Процессор выполняет функцию управления работой компьютера по заданной программе хранения информации

Обновлено: 01.07.2024

При правильном использовании компьютер может помочь вам стать более организованным, работать более эффективно и выполнять множество задач. Вам понадобится различная информация, чтобы точно оценить технологические требования для вашего малого бизнеса.

Возможно, вы могли обойтись с использованием персонального компьютера для выполнения бизнес-задач, но обнаружили, что по мере роста вашего бизнеса вам нужна настройка компьютера для удовлетворения потребностей вашего бизнеса. Или, может быть, вы добавили сотрудников в свой бизнес и хотели бы настроить сеть компьютеров на своем рабочем месте.

Вашим первым шагом должно быть определение того, как именно вы собираетесь использовать компьютер для поддержки своего бизнеса. В противном случае вы можете обнаружить, что вложили лишний капитал в систему, которая делает гораздо больше, чем вам действительно нужно, или, что еще хуже, приобрели систему, которая не дает того, на что вы рассчитывали.

Вы захотите перечислить, какие задачи, по вашему мнению, будут выполняться более эффективно, если их компьютеризировать. Трудоемкие задачи, такие как ведение учета, расчет заработной платы, выставление счетов, анализ финансовых прогнозов, написание писем и подготовка рекламы и рекламных материалов, являются первыми кандидатами. Это хорошая идея, чтобы поговорить с другими владельцами бизнеса, чтобы узнать, как они используют компьютеры, чтобы помочь своему бизнесу и эффективно использовать свое время. У вас также могут быть особые отраслевые требования, которые следует учитывать.

Что делать дальше?

Защитите свою компьютерную систему. Одним из аспектов компьютеризации многих ваших деловых записей и операций является то, что вы склонны концентрировать большое количество ценной информации в потенциально хрупком формате. Поэтому вы должны принять адекватные меры для защиты ваших данных и оборудования.

Выбор компьютерного программного обеспечения

Чтобы компьютер мог выполнять нужные вам задачи, вы должны поставить на него соответствующее прикладное программное обеспечение. Прикладное программное обеспечение — это компьютерные программы, которые указывают компьютеру, как выполнять определенные функции.

Вы можете купить самый дорогой компьютер для бизнеса, но он не принесет много пользы вашему бизнесу, если программное обеспечение, на котором он работает, не делает того, что вам нужно. Вы можете столкнуться с подобной проблемой, если приобретаемый вами компьютер не может эффективно запускать желаемое программное обеспечение. Соответственно, часто бывает лучше определить, какие программные приложения вы будете использовать, прежде чем решать, какое компьютерное оборудование приобретать.

Программное обеспечение операционной системы. Самым основным видом программного обеспечения является программное обеспечение операционной системы, которое представляет собой программу, такую как одна из итераций Windows от Microsoft — Vista, 7 и т. д. — которая управляет монитором компьютера, приводами , принтер и другие компоненты, а также контролирует, как эти компоненты работают с вашим программным обеспечением. Большинство компьютеров поставляются с предустановленной самой последней версией этого программного обеспечения.

Прикладное программное обеспечение. Помимо программного обеспечения операционной системы, общие типы прикладного программного обеспечения, которые могут оказаться полезными, включают:

Программы обработки текстов. Они эффективно превращают ваш компьютер в сложную пишущую машинку и позволяют вам писать и быстро редактировать письма, отчеты и другие документы. Возможно, самая большая польза этих программ заключается в том, что вам не нужно перепечатывать весь документ, чтобы внести исправления или изменения в несколько слов или строк.
Программы для работы с электронными таблицами. Эти программы особенно полезны при создании бюджетов, бизнес-планов, финансовых отчетов и других отчетов, требующих математических расчетов. Прелесть этих программ в том, что если вы измените одно или несколько чисел в отчете электронной таблицы, все соответствующие числа будут автоматически скорректированы. По этой причине программы для работы с электронными таблицами значительно экономят время при выполнении сценариев "что, если" с вашими финансовыми прогнозами.
Программы управления базами данных. Вы можете хранить, систематизировать, обрабатывать и обновлять большие объемы деловой информации с помощью программ управления базами данных. Например, вы можете использовать эти программы для отслеживания ваших клиентов, поставщиков или уровня запасов.
Бухгалтерские и бухгалтерские программы. Эти программы охватывают весь спектр программ: от тех, которые просто помогают вам вести финансовую отчетность, до тех, которые помогают вам управлять платежной ведомостью или дебиторской или кредиторской задолженностью, до тех, которые помогают вам заполнять налоговые декларации.
Программы для настольных издательских систем. Вы можете использовать эти типы программ для создания макетов профессионального качества для ваших собственных каталогов, информационных бюллетеней, брошюр, форм и других документов.

