Процессоры

1. Процессоры

2. I. Процессор – это устройство, отвечающее за обработку информации. Его называют по-разному: центральный процессор (ЦП) или

центральное процессорное
устройство (ЦПУ) или central processing unit (CPU), но
все эти термины обозначают элемент, который является
“мозгом” вычислительного устройства (смартфона,
телевизора, компьютера, планшета, фотоаппарата,
сервера).
Процессор ПК представляет собой квадратную пластину
со стороной около 5 сантиметров, с одной стороны
которой находятся, похожие на ножки, коннекторы. С их
помощью он прикрепляется к материнской плате.

3. Мощность процессора отвечает за скорость обработки команд и сказывается на продуктивности работы. Процессор осуществляет

управление всеми
вычислительными операциями и элементами.
ЦП:
*выполняет операции с данными оперативной памяти.
*создает команды и обрабатывает запросы от
внутренних компонентов или внешних устройств.
*временно хранит данные о проделанных операциях
или отданных командах.
*выполняет логические и арифметические операции с
полученной информацией.
*передает итоги обработки информации внешним
устройствам.

4. Центральный процессор состоит из трех составных частей: 1. Ядро процессора отвечает за большую часть всех функций CPU. Оно

выполняет расшифровку, чтение,
отправку инструкций другим элементам или принимает
инструкции от них. Одномоментно ядро способно
выполнять только одну команду, происходит это за
сотые доли секунд. Таким образом, наличие одного
ядра говорит о том, что ПК или сервер будет выполнять
все инструкции поочередно. Современное
оборудование редко использует одноядерные
процессоры, так как в этом случае оно работает очень
медленно.

5. Ядро в свою очередь состоит еще из двух частей: А) Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно осуществляет выполнение

Ядро в свою очередь состоит еще из двух частей:
А) Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно
осуществляет выполнение арифметических и
логических операций.
Б) Устройство управления (УУ). Оно координирует
работу всех частей процессора, его взаимодействие с
внешним оборудованием. Происходит это с помощью
электрических сигналов.

6. Ядро в свою очередь состоит еще из двух частей: А) Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно осуществляет выполнение

Ядро в свою очередь состоит еще из двух частей:
А) Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно
осуществляет выполнение арифметических и
логических операций.
Б) Устройство управления (УУ). Оно координирует
работу всех частей процессора, его взаимодействие с
внешним оборудованием. Происходит это с помощью
электрических сигналов.

7. 2. Запоминающее устройство. Это небольшая память процессора, в которой хранится информация о текущих командах и промежуточных

результатах. Она состоит из кеша и регистров. Регистры
отвечают за “запоминание” информации, а кеш хранит
часто выполняемые инструкции. Обращение в кеш
происходит быстрее, чем к оперативной памяти,
поэтому объем кеш-память процессора влияет на
скорость работы ЦПУ.
3. Шины
Это каналы для передачи команд внутри процессора.

8. II. Основные характеристики процессоров: 1. Сокет (Socket) Это разъем для установки процессора на материнскую плату. Существует

множество видов сокетов, поэтому при
выборе ЦП нужно обратить внимание, чтобы его сокет
подходил к материнской плате, иначе его нельзя будет
установить.
2. Тактовая частота
Этот параметр показывает количество обрабатываемых
операций (тактов) в секунду. Измеряется в в мегагерцах
(МГц) или гигагерцах (ГГц) Чем выше показатель тактовой
частоты, тем выше производительность процессора.
Например, процессор с частотой 1 МГц обрабатывает 1
миллион операций в секунду, а процессор с частотой 1 ГГц
– 1 миллиард операций.

9. 3. Количество ядер Чем больше ядер в процессоре, тем выше его производительность и скорость выполнения операций. 4. Число

потоков
Показывает сколько потоков информации может
обрабатывать одно ядро. Поток это технология, которая
позволяет разделить производительность ядра, то есть
физически ядро одно, а фактически оно может
одновременно обрабатывать два процесса. На текущий
момент не все процессоры обладают дополнительными
потоками.

10. 5. Кэш Кэш состоит из трех уровней памяти: L1, L2, L3. Чем больше памяти, тем лучше работает процессор. Кэш первого уровня L1 —

содержит те данные, которые
могут потребоваться программе для выполнения
инструкции,
Кэш второго уровня L2 — медленнее, в сравнении с
кэшем первого уровня, но больше по размеру. Кэш L2
содержит информацию, которая может потребоваться в
будущем.
Кэш третьего уровня L3 — самый большой и при этом
самый медленный кэш. Его объем варьируется от 4 до
50 мегабайт.

11. 6. Разрядность процессора Это количество бит информации, которые процессор может обрабатывать за один такт (операцию).

Например, размер данных за такт равен 1 байту,
процессор считает восьмиразрядным (8 bit), если
размер данных 2 байта, то ЦПУ шестнадцатиразрядный
(16 bit), при размере 4 байта – процессор
тридцатидвухразрядный (32 bit), в случае с 8-байтовым
размером данных процессор считается
шестидесятичетырехразрядный (64 bit).

12. III. Принцип работы процессора: 1. Блок управления процессора забирает из оперативной памяти, где находится программа,

определенные данные и команды, которые требуется
выполнить. Вся эта информация загружаются в кэшпамять.
2. Получив данные из кэша, процессор записывает их в
регистры. При этом инструкции отправляются в
регистры команд, а значения помещаются в регистры
данных.

13. 3. После считывания инструкций и данных, арифметико-логическое устройство выполняет эти команды. 4. Результаты выполнения

команд записываются в
регистры. Если вычисления завершены, то они
записываются также в буферную память процессора.
Так как число регистров небольшое, промежуточные
результаты хранятся в кэш-памяти.
5. Если цикл вычислений завершен, результат
сохраняется в оперативной памяти компьютера, чтобы
освободить место в буферной памяти ЦП для новых
вычислений.
6. Если кэш-память переполнена, то неиспользуемая
информация отправляется в кэш нижнего уровня или в
оперативную память.

14. Регистры процессора

15. Внутренние регистры процессора представляют собой сверхоперативную память небольшого размера, которая предназначена

Внутренние регистры процессора представляют
собой сверхоперативную память небольшого
размера, которая предназначена для временного
хранения служебной информации или данных.
Количество регистров в разных процессорах может
быть от 6—8 до нескольких десятков. Регистры могут
быть универсальными и специализированными.
Специализированные регистры, которые
присутствуют в большинстве процессоров.
С помощью регистров выполняются все операции и
процессы внутри устройства. Регистры принимают
ассемблерные команды для взаимодействия с
данными.

16. Система команд процессора В общем случае система команд процессора включает в себя следующие четыре основные группы команд: 1.

команды пересылки данных;
2. арифметические команды;
3. логические команды;
4. команды переходов.

17. Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Операнды просто пересылаются (точнее,

Команды пересылки данных не требуют выполнения
никаких операций над операндами. Операнды просто
пересылаются (точнее, копируются) из источника (Source) в
приемник (Destination). Источником и приемником могут
быть внутренние регистры процессора, ячейки памяти или
устройства ввода/вывода. АЛУ (Арифметико - логическое
устройство) в данном случае не используется.
Арифметические команды выполняют операции сложения,
вычитания, умножения, деления, увеличения на единицу
(инкрементирования), уменьшения на единицу
(декрементирования) и т. д. Этим командам требуется один
или два входных операнда. Формируют команды один
выходной операнд.

18. Логические команды производят над операндами логические операции, например, логическое И, логическое ИЛИ, исключающее ИЛИ,

Логические команды производят над операндами логические
операции, например, логическое И, логическое ИЛИ,
исключающее ИЛИ, очистку, инверсию, разнообразные сдвиги
(вправо, влево, арифметический сдвиг, циклический сдвиг).
Этим командам, как и арифметическим, требуется один или
два входных операнда, и формируют они один выходной
операнд.
Команды переходов предназначены для изменения обычного
порядка последовательного выполнения команд. С их
помощью организуются переходы на подпрограммы и
возвраты из них, всевозможные циклы, ветвления программ,
пропуски фрагментов программ и т.д. Команды переходов
всегда меняют содержимое счетчика команд. Переходы могут
быть условными и безусловными. Именно эти команды
позволяют строить сложные алгоритмы обработки
информации.

19. Содержание и особенности выделенных групп команд процессора. Команды пересылки данных занимают очень важное место в системе

Содержание и особенности выделенных групп команд
процессора.
Команды пересылки данных занимают очень важное место в
системе команд любого процессора. Они выполняют:
*загрузка (запись) содержимого во внутренние регистры
процессора;
*сохранение в памяти содержимого внутренних регистров
процессора;
*копирование содержимого из одной области памяти в
другую;
запись в устройства ввода/вывода и чтение из устройств
ввода/вывода.
В некоторых процессорах все эти функции выполняются одной
единственной командой MOV (для байтовых пересылок —
MOVB) но с различными методами адресации операндов. В
других процессорах помимо MOV имеется еще несколько
команд.

20. Арифметические команды рассматривают коды операндов как числовые двоичные или двоично-десятичные коды. Эти команды могут быть

Арифметические команды рассматривают коды
операндов как числовые двоичные или двоичнодесятичные коды. Эти команды могут быть разделены
на пять основных групп:
*команды операций с фиксированной запятой
(сложение, вычитание, умножение, деление);
*команды операций с плавающей запятой (сложение,
вычитание, умножение, деление);
*команды очистки;
*команды инкремента и декремента;
*команда сравнения.

21. Команды логических операций позволяют побитно вычислять основные логические функции от двух входных операндов. Команды требуют

Команды логических операций позволяют побитно
вычислять основные логические функции от двух
входных операндов. Команды требуют двух входных
операндов и формируют один выходной операнд,
согласно выбранной логической операции: И, ИЛИ,
Исключение, Отрицание и т.д.

22. Команды переходов предназначены для организации всевозможных циклов, ветвлений, вызовов подпрограмм и т.д., Некоторые команды

Команды переходов предназначены для организации
всевозможных циклов, ветвлений, вызовов
подпрограмм и т.д., Некоторые команды переходов
предусматривают в дальнейшем возврат назад, в точку,
из которой был сделан переход, другие не
предусматривают этого. Если возврат предусмотрен, то
текущие параметры процессора сохраняются в стеке.
Если возврат не предусмотрен, то текущие параметры
процессора не сохраняются.
Команды переходов без возврата делятся на две
группы:
1. команды безусловных переходов;
2. команды условных переходов.