на флоппи-диск от 360 Кбайт до 2,88 Мбайт данных. Больше всего распространены флоппи-диски диаметром 3,5″ и емкостью 1,44 Мбайт, диаметром 5,25″ и емкостью 1,2 Мбайт, а также диаметром 5,25″ и емкостью 360 Кбайт.
Емкость флоппи-дисков можно определить из обозначения на коробке. Приведем обозначение для встречающихся чаще всего дискет:
 
Обозначение
Диаметр флоппи-диска, дюймы  Емкость флоппи-диска, Кбайт
5.25″ 2S/2D 5,25 360
5.25″ 2S/HD 5,25 1200
3.5″ 2S/2D 3,5 720
3.5″ 2S/HD 3,5 1440

Дискеты диаметром 5,25″ и разной плотностью внешне практически ничем не отличаются друг от друга, за исключением того что у дискет емкостью 360 Кбайт отверстие для вращающегося вала имеет окантовку по краям. У дискет емкостью 1200 Кбайт (или как принято говорить, емкостью 1,2 Мбайт) такой окантовки нет.
Емкость дискет диаметром 3,5″ легко определить по внешнему виду, так как у дискет емкостью 1,44 Мбайт (1440 Кбайт) есть специальное отверстие для обозначения емкости. Дискеты емкостью 720 Кбайт такого отверстия не имеют.

Рис. 1.14. Флоппи-диск диаметром 5,25″.
Данные, записанные на дискете, можно защитить от случайного стирания или перезаписи. В дискете диаметром 5,25″ для этого надо заклеить отверстие защиты от записи при помощи специальной полоски. Набор таких полосок продается вместе с дискетами. В дискете диаметром 3,5″ для защиты от записи есть специальная крышечка. Вы можете с ее помощью закрыть отверстие, защитив таким образом записанные на дискете данные.

Рис. 1.15. Флоппи-диск диаметром 3,5″.
Дискеты надо вставлять в прорезь НГМД осторожно, при этом они должны вставляться таким образом, чтобы прорезь для магнитных головок была направлена внутрь НГМД, а прорезь защиты от записи (или отверстие защиты от записи в дискетах диаметром 3,5″) находилась слева. При этом этикетка должна быть наклеена сверху. Если вы вставите дискету неправильно, это может привести к повреждению НГМД.
На рис. 1.16 показано, как правильно вставлять дискету диаметром 3,5″. Дискета вставляется до щелчка без приложения усилий. Для извлечения дискеты нажмите кнопку, указанную на рисунке.

Рис. 1.16. Работа с дискетой диаметром 3,5″.
На рис. 1.17 показано, как правильно устанавливать в НГМД дискету диаметром 5,25″. После того как вы вставили дискету, следует повернуть ручку фиксатора в направлении, указанном на рисунке стрелкой. Перед тем как вынимать дискету из дисковода, ручку фиксатора следует вернуть в исходное положение.