Полные пакеты программного обеспечения. Если вы предполагаете, что будете использовать более одной из этих программ, рассмотрите следующие варианты:

Поищите интегрированный программный пакет, который иногда называют «офисным пакетом»." Интегрированные пакеты эффективно объединяют несколько инструментов в одну программу. Например, на рынке есть несколько продуктов, которые сочетают в себе функции обработки текстов, электронных таблиц и управления базами данных.
Разработайте программу на заказ. Еще один вариант получения приложений, которые будут хорошо работать вместе, — это нанять консультанта по программному обеспечению для создания индивидуальной программы для вашего бизнеса. Это дороже, чем покупка готового программного обеспечения в готовом виде, но вполне может окупиться, если вы не можете найти существующие программы, отвечающие вашим конкретным потребностям.
Приобретите специализированное программное обеспечение. Возможно, вы сможете приобрести пакет, разработанный специально для вашей отрасли. Например, это может быть особенно важно для розничной торговли, у которой, как правило, очень большие и специфические потребности в информации.

Физическое оборудование, входящее в состав компьютерной системы, представляет собой "аппаратное обеспечение" системы. Основными аппаратными компонентами любого компьютера являются центральный процессор, монитор, клавиатура, жесткий диск и принтер. Другими распространенными бизнес-компонентами являются DVD-приводы, модемы и сканеры.

Помимо обязательных компонентов, какие из перечисленных ниже компонентов вам действительно понадобятся, во многом зависит от типов программ, которые вы хотите запускать, и типов задач, которые вы хотите выполнить.

Центральный процессор (ЦП). Процессор контролирует скорость, с которой компьютер обрабатывает информацию. Основным фактором этой скорости является процессор процессора. Еще одним важным фактором, влияющим на скорость компьютера, является объем его оперативной памяти (ОЗУ). Оперативная память — это место, где ваш компьютер временно хранит информацию, используемую программами, которые на нем запущены в данный момент.
Монитор. Это экран, на который вы будете смотреть бессчетное количество часов, выполняя свою работу. Когда вы сравниваете мониторы, ключ в том, чтобы найти монитор, на котором вы можете читать без чрезмерного напряжения глаз. Размер монитора также имеет значение. Как правило, чем больше монитор, тем легче его читать.
Клавиатура. Как и в случае с монитором, ключевым моментом при сравнении клавиатур является удобство их использования. Доступны эргономичные клавиатуры с расположением клавиш, которое считается более естественным для пальцев. Дополнением к клавиатуре для входа в работу и выполнения команд является мышь. Они также бывают разных стилей, поэтому вам следует искать тот, который удобен и прост в использовании. Вы можете выбрать беспроводную клавиатуру и мышь и избежать всех этих шнуров и кабелей.
Жесткие диски. На жестком диске ваш компьютер постоянно хранит программы и другую информацию. Поскольку размер программных приложений продолжает расти, обычно лучше приобрести жесткий диск настолько большого объема, насколько вы можете себе позволить.
Принтеры. Варианты выбора принтера варьируются от довольно медленных и недорогих (струйные принтеры) до быстрых и более дорогих (лазерные принтеры). При сравнении стоимости различных принтеров важно не ограничиваться только первоначальной покупной ценой. Например, если для конкретного принтера требуется специальная бумага, узнайте, сколько стоит эта бумага. Также подумайте, сколько будет стоить замена картриджа с чернилами в принтере и как часто вы будете нести эти расходы.

Беспроводное подключение к Интернету осуществляется через беспроводные маршрутизаторы. Маршрутизатор (устройство, похожее на электронную коробку) подключается к вашему модему или кабельному интернет-соединению и передает сигнал. Ваш компьютер, будь то настольный компьютер или ноутбук, должен принимать сигнал беспроводной сети (например, через карту Wi-Fi или другую встроенную функцию), чтобы выходить в Интернет.

Сети. Даже те, кто работает в одиночку, могут извлечь выгоду из компьютерных сетей — в основном, соединяя два или более компьютеров через маршрутизатор (проводной или беспроводной), чтобы они могли совместно использовать задачи и приложения. В рабочих целях доступ к файлам на других компьютерах в вашей сети и использование одного принтера для всех компьютеров являются основными целями наличия компьютерной сети. Беспроводная сеть отлично подходит, когда вам нужен доступ к файлам вашего настольного компьютера на ноутбуке и наоборот. Если у вас есть сотрудники, вы все можете быть в сети, и у вас есть возможность поделиться только той информацией, которую вы выберете — это не выбор «все или ничего». Сложность ваших потребностей, скорее всего, определит, настроите ли вы свою корпоративную компьютерную сеть или обратитесь за помощью извне.

Покупка вашей компьютерной системы

Как и в случае со всем, что вы покупаете, ключом к получению наилучшего предложения компьютера за ваши деньги является сначала определение того, что вы хотите и сколько вы готовы потратить, а затем потратить некоторое время на сравнение покупок. . Вероятно, у вас не возникнет проблем с поиском магазинов.Загляните в супермаркеты электроники в вашем районе (включая те, которые специализируются только на компьютерах), универмаги и дисконтные магазины, а также местные магазины, которые собирают свои собственные системы. Откройте компьютерный журнал или зайдите в Интернет, и вы найдете ряд производителей и розничных продавцов, которые будут продавать вам по почте.

Выбирая подходящий вариант, запросите листы спецификаций для понравившихся вам систем. В этих листах должны быть указаны цена, компоненты, а также политика обслуживания и поддержки для систем. Сравнивая системы, исходите из того, что вы получите то, за что платите. Если одна система значительно дешевле другой, попытайтесь выяснить, почему это так. Используются ли менее надежные детали? Подкреплено ли это короткой гарантией или неблагоприятной политикой обслуживания и поддержки? Есть поговорка о том, что «компьютер хорош ровно настолько, насколько хорош его самый слабый компонент». Попытайтесь определить, что это может быть для каждой системы, которую вы сравниваете. Редко система с наименьшей ценой будет наилучшей в целом. Другие моменты, которые следует учитывать при выборе, включают следующее:
Постарайтесь найти систему, которую можно легко модернизировать новыми компонентами по мере изменения ваших потребностей.

- Будьте готовы пойти на компромисс между желаемыми компонентами. Идея здесь заключается в том, чтобы быть готовым пойти на уступки в отношении тех элементов, которые можно легко обновить или добавить позже, если это позволит вам получить лучшую систему в целом при ваших первоначальных ограничениях по стоимости.
- Если вы решите использовать систему местной сборки, постарайтесь найти магазин, который работает уже несколько лет и зарекомендовал себя в отношении надежности и обслуживания.
- Если вы планируете покупку по почте, действуйте с осторожностью. Система, которая появится у вашей двери, по сути, прибудет «невидимой», поэтому вы должны быть уверены, что имеете дело с уважаемой компанией.
- Внимательно прочитайте политику возврата каждого продавца. Наилучшие правила — это те, которые позволяют вам вернуть систему в течение определенного периода времени без вопросов и без взимания платы за пополнение запасов или другой платы.
- Сравните соглашения об обслуживании и гарантии. Если у вас возникнут проблемы, придется ли вам забирать систему или кто-то приедет к вам, чтобы выполнить ремонт на месте? Есть ли бесплатный номер, по которому можно позвонить в любое время, в том числе в выходные и по вечерам, за помощью или советом? Как долго действует гарантийное соглашение? Доступен ли расширенный контракт на обслуживание, и если да, то стоит ли дополнительная защита его стоимости?
- Рассмотрите возможность использования кредитной карты, даже если это означает потерю скидки при оплате наличными. Компания, выпустившая вашу кредитную карту, может стать неоценимым союзником, который поможет вам решить проблемы с продавцом после продажи и вернуть вам деньги, если система не выполняет обещанное.
- Не откладывайте настройку системы после ее покупки. Убедитесь, что вы получили все, на что рассчитывали, и что система работает правильно. Если поставщик предлагает услуги по доставке и установке, воспользуйтесь этим и не позволяйте специалисту по обслуживанию покидать помещение, пока ваша система не будет запущена и запущена.
Защита вашей компьютерной системы

