Из каких структурных единиц состоит ПК, из каких из них находится процессор ОЗУ ответ

Обновлено: 25.06.2024

ОЗУ – это оперативная память, которая используется в качестве кратковременного хранилища памяти.

Процессор, также известный как ЦП, предоставляет инструкции и вычислительную мощность, необходимые компьютеру для выполнения своей работы.

Оперативная память и ЦП работают синхронно и дополняют друг друга, чтобы мощность и производительность соответствовали потребностям вашего малого бизнеса.

Ключом к выбору ПК для малого бизнеса является поиск устройства бизнес-класса с Intel vPro® Essentials, оснащенного новейшим процессором Intel® Core™.

Выбирая лучшие ПК для малого бизнеса, ищите хороший баланс между скоростью процессора и объемом оперативной памяти. Устройства бизнес-класса на платформе Intel vPro® Essentials могут обеспечить большую уверенность по сравнению с потребительскими устройствами, поскольку они имеют встроенную аппаратную защиту, которая защитит ваши данные и ваши идеи лучше, чем только программное обеспечение. Эти варианты в сочетании с объемом оперативной памяти помогут вам решить сегодняшние задачи и использовать возможности завтрашнего дня.

Десятилетия покупок компьютеров заставили многих людей поверить в то, что увеличение объема оперативной памяти — это лучшее решение для повышения производительности ПК. Хотя это, несомненно, важно, это не единственное решение для повышения производительности или даже обязательно правильное, в зависимости от ваших потребностей. 1 2

Старому компьютеру (которому более пяти лет) требуется дополнительное время для загрузки, загрузки веб-страниц и запуска программ, что может неожиданно сказаться на вашей прибыли в плане снижения производительности труда сотрудников. В одном исследовании Intel исследователи обнаружили, что более медленные компьютеры снижают производительность труда сотрудников на целых 29%, что может стоить работодателю до 17 000 долларов потери производительности за каждый старый компьютер на рабочем месте. 3 Это же исследование также показало, что ожидание запуска старого ПК каждое утро может занимать до 11 часов в год. 4

Помимо потери производительности, более медленный компьютер приводит к разочарованию сотрудников, что делает ваши инвестиции в оборудование не столько проблемой удержания сотрудников, сколько проблемой технологии. Поэтому зачастую разумным вложением средств являются мощные компоненты, чтобы компьютеры малого бизнеса могли обрабатывать больше данных, запускать программы с большим объемом данных и держать открытыми больше вкладок браузера.

Что ОЗУ делает… и не делает…

Оперативная память (оперативное запоминающее устройство) используется компьютерами в качестве кратковременной памяти для размещения данных для быстрого доступа. Чем больше оперативной памяти у компьютера, тем больше данных он обычно может обрабатывать в любой момент. Думайте об оперативной памяти как о рабочем пространстве: очевидно, что на гигантском верстаке работать легче, чем на крошечном чайном подносе.

Хотя увеличение объема ОЗУ может быть полезным, преимущества увеличения объема ОЗУ ограничены. Одним из таких ограничений является физический аспект: ваша материнская плата может содержать только определенный объем оперативной памяти, поэтому, если вы обновляете более старую машину, объем оперативной памяти которой уже приближается к максимальному, у вас может не быть много места для роста. Еще одним таким ограничением является вычислительная мощность. Вся краткосрочная память в мире не облегчит работу ваших сотрудников, если у вас нет вычислительной мощности, чтобы воспользоваться ею.

Мощность процессора

Процессор, также известный как ЦП, предоставляет инструкции и вычислительную мощность, необходимые компьютеру для выполнения своей работы. Чем мощнее и обновлен ваш процессор, тем быстрее ваш компьютер может выполнять свои задачи.

Получив более мощный процессор, вы поможете своему компьютеру думать и работать быстрее. Одного этого может быть достаточно, чтобы оптимизировать мощность уже имеющейся у вас оперативной памяти и помочь вам максимизировать ваши инвестиции в любую новую оперативную память, которую вы добавляете. Если больше оперативной памяти похоже на большее рабочее место, то более быстрый процессор похож на приглашение друга помочь вам с вашей работой.