Рис. 1.17. Работа с дискетой диаметром 5,25″.
В накопителях НМД используется сразу несколько дисков с магнитным покрытием, вращающихся на общем валу. Так же как и в НГМД, для записи данных на диски используется блок магнитных головок, причем данные записываются на обе поверхности дисков. Однако в НГМД магнитные головки касаются поверхности флоппи-дисков, а в НМД парят очень близко над поверхностью. Поэтому, в частности, а также потому что сами диски более жесткие механически, емкость НМД существенно выше и составляет сотни, а то и тысячи Мбайт.
По сравнению с НГМД время доступа к данным в НМД существенно меньше. Это связано с тем, что скорость вращения дисков в НМД выше, чем скорость вращения флоппи-диска в НГМД.
Накопители НМД есть практически в каждом персональном компьютере. В настоящее время это самое распространенное устройство, предназначенное для долговременного хранения данных.
Лазерные дисковые накопители
Все шире используются лазерные дисковые накопители. Лазерные накопители отличаются значительной емкостью (650 Мбайт и более), однако обычно обладают худшим быстродействием по сравнению с НМД. Так же как и в НГМД вы можете менять диски с информацией, однако емкость такого «флоппи-диска» значительно больше, не говоря уже о значительно большей надежности хранения данных. Размеры лазерного и флоппи-диска примерно одинаковы.
Не вдаваясь в детали отметим, что существуют три разных типа лазерных накопителей.
Первый тип позволяет только читать лазерные диски, похожие на обычные компакт-диски CD. Эти накопители работают как сменное ПЗУ и называются CD-ROM. Компакт-диски для накопителей CD-ROM готовятся с помощью специального оборудования стоимостью в тысячи долларов, однако стоимость самих компакт-дисков (без учета стоимости информации, записанной на диске) ничтожна. Накопители CD-ROM стоят порядка 200-300 долларов, что сравнительно немного. Они обеспечат вам доступ к значительным объемам данных, не говоря уже о том, что такие накопители позволяют проигрывать обычные звуковые компакт-диски через головные телефоны или звуковое оборудование, подключенное к компьютеру.
Второй тип лазерных накопителей позволяет записывать информацию на лазерный диск только один раз. Это так называемые WORM-накопители. Их удобно использовать для работы с большими объемами редко изменяющейся, но пополняющейся информации, такой как, например, каталоги больших библиотек.
Самый удобный, но и самый дорогой тип лазерных накопителей — накопители с перезаписью. При емкости порядка 600 Мбайт и быстродействии, сравнимом с быстродействием НМД, стоимость таких накопителей может достигать несколько тысяч долларов. Однако высокая надежность и возможность смены дисков с данными делают их весьма привлекательными, если необходимо работать с очень большими объемами данных.
Накопители на магнитной ленте
Нельзя обойти вниманием и такой тип внешних устройств памяти, как накопители на магнитной ленте или стримеры. По своему принципу действия эти устройства напоминают бытовые кассетные магнитофоны. Чаще всего стримеры используют для резервного копирования содержимого НМД, что позволяет избежать потери данных при выходе НМД из строя. Самые хорошие стримеры позволяют записать на одну кассету с магнитной лентой до 2 Гбайт информации, однако из-за высокой стоимости таких стримеров больше распространены стримеры с кассетами, рассчитанными на запись 150 или 250 Мбайт данных.
Иерархия памяти в персональном компьютере
Подводя итог сказанному, отметим иерархичность памяти компьютера. Непосредственно в центральном процессоре расположена очень быстродействующая память небольшого размера (десятки байт). На материнской плате есть несколько более медленная память ОЗУ и ПЗУ емкостью порядка нескольких мегабайт (емкость ПЗУ обычно составляет сотни килобайт). И, наконец, к компьютеру подключаются относительно медленные устройства внешней памяти, способные хранить тысячи мегабайт данных. В приведенной ниже таблице отражены приблизительные характеристики основных типов запоминающих устройств, используемых в персональных компьютерах.

Устройство
Емкость, Мбайт  Среднее время доступа к данным, мсек
ОЗУ 1-32 0,00005-0,0001
НМД 40-3000 5-25
НГМД 0,36-2,88 100-200
CD-ROM 600-1000 200-700
Лазерный диск с перезаписью 120-650  17-300
Стример 60-2500 5-25 мин

Отметим, что центральный процессор принципиально не имеет непосредственного доступа к внешней памяти. Для того чтобы записать данные на диск, процессор должен поместить их вначале в ОЗУ, откуда они при помощи специальной аппаратуры компьютера будут переписаны на дорожки диска. Данные, читаемые с диска, также вначале помещаются в ОЗУ, и только после этого центральный процессор может получить к ним доступ.
Иерархическое построение памяти компьютера позволяет снизить стоимость подсистемы памяти компьютера, так как те данные, которые нужны чаще, хранятся в быстродействующей (и более дорогостоящей) памяти, в то время как большой объем редко используемых данных можно хранить в относительно дешевой внешней памяти.

Учебный курс «Информатика»

  • Роль ЭВМ в современном мире
  • Историческое развитие вычислительных машин
  • Поколения ЭВМ
  • Архитектура ЭВМ
  • Основные устройства компьютера
  • Разновидности персональных компьютеров
  • Состав системного блока ПК
  • Структура программного обеспечения компьютера
  • Системы программирования и прикладное ПО
  • Компьютерные вирусы
  • Вопросы и упражнения
  • Презентация «Как устроен компьютер»
  • Презентация «Компьютер»
  • Презентация «Магистрально-модульный принцип построения ПК»
  • Презентация «Компьютерная память»
  • Презентация «Внешняя память»
  • Презентация «Логическая структура носителя информации»
  • Презентация «Устройства ввода информации»

    • Процессор

        Процессор — центральный блок компьютера, где производится обработка информации. Он управляет работой всех устройств и производит все логические и арифметические операции.

