В состав процессора входят устройства: Устройства, входящие в состав процессора: описание, функции

Как работает процессор, основные части?

        Центральный процессор (ЦП) — это аппаратное обеспечение компьютера, которое выполняет инструкции компьютерной программы, выполняя основные арифметические, логические операции и операции ввода/вывода системы. Этот термин используется в компьютерной индустрии по крайней мере с начала 1960-х годов. Форма, дизайн и реализация процессоров менялись на протяжении их истории, но их основная работа остается неизменной. Компьютер может иметь более одного процессора; это называется многопроцессорностью. Все современные центральные процессоры являются микропроцессорами, то есть содержащимися на одном кристалле. Некоторые интегральные схемы (ИС) могут содержать несколько ЦП на одном кристалле; эти микросхемы называются многоядерными процессорами. ИС, содержащая ЦП, может также содержать периферийные устройства и другие компоненты компьютерной системы; это называется системой на кристалле (SoC). Двумя типичными компонентами ЦП являются арифметико-логическое устройство (ALU), которое выполняет арифметические и логические операции, и блок управления (CU), который извлекает инструкции из памяти, декодирует и выполняет их, вызывая ALU при необходимости. Не все вычислительные системы полагаются на центральный процессор. Процессор массива или векторный процессор имеет несколько параллельных вычислительных элементов, ни один из которых не считается «центром». В модели распределенных вычислений задачи решаются распределенным взаимосвязанным набором процессоров.

Ввод/Вывод (I/O)

в вычислении, вход/выход или I/O — это коммуникация между информационной системой (такая как как компьютер) и внешний мир, возможно, человек или другая система обработки информации. Входы — это сигналы или данные, полученные системой, а выходы — это сигналы или данные, отправленные из нее. Этот термин также может использоваться как часть действия; «выполнить ввод-вывод» означает выполнить операцию ввода или вывода. Устройства ввода-вывода используются человеком (или другой системой) для связи с компьютером. Например, клавиатура или мышь могут быть устройствами ввода для компьютера, а мониторы и принтеры считаются устройствами вывода для компьютера. Устройства для связи между компьютерами, такие как модемы и сетевые карты, обычно служат как для ввода, так и для вывода. Обратите внимание, что обозначение устройства как входа или выхода зависит от перспективы. Мышь и клавиатура принимают в качестве входных данных физические движения, которые выводит пользователь-человек, и преобразуют их в сигналы, понятные компьютеру. Выход этих устройств является входом для компьютера. Точно так же принтеры и мониторы принимают в качестве входных сигналов то, что выводит компьютер. Затем они преобразуют эти сигналы в представления, которые люди могут видеть или читать. Для пользователя-человека процесс чтения или просмотра этих представлений является получением входных данных. Эти взаимодействия между компьютерами и людьми изучаются в области, называемой взаимодействием человека и компьютера. В архитектуре компьютера комбинация ЦП и основной памяти (т. е. памяти, которую ЦП может считывать и записывать напрямую с отдельными инструкциями) считается мозгом компьютера, и с этой точки зрения любая передача информации из или в эта комбинация, например, на диск или с него, считается вводом-выводом. Центральный процессор и его вспомогательная схема могут обеспечивать ввод-вывод с отображением памяти, который используется в низкоуровневом компьютерном программировании, таком как реализация драйверов устройств, или могут обеспечивать доступ к каналам ввода-вывода. Алгоритм ввода-вывода предназначен для использования локальности и эффективной работы, когда данные находятся во вторичном хранилище, например на диске.

Блок управления

       Блок управления является компонентом центрального процессора компьютера (ЦП). Он управляет связью и координацией между устройствами ввода/вывода. Он считывает и интерпретирует инструкции и определяет последовательность обработки данных. Он управляет работой других блоков, предоставляя синхронизирующие и управляющие сигналы. Всеми компьютерными ресурсами управляет CU (Control Unit). Он направляет поток данных между центральным процессором (ЦП) и другими устройствами. Блок управления исторически определялся как отдельная часть 1946 эталонных моделей архитектуры фон Неймана. В современных компьютерных конструкциях блок управления обычно является внутренней частью ЦП с неизменной общей ролью и работой.

