Какое максимальное количество битов процессор может обработать в одной команде под названием

Обновлено: 04.07.2024

Процессор — это интегральная электронная схема, выполняющая вычисления, необходимые для работы компьютера. Процессор выполняет арифметические, логические, ввод-вывод (I/O) и другие основные инструкции, которые передаются от операционной системы (ОС). Большинство других процессов зависят от операций процессора.

Термины "процессор", "центральный процессор" (ЦП) и "микропроцессор" обычно используются как синонимы. В настоящее время большинство людей используют слово «процессор» как синоним термина «ЦП». Это технически неверно, поскольку ЦП — это всего лишь один из процессоров внутри персонального компьютера (ПК).

Графический процессор (GPU) — это еще один процессор, и даже некоторые жесткие диски технически способны выполнять некоторую обработку.

Techopedia объясняет процессор

Процессоры используются во многих современных электронных устройствах, включая ПК, смартфоны, планшеты и другие портативные устройства. Их цель — получать входные данные в виде программных инструкций и выполнять триллионы вычислений, чтобы получить выходные данные, с которыми будет взаимодействовать пользователь.

Процессор включает в себя блок арифметической логики и управления (CU), который измеряет возможности с точки зрения следующего:

Возможность обработки инструкций в заданное время.
Максимальное количество бит/инструкций.
Относительная тактовая частота.

Каждый раз, когда на компьютере выполняется операция, например изменение файла или открытие приложения, процессор должен интерпретировать инструкции операционной системы или программного обеспечения. В зависимости от его возможностей, операции обработки могут выполняться быстрее или медленнее и сильно влиять на так называемую «скорость обработки» ЦП.

Каждый процессор состоит из одного или нескольких отдельных процессорных блоков, называемых «ядрами». Каждое ядро обрабатывает инструкции одной вычислительной задачи с определенной скоростью, определяемой как «тактовая частота» и измеряемой в гигагерцах (ГГц). Поскольку увеличение тактовой частоты сверх определенного значения стало технически слишком сложным, современные компьютеры теперь имеют несколько процессорных ядер (двухъядерные, четырехъядерные и т. д.). Они работают вместе, обрабатывая инструкции и выполняя несколько задач одновременно.

Современные настольные и портативные компьютеры теперь имеют отдельный процессор для обработки графического рендеринга и отправки вывода на устройство монитора дисплея. Поскольку этот процессор, графический процессор, специально разработан для этой задачи, компьютеры могут более эффективно обрабатывать все приложения, особенно требовательные к графике, такие как видеоигры.

Процессор состоит из четырех основных элементов: арифметико-логического устройства (ALU), устройства с плавающей запятой (FPU), регистров и кэш-памяти. ALU и FPU выполняют базовые и расширенные арифметические и логические операции над числами, а затем результаты отправляются в регистры, в которых также хранятся инструкции. Кэши – это небольшие и быстрые запоминающие устройства, в которых хранятся копии данных для частого использования, и они действуют аналогично оперативной памяти (ОЗУ).

ЦП выполняет свои операции через три основных этапа цикла инструкций: выборка, декодирование и выполнение.

Выборка: ЦП извлекает инструкции, обычно из ОЗУ.

Декодирование: декодер преобразует инструкцию в сигналы для других компонентов компьютера.

Выполнение: декодированные теперь инструкции отправляются каждому компоненту, чтобы можно было выполнить желаемую операцию.

Несколько слов о 32-битной и 64-битной обработке

25 марта 2013 г., 8:49:00 / Келсон Лоуренс

Тим Чарльтон

В чем разница между 32-разрядными и 64-разрядными вычислениями?

Если вы ищете новый компьютер или просто новую операционную систему (ОС), вы, вероятно, заметили такие обозначения, как x86, x64, 32-разрядная или 64-разрядная. Что означают эти обозначения и какое отношение они имеют к вашей следующей покупке технологии? Проще говоря, эти обозначения указывают на объем данных, которые компьютерная система может обрабатывать в любой момент времени.