        Основным устройством процессора является арифметическое устройство (АЛУ — арифметико-логическое устройство). Именно оно выполняет все операции над данными. В состав процессора входит и устройство управления, которое управляет всеми устройствами и отслеживает последовательность выполнения команд.

        В настоящее время процессор аппаратно реализуется в виде БИС (больших интегральных схем). Современные процессоры типа PENTIUM содержат в себе миллионы функциональных элементов. Процессор может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, видео- и звуковую информацию.

        Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты (ГТЧ). ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри компьютера. В ритме этого метронома работает процессор. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт — это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если «метроном стучит» быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в мегагерцах — МГц. Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. Вот некоторые характерные тактовые частоты микропроцессоров: 130 МГц, 266 МГц, 1000 МГц, 2000 МГц, 3 ГГц и др.



    Память компьютера

        Вся вводимая информация попадает в запоминающее устройство или память машины, где она хранится до момента, когда понадобится.

        Носитель информации – это физическая среда, в которой она фиксируется.

        В роли носителя могут выступать бумага, фотопленка, клетки мозга, перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски или ячейки памяти компьютера. Современная техника предлагает все новые и новые разновидности носителей информации. Для кодирования информации в них используются электрические, магнитные и оптические свойства материалов. Разрабатываются носители, в которых информация фиксируется даже на уровне отдельных молекул.

        Память ЭВМ бывает внутренней и внешней. Внутренняя память включает в себя постоянную и оперативную.

        Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство). Особенностью ПЗУ является то, что из него в процессе работы можно только считывать информацию, а записывать нельзя. Характерной чертой ПЗУ является сохранение информации при отключенном питании компьютера. Записанная в ПЗУ информация заносится один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере) в течении всего периода эксплуатации ПК и не может быть изменена в процессе работы. ПЗУ — быстрая, энергонезависимая память. В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. Обычно это компоненты операционной системы (программы контроля оборудования, программа первоначальной загрузки ЭВМ и пр.)

        В современных ПК есть быстрая память еще одного вида, имеющая специальное назначение. Это видеопамять. Видеопамять хранит код изображения, выводимого на дисплей.

        Оперативная память (ОП) — это устройство компьютера, предназначенное для хранения данных (исходных, промежуточных и конечных) и программ (набора команд). Всё, что вы вводите в ЭВМ, запоминается в ОЗУ (оперативно-запоминающем устройстве). Английское название ОЗУ — Random Access Memory (RAM), что переводится как «память с произвольным доступом». Этим названием подчеркивается тот факт, что процессор может обращаться к ячейкам памяти в произвольном порядке, при этом время чтения/записи информации для всех ячеек одинаково (оно измеряется микросекундами).

        В информацию, хранящуюся в ОЗУ, можно внести изменения. При выключении ПК вся информация в ОЗУ стирается. Эту память называют оперативной, т. к. она позволяет с очень большой скоростью записывать и передавать информацию. Однако объём ОП ограничен, поэтому существует необходимость подключить внешнюю память. Физически ОП изготавливается в виде БИС, имеющих различную информационную ёмкость.

        Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое кэш-памятью. Кэш-память — это «сверхоперативная» память сравнительно небольшого объема (обычно до 520000 символов), построенная на иной элементной базе, чем оперативная память. В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной памяти, то среднее время доступа к памяти уменьшается.

        Внешняя память как бы заменяет книги с описанными в них программами и алгоритмами. К устройствам внешней памяти или ВЗУ (внешним запоминающим устройствам) относятся:

        • Накопители на гибких магнитных дисках

        • Накопители на жестких магнитных дисках

        • Дисководы для работы с лазерными компакт дисками

        • Магнитооптические системы

        • Стримеры

        • Флеш-диски

        Основное назначение внешней памяти — долговременное хранение большого количества информации. Для пользователя имеют существенное значение некоторые технико-экономические показатели внешних запоминающих устройств и носителей информации: информационная ёмкость, скорость обмена информацией, надёжность её хранения и стоимость.