        Блок управления реализует набор инструкций ЦП. Он выполняет задачи выборки, декодирования, управления выполнением и, наконец, сохранения результатов. Блок управления может управлять преобразованием инструкций (не данных) в микрокоманды и управлять планированием микроинструкций между различными исполнительными блоками. В некоторых процессорах блок управления может быть дополнительно разбит на другие блоки, такие как блок инструкций или блок планирования для управления планированием, или блок удаления для обработки результатов, поступающих из конвейера команд. Блок управления выполняет основные функции центрального процессора. Блок управления — это схема, которая управляет потоком данных через процессор и координирует действия других блоков внутри него. В некотором смысле это «мозг внутри мозга», поскольку он контролирует то, что происходит внутри процессора, который, в свою очередь, контролирует остальную часть компьютера. Примерами устройств, которым требуется блок управления, являются процессоры и графические процессоры (GPU). Блок управления получает внешние инструкции или команды, которые он преобразует в последовательность управляющих сигналов, которые блок управления применяет к тракту данных для реализации последовательности операций уровня передачи-регистра.

Арифметико-логическое устройство (ACL)

        Расшифровывается как «Арифметико-логическое устройство». АЛУ — это интегральная схема внутри ЦП или ГП, которая выполняет арифметические и логические операции. Арифметические инструкции включают операции сложения, вычитания и сдвига, а логические инструкции включают логические сравнения, такие как операции И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и НЕ. АЛУ предназначены для выполнения целочисленных вычислений. Поэтому, помимо сложения и вычитания чисел, АЛУ часто обрабатывают умножение двух целых чисел, поскольку результат также является целым числом. Однако ALU обычно не выполняют операции деления, поскольку результатом может быть дробь или число с плавающей запятой. Вместо этого операции деления обычно выполняются модулем с плавающей запятой (FPU), который также выполняет другие нецелочисленные вычисления. Хотя ALU является основным компонентом всех процессоров, конструкция и функции ALU могут различаться в разных моделях процессоров. Например, некоторые АЛУ выполняют только целочисленные вычисления, в то время как другие также предназначены для обработки операций с плавающей запятой. Некоторые процессоры содержат одно АЛУ, в то время как другие включают несколько арифметико-логических блоков, которые работают вместе для выполнения вычислений. Независимо от того, как устроено АЛУ, его основной задачей является обработка целочисленных операций. Таким образом, целочисленная производительность компьютера напрямую связана со скоростью обработки АЛУ.

Кэш L1, L2 и L3

        Кэш ЦП — это кэш, используемый центральным процессором (ЦП) компьютера для сокращения среднего времени доступа к памяти. Кэш — это более быстрая память меньшего размера, в которой хранятся копии данных из часто используемых ячеек основной памяти. Большинство процессоров имеют разные независимые кэши, включая кэши инструкций и данных, где кэш данных обычно организован в виде иерархии большего количества уровней кэша (L1, L2 и т. д.)

        Когда процессору необходимо прочитать или записать в ячейку основной памяти, он сначала проверяет, есть ли копия этих данных в кэше. Если это так, процессор немедленно читает или записывает в кэш, что намного быстрее, чем чтение или запись в основную память. Большинство современных настольных и серверных процессоров имеют как минимум три независимых кэша: кэш инструкций для ускорения выборки исполняемых инструкций, кэш данных для ускорения выборки и сохранения данных и резервный буфер трансляции (TLB), используемый для ускорения преобразования виртуального в компьютер. трансляция физических адресов как для исполняемых инструкций, так и для данных. Кэш данных обычно организован как иерархия нескольких уровней кэша (L1, L2 и т. д.)

Как измеряется скорость или частота процессора?