Давайте сначала дадим определение. Бит — это отдельная единица электронных данных, которая может быть представлена одним из двух числовых значений: 1 или 0. Биты обычно объединяются в длинные цепочки для представления больших фрагментов данных. Каждый фрагмент данных, проходящий через ваш компьютер, будь то электронная почта, электронная таблица или видео, представляет собой не что иное, как длинный поток единиц и нулей.

Компьютер может работать настолько быстро, насколько он может обрабатывать эти потоки битов. Задача обработки данных возлагается на несколько компонентов компьютера, в первую очередь на оперативную память (ОЗУ), системную шину и центральный процессор (ЦП). Оперативная память используется для временного хранения рабочих данных в очереди до тех пор, пока данные не будут переданы по системной шине в ЦП. Системная шина похожа на серию дорог, которые можно использовать для передачи данных к различным компонентам компьютера.ЦП принимает данные, ранее хранившиеся в ОЗУ, и выполняет все необходимые вычисления перед отправкой данных обратно на системную шину, где данные могут быть перемещены к следующему месту назначения.

ЦП хранит данные, полученные из ОЗУ, в контейнере, известном как регистр. 32-разрядный ЦП может хранить до 34 359 738 368 бит одновременно. Однако данные обычно обозначаются группами по восемь битов, которые называются байтами. Таким образом, 32-разрядный ЦП может использоваться для обработки 4 294 967 296 байтов или 4 гигабайт (ГБ) в любой момент времени. Термин x86 является синонимом 32-битной компьютерной архитектуры. Первые 32-разрядные процессоры были основаны на наборе инструкций процессора Intel 8086. Последующие имена 32-разрядных процессоров Intel также заканчивались цифрой 86. Таким образом, x86 стал распространенным способом обозначения 32-разрядной обработки.

Распространенное заблуждение о 64-разрядной архитектуре, часто обозначаемой термином x64, заключается в том, что она может обрабатывать в два раза больше данных, чем ее 32-разрядная версия. Что ж, это правда. вроде, как бы, что-то вроде. Фактически 64-разрядный процессор может обрабатывать в два раза больше данных, чем 32-разрядный процессор. Фактически, 64-разрядный процессор теоретически может обрабатывать до 18 446 744 073 709 551 616 байтов или 16 эксабайт (ЭБ) за один раз. Это большой скачок от 32-разрядной обработки к 64-разрядной.

Подходит ли вам 64-разрядная обработка?

Ответ на этот вопрос может быть не таким простым, как кажется. Хотя 64-разрядные архитектуры могут использоваться для обработки гораздо больших объемов данных, чем позволяет 32-разрядная, есть и другие соображения. Например, если вы хотите обновить ОС вашего компьютера с 32-разрядной версии до 64-разрядной версии, на вашем компьютере должно быть установлено 64-разрядное совместимое оборудование. Большинство производимых сегодня ЦП совместимы с 64-разрядными системами, но вам следует свериться с системной документацией, чтобы быть уверенным в спецификациях вашего ЦП. С другой стороны, вы можете без проблем установить 32-разрядную ОС на 64-разрядное оборудование.

Вы также должны учитывать объем ОЗУ, который у вас есть или вы планируете установить на свой компьютер. Поскольку 32-разрядный процессор может одновременно обрабатывать не более 4 ГБ данных, на 32-разрядном компьютере нет необходимости устанавливать более 4 ГБ ОЗУ. Фактически, 32-разрядные компьютеры обычно распознают только 4 ГБ ОЗУ, даже если установлено больше. Хотя 64-разрядная система может одновременно обрабатывать до 16 ЭБ данных, текущие аппаратные ограничения обычно делают этот объем ОЗУ недосягаемым для одной потребительской системы. Кроме того, производители ОС, такие как Microsoft, обычно устанавливают ограничения намного ниже теоретического предела объема оперативной памяти, которую можно использовать в 64-разрядной системе. Если вы планируете использовать 4 ГБ или меньше ОЗУ, вам может быть лучше, если вы останетесь с 32-разрядной системой. 64-разрядная система может работать с 4 ГБ или менее ОЗУ, но 64-разрядные приложения обычно крупнее и ресурсоемче, чем 32-разрядные версии. Поэтому использование 64-битной архитектуры может стать помехой в системах с 4 ГБ ОЗУ или меньше.

Кроме того, вам необходимо знать, совместимы ли ваши существующие приложения и периферийные устройства с 64-разрядной архитектурой. Хотя 64-битные системы существуют уже некоторое время, большинство персональных компьютеров, выпущенных за последние 20 лет, были 32- или даже 16-битными устройствами. Из-за этого в прошлом многие разработчики приложений и периферийных устройств сосредоточились на том, чтобы их продукты работали только на этих платформах. Но новые приложения и драйверы периферийных устройств теперь с большей вероятностью будут поддерживать 64-разрядную архитектуру.

Чтобы решить проблему совместимости приложений, Microsoft включила 32-разрядный эмулятор во многие из своих 64-разрядных ОС. Это позволяет многим 32-разрядным версиям приложений беспрепятственно работать на 64-разрядной платформе. Однако такие приложения, как драйверы принтера, нельзя использовать в режиме совместимости. Кроме того, хотя многие 32-разрядные приложения могут работать в 64-разрядных системах, 64-разрядные приложения вряд ли будут работать в 32-разрядных системах.

В заключение следует отметить, что 64-разрядная платформа может использоваться для обработки больших объемов данных быстрее, чем 32-разрядная платформа. Однако если вы не используете свой компьютер для выполнения задач, требующих больших объемов системных ресурсов, таких как редактирование видео или автоматизированное проектирование (САПР), вы вряд ли увидите значительное увеличение производительности при переходе на 64-разрядную версию. Со временем решение будет принято за вас, поскольку производители ОС и оборудования все чаще переходят на 64-разрядные продукты. Но на данный момент, если вы используете свой компьютер только для работы в Интернете или создания электронных таблиц, 32-разрядной системы должно быть достаточно.

Чтобы узнать больше о различных типах процессорных архитектур и других темах, ознакомьтесь с практическим экзаменом Boson ExSim-Max for CompTIA A+ 220-801.

Необходимое условие — основные компьютерные инструкции, форматы инструкций
Формат инструкции определяет другой компонент инструкции.Основными компонентами инструкции являются код операции (какая инструкция должна быть выполнена) и операнды (данные о том, какая инструкция должна быть выполнена). Вот различные термины, относящиеся к формату инструкции:

Размер набора инструкций. Указывает общее количество инструкций, определенных в процессоре.
Размер кода операции — это количество битов, занимаемых кодом операции, которое рассчитывается путем получения логарифма размера набора инструкций.
Размер операнда — количество битов, занимаемых операндом.
Размер инструкции — рассчитывается как сумма битов, занятых кодом операции и операндами.

В этой статье мы обсудим различные типы проблем в зависимости от формата инструкций, которые задаются в GATE. Подробнее о различных типах форматов инструкций см.: Форматы инструкций

Тип 1: Зная размер набора инструкций, размер операндов и их количество, найдите размер инструкции.
В этом типе вопросов вам будет дан размер набора инструкций, количество операндов и их размер, вы должны узнать размер инструкции.

Очередь-1. Рассмотрим процессор с 64 регистрами и набором команд размером двенадцать. Каждая инструкция имеет пять отдельных полей, а именно код операции, два идентификатора исходного регистра, один идентификатор регистра назначения и двенадцатибитное непосредственное значение. Каждая инструкция должна храниться в памяти с выравниванием по байтам. Если в программе 100 инструкций, объем памяти (в байтах), занимаемый текстом программы, равен ____________. (GATE 2016)
(A) 100
(B) 200
(C) 400
(D) 500

Инструкция состоит из кода операции и операндов. Учитывая размер набора инструкций 12, для кода операции требуется 4 бита (2 ^ 4 = 16).
Поскольку всего имеется 64 регистра, для идентификации регистра требуется 6 бит.
Поскольку инструкция содержит 3 регистра (2 источника + 1 обозначение), для идентификаторов регистров требуется 3 * 6 = 18 бит.
Для непосредственного значения требуется 12 бит.
Всего битов для инструкции = 4 + 18 + 12 = 34 бита
Инструкции должны храниться с выравниванием по байтам. Ближайшая граница байта после 34 бит составляет 40 бит (5 байт).
Следовательно, для 100 инструкций требуется память 5 * 100 = 500 байт, и правильный вариант — (D).

Тип 2: Учитывая размер инструкции, размер кода операции и размер некоторых операндов, найдите размер и максимальное значение оставшихся операндов.
В этом типе вопросов вам будет дан размер инструкции, размер кода операции, количество операндов и размер некоторых операндов, вы должны узнать размер или максимальное значение оставшихся операндов.

Очередь-2. Процессор имеет 40 различных инструкций и 24 регистра общего назначения. 32-битное командное слово имеет код операции, два операнда-регистра и непосредственный операнд. Количество битов, доступных для поля непосредственного операнда, равно_______. (ВОРОТ CS 2016)

Поскольку у процессора 40 инструкций, число бит кода операции = 6 (2^6 = 64)
Поскольку процессор имеет 24 регистра, число битов в одном регистре = 5 (2^5 = 32)
Всего бит, занятых 2 регистрами и кодом операции = 6 + 5 + 5 = 16.
Поскольку указанный размер инструкции составляет 32 бита, оставшиеся биты, оставшиеся для операнда = 32-16 = 16 бит.

Очередь-3. Машина имеет 32-битную архитектуру с инструкциями длиной в 1 слово. Он имеет 64 регистра, каждый из которых имеет длину 32 бита. Он должен поддерживать 45 инструкций, которые имеют непосредственный операнд в дополнение к двум регистровым операндам. Предполагая, что непосредственный операнд является целым числом без знака, максимальное значение непосредственного операнда равно ___________. (ВОРОТ CS 2014)

Поскольку машина имеет 32-битную архитектуру, 1 слово = 32 бита = размер инструкции
Поскольку процессор имеет 64 регистра, число битов в одном регистре = 6 (2^6 = 64)
Поскольку у процессора 45 инструкций, число бит кода операции = 6 (2^6 = 64)
Всего бит, занятых 2 регистрами и кодом операции = 6 + 6 + 6 = 18.
Поскольку указанный размер инструкции составляет 32 бита, оставшийся бит остается для непосредственного операнда = 32-18 = 14 бит.
Максимальное значение без знака с использованием 14 бит = 2^14 – 1 = 16383, что является ответом.

Тип 3: Формат инструкций с различными категориями инструкций.
В этом типе вопросов вам будут даны инструкции разных категорий. Вам нужно найти максимально возможное количество инструкций данного типа.

Очередь-4. Процессор имеет 16 целочисленных регистров (R0, R1, …, R15) и 64 регистра с плавающей запятой (F0, F1, …, F63). Он использует 2-байтовый формат инструкции. Существует четыре категории инструкций: тип 1, тип 2, тип 3 и тип 4.Категория типа 1 состоит из четырех инструкций, каждая из которых имеет 3 целочисленных регистровых операнда (3R). Категория типа 2 состоит из восьми инструкций, каждая из которых имеет 2 операнда регистра с плавающей запятой (2F). Категория типа 3 состоит из четырнадцати инструкций, каждая из которых имеет один операнд целочисленного регистра и один операнд регистра с плавающей запятой (1R+1F). Категория типа 4 состоит из N инструкций, каждая из которых имеет регистровый операнд с плавающей запятой (1F).

В наши дни почти каждый использует компьютер, будь то дома или на работе. На самом деле редко можно встретить человека, у которого нет доступа к компьютеру. Мы сильно зависим от компьютеров, особенно в деловом мире. Тем не менее, мало кто действительно понимает, как работают компьютеры. Как компьютер может выполнять команды, которые вы вводите? Ответ на этот вопрос дает микропроцессор компьютера. Конечно, знание этого мало что объясняет. Мы расскажем вам, что такое микропроцессор, как он работает и многое другое.

Что такое микропроцессор?

Микропроцессор — это центральный блок компьютерной системы, выполняющий арифметические и логические операции, которые обычно включают сложение, вычитание, перенос чисел из одной области в другую и сравнение двух чисел. Его часто называют просто процессором, центральным процессором или логическим чипом. По сути, это двигатель или мозг компьютера, который приходит в движение при включении компьютера. Это программируемое многоцелевое устройство, объединяющее функции ЦП (центрального процессора) в одной ИС (интегральной схеме).