    Магнитные носители

        Первые компьютеры использовали в качестве внешней памяти обычные магнитофоны. Сегодня магнитофоны используются лишь для резервного копирования содержимого жёстких магнитных дисков (МД), т.к. на дисках можно потерять информацию «благодаря» компьютерным «вирусам». Магнитофон со специальными возможностями, который записывает информацию с компьютера на специальную кассету с магнитной лентой (МЛ), называется стриммером. Кассета стриммера имеет очень большой объём и позволяет хранить информацию со всего жёсткого диска.

        В основу записи, хранения и считывания информации на магнитные носители положен магнитный принцип: в процессе записи носитель перемещается относительно головки с сердечником из магнитомягкого материала, электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает или не намагничивает элементы носителя.

        При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в головке импульс тока, что позволяет качественно распознать информацию. Способ записи и считывания информации на МЛ и МД аналогичен работе обычного магнитофона.

        Жёсткий диск — это пластинка из немагнитного материала, на поверхность которой нанесён магнитный слой. Среднее время его безотказной работы — сотни тысяч часов. Жёсткие магнитные диски состоят из нескольких дисков, размещённых на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в секунду), заключённых в металлический корпус. Головки считывания/записи передвигаются сразу по всем поверхностям дисков.

        Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер, предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, текстовых редакторов и т. д. Современные ЖМД имеют скорость вращения от 3600 до 7200 об/мин. Это может быть стеклянный диск (с металлической поверхностной пленкой, например кобальтовой), не чувствительный к температуре. Информационная емкость — до 48 млрд. символов.

    Это интересно!

        Сравнительно новое понятие: флеш-диск. Это устройство для долговременного хранения данных, с возможностью многократной перезаписи, реализованное на микросхемах памяти (т.е. также, как ОЗУ). Достоинства: малая мощность, надёжность в работе, малогабаритность, устойчивость к ударам, отсутствие механических и движущихся частей, объем памяти от 2 до 200 Мб и даже до 1,7 Гб. Недостаток — высокая цена устройства. Несмотря на дороговизну, похоже, что флеш-диски со временем вытеснят винчестеры.

        Гибкие магнитные диски используются для обмена программами между компьютерами и при поставке программных продуктов. Гибкие МД (ГМД) предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьютере.

        Гибкие диски помещаются в конверт из плотной бумаги или в пластмассовый корпус. В центре диска имеется отверстие для обеспечения вращения диска в дисководе. В защитном конверте имеется продолговатое отверстие, через которое производится запись/считывание информации. На боковой кромке дискет находится маленький вырез, позволяющий производить запись, но если вырез заклеить, запись становится невозможной (диск защищён). В некоторых дискетах защиту от записи обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу пластмассового корпуса.

        Гибкий МД диаметром 5,25 дюйма использовались до середины 80-х годов 20 века и могли хранить до 1,5 млн. символов информации. Дискеты размером 5,25 дюйм не обеспечивали хорошей физической защиты носителю. В настоящее время ещё используются ГМД диаметром 3,5 дюйма, которые имеют емкость 1,8 млн. символов. Защита магнитного слоя является особенно актуальной, поэтому сам диск спрятан в прочный пластмассовый корпус, а зона контакта головок с его поверхностью закрыта от случайных прикосновений специальной шторкой, которая автоматически отодвигается только внутри дисковода.

    Это интересно!

        Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован, т. е. должна быть создана структура диска. Информация на ГМД хранится на магнитных концентрических дорожках, разделенных на сектора, отмеченных магнитными метками, а у ЖМД есть еще и цилиндры — совокупность дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков. Все дорожки магнитных дисков на внешних цилиндрах больше, чем на внутренних. Следовательно, при одинаковом количестве секторов на каждой из них плотность записи на внутренних дорожках должна быть больше, чем на внешних. Количество секторов, емкость сектора, а, следовательно, и информационная емкость диска зависят от типа дисковода и режима форматирования, а также от качества самих дисков.

        Недостатками магнитных носителей являются способность разрушения магнитного слоя при частом считывании информации и от воздействия магнитных полей и явление «жевания» ленты. Достоинство — возможность записывать информацию множество раз.



    Оптические носители

        Существуют накопители на оптических дисках (CD-ROM), где информация записывается лазером. Внешне они ничем не отличаются от звуковых компакт-дисков. Диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) обладают емкостью до 3 млрд. символов информации, высокой надежностью хранения информации, долговечностью (прогнозируемый срок его службы при качественном исполнении — до 30-50 лет).

    Это интересно!

        Процесс изготовления с CD-ROM состоит из нескольких этапов. Сначала подготавливают информацию для мастер-диска (первого образца), изготавливают его и матрицу тиражирования. Закодированная информация наносится на мастер-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков. Копии негатива мастер-диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков. Тиражируемый компакт-диск состоит из отражающего и защитного слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется тонко запыленный алюминий. В отличие от магнитных дисков, дорожки которых представляют собой концентрические окружности, CD-ROM имеет всего одну физическую дорожку в форме спирали, идущей от наружного края диска к внутреннему (как на грампластинке).

        CD-ROM накопители используют оптический принцип чтения информации. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося CD-ROM диска и луч отражается в нём с интенсивностью, соответствующей значениям 0 и 1. Лазерный луч попадает на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается — фотодетектор фиксирует двоичный ноль.

        Для загрузки компакт-диска в дисковод используется либо одна из разновидностей выдвижной панели, либо специальная прозрачная кассета. Выпускают устройства, которые позволяют самостоятельно записывать специальные компакт-диски. В отличие от обычных, данные диски имеют отражающий слой из золота. Это, так называемые, перезаписываемые CD-R. Подобные диски обычно служат как мастер-диски для дальнейшего тиражирования или создания архивов.

        Резерв повышения емкости — повышение плотности записи путем уменьшения длины волны лазера. Так появились компакт-диски, способные хранить почти 5 млрд. символов информации на одной стороне и 10 млрд. символов — на двух сторонах. Планируется также создание двухслойной схемы записи, т.е. когда на одной стороне носителя будут две разнесенные по глубине поверхности с записанными данными. В этом случае информационная емкость компакт диска возрастает до 9 млрд. символов на одной стороне.

        Недостатком CD-ROM диска является занесение информации на носитель только один раз. Достоинство CD-ROM диска — бесконечное считывание информации без потерь.

        Похоже, ставшие привычными компакт-диски CD-ROM вскоре отойдут в прошлое. Уже широко используются компакт-диски с возможностью перезаписи (CD-RW, CD-ReWritablie). CD-RW диски сняли принципиальное ограничение CD-ROM, связанное с возможностью лишь с однократной записи информации. Запись на CD-R диске возможна только один раз и производится пользователем с помощью компактного и недорогого записывающего дисковода.

        Появились цифровые лазерные DVD-диски. Основное их отличие — это более высокая плотность записи. Так, преобладающим на компьютерном рынке является диск диаметром 120 мм и ёмкостью до 5 миллиардов символов. Считается, что ёмкость DVD-дисков может достигать 15 миллиардов символов.

        Различают DVD-ROM и DVD-RAM диски. DVD-ROM только для чтения. DVD-RAM для чтения и записи. Для чтения DVD-дисков требуется специальный дисковод, который читает и CD-ROM тоже.

    Магнитооптические носители

        Одно из достижений XX столетья — магнитооптические диски. В них используются достоинства магнитных и оптических носителей: многократность записи и многократность считывания. Магнитооптические диски могут оказаться одним из самых жизнеспособных устройств, предназначенных для хранения данных. Дело в том, что CD-ROM удобны для хранения информации, а в работе с ней они оказываются медленнее, чем жесткие магнитные диски. Поэтому обычно с компакт-дисков информацию переписывают на МД, с которым и работают. Такая система не годится, если работа связана с базами данных, которые ввиду большой информационной емкости как раз выгоднее размещать на CD-ROM. Кроме того, компакт-диски, используемые в настоящий момент на практике, не являются перезаписываемыми. Магнитооптические диски лишены этих недостатков. Здесь объединены достижения магнитной и оптической технологий. На них можно записывать информацию и быстро считывать ее. Они сохраняют все преимущества ГМД (переносимость, возможность отдельного хранения, увеличение памяти компьютера) при огромной информационной емкости.

        В магнитооптических системах магнитная запись производится на поверхность компакт-диска, предварительно сильно разогретую лазерным лучём. Первые магнитооптические диски внешне напоминали дискету 3,5 дюйм. Затем были созданы диски размером 5,25 дюйм, которые также помещались в пластиковый корпус. После этого появились магнитооптические диски без корпуса, т.е. точно такие же, как обычные лазерные аудио-диски и об этих достижениях было сказано выше.