Итак, вы приобрели свою компьютерную систему, и она, вероятно, стала неотъемлемой частью ваших деловых операций. Что бы вы сделали, если бы потеряли возможность пользоваться своим компьютером или информацией, содержащейся на нем?

Как и в случае с любым другим ценным бизнес-активом, вам необходимо позаботиться о защите своей компьютерной системы от кражи и повреждения по естественным причинам (наводнения, пожары, землетрясения, торнадо и т. д.). Несчастные случаи, начиная от разлития кофе и заканчивая случайным уничтожением компьютерных файлов, представляют собой еще одну угрозу для вашей системы, равно как и преднамеренные действия по разрушению и повреждению.

Помимо страхования вашей компьютерной системы, шаги, которые вы можете предпринять для защиты вашей системы, включают следующее:

Кроме того, если у вас есть офисная компьютерная сеть, маршрутизатор Ethernet (распространенный тип подключения компьютера в локальной сети (LAN)) со встроенным брандмауэром позволит сотрудникам вашего офиса безопасно выходить в Интернет без разрешить любому пользователю Интернета доступ к вашей офисной сети.

Раздел 404 Закона Сарбейнса-Оксли (SOX) требует, чтобы все публичные компании установили внутренний контроль и процедуры.

Закон о защите конфиденциальности детей в Интернете от 1998 года (COPPA) – это федеральный закон, который налагает особые требования на операторов доменов .

План North American Electric Reliability Corporation по защите критически важной инфраструктуры (NERC CIP) представляет собой набор стандартов.

Взаимная аутентификация, также называемая двусторонней аутентификацией, представляет собой процесс или технологию, в которой оба объекта обмениваются данными .

Экранированная подсеть или брандмауэр с тройным подключением относится к сетевой архитектуре, в которой один брандмауэр используется с тремя сетями .

Метаморфное и полиморфное вредоносное ПО – это два типа вредоносных программ (вредоносных программ), код которых может изменяться по мере их распространения.

Медицинская транскрипция (МТ) – это ручная обработка голосовых сообщений, продиктованных врачами и другими медицинскими работниками.

Электронное отделение интенсивной терапии (eICU) — это форма или модель телемедицины, в которой используются самые современные технологии.

Защищенная медицинская информация (PHI), также называемая личной медицинской информацией, представляет собой демографическую информацию, медицинскую .

Снижение рисков – это стратегия подготовки к угрозам, с которыми сталкивается бизнес, и уменьшения их последствий.

Отказоустойчивая технология — это способность компьютерной системы, электронной системы или сети обеспечивать бесперебойное обслуживание.

Синхронная репликация — это процесс копирования данных по сети хранения, локальной или глобальной сети, поэтому .

API облачного хранилища — это интерфейс прикладного программирования, который соединяет локальное приложение с облачным хранилищем.

Интерфейс управления облачными данными (CDMI) – это международный стандарт, определяющий функциональный интерфейс, используемый приложениями.

Износ флэш-памяти NAND — это пробой оксидного слоя внутри транзисторов с плавающим затвором флэш-памяти NAND.

Наследие более ранних разработок, таких как разностная машина Бэббиджа и перфокартные системы мейнфреймов 1970-х годов, оказывают значительное влияние на современные компьютерные системы. В своей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсудил несколько предшественников современного компьютера и перечислил характеристики, определяющие то, что мы сегодня называем компьютером.

В этой статье я расскажу о центральном процессоре (ЦП), включая его компоненты и функциональные возможности. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочитайте ее, если вы еще этого не сделали.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП современных компьютеров — это воплощение «мельницы» в разностной машине Бэббиджа. Термин центральный процессор возник еще в далекие компьютерные времена, когда в одном массивном корпусе содержалась схема, необходимая для интерпретации программных инструкций машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными. Центральный процессор также завершил всю обработку всех подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабаны и дисководы. Современные периферийные устройства сами обладают значительной вычислительной мощностью и разгружают некоторые задачи обработки с центрального процессора. Это освобождает ЦП от задач ввода-вывода, так что его мощность применяется к основной задаче под рукой.

Ранние компьютеры имели только один ЦП и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин ЦП, но теперь он относится к процессорному пакету на типичной материнской плате. На рис. 1 показан стандартный пакет процессоров Intel.

Рис. 1. Процессор Intel Core i5 (Джуд МакКрени, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).

Здесь действительно не на что смотреть, кроме самого пакета процессора. Корпус процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор(ы), запечатанную внутри металлического контейнера и установленную на небольшой печатной плате (ПК). Пакет просто вставляется в гнездо ЦП на материнской плате и фиксируется с помощью фиксирующего рычага. Процессорный кулер крепится к корпусу процессора. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому, если вы собираете свои собственные компьютеры, очень важно подобрать правильный корпус, подходящий для разъема материнской платы.

Как работает процессор

Давайте рассмотрим ЦП более подробно. На рис. 2 представлена концептуальная схема гипотетического ЦП, позволяющая упростить визуализацию компонентов. ОЗУ и системные часы заштрихованы, поскольку они не являются частью ЦП и показаны только для ясности. Кроме того, никакие связи между часами ЦП и блоком управления с компонентами ЦП не используются. Достаточно сказать, что сигналы часов и блока управления являются неотъемлемой частью любого другого компонента.

Рисунок 2. Упрощенная концептуальная схема типичного процессора.

Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Этой цифры достаточно для наших целей, но она не слишком сложная.

Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические функции, за которые отвечает компьютер. A и B регистры содержат входные данные, а накопитель получает результат операции. Регистр инструкций содержит инструкцию, которую должен выполнить АЛУ.

Например, при добавлении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B. АЛУ выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция логическая, сравниваемые данные помещаются в регистры ввода. Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое накопителя затем помещается в кэш-память, зарезервированную программой для результата.

Существует еще один тип операций, выполняемых ALU. Результатом является адрес в памяти, который используется для вычисления нового местоположения в памяти, чтобы начать загрузку инструкций. Результат помещается в регистр указателя команд.

Регистр инструкций и указатель

Указатель инструкции указывает место в памяти, содержащее следующую инструкцию, которую должен выполнить ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из ячейки памяти, на которую указывает указатель инструкции.

После загрузки инструкции в регистр инструкций указатель регистра инструкций увеличивается на один адрес инструкции. Увеличение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.

Кэш

ЦП никогда не обращается напрямую к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько уровней кеша. Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные ЦП. Причины этого выходят за рамки этой статьи, но я расскажу об этом подробнее в следующей статье.

Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к ЦП, поскольку находится на кристалле процессора. Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции, чтобы ЦП не ждал, пока данные будут извлечены из ОЗУ. Когда центральному процессору нужны данные (а инструкции программы также считаются данными), кэш определяет, имеются ли уже данные, и предоставляет их центральному процессору.

Если запрошенных данных нет в кеше, они извлекаются из ОЗУ и с помощью алгоритмов прогнозирования перемещают больше данных из ОЗУ в кеш. Контроллер кэша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из оперативной памяти. Он загружает ожидаемые данные в кеш. Храня некоторые данные ближе к ЦП в кеше, который быстрее, чем ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.

Наш простой ЦП имеет три уровня кэша. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования того, какие данные и программные инструкции потребуются в следующий раз, для перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их как можно ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо. Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.

Кэш уровня 1 расположен ближе всего к центральному процессору. В нашем процессоре есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — кэш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.

Блок управления памятью

Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (ОЗУ) и ЦП. Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.

Часы процессора и блок управления

Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной совместной работы. блок управления выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой, и отвечает за управление операциями других блоков с помощью сигналов синхронизации, которые распространяются на ЦП.< /p>
Оперативная память (ОЗУ)

Хотя ОЗУ или основное хранилище показаны на этой и следующей диаграммах, на самом деле они не являются частью ЦП. Его функция заключается в хранении программ и данных, чтобы они были готовы к использованию, когда они потребуются процессору.

Как это работает

ЦП работают по циклу, который управляется блоком управления и синхронизируется с часами ЦП. Этот цикл называется циклом инструкций ЦП и состоит из ряда компонентов выборки/декодирования/выполнения. Инструкция, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, извлекается и помещается в регистр инструкций.Команда декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B. Инструкция выполняется с использованием регистров A и B, а результат помещается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкции на длину предыдущего и начинает заново.

Базовый цикл инструкций ЦП выглядит следующим образом.

Рисунок 3. Базовый цикл инструкций ЦП.

Потребность в скорости

Хотя базовый ЦП работает хорошо, ЦП, работающие в этом простом цикле, можно использовать еще эффективнее. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и здесь мы рассмотрим две из них.

Ускорение цикла инструкций

Одной из проблем, с которой столкнулись первые разработчики ЦП, была трата времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности ЦП было перекрытие частей цикла инструкций ЦП для более полного использования различных частей ЦП.

Например, когда текущая инструкция декодирована, следующая извлекается и помещается в регистр инструкций. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции. Использование перекрывающихся циклов команд показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Цикл инструкций ЦП с перекрытием.

Этот дизайн выглядит красиво и плавно, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие правильных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU находил правильные данные и перемещал их в ЦП, а это может занять некоторое время. Для выполнения некоторых инструкций также требуется больше циклов ЦП, чем для других, что мешает плавному перекрытию.

Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности ЦП.

Гиперпоточность

Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — гиперпоточность. Гиперпоточность заставляет одно ядро процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя инструкций и регистра инструкций к нашему гипотетическому ЦП, как показано на рис. 5, заставляет его функционировать как два ЦП, выполняя два отдельных потока инструкций в течение каждого командного цикла. Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных (опять же, инструкции также являются данными), второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум ЦП по способности обрабатывать инструкции.

Рис. 5. Концептуальная схема ЦП с технологией Hyper-Threading.

Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность гораздо сложнее.

Дополнительная терминология

Я столкнулся с множеством различных терминов ЦП. Чтобы более точно определить терминологию, давайте посмотрим на сам ЦП с помощью команды lscpu.

Процессор Intel, показанный выше, представляет собой корпус, который подключается к одному разъему на материнской плате. Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое из них может одновременно запускать два потока, что в сумме дает 12 ЦП.
- Ядро. Ядро — это наименьшая единица физического оборудования, способная выполнять задачу обработки. Он содержит одно АЛУ и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и поддерживающих схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер можно объединить в один физический пакет.
- ЦП. Логический аппаратный блок, способный обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые процессорный пакет может выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае ЦП и ядро являются синонимами. Процессор Hyper-Threading с одним ядром является функциональным эквивалентом двух процессоров. Процессор с поддержкой технологии Hyper-Threading с восемью ядрами функционально эквивалентен 16 процессорам.
- Пакет – физический компонент, содержащий одно или несколько ядер, как показано на рис. 1 выше.
- Процессор. 1) Устройство, которое обрабатывает инструкции программы для обработки данных. 2) Часто используется как синоним пакета.
- Сокет. Иногда используется как синоним пакета, но более точно относится к физическому сокету на материнской плате, в который вставляется корпус процессора.
Термины сокет, процессор и пакет часто используются взаимозаменяемо, что может вызвать некоторую путаницу. Как видно из приведенных выше результатов команды lscpu, Intel предоставляет нам собственную терминологию, и я считаю ее авторитетным источником. На самом деле мы все используем эти термины по-разному, но если мы понимаем друг друга в любой момент времени, это действительно важно.

Обратите внимание, что указанный выше процессор имеет два кэша уровня 1 по 512 КиБ каждый: один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу, разделяя инструкции и данные на этом этапе. Кэши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.

Что все это значит?

Хороший вопрос. На заре мейнфреймов каждый компьютер имел только один ЦП и не мог одновременно запускать более одной программы. Мейнфрейм может выполнять расчет заработной платы, затем учет запасов, затем выставление счетов клиентам и т. д., но одновременно может выполняться только одно приложение. Каждая программа должна была завершиться, прежде чем системный оператор мог запустить следующую.

В некоторых ранних попытках одновременного запуска нескольких программ применялся простой подход, направленный на более эффективное использование одного процессора. Например, программа1 и программа2 были загружены, а программа1 выполнялась до тех пор, пока не была заблокирована в ожидании ввода-вывода. В этот момент программа2 работала до тех пор, пока не была заблокирована. Такой подход назывался многопроцессорной обработкой и позволял полностью использовать ценное компьютерное время.

Все ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного ЦП между потоками выполнения нескольких задач. Эта практика не является настоящей многозадачностью, как мы ее понимаем, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения. Правильнее будет назвать это разделением времени.

Все современные компьютеры, от смарт-часов и планшетов до суперкомпьютеров, поддерживают настоящую многозадачность с несколькими процессорами. Наличие нескольких процессоров позволяет компьютерам выполнять множество задач одновременно. Каждый ЦП выполняет свои функции одновременно со всеми остальными ЦП. Восьмиъядерный процессор с технологией Hyper-Threading (т. е. 16 ЦП) может одновременно выполнять 16 задач.

Заключительные мысли

Мы рассмотрели концептуальный и упрощенный ЦП, чтобы немного узнать о структурах. В этой статье я лишь поверхностно коснулся функциональности процессора. Вы можете узнать больше, воспользовавшись встроенными ссылками на изученные нами темы.

Помните, что схемы и описания в этой статье носят чисто концептуальный характер и не представляют реальный ЦП.

В следующей части этой серии статей я рассмотрю оперативную память и дисковые накопители как разные типы хранилищ и поясню, почему каждый из них необходим современным компьютерам.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

центральный процессор (CPU), основная часть любой цифровой компьютерной системы, обычно состоящая из основной памяти, блока управления и арифметико-логического блока. Он представляет собой физическое сердце всей компьютерной системы; к нему подключается различное периферийное оборудование, в том числе устройства ввода/вывода и вспомогательные запоминающие устройства. В современных компьютерах центральный процессор находится на интегральной микросхеме, называемой микропроцессором.

Блок управления центрального процессора регулирует и интегрирует операции компьютера. Он выбирает и извлекает инструкции из основной памяти в надлежащей последовательности и интерпретирует их таким образом, чтобы активировать другие функциональные элементы системы в соответствующий момент для выполнения соответствующих операций. Все входные данные передаются через основную память в арифметико-логическое устройство для обработки, которая включает в себя четыре основные арифметические функции (т. е. сложение, вычитание, умножение и деление) и некоторые логические операции, такие как сравнение данных и выбор желаемой процедуры решения проблемы или жизнеспособной альтернативы, основанной на заранее определенных критериях принятия решения.

Как Интернет перемещает информацию между компьютерами? Какая операционная система сделана Microsoft? Войдите в этот тест и проверьте свои знания о компьютерах и операционных системах.

Читайте также: