Характеристики процессора
Необычайно быстрое развитие вычислительной техники приводит к тому, что одновременно в употреблении находится большое количество компьютеров с достаточно разнообразными характеристиками. Поэтому очень полезно знать, каковы основные характеристики узлов компьютера, на что они влияют и как их подбирать. Здесь будут рассмотрены параметры наиболее важных устройств компьютера, таких, как процессор и внутренняя память.
Начнем с процессора. Очевидно, что пользователя в первую очередь интнресует его производительность, т.e. скорость выполнения предложенной процессору задачи.
Традиционно быстродействие процессора измерялось путем определения количества операцийв единицу времени. Пока машины выполняли только вычисления, такой показательбыл достаточно удобен. Однако по мере развития вычислительной техники количество - видов обрабатываемой информации возрастало, иобсуждаемый показатель перестал бытъ универсальным. В простейшем случае даже количество арифметических действий над целыми и над вещественными числами может для одного и того же компьютера отличаться на порядок! Что говорить о скорости обработки графической или видеоинформации, которые к тому же зависят не только от самого процессора, но и от устройства видеоблоков компьютера.Таким образом,количество выполняемых за секунду операций перестает быть постоянным и выбирать его вкачестве характеристики процессора не очень удобно.
Именно поэтому сейчас получила широкое распространение другая характеристика скорости работы процессора -его тактовая частота. Рассмотрим данную величину подробнее. Любая операция (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий — тактов. Для организации последовательного выполнения требуемых тактов друг за другом в компьютере имеется специальный генератор импульсов, каждый из которых инициирует очередной такт машинной команды (какой именно, определяется устройством процессора и логикой выполняемой операции). Очевидно, что чем чаще следуют импульсы генератора, тем быстрее будет выполнена операция состоящая из фиксированного числа тактов. Из сказанного следует, что тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в мегагерцах — т.е. миллионах импульсов за 1 секунду. Разумеется, тактовая частота не может быть произвольно высокой, поскольку в какой-то момент процессор может просто "не успеть" выполнить очередной такт до прихода следующего импульса. Однако инженеры делают все возможное для повышения значения этой характеристики процессора, и на данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 1500МГц, т.е. 1,5 ГГц (1,5 гигагерц).
Следует четко представлять, что сравнение тактовых частот позволяет надежно определить, какой из двух процессоров более быстродействующий только в том случае, если оба процессора устроены примерно одинаково. Если же попытаться сравнить процессоры, произведенные разными изготовителями и работающие по разным принципам, можно получить абсолютно неправильные выводы. В самом деле, если в одном из процессоров команда выполняется за 2 такта, а в другом — за 3, то при совершенно одинаковой частоте первый будет работать в полтора раза быстрее! Кроме того, не нужно забывать, что производительность современной компьютерной системы определяется не только быстродействием отдельно взятого процессора, но и скоростями работы остальных узлов компьютера и даже способами организации всей системы в целом:
Очевидно, что чрезмерно быстрый процессор будет вынужден постоянно простаивать, ожидая, например, медленно работающую память; или другой пример — очень часто простое увеличение объема ОЗУ дает гораздо больший эффект, чем замена процессора на более быстрый.
Косвенно скорость обработки информации зависит и еще от одного параметра процессора — его разрядности. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора современных моделей она равна 32. Тем не менее все не так просто. Дело в том, что, помимо описанной "внутренней" разрядности процессора, существуют еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса. Эти характеристики далеко не всегда совпадают. (данные для таблицы взяты из книги М.Гука "Процессоры Intel: от 8086 до Pentium П" СПб.: Питер, 1997):
| Процессор | Разрядность | Объем | ||
| регистров | шины данных | шины адреса | памяти | |
| Intel 8086 | до 1 Мб | |||
| Intel 80286 | до 16 Мб | |||
| Intel 80386 | до 16 Мб | |||
| Intel 80486 | до 4 Гб | |||
| Pentium | до 4 Гб | |||
| Pentium II | до 64 Гб |
Мы не будем обсуждать технические причины, по которым эти три разрядности могут различаться между собой, ибо причины эти сейчас представляют в основном исторический интерес. Отметим только, что разрядность регистров и разрядность шины данных влияют на длину обрабатываемых данных, а вот разрядность шины адреса R определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Эту характеристику часто называют величиной адресного пространства, и она может быть вычислена по простой формуле 2R. Действительно, R двоичных разрядов позволяют получить именно такое количество неповторяющихся чисел, т.е. в данном случае адресов памяти.
Важной характеристикой процессора является его система команд, т.е. совокупность всех команд, которые он может выполнить. Процессоры различные по системе команд, несовместимы и невзаимозаменяемы.
Команды, которые входят в систему команд процессора очень просты, они предписывают процессору выполнять элементарные действияавтоматически без дополнительных указаний и называются машинными командами.
Алгоритм, записанный в виде последовательности машинных команд, называется машинной программой.
Каждая машинная команда содержит следующие предписания;
из каких ячеек взять обрабатываемую информацию;
какие действия с нею совершить;
в какие ячейки направить полученный результат.
Команда, как и данные , записывается в виде последовательности 0 и 1. Часть разрядов двоичного кода, кодирует действия, котроые требуется выполнить - это код операции. Другая часть разрядов кодирует адреса ячеек, из которых надо взять данные и в которые надо направить результаты выполнения действий.
Структура команды:
| Код операции | Адресная часть |
Машинная программа, которая составлена из команд, записанных в двоичном коде, так же, как и данные, хранится в ячейках памяти. компьютера. В этом состоит. принцип хранимой программы.
Рассмотрим теперь, как достигается автоматизм работы процессора