Микропроцессор и системная плата

Микропроцессор: основные элементы и характеристики

Состав микропроцессора

Характеристики микропроцессора

Одним из важнейших устройств компьютера является центральный процессор (CPU — англ, central processing unit, что переводится как «центральное вычислительное устройство»).

Именно от типа процессора и его характеристик в первую очередь зависит производительность компьютерной системы в целом .

Центральный процессор — это устройство компьютера, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными, а также координации работы всех устройств компьютера.

Состав микропроцессора

Современные центральные процессоры для персональных компьютеров выполняются в виде отдельных микросхем и называются микропроцессорами.

В дальнейшем будем считать понятия «микропроцессор» и «процессор» равнозначными.

Схема состава микропроцессора

Регистры

АЛУ

Сопроцессор

Внутренняя шина

Ядро микропро-цессора

Кэш-память

УУ

Состав микропроцессора

Основным элементом микропроцессора является ЯДРО, от которого зависит большинство характеристик самого процессора.

Современные процессоры могут иметь более одного ядра , т. е. могут быть многоядерными .

Многоядерные процессоры способны выполнять одновременно несколько потоков команд

Основная причина перехода к многоядерным процессорам была вызвана тем, что повышение производительности микропроцессоров путем дальнейшего наращивания тактовой частоты достигло физического предела в связи с очень высоким уровнем тепловыделения и энергопотребления.

Состав микропроцессора

Ядро процессора помещается в корпус (пластмассовый или керамический) и соединяется проводками с металлическими ножками (выводами), с помощью которых процессор присоединяется к системной плате компьютера.

Количество выводов и их расположение определяют тип процессорного интерфейса (разъема, Socket).

Каждая системная плата ориентирована на один определенный тип разъема .

Состав микропроцессора

1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет все математике и логические операции.

2. Управляющее устройство (УУ) обеспечивает выполнение процессором последовательности команд программы.

3. Набор регистров — ячейки памяти внутри процессора, используемые для размещения команд программы и обрабатываемых данных.

Состав микропроцессора

4. Кэш-память (кэш) — сверхбыстрая память, хранящая содержимое наиболее часто используемых ячеек оперативной памяти, а также части программы, к которым процессор обратится с наибольшей долей вероятности.

5. Сопроцессор — элемент процессора, выполняющий действия над числами с плавающей запятой.

Характеристики микропроцессора

Тактовая частота . Для каждой выполняемой процессором команды требуется строго определенное количество единиц времени (тактов). Тактовые импульсы формируются генератором тактовой частоты, установленным на системной плате.

Чем чаще они генерируются , тем больше команд процессор выполняет за единицу времени , т.е. тем выше его быстродействие .

Тактовая частота обычно выражается в мегагерцах - 1 МГц равен 1 миллиону тактов в секунду.

Первые модели процессоров Intel (i8008x) работали с тактовыми частотами, меньшими 5 МГц.

Характеристики микропроцессора

Различают внутреннюю и внешнюю тактовую частоту.

Внешняя тактовая частота — это частота, с которой процессор обменивается данными с оперативной памятью компьютера.

Как уже было сказано выше, она формируется генератором тактовых импульсов (кварцевым резонатором).

Внутренняя тактовая частота — это частота, с которой происходит работа внутри процессора .

Именно это значение указывается в прайс-листах фирм, продающих процессоры .

Характеристики микропроцессора

Первые процессоры имели одинаковую внутреннюю и внешнюю частоту , но, начиная с процессора i80486 , для определения внутренней частоты стал применяться коэффициент умножения .

Этот коэффициент определяется подачей напряжения на определенные контакты центрального процессора. Таким образом, для современных процессоров справедлива формула:

Внутренняя тактовая частота (ТЧ) =

= внешняя ТЧ × коэффициент умножения

Характеристики микропроцессора

Разрядность процессора определяет количество битов данных, которые он может принять и обработать одновременно .

Первые процессоры были 8-разрядные и 16-разрядные . Современные процессоры имеют разрядность 32 или 64 бита .

Объем кэш-памяти . Как уже было сказано, при поиске нужной информации процессор в первую очередь обращается к кэш-памяти . Поэтому чем выше ее объем, тем больше вероятность, что необходимые данные будут найдены именно там.

Характеристики микропроцессора

Технологические нормы . Технологические нормы определяют расстояние между соседними транзисторами . Чем меньше расстояние , тем короче каналы транзисторов и тем больше их быстродействие .

Кроме того, уменьшение расстояния понижает уровень мощности тепловыделения .

В настоящее время все процессоры производятся с технологическими нормами 0,09 микрона, 0,065 микрона и 0,045 микрона (1 микрон = 10 -6 метров). Иногда технологические нормы указывают в нанометрах (1 нм = 10 -9 м).

Характеристики микропроцессора

Количество ядер . Большинство современных процессоров выпускаются с несколькими ядрами (обычно их два или четыре).

Благодаря наличию нескольких ядер процессор может одновременно обрабатывать несколько потоков программных команд , т.е. решать параллельно несколько задач в режиме реального времени .

Характеристики микропроцессора

Для определения основных характеристик процессора можно воспользоваться специальными сервисными программами. Примером такой программы является CPU-Z (рис.).

Ее можно бесплатно скачать из Интернета.

Система основных понятий

Использованная литература

Л-2, стр. 51-55 (Семакин И.Г.)

СР «История и архитектура ПК».