Централен процесор и памет

Централен процесор(ЦП) и памет

1.          1. ЦП – е една от най-важните части на компютъра.В прцеса на работа извършва три осн. Операции с обработката на днните:

а) четене на данни от паметта на компютъра;

б) извършване на предвидените в програмата операции с данни;

в) записване на получените резултати в паметта на компютъра.

      2. Основни части на ЦП.

            а) аритметико-логическо устройство (АЛУ) – реализира аритметическите и логическите операции при обработване на данните от ЦП.

            б) управляващо устройство (УУ) – осигурява изпълнението на зададената програма с помощта на останалите части на ЦП.

            в) регистри – използват се за служебни цели на АЛУ и УУ.

       3. Бързодействие на ЦП – това е негова основна характеристика.То се определя от броя на елементарните операции, които ЦП може да извършва за една секунда.То зависи от тактовата честота и разрядността.

        4. Памет – служи за съхраняване на информацията в компютъра. Като памет  в съвременните компютри се използват интегрални схеми, магнитни и оптични дискове и др.

       5. Видове памет.

              а) Вътрешна памет – служи за осигуряване обработката на информацията от компютъра.Изгражда се на основата на интегрални схеми.

¨      ROM – постоянна памет (памет само за четене). Информацията,записана в нея не се губи при изключването на компютъра.

¨      RAM – изменяема памет.Информацията,записана в нея се губи при изключване компютъра. Нарича се още оперативна. Нейният размер е значително по-голям от този на ROM-паметта.

б) Външна памет – служи за трайно съхраняване на информация – програми,данни и резултати.Част от външната се използва и като вътрешна.

1. Същност и предназначение 

Централният процесор е най-големият чип на дънната платка. Той е сърцето на компютърната система, изпълнява инструкциите и борави с данните. Представлява малка капсулирана силициева пластина с вградени микроелектронни елементи (транзистори). Микропроцесорите дълго време представляваха един-единствен чип, който се свързваше към различни по размер гнезда (sockets) върху дънната платка. Много от по-новите модели се произвеждат върху обособена платка с интегрални схеми, която се поставя в специален процесорен слот върху дънната платка. Най-важните характеристики на един процесор са:

• Тип на процесора;
• Скоростта, с която работи;
• Размер и тип на включената в него кеш-памет;
• Колко бита е шината за данни;
• Колко битова адресна шина поддържа;
• Допълнителни процесорни инструкции, които поддържа;
• Тип на физическото свързване, което поддържа

2. Основни действия.

а)четене на данни от паметта на компютъра;

б)извършване на предвидените в програмата операции с данни

в)записване на получените резултати в паметта на компютъра.

3.  Съставни части 

CPU се състои от две основни части:

• Аритметико-логическо устройство (АЛУ)
• Контролно (управляващо) устройство (УУ)

Тези части на процесора са свързани с електронна връзка наречена шина (BUS). Шината действа като високоскоростна магистрала между тях. За временно съхранение на данни и инструкции процесорът използва специални клетки памет, наречени регистри.

Аритметико-логическо устройство (АЛУ) 

Аритметико-логическото устройство изпълнява всички аритметични и логически функции – събиране, изваждане, умножение, деление и сравняване на две числа (А>В, А≥В, А=В, А≠В, А≤В, А<В). Това устройство контролира скоростта на изчислителния процес. При по-старите микрокомпютри времето за изпълнение на една инструкция се измерваше в милисекунди, а при новите в наносекунди или в пикосекунди. Изградено е от ЛЕ(логически елементи) ИЗКЛЮЧВАЩО ИЛИ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ и НЕ. АЛУ е комбиниран компаратор с пълен суматор. АЛУ може да бъде 2 разреден, 4 разреден, 8 и т.н. 8 разредните са изградени от над 300 отделни компонента.

Управляващо устройство (control unit) 

Контролното устройство е сложна електронна схема, която извършва управлението и координирането на повечето от дейностите на компютъра. То не изпълнява инструкции, а казва на отделните части на компютърната система какво да правят. То определя движението на електронните сигнали между главната памет и аритметико-логическото устройство, а също и на контролните сигнали между централния процесор и входно-изходните устройства.

Шина (BUS) 

Терминът адресна шина или просто шина отговаря на електрическия път, по който битовете се пренасят между различните компютърни компоненти. В зависимост от типа на системата, могат да съществуват няколко вида шини. За потребителите най-съществена е шината за данни, която пренася данните от и към централния процесор. Колкото е по-широка шината за данни, толкова по-голяма е изчислителната скорост на компютъра. Например процесор Intel Pentium II има 32 битова шина, което означава, че тя може да пренася 32 бита наведнъж.

4. Честота на процесора 

Микропроцесорът си има контролер на паметта, който синхронизира и задава скоростта на всички операции в един машинен цикъл. Скоростта на системния часовник в една компютърна система се измерва като честота, изразена в цикли и секунди. Тя се контролира от кварцов кристал в малък метален контейнер. Когато към краищата на кристала се подаде напрежение, той започва да осцилира (вибрира) с определена честота, която зависи от неговата форма и големина. Тези вибрации генерират променлив ток с честота, хармонична на честотата на трептене на кристала. Това променливо напрежение е и честотата на часовника. Обективно тя е от порядъка на няколко милиона цикъла в секунда.

Бързодействието на процесор (тактовата честота) се измерва в мегахерци - 1MHz означава един милион такта в секунда. Тактовата честота определя до голяма степен производителността на процесора. Съвременните процесори имат тактова честота от 2 и повечеGHz, а някои от новите процесори като AMD Phenom II 980 са с честота 3,7 GHz.

Един цикъл е най-малкият интервал от време, който може да съществува в работата на процесора. Всяко действие продължава най-малко един, а обикновено и повече цикли. Например при прехвърлянето на данни от и към паметта на процесор 8086 са му необходими четири цикъла плюс състояние на изчакване. Състоянието на изчакване е цикъл, при който процесорът не извършва никакво действие, за да не изпревари останалата част от компютъра. За същото нещо на процесор 80286 са му необходими два цикъла плюс състояние на изчакване.

Времето, необходимо за изпълнение на инструкциите, е също различно за различните процесори. Оригиналните процесори 8086 и 8088 изпълняват една инструкция средно за 12 цикъла. Процесорите 80286 и 80386 извършват същата инструкция за около 4–5 цикъла, а 80486 за два цикъла. При Pentium процесорите една инструкция се изпълнява за един цикъл, а при Pentium 4 за половин. Сравнението на различните системи само на базата на тактовата честота е трудно поради различните времена (в цикли) за изпълнение на инструкциите. Така един 100 MHz Pentium се равнява приблизително на 200Mhz 80486 процесор или на 400Mhz процесор 80386 или 286. Както се вижда, сравняването на различните системи само на базата на тактовата честота не е правилно, тъй като има много други фактори, които влияят върху производителността на системата.

Как работи един процесор 

Процесорите работят, като извършват изчисления на базата на конкретни инструкции, записани в софтуера, работещ на компютъра. Тези инструкции, които при стартиране на дадено приложение се зареждат в процесора, му указват как да обработва порциите от данни, записани в оперативната памет (RAM) на компютъра. Така процесорите непрекъснато „препускат“ през инструкции и данни, които се зареждат в тях от паметта. Освен, че работят с основната памет, процесорите използват и един специален тип бързодействаща памет, наричана „кеш памет“ (cache). Кеш-паметта спомага процесорите да бъдат по-продуктивни. Тя съхранява инструкции и данни, използвани наскоро от процесора. Благодарение на своята близост до главния изчислителен механизъм вътре в процесора и на факта, че процесорът често се нуждае от повторно използване на едни и същи инструкции и данни, кеш-паметта поддържа процесора активен и ускорява работата на компютъра като цяло. Всъщност през повечето време процесорите работят директно с различни типове кеш-памет, а тя от своя страна се свързва с основната оперативна памет. Така кеш-паметта служи като бързодействащ буфер между процесора и основната памет, прехвърляйки данните в процесора, когато се нуждае от тях и ги изисква.

Бързодействие 

Въпреки, че номиналното бързодействие на процесора е важен фактор при определяне на бързината, с която той извършва изчисления, има и други важни различия в това как различните процесори вършат своята работа вътрешно. Например много процесори изпълняват няколко изчисления едновременно. Технологията, която поддържа този метод, се нарича „конвейрна обработка“. Освен това някои прескачат напред, за да изпълнят допълнителни изчисления, за които се предполага, че работещата програма ще ги поиска, преди програмата наистина да ги поиска. Това се нарича „спекулативно изпълнение“ и е една от многото сложни операции, които се срещат в съвременните процесори. Различните процесори реализират тези методи по разнообразни начини, с което се обясняват многото разлики в цялостната производителност на чипа, независимо от неговото бързодействие в MHz.

Друг важен фактор в общата производителност на чипа е доколко са работоспособни различните процесорни схеми. Процесорите имат способност да работят непрекъснато и да дават резултати толкова бързо, колкото им се задават задачи, над които да работят. Следователно в идеалния случай бихме искали да подаваме на процесора непрекъснат поток от данни, така че той да може да ги обработва с максимална скорост. В действителност обаче различни забавяния, които се получават в компютърната система, често принуждават процесора да стои без работа за кратки периоди от време, през които той изчаква пристигането на следващите данни.

Важен метод за компенсиране на тези забавяния е добавянето на специална бързодействаща памет в цялостната схема на процесора на компютъра. И в двата случая целта е процесорът да се накара да работи колкото е възможно повече, защото това се трансформира директно в по-голямо общо бързодействие на компютъра.

Производители на процесори 

• Intel
• AMD
• VIA
• Motorola

5.Памет

RAM паметта получава името си от английски - random access memory ( или в превод - памет с произволен достъп ).
Тя е вид памет в електрониката, която позволява достъп и за четене, и за запис, до произволна част от данните без ограничения. Това я отличава от ROM паметта ( read only memory - памет само за четене - в буквален превод ), която позволява само четене, и от паметта с последователен достъп, при която могат да се извършват действия само в определен ред.

RAM паметта може да бъде изпълнена чрез интегрални схеми или на магнитни носители.

За разлика от външната памет ( като твърдия диск, флаш паметта, дискетите и оптичните носители ), RAM се изгражда от чипове, които са способни да съхраняват информация само докато им е подаден електрически сигнал.
Съществува и сравнително нова разработка, наречена флаш-памет или енергонезависима RAM, при която информацията се запазва дори при прекъсване на захранването за продължително време.

Съгласно архитектурата на фон Нойман паметта съдържа инструкции за централния процесор (или както е по-известен, просто процесор).
Компютърът работи с бинарни команди, съставени от битове. Всеки бит може да има едно от две състояния – включено или изключено. Чиповете памет запазват информацията независимо от това, дали тя се използва или не. Чиповете, в които състоянието може да бъде променяно или операционната система може да се свърже свободно с тях се наричат Памет с Произволен Достъп (RAM памет), а в чиповете, в които достъпът е само на определени цикли от време и не е произволен (т.е. състоянията не могат да бъдат променени), се наричат ROM (Read Only Memory - памет, само за четене ).
Трябва да се подчертае, че данните в RAM паметта при изключване на компютъра се изтриват, което е и основната разлика е ROM паметта ( при нея, дори след като изключите компютъра, данните остават).

Презентация - Процесори

Презентация - Памет