Защитите свои данные с помощью аппаратной безопасности

Когда вы выбираете устройство бизнес-класса с процессором Intel® Core™ на платформе Intel vPro® Essentials, оно содержит готовые функции безопасности ниже операционной системы, которые позволяют вашему малому бизнесу добиться большей защиты от угрозы безопасности, чем только программное обеспечение.

Предвидеть будущие потребности

Оперативная память и ЦП — каждый работает дополняя друг друга, а также производительность вашей материнской платы, жесткого диска и других компонентов компьютера.

Возможно, вы захотите выбрать новейший процессор Intel® Core™, который вы знаете и которому доверяете сегодня, и добавить больше оперативной памяти по мере увеличения рабочей нагрузки сотрудников. 5

Связанные темы

Выбор подходящих ПК и ноутбуков

Выбирая устройства, которые лучше всего подходят для вашего малого бизнеса, вот три вопроса, которые вы должны задать себе и своей команде, чтобы убедиться, что компьютеры, которые вы покупаете, подходят правильно.

Нужна ли вам техническая переподготовка?

Сотрудники, ожидающие по несколько минут, пока их компьютеры загрузятся каждое утро, компьютерные сбои, утечки данных и технологии, которые просто не справляются, могут повлиять на производительность и прибыль.

Вредит ли аппаратное обеспечение вашего ПК вашей прибыли?

Однако когда дело доходит до прибыли вашего бизнеса, попытка выжать из оборудования все, что можно, не всегда является разумным шагом. Хотя использование старых компьютеров до тех пор, пока они не изнашиваются, может показаться разумным способом сэкономить, в долгосрочной перспективе это может стоить вам денег, производительности и клиентов.

Информация о продукте и эффективности

©Корпорация Intel. Intel, логотип Intel и другие товарные знаки Intel являются товарными знаками корпорации Intel или ее дочерних компаний. Другие имена и бренды могут быть заявлены как собственность других лиц.

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.

Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как. РЖУ НЕ МОГУ. Взломайте этот тест, и пусть какая-нибудь технология подсчитает ваш результат и раскроет вам его содержание.

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 ЦП. 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. Пакет 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 тактовым генератором ЦП и блоком управления и компонентами ЦП не используются. Достаточно сказать, что сигналы от тактового генератора 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 ячейку кэша, 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 рассмотрим 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.

ALU, CU и регистры — 3 отдельных элемента ЦП [ редактировать | изменить источник ]

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — обширный набор логических вентилей, этот компонент выполняет базовые арифметические действия, такие как двоичное сложение или вычитание. Он может выполнять множество сложных математических функций, например синус, косинус и деление с плавающей запятой.

Блок управления (CU) — компонент, который координирует различные блоки внутри процессора с помощью «управляющих сигналов», которые определяют поток данных в процессор и вокруг него. Инструкции декодируются в блоке управления во время цикла FDE.

Ниже представлена неполная схема типичного компьютера с архитектурой фон Неймана

Определите и объясните функции компонентов A и B выше. [4]

• Название: Блок управления

• Объяснение. Выбирает каждую инструкцию последовательно, декодирует и синхронизирует ее перед выполнением, отправляя управляющие сигналы другим частям компьютера.

• Название: Арифметико-логическое устройство (принимает ALU)

• Объяснение: обработка данных и манипулирование ими, которые обычно состоят из арифметических операций или логических сравнений, позволяющих программе принимать решения.

Регистры [ редактировать | изменить источник ]

Место, где может храниться один элемент данных.
Это специализированные высокоскоростные области хранения внутри ЦП.

Прежде чем любые данные могут быть обработаны, они должны быть представлены в регистре.

напр. Прежде чем любые два числа можно будет умножить, они оба должны быть представлены в отдельных регистрах.

Регистры, расположенные в процессоре:

Счетчик программ (ПК) — содержит адрес следующей выполняемой инструкции.
Регистр адреса памяти (MAR) — содержит адрес ячейки памяти, используемой в данный момент.
Регистр данных памяти (MDR) — содержит инструкции/данные для выполнения.
Регистр текущей инструкции (CIR) — содержит инструкцию во время ее декодирования.
Накопитель (ACC) — хранит результаты вычислений, обработанных центральным процессором (ALU).

