Процессор компьютера может работать с данными, которые хранятся в

Обновлено: 04.07.2024

Snowflake продолжает расширять предложения своей отраслевой вертикальной платформы, помогая пользователям из разных сегментов рынка собирать деньги.

Платформа RKVST поддерживает несколько типов приложений для работы с данными на блокчейне, включая безопасный обмен данными SBOM для обеспечения кибербезопасности.

Законы о конфиденциальности данных во всем мире постоянно меняются. Эти 10 элементов помогут организациям идти в ногу со временем .

Считаете, что готовы к сертификационному экзамену AWS Certified Solutions Architect? Проверьте свои знания, ответив на эти 12 вопросов и.

Amazon заявила, что ее система мониторинга микроавтобусов предназначена исключительно для обеспечения безопасности водителей. Но многие отраслевые эксперты обеспокоены этим.

Amazon хотела бы укрепить свое глобальное присутствие, но гигант электронной коммерции сегодня сталкивается с препятствиями и проблемами, которых у него не было.

Генеральный директор Sitecore Стив Цикакис вступил во владение во время пандемии — на фоне стремительного роста — и переосмыслил компанию как цифровую.

Организации, планирующие миграцию контента, должны проверить целостность файлов и убедиться, что файлы не были повреждены при перемещении. Файл .

Успешное развертывание ECM требует планирования. Менеджеры контента должны учитывать жизненный цикл контента своей организации, безопасность .

Oracle планирует приобрести Cerner в рамках сделки на сумму около 30 млрд долларов. Второй по величине поставщик электронных медицинских карт в США может вдохнуть новую жизнь .

Верховный суд постановил 6-2, что API-интерфейсы Java, используемые в телефонах Android, не подпадают под действие американского закона об авторском праве.

В этом руководстве рассматриваются возможности Oracle Autonomous Database для пользователей Oracle и вопросы, которые следует учитывать организациям.

Многие компании могут извлечь выгоду из возможностей аналитики, а организации, использующие SAP ECC, по-прежнему могут создавать эффективные .

Внедрение S/4HANA сопряжено со значительным риском, но также предлагает реальную возможность цифровой трансформации. Вот .

Вот объяснение основных различий между SAP Greenfield и Brownfield, а также то, что третий, гибридный подход может сделать для S.

Хороший дизайн базы данных необходим для удовлетворения потребностей обработки в системах SQL Server. На вебинаре консультант Коэн Вербек предложил .

Базы данных SQL Server можно переместить в облако Azure несколькими способами. Вот что вы получите от каждого из вариантов .

В отрывке из этой книги вы познакомитесь с методами LEFT OUTER JOIN и RIGHT OUTER JOIN и найдете различные примеры создания SQL.

Каждое вычислительное устройство, от простых игрушек до крупных бизнес-систем, имеет важный компонент, называемый центральным процессором. ЦП выполняет вычисления, выполняет логические сравнения и перемещает данные до миллиардов раз в секунду. Он работает, выполняя простые инструкции по одной за раз, запускаемые основным синхронизирующим сигналом, который запускает весь компьютер.

Описание

Процессор ЦП – это компьютерная микросхема размером со спичечный коробок. Внутри корпуса находится кремниевый прямоугольник, содержащий миллионы транзисторных схем. Из устройства торчат десятки металлических штифтов, каждый из которых передает электронные сигналы внутрь и наружу чипа. Микросхема подключается к разъему на печатной плате компьютера и обменивается данными с памятью, жесткими дисками, дисплеями и другими устройствами, внешними по отношению к ЦП.

Часы

Схема синхронизации, называемая часами, посылает электрические импульсы в ЦП. В зависимости от процессора часы могут работать со скоростью от сотен тысяч до миллиардов циклов в секунду. Импульсы управляют активностью внутри ЦП; поскольку другие цепи зависят от одних и тех же часов, сложные события в компьютере синхронизируются.

Инструкции

У всех процессоров есть набор инструкций – список действий, которые выполняет процессор, включая сложение чисел, сравнение двух фрагментов данных и перемещение данных в процессор. Программное обеспечение, которое вы запускаете на своем компьютере, состоит из миллионов инструкций ЦП, расположенных в определенной последовательности; инструкции являются очень простыми операциями, поэтому центральный процессор выполняет многие из них для выполнения значимых задач. Некоторые семейства процессоров, например, используемые в настольных ПК, используют один и тот же набор инструкций, что позволяет им запускать одно и то же программное обеспечение. ЦП вне семейства продуктов могут использовать разные инструкции; например, процессор iPad имеет другие инструкции, чем процессор ноутбука на базе Windows.