        Инструкций в секунду (IPS) – это показатель скорости процессора компьютера. Многие сообщаемые значения IPS представляют «пиковые» скорости выполнения искусственных последовательностей инструкций с небольшим количеством ветвлений, тогда как реалистичные рабочие нагрузки обычно приводят к значительно более низким значениям IPS. Производительность иерархии памяти также сильно влияет на производительность процессора, что практически не учитывается при расчетах MIPS. Из-за этих проблем синтетические тесты, такие как SPECint, теперь обычно используются для оценки производительности компьютера в часто используемых приложениях, а необработанная IPS вышла из употребления. Термин IPS обычно используется в связи с числовым значением, таким как тысяча операций в секунду (kIPS), миллион операций в секунду (MIPS), гига инструкций в секунду (GIPS) или миллион операций в секунду (MOPS).

ASUS P8Z77-V  

What is meant by multiprocessing  

        Multiprocessing is the use of два или более центральных процессора (ЦП) в одной компьютерной системе. Этот термин также относится к способности системы поддерживать более одного процессора и/или способности распределять задачи между ними. Существует множество вариаций этой основной темы, и определение многопроцессорности может варьироваться в зависимости от контекста, в основном в зависимости от того, как определяются ЦП (несколько ядер на одном кристалле, несколько кристаллов в одном корпусе, несколько пакетов в одном системном блоке и т. д.). ). Согласно некоторым интерактивным словарям, мультипроцессор — это компьютерная система, имеющая два или более процессорных блока (несколько процессоров), каждый из которых совместно использует основную память и периферийные устройства для одновременной обработки программ. 2009 г.учебник определяет многопроцессорную систему аналогичным образом, но отмечает, что процессоры могут совместно использовать «некоторые или все системные память и средства ввода-вывода»; он также дал тесно связанную систему в качестве синонима. На уровне операционной системы многопроцессорность иногда используется для обозначения выполнения нескольких параллельных процессов в системе, а не одного процесса в любой момент времени. При использовании с этим определением многопроцессорность иногда противопоставляется многозадачности, которая может использовать только один процессор, но переключать его во временных интервалах между задачами (т. Е. Система с разделением времени). Однако многопроцессорность означает истинное параллельное выполнение нескольких процессов с использованием более одного процессора. Многопроцессорность не обязательно означает, что один процесс или задача одновременно использует более одного процессора; термин параллельная обработка обычно используется для обозначения этого сценария. Другие авторы предпочитают называть методы операционных систем мультипрограммированием и оставляют за собой термин 9.0141 многопроцессорность для аппаратного аспекта наличия более одного процессора. В оставшейся части этой статьи многопроцессорная обработка обсуждается только в этом аппаратном смысле.

Multiprocessing

 Dual Processor

        In computer architecture, dual processor can refer to two different types of multiprocessing: либо компьютер с двумя центральными процессорами, либо двухъядерный центральный процессор, который представляет собой два процессора, объединенных в единую интегральную схему или пакет.