Причина CIR и MDR: может показаться, что CIR и MDR всегда имеют одно и то же значение. Однако рассмотрим инструкцию ввода. Если бы не было CIR, MDR удерживал бы входную инструкцию. Однако при вводе данных введенное значение перезапишет инструкцию ввода в MDR, поэтому необходимы CIR и MDR.

Автобусы [ редактировать | изменить источник ]

Шины — это набор проводов, по которым данные передаются из одной части компьютера в другую. К ним обычно относятся:

Шина данных — путь, по которому передаются данные, обычно между ЦП и памятью. Это полудуплексный путь; данные могут передаваться в любом направлении, но только по одному за раз.
Адресная шина. Когда данные сохраняются в память или загружаются из памяти, также должен быть отправлен адрес ячейки памяти, из которой они должны быть сохранены или загружены. Адрес всегда перемещается по адресной шине. Это симплексный путь; процессор отправляет только адрес памяти и никогда не получает его из памяти.
Шина управления. Блок управления отправляет и получает сигналы от всех частей компьютера, обеспечивая выполнение всех процессов в нужное время и в правильном порядке. Эти сигналы проходят по шине управления, которая состоит из нескольких линий управления, включая линию запроса прерывания, линию чтения из памяти и линию записи в память, а также часы для синхронизации операций.

Цикл FDE [ редактировать | изменить источник ]

Этот цикл описывает стандартные шаги, необходимые для выполнения обработки.

Выбрать [ редактировать | изменить источник ]

Адрес счетчика программ копируется в адресный регистр памяти.
Счетчик программ увеличивается.
Сигнал выборки отправляется по шине управления блоком управления в память, в то время как адрес, хранящийся в адресном регистре памяти, отправляется в память по адресной шине. Значение, хранящееся в памяти, возвращается в ЦП по шине данных и сохраняется в регистре данных памяти.
Это значение из регистра данных памяти копируется в регистр текущих инструкций.

Расшифровать [ редактировать | изменить источник ]

Содержимое регистра текущих инструкций отправляется в блок управления для декодирования.
Должен быть указан тип адресации, используемый инструкцией:
- Если адрес является прямым адресом, загрузите этот адрес в адресный регистр памяти и извлеките содержимое этого адреса.
- Если адрес является индексированным адресом, добавьте содержимое индексного регистра к адресу, затем скопируйте это значение в адресный регистр памяти. Получить содержимое этой ячейки памяти.

Выполнить [ редактировать | изменить источник ]

Если инструкция является переходом:

Загрузить операнд адреса в счетчик программ и скопировать компонент адреса из регистра текущей инструкции в счетчик программ.
На этом выполнение завершено.

На рис. 1 ниже показаны некоторые регистры, используемые в цикле выборки-выполнения простого процессора, и содержимое небольшого раздела основной памяти, к которому он подключен системной шиной

1 (a) На рисунке 1 первые 4 бита инструкции представляют код операции и указывают тип выполняемой инструкции.

Каким именем называются вторые 4 бита инструкции? [1 балл]

1 (b) (i) В настоящее время значение счетчика программ (ПК) равно 0001.

Заполните приведенную ниже таблицу, записав значения, выраженные в двоичном виде, в следующие регистры после завершения части выборки цикла выборки-выполнения.

Регистр	Значение
ПК
MAR
MBR

1 (b) (ii) Опишите, что произойдет во время декодирования и выполнения части цикла. [3 балла]

1 (c) Каков будет результат выполнения инструкции 01000011? [1 балл]

ПК 0010;
МАРТ 0001;
MBR 00100100;

Инструкция хранится в CIR // инструкция в CIR декодируется;
Блок управления/декодер инструкций декодирует инструкцию;
Инструкция будет разделена на код операции и операнд;
Соответствующая часть процессора/ЦП выполняет инструкцию, // используя АЛУ для выполнения вычислений;
При необходимости выполняется дальнейшая выборка/сохранение памяти;
Результат вычисления сохраняется в аккумуляторе/регистре и записывается в основную память;
Регистр состояния обновлен, если ПК инструкции перехода/ветвления обновлен;

c) Текущее значение в аккумуляторе будет храниться по адресу (памяти), 'locauon 0011/3; Номер 011/3 хранится в (памяти) адресе/местоположении 0011/3;

На производительность ЦП могут влиять 4 различных параметра:

Часовая частота [ редактировать | изменить источник ]

Тактовая частота процессора — это количество циклов FDE, которые он может выполнять в секунду, например, 3,4 ГГц — это 3 400 000 000 циклов в секунду. Чем выше тактовая частота, тем большее количество циклов FDE может выполняться каждую секунду, поэтому более высокие тактовые частоты улучшают производительность.

Кэш-память [ редактировать | изменить источник ]

Кэш-память — это память, встроенная непосредственно в ЦП. Доступ к нему намного быстрее, чем к ОЗУ, поскольку он намного ближе к регистрам, которым требуются данные, а также работает с той же скоростью, что и ЦП, поэтому имеет очень малое отставание по сравнению с извлечением данных из ОЗУ. Он содержит несколько уровней кеша, которые отличаются по размеру и расстоянию от ЦП, кеша уровня 1, 2 и 3. Уровень 1 находится ближе всего к процессору и является самым маленьким, тогда как уровень 3 находится дальше всего от процессора и является самым большим. Причина, по которой весь кеш не просто делается на уровне 1, заключается в том, что более быстрая память стоит дороже.

Часто используемые данные, такие как части ОС, хранятся в кэше, что позволяет процессору работать быстрее, поскольку ему не приходится так часто полагаться на более медленные выборки из ОЗУ.

Количество ядер [ редактировать | изменить источник ]

Многоядерный процессор — это процессор, который содержит несколько отдельных процессоров в одном ЦП. Каждое ядро может работать независимо от других, и каждое из них будет иметь свой собственный кеш низкого уровня, а также совместно использовать кеш высокого уровня. Разные ядра могут одновременно запускать разные приложения во время многозадачности, что позволяет выполнять больше действий каждую секунду.

Однако наличие нескольких ядер не всегда повышает производительность процессора. если ядро обрабатывает инструкцию, которая зависит от результата другой инструкции, обрабатываемой другим ядром, ему придется подождать, пока это ядро не вернет результат, прежде чем инструкция сможет завершить обработку. Это может привести к зависанию, когда ядро тратится впустую, ожидая результата выполнения другой инструкции.

Конвейерная обработка [ редактировать | изменить источник ]

Конвейерная обработка — это процесс, который можно использовать для повышения производительности ЦП. Он работает таким образом, что пока процессор декодирует инструкцию, следующая инструкция может быть извлечена из памяти. Это лучше всего работает в коде, где следующая инструкция не зависит от предыдущей инструкции — когда код разветвляется, ЦП будет декодировать неправильную следующую инструкцию, и поэтому ему придется «очистить каналы», избавившись от текущей выборки и декодирования. шагов.

Пример конвейерной обработки инструкций ЦП < /tbody>

Дополнительные факторы, влияющие на производительность [ редактировать | изменить источник ]

Температура
Возможности многопоточности
Ширина шины
Размер регистра

Джеймс подумывает обновить свой компьютер, чтобы играть в последнюю компьютерную игру.

Его текущие характеристики перечислены ниже:

Одноядерный процессор с частотой 2,1 ГГц
2 ГБ ОЗУ
Жесткий диск объемом 500 ГБ

Назовите два способа, с помощью которых Джеймс мог бы обновить свой компьютер, и объясните, как это повысит производительность процессора. (4 балла)

4 балла, 2 за определение особенностей и 2 за пояснения. Максимум 2 балла за характеристику. Отметьте только первые два объекта.

Добавить многоядерный процессор.
Каждое ядро может одновременно выполнять два цикла выборки-декодирования-выполнения (FDE).
Задачу можно разделить между ядрами для выполнения.
Добавьте процессор с более высокой тактовой частотой.
Процессор может выполнять больше циклов FDE в секунду.
Добавьте больше оперативной памяти.
Процессор может одновременно открывать больше программ и файлов.

