Лекция Центральный процессор

Центральный процессор

Центральный процессор или CPU (Central Processing Unit) – это устройство, основное назначение которого заключается в выполнении программ.

Процессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), регистров общего назначения (РОН).

Регистры общего назначения предназначены для временного хранения данных, команд и адресов.

АЛУ выполняет числовые и логические операции над данными в соответствии с кодом команды, хранящимся в регистре команд.

УУ осуществляет обмен информацией между процессором и оперативной памятью.

Информация, хранящаяся в оперативной памяти, может быть двух видов – данные и команды  выполняемой программы. Команды и данные передаются в процессор по разным шинам на разные  регистры. Для передачи запросов также предусматривается отдельная адресная шина.

УУ выбирает очередную команду из программы, расшифровывает код ее операции и записывает в регистр команд. Если команда предназначается для обработки данных, то в регистр данных из оперативной памяти пересылаются соответствующие данные.

Основными характеристиками процессора являются тактовая частота и разрядность.

Тактовая частота – это количество элементарных операций, выполняемых процессором в     единицу  времени. Тактовая частота измеряется в герцах. Быстродействие современных процессоров составляет 2-4 ГГц.

Разрядность – это количество битов, обрабатываемых микропроцессором за один такт работы. На сегодняшний день существуют 8-, 16-, 32- и 64-разрядные процессоры.

Разрядность и тактовая частота являются основными факторами, определяющими производительность и быстродействие компьютера.

При обработке данных в современных процессорах используются дополнительные приемы, которые увеличивают производительность. Прежде всего, это конвейерная обработка данных, наличие раздельных кэш-памятей для команд и данных, поддержка многопроцессорного режима работы и наличие в архитектуре двух или более АЛУ.

Микропроцессор, имеющий несколько АЛУ, называется многоядерным. В настоящее время стали выпускать двух-, и четырехядерные микропроцессоры.

Наличие двух или более процессоров практически  не увеличивает скорость выполнения одной программы (если в ней не предусмотрено распараллеливание вычислений), но если будут запущены одновременно две программы, то производительность увеличится почти в два раза. Если многопроцессорный режим распараллеливает выполнение различных программ, то конвейерная обработка распараллеливает выполнение команд одной программы.