Процессоры имеют схему, называемую арифметико-логическим устройством, которое выполняет вычисления и сравнения. Арифметика, которую выполняет большинство ЦП, — это базовое умножение, сложение, деление и вычитание; сложные математические операции, такие как статистические функции, представляют собой комбинации множества простых операций, выполняемых с высокой скоростью.АЛУ также выполняет логическое сравнение двух элементов данных, чтобы определить, равны ли они или имеет ли один большее значение, чем другой.

Блок управления

ЦП содержит блок управления, который координирует действия других рабочих частей процессора. Блок управления разбивает каждую инструкцию на набор действий и направляет различные подсистемы ЦП на выполнение действий. Например, блок управления может указать АЛУ перемножить два числа, а затем добавить к результату третье число.

Память

Чип ЦП имеет ограниченный объем очень быстрой памяти. Он имеет набор областей хранения, называемых регистрами, с которыми непосредственно работает АЛУ. Например, АЛУ может быстро добавить число в регистре 2 к содержимому регистра 1. ЦП также хранит недавно использованные инструкции и данные в области, называемой кешем, что повышает эффективность компьютера. Например, в программе, которая умножает цену на количество, ЦП ищет эти числа в своей кэш-памяти. Если он их находит, это избавляет процессор от дополнительной работы по извлечению чисел из микросхем памяти вне ЦП.

Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет степень по физике и пишет с 1991 года. Он участвует в информационном бюллетене по нанотехнологиям Foresight Institute. Он также участвовал в написании книги «Нанотехнологии: молекулярные размышления о глобальном изобилии».

ЦП, также известный как микропроцессор, является сердцем и/или мозгом компьютера. Давайте углубимся в ядро компьютера, чтобы помочь нам эффективно писать компьютерные программы.

"Инструмент обычно проще, чем машина; его обычно используют вручную, в то время как машина часто приводится в движение силой животных или паром."

< /p>

Компьютер – это машина, работающая в основном от электричества, но ее гибкость и программируемость помогли добиться простоты инструмента.

Два основных компонента процессора

Блок управления — CU

Блок управления CU — это часть ЦП, которая помогает управлять выполнением инструкций. Он говорит, что делать. Согласно инструкции, это помогает активировать провода, соединяющие ЦП с другими частями компьютера, включая АЛУ. Блок управления — это первый компонент ЦП, который получает инструкцию для обработки.

Существует два типа блоков управления:

Проводные блоки управления представляют собой аппаратное обеспечение и требуют изменения в аппаратном обеспечении, чтобы добавить модификацию его работы, тогда как микропрограммируемый блок управления можно запрограммировать на изменение его поведения. Жесткие CU быстрее обрабатывают инструкции, тогда как микропрограммируемые более гибкие.

Арифметико-логическое устройство — АЛУ

Арифметико-логическое устройство ALU, как следует из названия, выполняет все арифметические и логические вычисления. АЛУ выполняет такие операции, как сложение, вычитание. АЛУ состоит из логических схем или логических элементов, которые выполняют эти операции.

Большинство логических элементов принимают два входа и производят один выход

Ниже приведен пример схемы полусумматора, которая принимает два входа и выводит результат. Здесь A и B — это вход, S — выход, а C — перенос.

Хранилище — регистры и память

Основная задача процессора — выполнять предоставленные ему инструкции. Для обработки этих инструкций большую часть времени ему нужны данные. Некоторые данные являются промежуточными данными, некоторые из них являются входными данными, а другие - выходными. Эти данные вместе с инструкциями хранятся в следующем хранилище:

Регистры

Реестр — это небольшой набор мест, где могут храниться данные. Регистр представляет собой комбинацию защелок. Защелки, также известные как триггеры, представляют собой комбинации логических вентилей, в которых хранится 1 бит информации.

Защелка имеет два входных провода, провод записи и ввода и один выходной провод. Мы можем включить провод записи для внесения изменений в сохраненные данные. Когда провод записи отключен, выход всегда остается одним и тем же.

