Процессор (МП или ЦП) (CPU).

Материнская плата

Внутренние устройства системного блока

Материнская плата — основная плата ПК. На ней разме­щаются:

· процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

· микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функцио­нальные возможности материнской платы;

· шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

· оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных;

· ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предназначенная для длительного хранения данных;

· разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

 

Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией, выполненный на одной или нескольких сверхбольших интегральных схемах (СБИС).

Конструктивно процессор состоит из ячеек, в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

Процессор с устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основ­ных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

Адресная шина. У процессоров семейства Pentium адресная шина 32-разрядная, т. е. состоит из 32 параллельных проводников. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копиро­вания данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных ПК шина данных, как правило, 64-разрядная, т. е. состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся про­граммы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды - один байт, есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. На сегодняшний день существуют 32-разрядные, 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

Система команд процессора. В процессе работы процессор обслуживает данные находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосред­ственно как данные, часть данных — как адресные данные, а часть — как команды Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и невзаимозаменяемы.

Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы процессора. Например, система команд процессоров семейства Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие процессоры называют процессорами с расширенной системой команд — CISC-процессорами (CISC — Complex Instruction Set Computing).

В противоположность CISC -процессорам в середине 80-х годов появились процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC — Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше и каждая из них выполняется намного быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простейших команд, выполняются этими процессорами, намного быстрее. К недостаткам RISC-архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.

Основные параметры процессоров. Основными параметрами процессоров явля­ются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, количество ядер и размер кэш-памяти.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы. По мере развития процессорной техники происходит постеленное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, в настоящее время оно составляет менее 2 В. Понижение рабочего напряже­ния позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, что позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.

Под разрядностью процессора понимается разрядность шины данных и шины адреса. Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 64/32, что означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

В процессоре исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В ПК тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессор­ный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в еди­ницу времени, тем выше его производительность. Первые процессоры х86 могли работать с частотой не выше 4,77 МГц. Сегодня рабочие частоты некоторых процессоров превосходят 3 миллиарда тактов в секунду (3 ГГц).

Количество ядер (от 1 до 12 ). Ядро - это главная часть центрального процессора (CPU). Оно определяет большинство параметров CPU, прежде всего - тип сокета (гнезда, в которое вставляется процессор), диапазон рабочих частот и частоту работы внутренней шины передачи данных (FSB) (FSB работает в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом).

Новая технология изготовления процессоров позволяет разместить в одном корпусе более одного ядра. Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую кэш-память. КЭШ – память – это высокоскоростная память небольшой емкости, является буфером (промежуточным ЗУ) между оперативной памятью и процессором и позволяющая увеличить скорость выполнения операций.

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 обычной памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

В ПК различают КЭШ нескольких уровней:

· КЭШ первого уровня (L1 – Level 1) это блок высокоскоростной памяти, расположенный прямо на ядре процессора. Работает на частоте ядра и является самой быстрой КЭШ – памятью. Имеет небольшую емкость 32 – 128 Кбайт.

Для многоядерных моделей указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра.

· КЭШ второго уровня (L2 – Level 2) это блок высокоскоростной памяти, выполняющий те же функции, что и кэш L1, однако имеющий более низкую скорость и больший объем (128 Кбайт – 12 Мбайт). Для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэш-памяти второго уровня.

· КЭШ третьего уровня (L3 – Level 3) выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Емкость от 0 до 16 Мбайт, работает она на частоте материнской платы. Как правило, кэш-памятью третьего уровня комплектуются только CPU для серверных решений.