    Устройства ввода-вывода информации

        Устройства ввода-вывода информации организуют диалог пользователя с ЭВМ.

        Чтобы ЭВМ выполняла полезные функции по обработке информации, её нужно прежде всего ввести. Клавиатура — самое известное и распространённое устройство ввода информации в компьютер. На физическом уровне оно представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь. К устройствам ввода информации в ЭВМ относится и графический манипулятор — «мышка». Он позволяет управлять состоянием объектов, выведенных на экран: меню, световых кнопок и др. Разновидностью графического манипулятора «мышь» является «трекбол», здесь движение манипулятора осуществляется с помощью большого шарика внутри. Он не требует коврика, не занимает много места на столе, шарик вращают рукой.

        Существует большое количество других конструкций мыши, например:

        1. Беспроводная мышь — сигналы от мыши передаются с помощью радиопередатчика.

        2. Оптическаямышь – использует специальный коврик и луч света вместо шарика.

        3. Ножная мышь.

        Джойстик (используется в игровых приставках) вводит координатно-числовую информацию, необходимую для реализации игр, с помощью пальцев рук;
    графический планшет (дигитайзер) обеспечивает ввод данных (координат точек и кривых) с большой точностью; устройство «световое перо», которое захватывает и перемещает точку или курсор на экране дисплея, тоже позволяет вводить информацию в компьютер; сканер — устройство ввода, сканирующее по строкам любой рисунок и передающее информацию о нём в персональный компьютер (используется в издательствах, в хорошо оснащённых фотолабораториях).
    Принцип работы сканера заключается в следующем: сканируемое изображение освещается белым светом. Отражённый свет через уменьшающую линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент. Каждая строка сканирования соответствует определённым значениям напряжения на нём, затем значения напряжения преобразуются в цифровую форму. Сканеры бывают ручные, планшетные и барабанные. Ручные практически не выпускаются. Наивысшее качество обеспечивают барабанные сканеры. Различают черно-белые и цветные сканеры. Сканер вводит изображение как множество точек, указав для каждой координаты и номер цвета. По этим данным вводится в память копии изображения. Если вводить текст с помощью сканера, то необходимы специальные программы.

        На заре развития вычислительной техники использовались устройства ввода-вывода информации с перфокарт и перфолент. Люди старой закалки хорошо помнят рулоны перфолент и колоды перфокарт, которые в течение нескольких секунд изрубались в лапшу неисправным считывателем. Они обладали серьёзными недостатками: бумага быстро рвалась, и трудно было исправит ошибки.

        Печатающие устройства, напоминающие обычные печатающие машинки, ранее также использовались для ввода-вывода информации. Но из-за сильного шума при работе этих устройств пользователи отказались от них.

        Дисплей является устройством ввода-вывода текстовой и графической информации, так как в своём составе имеет монитор и клавиатуру. Находят применение три типа монитора: на жидких кристаллах с плоским экраном, газоплазменные мониторы и мониторы с электронно-лучевой трубкой. Мониторы бывают цветными и монохромными.

        Принтеры выводят на бумагу документы и программы (существует несколько разновидностей принтеров: матричные, где печать осуществляется с помощью тонких металлических стержней, ударяющих по бумаге через красящую ленту; струйные, где печать осуществляется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел; лазерные принтеры, обеспечивающие самое высокое качество печати, используют принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички красителя). Другие устройства вывода информации на бумагу — графопостроители распечатывают чертежи и графики на бумагу. Колонки предназначены для акустического вывода (воспроизведения) звуковой информации, как уже хранящейся в памяти ПК в виде файлов, так и поступающей в ПК с внешних музыкальных устройств. Все эти устройства иначе называются периферийными.

        Для ввода информации в ЭВМ сейчас используют цифровые видеокамеры и фотоаппараты, всё чаще используются речевые ввод и вывод. Трудно представить, что станет общепринятым завтра. Появились переносные компьютеры без клавиатуры, которые могут распознавать и вводить рукописный текст. Изображение можно выводить на инфошлем — два миниатюрных экрана перед глазами создают стереоизображение. Инфоперчатки могут передавать в компьютер изображения пальцев человека и, получая информацию от компьютера, оказывать сопротивление движениям человека. Инфоскафандры способны воспринимать положение тела человека и по командам компьютера имитировать прикосновение или давление на кожу человека. Все эти инфоустройства позволяют создавать так называемые искусственные реальности (виртуальный мир), где человек оперирует в воображаемом, созданном компьютером мире, получая через свои органы чувств соответствующие комплексы ощущений.

