Процессор (разрядность, адресное пространство)

Процессор - это центральное устройство компьютера, которое выполняет находящиеся в оперативной памяти команды программы и «общаются» с внешними устройствами благодаря шине адреса, данных и управления.

У компьютеров четвертого поколения функции центрального процессора выполняет микропроцессор - сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 0.1 см². Степень интеграции определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов. Так, в ЦП Intel 80486 DX содержится 1,2 млн. Транзисторов, а Intel Pentium Pro - 5.5 млн.

Выполнение микропроцессором команд предусматривает арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную), перемещение данных из одного места памяти в другое и координацию взаимодействия различных устройств ЭВМ. Можно выделить 4 этапа обработки команды процессором: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. В ряде случаев, пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

К обязательным компонентам микропроцессора (МП) относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство и устройство управления.

Процессоры характеризуются скоростью (тактовой частотой) обработки информации и разрядностью.

Одним из способов повышения быстродействия МП является использование КЭШ-памяти, которое позволяет избежать циклов ожидания в работе МП, когда информация из соответствующих схем памяти устанавливаются на системной шине данных компьютера. Функционально КЭШ-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств с относительно быстрым МП. Благодаря преимуществам в архитектуре процессоры с меньшей тактовой частотой могут иметь большее быстродействие.

Для определения производительности МП в настоящее время рассматривают 4 аспекта: целочисленное вычисление, вычисления с плавающей точкой, графика, видео, сравнивая их с производительностью Intel 80486 SX - 25 МГц, чьи показатели (индекс iCOMP) были приняты в 1992 г. За 100. Подчеркнем, что речь идет о производительности самих процессоров, а не всей компьютерной системы в целом.

Для улучшения показателей при выполнении операций с плавающей точкой, на которые даже самые мощные микропроцессоры тратят достаточно много времени, создано и используется устройство - математический сопроцессор. Математический сопроцессор - это интегральная схема, работающая во взаимодействии с центральным МП, предназначена только для выполнения математических операций. В них нет нужды. Если работа идет с базами данных или текстовыми редакторами, но если работа идет с электронными таблицами, с трехмерной графикой, пакетами САПР, специальными программами по математическому моделированию, то присутствие математического сопроцессора обязательно.

Разрядность процессора - это число одновременно обрабатываемых им битов. Процессор может быть 8, 16, 32, 64 - разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемой процессором за единицу времени. Разрядность внутренней шины данных может не совпадать с количеством внешних выводов для линии данных.

Одна из функций процессора состоит в перемещении данных, в организации их обмена с внешними устройствами и оперативной памятью. При этом процессор формирует код устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем физически адресуемой микропроцессором памяти однозначно определяет разрядность внешней шины адреса как 2^N, где N - разрядность адресной шины. Следовательно, при 16, 20. 24, или 32-разрядной шине адреса создается адресное пространство соответственно: 2¹⁶ = 64 КбайтБ 2²⁰ = 1 Мбайт, 2²⁴ = 16 Мбайт, 2³² = 4 Гбайт. Поэтому разрядность процессора часто уточняют: записывая например для I 80386 32/32, что означает? Микропроцессор имеет 32-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса, т.е. одновременно обрабатывается 32 бита информации, а адресное пространство микропроцессора составляет 4 Гбайта.

Память – запоминающие устройства (ЗУ)

Память – запоминающие устройства, предназначенные для хранения информации: данных и программ. Память компьютера делится на системную (внутреннюю) и внешнюю.

Основная (системная) память конструктивно реализована полупроводниковыми микросхемами:

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) быстрая полупроводниковая микросхема, предназначенная для постоянного хранения системной информации (программы тестирования и активизации оборудования и устройств компьютера), которая сохраняется при отключении электропитания. Ёмкость V=512 kb, 1, 2, 4 Mb

ОЗУ (оперативно запоминающее устройство ОП) – быстрая полупроводниковая микросхема, предназначенная для хранения оперативной информации (данных и программ, используемые в текущее машинное время). При отключении электропитания информация уничтожается. Ёмкость V=128, 256,512Mb, 1,2,4Gб

КЭШ – высокоскоростная полупроводниковая микросхема, которая является промежуточным буфером между оперативной памятью и процессором для ускорения поиска и скорости обработки информации, которая будет обрабатываться в ближайшие такты работы процессора. V=64, 128, 256 kb.