Архитектуры процессоров [ редактировать | изменить источник ]

Есть две основные архитектуры, которым посвящена наша учебная программа: фон Неймана и Гарвард:

Фон Нейман [ редактировать | изменить источник ]

Эта архитектура имеет один блок управления и одну шину адреса, данных и управления. Он работает последовательно через инструкции и хранит инструкции и данные вместе в одном блоке памяти. Он не может получать несколько инструкций одновременно, поскольку данные отправляются по одной шине — это известно как узкое место фон Неймана. Инструкции выполняются за два такта (декодирование и выполнение).

Гарвард [ редактировать | изменить источник ]

Эта архитектура почти идентична фон-неймановской, однако в ней данные и инструкции хранятся в отдельных блоках памяти. ЦП также способен читать инструкции и выполнять доступ к памяти одновременно, даже без кеша. Это связано с тем, что существуют отдельные шины для данных и инструкций. В гарвардской архитектуре можно использовать конвейерную обработку, поскольку она имеет отдельную память для инструкций и данных с отдельными шинами — при использовании конвейерной обработки инструкции выполняются за один такт.

Современная архитектура [ редактировать | изменить источник ]

Это модифицированная форма Гарвардской архитектуры. Он ослабляет строгое разделение данных и инструкций и по-прежнему позволяет ЦП обращаться к более чем 2 шинам памяти.

Компьютер использует архитектуру процессора фон Неймана.

Опишите эту архитектуру.

В архитектуре используется концепция хранимой программы (1). Ответы также должны включать объяснение цикла извлечения-декодирования-выполнения (2).

Хотите узнать, какое аппаратное обеспечение установлено на вашем компьютере? Станьте профессионалом в области компьютеров с нашим кратким руководством по этим важным компонентам и их функциям.

Проще говоря, компьютерное оборудование — это физические компоненты, необходимые для работы компьютерной системы. Он включает в себя все, что связано с печатной платой, работающей внутри ПК или ноутбука; включая материнскую плату, видеокарту, ЦП (центральный процессор), вентиляторы, веб-камеру, блок питания и т. д.

Хотя конструкция аппаратного обеспечения настольных ПК и ноутбуков различается из-за различий в размерах, в обоих случаях используются одни и те же основные компоненты. Без аппаратного обеспечения не было бы возможности запуска необходимого программного обеспечения, которое делает компьютеры такими полезными. Программное обеспечение определяется как виртуальные программы, которые запускаются на вашем компьютере; то есть операционная система, интернет-браузер, текстовые документы и т. д.

Хотя компьютер может работать только тогда, когда и аппаратное, и программное обеспечение работают вместе, скорость системы во многом зависит от используемого оборудования.

При сборке нового компьютера или просто замене старых деталей вам может понадобиться информация о конкретном аппаратном обеспечении вашего компьютера. Таким образом, цель этого руководства — помочь вам понять внутреннюю работу вашего компьютера.

Что такое материнская плата?

Системная плата — это центральная часть работы ПК. Он содержит ЦП и является концентратором, через который проходит все остальное оборудование. Материнская плата действует как мозг; распределение мощности там, где это необходимо, обмен данными и координация между всеми другими компонентами, что делает его одним из самых важных аппаратных средств компьютера.

При выборе материнской платы важно проверить, какие аппаратные порты поддерживает материнская плата. Крайне важно проверить, сколько портов USB и какого класса (USB 2.0, 3.0, 3.1), а также какие порты дисплея используются (HDMI, DVI, RGB) и сколько их имеется. Порты на материнской плате также помогут вам определить, какое другое оборудование будет совместимо с вашим компьютером, например, какой тип оперативной памяти и видеокарты вы можете использовать.

Что такое ЦП (центральный процессор/блок процессора)?

ЦП (центральный процессор или процессор) отвечает за обработку всей информации от программ, запускаемых на вашем компьютере. «Тактовая частота», или скорость, с которой процессор обрабатывает информацию, измеряется в гигагерцах (ГГц). Это означает, что процессор с высокой тактовой частотой, скорее всего, будет работать быстрее, чем процессор с аналогичными характеристиками той же марки и возраста.

Что такое оперативная память?

Оперативная память, или ОЗУ, – это аппаратное обеспечение, которое находится в слотах памяти на материнской плате. Роль ОЗУ заключается во временном хранении оперативной информации, созданной программами, и делать это таким образом, чтобы эти данные были немедленно доступны. Задачи, требующие случайной памяти, могут быть; рендеринг изображений для графического дизайна, редактирование видео или фотографий, многозадачность с несколькими открытыми приложениями (например, запуск игры на одном экране и общение в Discord на другом).

