Лекция "Назначение основных устройств ЭВМ"

(Complex   Instruction   Set   CISC     Computing). Назначение основных устройств ЭВМ: центрального процессора, внутренней памяти Назначение центрального процессора (ЦП). Состав и характеристики основных устройств. Центральный  процессор,  или ЦПУ(Central  Processing  Unit  — CPU), —  самая  важная часть   аппаратного   обеспечения   персонального   компьютера,   представляет   собой программируемый   логический   контроллер,   отвечающий   за   реализацию   вычислительного процесса. Центральный процессор персонального компьютера выполняется в виде отдельного чипа (интегральной микросхемы со сверхвысокой степенью интеграции элементов — ULSI) и реализует   все   функции,   присущие   данного   рода   устройствам.   Такие   радиоэлектронные элементы называются микропроцессорами. Микропроцессоры ПК отвечают требованиям технологии вычислений со сложным набором команд   Типичными представителями CISC является   семейство   микропроцессоров Intel   х86 (хотя   уже   много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд). Во   время   вычислений   центральный   процессор   считывает   последовательность   команд, содержащихся   в ОЗУ,   и   исполняет   их.   Такая   последовательность   команд   называется программой и определяет алгоритм полезной работы микропроцессора. Очередность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода,   тогда   адрес   следующей   выполняемой   команды   может   оказаться   другим, отличным от адреса следующей команды в памяти. остав микропроцессора Собственно процессор, главное   вычислительное   устройство,   состоящее   из   миллионов логических элементов — транзисторов. Сопроцессор — специальный  блок для операций  с «плавающей  точкой» (или  запятой). Применяется   для   особо   точных   и   сложных   расчетов,   а   также   для   работы   с   рядом   ­ графических программ. Кэш­память первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений. Кэш­память второго уровня —  эта  память чуть помедленнее,   зато  больше  — от  128 килобайт до 2 Мб. Все   эти   устройства   размещаются   на   кристалле   площадью   не   более   4—6   квадратных сантиметров. Арифметико­логическое устройство ­ часть процессора, которая выполняет команды. Устройство   управления ­   часть   процессора,   выполняющая   функции   управления устройствами. Основные характеристики Тактовая   частота. Самый   важный   показатель,   определяющий   скорость   работы процессора.   Тактовая   частота,   измеряемая   в   мегагерцах   (МГц)   и   гигагерцах   (ГГц), обозначает   лишь   то   количество   циклов,   которые   совершает   работающий   процессор   за единицу времени (секунду). Разрядность процессора. Если тактовую частоту процессора можно уподобить скорости течения   воды   в   реке,   то   разрядность   процессора   —   ширину   ее   русла.   Понятно,   что процессор со вдвое большей разрядностью может «заглотнуть» вдвое больше данных в единицу   времени   —   в   том   случае,   конечно,   если   это   позволяет   сделать   специально оптимизированное программное обеспечение. Размер   кэш­памяти. В эту   встроенную   память   процессор   помещает   все   часто используемые данные, чтобы не обращаться каждый раз — к более медленной оперативной памяти и жесткому диску.Кэш­память   в   процессоре   имеется   двух   видов.   Самая   быстрая   —   кэш­память   первого уровня (32 кб у процессоров Intel и до 128 кб — в последних моделях AMD). Существует еще чуть менее быстрая, но зато более объемная кэш­память второго уровня —   и   именно   ее   объемом   отличаются   различные   модификации   процессоров.   Так,   в семействе Intel самый «богатый» кэш­памятью — мощный Хеоn (2 Мб). У новых моделей Pentium 4 и у Athlon размер кэша второго уровня составляет 512 кб. В новейших моделях планируется увеличить его объем до 1 Мб Тип ядра и технология производства. Технология определяется толщиной минимальных элементов   процессора,   —   чем   более   «тонкой»   становится   технология,   тем   больше транзисторов может уместиться на кристалле. Кроме этого, переход на новую технологию помогает снизить энергопотребление и тепловыделение процессора, что очень важно для его стабильной работы. Переход на новую технологию, как правило, влечет за собой и смену процессорного «ядра» Частота   системной   шины. Шиной   называется   та   аппаратная   магистраль,   по   которой перемещаются от устройства к устройству данные. Чем выше частота шины, тем больше данных поступает за единицу времени к процессору. Частота   системной   шины   прямо   связана   и   с   частотой   самого   процессора   через   так называемый   «коэффициент   умножения».   Процессорная   частота   —   это   и   есть   частота системной шины, умноженная процессором на некую заложенную в нем величину.