Многоядерная обработка  

        Многоядерный процессор — это отдельный вычислительный компонент с двумя или более независимыми фактическими центральными процессорами (называемыми «ядрами»), которые выполняют операции чтения и выполнения. инструкции программы. Инструкции представляют собой обычные инструкции ЦП, такие как добавление, перемещение данных и переход, но несколько ядер могут выполнять несколько инструкций одновременно, увеличивая общую скорость программ, поддающихся параллельным вычислениям. Производители обычно интегрируют ядра в один кристалл интегральной схемы (известный как многопроцессорная микросхема или CMP) или в несколько кристаллов в одном корпусе микросхемы. Изначально процессоры разрабатывались только с одним ядром. Многоядерные процессоры были разработаны в начале 2000-х компаниями Intel, AMD и другими. Многоядерные процессоры могут иметь два ядра (двухъядерные) (например, AMD Phenom II X2, Intel Core Duo), четыре ядра (четырехъядерные) (например, AMD Phenom II X4, четырехъядерные процессоры Intel, см. i5 и i7 в Intel Core) , 6 ядер (например, AMD Phenom II X6, Intel Core i7 Extreme Edition 980X), 8-ядерный (например, Intel Xeon E7-2820, AMD FX-8350), 10-ядерный (например, Intel Xeon E7-2850) или более. Многоядерный процессор реализует многопроцессорность в одном физическом корпусе. Разработчики могут соединять ядра в многоядерном устройстве плотно или свободно. Например, ядра могут совместно использовать или не совместно использовать кэши, и они могут реализовывать методы обмена сообщениями или совместно используемой памяти между ядрами. Общие сетевые топологии для соединения ядер включают шину, кольцо, двумерную сетку и поперечину. Однородные многоядерные системы включают в себя только идентичные ядра, гетерогенные многоядерные системы имеют неидентичные ядра. Как и в однопроцессорных системах, ядра в многоядерных системах могут реализовывать такие архитектуры, как суперскалярная, VLIW, векторная обработка, SIMD или многопоточность. Многоядерные процессоры широко используются во многих прикладных областях, включая универсальные, встроенные, сетевые, цифровую обработку сигналов (DSP) и графику. Повышение производительности при использовании многоядерного процессора во многом зависит от используемых программных алгоритмов и их реализации. В частности, возможные выгоды ограничены долей программного обеспечения, которое может выполняться параллельно одновременно на нескольких ядрах; этот эффект описывается законом Амдала. В лучшем случае, так называемые досадно параллельные задачи могут реализовать коэффициенты ускорения, близкие к количеству ядер, или даже больше, если задача достаточно разделена, чтобы поместиться в кеш (кеши) каждого ядра, избегая использования гораздо более медленной основной системной памяти. Однако большинство приложений не ускоряются так сильно, если только программисты не прилагают непомерно больших усилий для рефакторинга всей проблемы. Распараллеливание программного обеспечения является серьезной постоянной темой исследований.

Hyper-Thread или Hyper Transport

Hypertransport (HT), ранее известный как транспорт Lightning Data (LDT), является технологией для интеркутористов. Это двунаправленный последовательный/параллельный канал точка-точка с высокой пропускной способностью и малой задержкой, который был представлен 2 апреля 2001 года. Консорциум HyperTransport отвечает за продвижение и развитие технологии HyperTransport. HyperTransport наиболее известен как архитектура системной шины современных центральных процессоров (ЦП) AMD и связанных с ними наборов микросхем материнских плат Nvidia nForce. HyperTransport также использовался IBM и Apple для машин Power Mac G5, а также ряда современных систем MIPS.

        Hyper-threading (официально Hyper-Threading Technology или HT Technology, сокращенно HTT или HT) — это запатентованная Intel реализация одновременной многопоточности (SMT), используемая для улучшения распараллеливания вычислений (выполнение нескольких задач одновременно), выполняемых на микропроцессорах ПК. Впервые он появился в феврале 2002 г. на серверных процессорах Xeon и в ноябре 2002 г. на процессорах Pentium 4 для настольных ПК. Позже Intel включила эту технологию, среди прочего, в процессоры Itanium, Atom и Core серии «i». Для каждого физически присутствующего процессорного ядра операционная система обращается к двум виртуальным или логическим ядрам и по возможности распределяет нагрузку между ними. Основная функция гиперпоточности — уменьшить количество зависимых инструкций в конвейере. Он использует преимущества суперскалярной архитектуры (несколько инструкций, работающих с отдельными данными параллельно). Они отображаются для ОС как два процессора, поэтому ОС может планировать два процесса одновременно. Кроме того, два или более процессов могут использовать одни и те же ресурсы. Если ресурсы для одного процесса недоступны, то другой процесс может продолжать работу, если его ресурсы доступны. Гиперпоточность требует не только того, чтобы операционная система поддерживала SMT, но и того, чтобы она была специально оптимизирована для HTT, и Intel рекомендует отключать HTT при использовании операционных систем, не оптимизированных для этой функции чипа 9. 0011