    Можешь пополнить материал раздела актуальной информацией… Пиши на e-mail: [email protected]

    • Предисловие
    • Человек и информация
    • Человек и компьютер
    • Кодирование информации
    • Основы логики
    • Основы алгоритмизации
    • Компьютерные сети
    • Информ. технологии
    • Сайт учителя
    • Сайт «ПК и здоровье»

    Архитектура ЦП

    Что такое ЦП? В основе компьютера находится блок, называемый центральным процессором (ЦП). Вы, наверное, слышали о процессорах раньше. Они производятся такими компаниями, как Intel, AMD, Fujitsu, Zhaoxin и Qualcomm, и имеют связанные с ними технические данные, такие как Quad Core, 3,2 ГГц с 6 МБ кэш-памяти. Процессор можно разделить на три основные части: арифметико-логическое устройство (ALU), блок управления (CU) и то, что известно как регистры. Вы посмотрите на них в первую очередь.

    Опираясь на то, как можно использовать логические вентили для выполнения вычислений и хранения данных, вы увидите, как все это сочетается друг с другом для создания компьютера.

    Что такое процессор?

    В основе компьютера лежит блок, называемый центральным процессором (ЦП).

    CC BY-SA 2.0, ссылка

    Возможно, вы уже слышали о процессорах. Они производятся такими компаниями, как Intel, AMD, Fujitsu, Zhaoxin и Qualcomm, и имеют связанные с ними технические данные, такие как Quad Core, 3,2 ГГц с 6 МБ кэш-памяти.

    Центральный процессор можно разделить на три основные части: арифметико-логическое устройство (ALU), управляющее устройство (CU) и так называемые регистры. Вы посмотрите на них в первую очередь.

    Основные части ЦП

    1. Регистры

    Регистры — это части ЦП, которые могут хранить данные. Они немного похожи на оперативную память, но вместо ячеек памяти на основе конденсаторов ячейки памяти состоят только из логических элементов. Регистры не могут хранить столько данных, сколько ОЗУ, но они работают значительно быстрее.

    В ЦП имеется пять различных типов регистров. В приведенной ниже таблице приведены некоторые основные сведения, и в следующем разделе вы увидите, как работают эти регистры.

    Аккумулятор АС Сохраняет результаты вычислений
    Регистр инструкций ИК Сохраняет в ОЗУ адрес инструкции для обработки
    Регистр адреса памяти 9 МАРТА0029

    		 Сохраняет в ОЗУ адрес обрабатываемых данных
    Регистр данных памяти МДР Сохраняет обрабатываемые данные
    Счетчик программ ПК Сохраняет в ОЗУ адрес следующей инструкции

    2.

    Арифметико-логическое устройство

    CC BY-SA 3.0, ссылка

    АЛУ является ядром ЦП. Он состоит из всех тех логических схем, о которых вы узнали за последние три недели.

    АЛУ использует эти логические схемы для выполнения различных операций. Он может выполнять сложение двоичных чисел. Он также может выполнять множество других арифметических операций, таких как вычитание и приращение. АЛУ также может выполнять логические операции, такие как сравнение двух двоичных чисел, чтобы определить, совпадают они или нет.

    3. Блок управления

    Блок управления расшифровывает значение каждой инструкции и затем может управлять работой других компонентов. Таким образом, когда блок управления получает команду, которая представляет собой просто двоичное число, он сигнализирует о том, что должны делать АЛУ и память. Может быть, инструкция состоит в том, чтобы сложить два числа вместе, или может быть, что инструкция состоит в том, чтобы сохранить число в ОЗУ.

    Блок управления также содержит часы. Это крошечный колеблющийся кристалл, который управляет скоростью, с которой процессор выполняет вычисления.

    Память

    Оперативная память хранит как инструкции, которые компьютер должен выполнять, так и данные, на основе которых они выполняются. Идея хранения данных и инструкций в одной и той же памяти лежит в основе так называемого компьютера с хранимой программой. При чтении из ОЗУ или записи в ОЗУ необходимы два регистра: один для хранения адреса в ОЗУ, который считывается или записывается, и другой регистр для хранения самих данных.

    Шины

    Все эти компоненты соединены пучками проводов, которые в совокупности называются шинами. Итак, есть шина для передачи данных, другая для адресов и еще одна для инструкций.

    Ввод и вывод

    Кроме того, компьютер обычно имеет некоторые устройства ввода и вывода, которые могут получать внешние данные и затем выводить результаты вычислений. Это может быть что-то простое, например подключение для передачи данных, или что-то более сложное, например, клавиатура и монитор.

    Этот метод сборки компьютера известен как Архитектура фон Неймана. Он был разработан Джоном фон Нейманом примерно в 1945 году, задолго до того, как были изобретены какие-либо компоненты, необходимые для его производства.

    АЛУ + регистры + БУ

    • Мастер разделов

    • Диспетчер разделов

    • Архитектура компьютерного процессора/ЦП: ALU + регистры + CU

    Хелен | Подписаться |
    Последнее обновление

    Какая архитектура у моего процессора? Многие пользователи компьютеров, возможно, когда-либо задавались этим вопросом. Теперь, здесь, в этой статье, вы сами найдете ответ. Чтобы узнать больше о ЦП или других компонентах компьютера, рекомендуется посетить веб-сайт мастера разделов MiniTool.

    Что такое архитектура ЦП？

    Архитектура ЦП относится к конструктивной структуре центрального процессора, включая набор микросхем процессора. двумя основными компонентами архитектуры ЦП являются ISA (архитектура набора инструкций) и микроархитектура , которая является реализацией ISA.

    Набор инструкций определяет разработанные им основы архитектуры ЦП (базовые характеристики), такие как количество регистров, доступные инструкции, порядок следования байтов и синтаксис кодов операций, интерфейс/контракт между ЦП (аппаратное обеспечение) и программистом (программное обеспечение). Если внутреннее узкое место не устранено, ISA не повлияет на производительность процессора, на которую влияет микроархитектура. Например, такими типами являются процессоры X86, MIPS и ARM.

    Архитектура микропроцессора определяет, как дизайн, контролируемый ISA, применяется в реальной архитектуре процессора (внутренняя работа процессора), включая Sandy Bridge, Skylake, Zen и т. д., которые являются частью x86.

    Несмотря на то, что каждый из этих проектов имеет совершенно разную производительность, они были выпущены в разное время и даже разработаны разными производителями, все они являются частью одного семейства x86 и могут выполнять один и тот же код. Все эти архитектуры понимают определенную инструкцию (OPcod) как одно и то же.

    Что делает процессор?

    Функция ЦП (центрального процессора), также известного как процессор, центральный процессор или главный процессор, представляет собой электронную схему внутри компьютера на материнской плате, которая выполняет инструкции, поступающие из компьютерной программы. Он выполняет основные арифметические, логические, управляющие операции, а также операции ввода-вывода (I/O), заданные инструкциями в программе.

    Традиционно термин «ЦП» относится к блоку обработки процессора и блоку управления (CU), который отличает основные части компьютера от внешних компонентов, таких как основная память и схемы ввода-вывода.

    Это видео подробно объяснит, как работает (формируется) ЦП.

    Архитектура ЦП

    Основными компонентами ЦП обычно являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры процессора и блок управления. ALU выполняет арифметические и логические операции, регистры передают операнды в ALU и сохраняют результаты операций ALU, в то время как CU организует выборку (из памяти) и выполнение инструкций, направляя согласованные операции ALU, регистров и других компоненты.

    Современная новая архитектура ЦП представляет собой единую интегральную схему (ИС) металл-оксид-полупроводник (МОП), называемую микропроцессорами, микроконтроллерами или системами на кристалле (SoC). ИС содержит ЦП, память, периферийные интерфейсы и другие компоненты компьютера.

    Некоторые машины используют многоядерную архитектуру ЦП , которая представляет собой один чип или «сокет», содержащий 2 или более ЦП (ядер). Центральные процессоры массива или векторные ЦП имеют несколько процессоров, которые работают параллельно без центрального блока. И виртуальные процессоры представляют собой абстракцию динамически агрегированных вычислительных ресурсов.

    В общем, ЦП в основном состоит из арифметико-логического блока, выполняющего арифметические и логические операции, регистров (быстро доступного места), состоящих из небольшого объема быстрой памяти, и блока управления, управляющего потоком данных внутри ЦП.