Требуемый объем оперативной памяти зависит от программ, которые вы будете запускать. Игры средней интенсивности обычно используют 8 ГБ памяти, когда они выполняются вместе с другими программами, но видео/графический дизайн может использовать более 16 ГБ ОЗУ. Узнайте, сколько памяти нужно вашему компьютеру.

Что такое жесткий диск?

Жесткий диск — это запоминающее устройство, предназначенное для хранения постоянных и временных данных. Эти данные поступают в различных формах, но в основном это все, что сохраняется или устанавливается на компьютер: например, компьютерные программы, семейные фотографии, операционная система, текстовые документы и т. д. Узнайте больше о жестких дисках и о том, как они работают.

Существует два разных типа устройств хранения: традиционный жесткий диск (HDD) и более новые твердотельные накопители (SSD). Жесткие диски работают путем записи двоичных данных на вращающиеся магнитные диски, называемые пластинами, которые вращаются с высокой скоростью, в то время как твердотельный накопитель хранит данные с помощью статических микросхем флэш-памяти. Узнайте больше о компьютерной памяти и о том, как работают твердотельные накопители.

Что такое графический процессор (GPU)?

Что особенно важно для 3D-рендеринга, GPU делает именно то, что следует из его названия, и обрабатывает огромные пакеты графических данных. Вы обнаружите, что видеокарта вашего компьютера имеет по крайней мере один графический процессор. В отличие от основных встроенных графических возможностей, предоставляемых материнскими платами ПК, выделенные графические карты взаимодействуют с материнской платой через слот расширения для работы почти исключительно с графическим рендерингом. Это также означает, что вы можете обновить видеокарту, если хотите повысить производительность своего ПК.

Кроме того, современные графические процессоры выполняют обширную вычислительную нагрузку, помимо рендеринга, что делает их расширением центрального процессора.

Что такое блок питания (БП)?

Блок питания, обычно называемый блоком питания, не просто обеспечивает питание вашего компьютера. Это точка, в которой питание поступает в вашу систему от внешнего источника питания, а затем распределяется материнской платой по отдельным компонентам аппаратного обеспечения. Однако не все блоки питания сделаны одинаково, и без блока питания правильной мощности ваша система не будет работать.

Современному компьютеру обычно требуется блок питания мощностью от 500 до 850 Вт для эффективного питания всего оборудования, хотя размер блока питания полностью зависит от энергопотребления системы. Для компьютеров, которые используются для выполнения ресурсоемких задач, таких как графический дизайн или игры, потребуются более мощные компоненты, поэтому для удовлетворения этих дополнительных потребностей потребуется более мощный блок питания.

Без необходимого количества энергии компоненты не смогут работать эффективно, и компьютер может зависать или вообще не загружаться. Рекомендуется иметь источник питания, который более чем покрывает использование вашей системы. Вы не только защищаете себя от сбоя системы, но и защищаете себя от необходимости приобретать новый блок питания при переходе на более мощные компоненты ПК.

Понимание вашего компьютера и его аппаратных компонентов может оказаться очень полезным, когда придет время модернизировать или заменить какие-либо детали или при сборке компьютера. Если возникнет проблема с внутренней работой вашего компьютера, вы лучше поймете важность каждого компонента, необходимость их хорошего рабочего состояния и способы решения любых проблем.

© Micron Technology, Inc., 2017. Все права защищены. Информация, продукты и технические характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления.Ни Crucial, ни Micron Technology, Inc. не несут ответственности за упущения или ошибки в типографике или фотографии. Micron, логотип Micron, Crucial и логотип Crucial являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Micron Technology, Inc. Все остальные товарные знаки и знаки обслуживания являются собственностью соответствующих владельцев.

Читайте также:

Шаг	Выборка	Декодирование	Выполнение
Шаг 1	Инструкция 1
Шаг 2	Инструкция 2	Инструкция 1
Шаг 3	Инструкция 3	Инструкция 2	Инструкция 1
Шаг 4	Инструкция 4	Инструкция 3	Инструкция 2