Как работает микропроцессор?

Микропроцессор принимает двоичные данные в качестве входных данных, обрабатывает эти данные, а затем предоставляет выходные данные на основе инструкций, хранящихся в памяти. Для обработки данных используются АЛУ (арифметико-логическое устройство) микропроцессора, блок управления и массив регистров. Массив регистров обрабатывает данные через ряд регистров, которые действуют как временные ячейки памяти с быстрым доступом. Поток инструкций и данных через систему управляется блоком управления.

Преимущества микропроцессора

Но компьютерные системы — не единственные устройства, использующие микропроцессоры. В наши дни все, от смартфонов до бытовой техники и автомобилей, использует микропроцессоры. Вот несколько причин, почему микропроцессоры так широко используются:

Общие используемые термины

Когда дело доходит до обсуждения микропроцессоров, их функций и многого другого, вы, вероятно, столкнетесь с рядом терминов, с которыми, возможно, не знакомы. Ниже приведены некоторые общие термины, относящиеся к микропроцессорам:

Длина слова

Набор инструкций

Набор инструкций — это последовательность команд, которые может понять микропроцессор. По сути, это интерфейс между аппаратным и программным обеспечением.

Кэш-память

Кэш-память используется для хранения данных или инструкций, на которые программное обеспечение или программа часто ссылаются во время работы. По сути, это помогает увеличить общую скорость операции, позволяя процессору получать доступ к данным быстрее, чем из обычной оперативной памяти.

Часовая частота

Тактовая частота — это скорость, с которой микропроцессор может выполнять инструкции. Обычно он измеряется в герцах и выражается в единицах измерения, таких как МГц (мегагерцы) и ГГц (гигагерцы).

Шина – это термин, используемый для описания набора проводников, которые передают данные, адреса или управляющую информацию к различным элементам микропроцессора. Большинство микропроцессоров состоят из трех разных шин, включая шину данных, шину адреса и шину управления.

Категории микропроцессоров

Микропроцессоры можно разделить на разные категории следующим образом:

На основе длины слова

Компьютер с сокращенным набором команд (RISC)

Микропроцессоры RISC используются чаще, чем процессоры с более конкретным набором инструкций. Для выполнения инструкций в процессоре требуется специальная схема для загрузки и обработки данных. Поскольку в микропроцессорах RISC меньше инструкций, у них более простые схемы, а значит, они работают быстрее. Кроме того, микропроцессоры RISC имеют больше регистров, используют больше оперативной памяти и используют фиксированное количество тактов для выполнения одной инструкции.

Компьютер со сложным набором инструкций

Микропроцессоры CISC противоположны микропроцессорам RISC. Их цель — сократить количество инструкций для каждой программы. Количество циклов на инструкцию игнорируется. Поскольку сложные инструкции выполняются непосредственно аппаратно, микропроцессоры CISC сложнее и медленнее. Микропроцессоры CISC используют мало оперативной памяти, имеют больше транзисторов, меньше регистров, имеют большое количество тактов для каждой инструкции и имеют различные режимы адресации.

Специальные процессоры

Некоторые микропроцессоры предназначены для выполнения определенных функций. Например, сопроцессоры используются в сочетании с основным процессором, а транспьютер — это транзисторный компьютер: микропроцессор с собственной локальной памятью.

Микропроцессор стал поворотным моментом в современной вычислительной технике

Раньше процессоры были огромными. Только в 1960-х годах дизайнеры пытались интегрировать функции центрального процессора в микропроцессорные блоки. Именно успешное развитие микропроцессора привело к созданию домашнего компьютера. Микропроцессоры общего назначения — это то, что позволяет использовать наши компьютеры для редактирования текста, отображения мультимедиа, вычислений и связи через Интернет. Из-за того, насколько они быстрые, маленькие и энергоэффективные, они стали неотъемлемой частью разработки повседневных технологий, включая бытовую технику, смартфоны и многое другое. Поскольку микропроцессор в корне изменил мир, стоит разобраться, что это такое и как оно работает!

Насколько вы уверены, что ваш бизнес работает с использованием самых современных технологий? Пройдите наш тест сегодня!

Читайте также: