Устройствоцентральногопроцессора

Устройствоцентральногопроцессора

Центральный процессор- исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение арифметических операций, заданных программами операционной системы. Центральный процессор — это мозг компьютера. Его задача — выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Он вызывает команды из памяти, определяет их тип, а затем выполняет их одну за другой. Компоненты соединены шиной, представляющей собой набор параллельно связанных проводов, по которым передаются адреса, данные и сигналы управления. Шины могут быть внешними (связывающими процессор с памятью и устройствами ввода-вывода) и внутренними.(дальше не надо диктовать,помоги с этим в том случаи если будет доп. Вопросы задавать по этому вопросы препод задавать)Процессор состоит из нескольких частей. Блок управления отвечает за вызов команд из памяти и определение их типа. Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции (например, сложение) и логические операции (например, логическое И).

Внутри центрального процессора находится память для хранения промежуточных результатов и некоторых команд управления. Эта память состоит из нескольких регистров, каждый из которых выполняет определенную функцию. Обычно все регистры одинакового размера. Каждый регистр содержит одно число, которое ограничивается размером регистра. Регистры считываются и записываются очень быстро, поскольку они находятся внутри центрального процессора.Самый важный регистр — счетчик команд, который указывает, какую команду нужно выполнять дальше. Название "счетчик команд" не соответствует действительности, поскольку он ничего не считает, но этот термин употребляется повсеместно. Еще есть регистр команд, в котором находится команда, выполняемая в данный момент. У большинства компьютеров имеются и другие регистры, одни из них многофункциональны, другие выполняют только какие-либо специфические функции.

Системы команд RICS и CISC

CISC-процессоры

ComplexInstructionSetComputer (CISC вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).

RISC-процессоры

ReducedInstructionSetComputing (RISC) — вычисленияссокращённымнаборомкоманд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком из IBM, название придумано Дэвидом Паттерсоном .

Самая распространённая реализация этой архитектуры представлена процессорами серии PowerPC, включая G3, G4 и G5. Довольно известная реализация данной архитектуры — процессоры серий MIPS и Alpha.

Параллелизм на уровне команд

Разработчики компьютеров стремятся к тому, чтобы улучшить производительность машин, над которыми они работают. Один из способов заставить процессоры работать быстрее — увеличение их скорости, однако при этом существуют некоторые технологические ограничения, связанные с конкретным историческим периодом. Поэтому большинство разработчиков для достижения лучшей производительности при данной скорости работы процессора используют параллелизм (возможность выполнять две или более операций одновременно).

Существует две основные формы параллелизма: параллелизм на уровне команд и параллелизм на уровне процессоров. В первом случае параллелизм осуществляется в пределах отдельных команд и обеспечивает выполнение большого количества команд в секунду. Во втором случае над одной задачей работают одновременно несколько процессоров. Каждый подход имеет свои преимущества. В этом разделе мы рассмотрим параллелизм на уровне команд, а в следующем - параллелизм на уровне процессоров.

Ячейки памяти и их адреса

Память состоит из ячеек, каждая из которых может хранить некоторую порцию информации. Каждая ячейка имеет номер, который называется адресом, По адресу программы могут ссылаться на определенную ячейку. Если память содержит п ячеек, они будут иметь адреса от 0 до п-1. Все ячейки памяти содержат одинаковое число битов. Если ячейка состоит из к битов, она может содержать любую из 2к комбинаций.

Кэш-память

— это высокоскоростная памятьпроизвольногодоступа, используемаяпроцессоромкомпьютера для временного храненияинформации. Онаувеличиваетпроизводительность, посколькухранитнаиболее часто используемыеданные и команды «ближе» к процессору, откудаихможнобыстрее получить

Кэш-памятьнапрямуювлияет на скоростьвычислений и помогаетпроцессоруработать с болееравномернойзагрузкой.

Интегральные схемы

По сути, это микроэлектронное устройство, которое базируется на кристалле произвольной сложности, что изготовлено на полупроводниковой плёнке или пластине. Оно помещается в неразборный корпус (хотя может обойтись и без него, но только когда он является частью микросборки). Первая интегральная схема была запатентована в 1968 году. Это стало своеобразным прорывом в промышленности, хотя предоставленное устройство и не очень сильно соответствовало современным представлениям по своим параметрам. Интегральные схемы в массе своей изготавливаются для поверхностного монтажа. Часто под ИС понимают один только кристалл или плёнку. Наибольшее распространение получила интегральная схема на пластине кремния. Так вышло, что его применение в промышленности имеет ряд преимуществ, например, эффективность передачи сигналов.

Защелки, триггеры

· Тиггер- это устройство позволяющее запоминать, хранить и считыватель информацию

· Каждый Тигер хранит 1 БИТ информации, то есть он может находиться в одном из двух устойчивых состояний - логический «о» или логическое «1»

· Тиггер имеет 2 входа: S(set-установка) и R(reset-сброс) и 2 выхода: Q(прямой) и HEQ(инверсный)

· Тиггеры используется во всех вычислительных узлах компьютера - начиная с центрального процессора, оперативной памяти, в счетчиках, преобразователях последовательного кода в параллельный.

Шины и принципы их работы

Основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех устройств между собой, включая себя:

1. Кодовая шина данных (КШД) – содержит провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов машинного кода операнда.

2. Кодовая шина адреса (КША) – содержит провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода вывода внешнего устройства.

3. Кодовая шина инструкций (КШИ) – содержит провода и схемы сопряжения для передачи инструкций во все блоки машины.

Системная шина– обеспечивает три направления передачи информации:

1. Между процессором и основной памятью.

2. Между процессором и портами ввода вывода внешних устройств в режиме прямого доступа к памяти.

3. Между основной памятью и портами ввода вывода внешних устройств.

Конструкция накопителя на жестких магнитных дисках (НЖМД)(тут выборочно диктуй, самое основное по возможности)

жёсткий диск—устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинствекомпьютеров. Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевыеилистеклянные)пластины, покрытые слоемферромагнитногоматериала, чаще всегодвуокисихрома. В НЖМД используется одна или несколько пластин на однойоси.Считывающие головкив рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении.

Характеристики

Ёмкость — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается.

Время произвольного доступа — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. (дальше не диктуй, если только препод спросит)Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски, самым большим из актуальных — диски для портативных устройств.

Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных.(дальше не диктуй, если только препод спросит) В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 и 10000 (персональные компьютеры), 10000 и 15000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

Надёжность — определяется как среднее время наработки на отказ(MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологиюS.M.A.R.T.

Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах..(дальше не диктуй, если только препод спросит)Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Сопротивляемость ударам — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Конструкция твердотельного накопителя (HDD)(тут выборочно диктуй, самое основное по возможности)

Неотъемлемой частью современного компьютера является SSD-накопитель. Что это за устройство и как оно работает, мы выяснили, осталось выделить его основные плюсы и минусы по сравнению с обычными HDD. Начнем с положительных сторон твердотельных накопителей.

Самым главным преимуществом SSD является невероятная скорость чтения и записи информации. Они в несколько раз производительней жестких дисков. Например, скорость обработки данных некоторых накопителей превышает 500 Мб/с. На практике это дает более быструю работу программ и самой операционной системы, которая загружается в считанные секунды. Это очень важно, ведь нынешнее поколение компьютеров имеет высокую производительность, которую сильно замедляют HDD. Но с появлением новых накопителей их скорость значительно повысилась

Среднее время ожидания

После того как контроллер инициирует перемещение головок, они начинают перемещаться к соответствующему цилиндру. В идеальном случае под головкой сразу окажется нужный сектор, в наихудшем случае будет необходимо сделать целый обо рот диска. Время, необходимое для подхода нужного сектора к головке, называете временем ожидания, а усредненное ее значение - - средним временем ожидания (AverageLatencyTime). Среднее время ожидания современных винчестеров составляет 3 мс и менее. Существует довольно много программ, предназначенных для аттестации жестких дисков (Benchmarks). В отечественной литературе регулярно приводятся методики тестирования накопителей на жестких дисках и результаты тестирования.

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных предлагается в качестве второго параметра для оценки производительности винчестера. Время доступа характеризует только скорость позиционирования головки, а то, как быстро эта информация считывается, зависит я таких характеристик винчестера, как количество байт в секторе, количество секторов на дорожке и, наконец, от скорости вращения дисков.

Устройствоцентральногопроцессора

Центральный процессор- исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение арифметических операций, заданных программами операционной системы. Центральный процессор — это мозг компьютера. Его задача — выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Он вызывает команды из памяти, определяет их тип, а затем выполняет их одну за другой. Компоненты соединены шиной, представляющей собой набор параллельно связанных проводов, по которым передаются адреса, данные и сигналы управления. Шины могут быть внешними (связывающими процессор с памятью и устройствами ввода-вывода) и внутренними.(дальше не надо диктовать,помоги с этим в том случаи если будет доп. Вопросы задавать по этому вопросы препод задавать)Процессор состоит из нескольких частей. Блок управления отвечает за вызов команд из памяти и определение их типа. Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции (например, сложение) и логические операции (например, логическое И).

Внутри центрального процессора находится память для хранения промежуточных результатов и некоторых команд управления. Эта память состоит из нескольких регистров, каждый из которых выполняет определенную функцию. Обычно все регистры одинакового размера. Каждый регистр содержит одно число, которое ограничивается размером регистра. Регистры считываются и записываются очень быстро, поскольку они находятся внутри центрального процессора.Самый важный регистр — счетчик команд, который указывает, какую команду нужно выполнять дальше. Название "счетчик команд" не соответствует действительности, поскольку он ничего не считает, но этот термин употребляется повсеместно. Еще есть регистр команд, в котором находится команда, выполняемая в данный момент. У большинства компьютеров имеются и другие регистры, одни из них многофункциональны, другие выполняют только какие-либо специфические функции.