ЦП имеет регистры для хранения выходных данных. Отправка в основную память (ОЗУ) будет медленной, так как это промежуточные данные. Эти данные отправляются в другой регистр, который подключен к шине. Регистр может хранить инструкции, выходные данные, адрес хранения или любые другие данные.

Память(ОЗУ)

Ram — это набор регистров, организованных и сжатых вместе оптимизированным образом, чтобы в нем можно было хранить большее количество данных. ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) энергозависимо, и его данные теряются при отключении питания. Поскольку ОЗУ представляет собой набор регистров для чтения/записи данных, ОЗУ принимает ввод 8-битного адреса, ввод данных для фактических данных, которые должны быть сохранены, и, наконец, активатор чтения и записи, который работает так же, как и для защелок.

Что такое инструкции

Инструкция — это вычисление на уровне детализации, которое может выполнять компьютер. ЦП может обрабатывать различные типы инструкций.

Инструкции передаются компьютеру с использованием языка ассемблера, генерируются компилятором или интерпретируются на некоторых языках высокого уровня.

Эти инструкции встроены в ЦП. ALU содержит арифметику и логику, тогда как поток управления управляется CU.

За один такт компьютеры могут выполнять одну инструкцию, но современные компьютеры могут выполнять более одной.

Группа инструкций, которые может выполнять компьютер, называется набором инструкций.

Частота процессора

Часовой цикл

Скорость компьютера определяется его тактовым циклом. Это количество тактов в секунду, на котором работает компьютер. Одиночные тактовые циклы очень малы, например, около 250 * 10 * -12 сек. Чем выше тактовый цикл, тем быстрее процессор.

Тактовая частота процессора измеряется в гигагерцах. 1 ГГц равен 10 ⁹ Гц (герц). Герц означает секунду. Таким образом, 1 гигагерц означает 10 ⁹ циклов в секунду.

Чем быстрее тактовый цикл, тем больше инструкций может выполнить ЦП. Тактовый цикл = 1/тактовая частотаCPU Time = количество тактовых циклов/тактовая частота

Это означает, что для улучшения времени ЦП мы можем увеличить тактовую частоту или уменьшить количество тактовых циклов, оптимизировав инструкции, которые мы предоставляем ЦП. Некоторые процессоры обеспечивают возможность увеличения тактового цикла, но, поскольку это физические изменения, может быть перегрев и даже дым/возгорание.

Как выполняется инструкция

Инструкции хранятся в ОЗУ в последовательном порядке. Для гипотетической инструкции ЦП состоит из кода OP (операционного кода) и адреса памяти или регистра.

В регистре инструкций блока управления (IR) есть два регистра, которые загружают OP-код инструкции, и регистр адреса инструкции, который загружает адрес текущей выполняемой инструкции. Внутри ЦП есть другие регистры, в которых хранится значение, хранящееся в адресе последних 4 бит инструкции.

Давайте рассмотрим пример набора инструкций, который складывает два числа. Ниже приведены инструкции вместе с описанием:

ШАГ 1 — LOAD_A 8:

Сначала инструкция сохраняется в ОЗУ, скажем так. Первые 4 бита — код операции. Это определяет инструкция. Эта инструкция загружается в ИК блока управления. Инструкция декодируется как load_A, что означает, что ей необходимо загрузить данные по адресу 1000, который является последним 4 битом инструкции для регистрации A.

ШАГ 2 — LOAD_B 2

Как и в предыдущем примере, данные из адреса памяти 2 (0010) загружаются в регистр ЦП B.

ШАГ 3 — ДОБАВЬТЕ B A

Теперь следующая инструкция — сложить эти два числа. Здесь CU приказывает ALU выполнить операцию сложения и сохранить результат обратно в регистр A.

ШАГ 4 — STORE_A 23

Это очень простой набор инструкций, который помогает сложить два числа.

Мы успешно добавили два номера!

АВТОБУС

Все данные между ЦП, регистром, памятью и устройством ввода-вывода передаются по шине. Чтобы загрузить только что добавленные данные в память, ЦП помещает адрес памяти в адресную шину, а результат суммы - в шину данных и включает правильный сигнал на шине управления. Таким образом данные загружаются в память с помощью шины.

Кэш

ЦП также имеет механизм предварительной загрузки инструкции в кэш. Как известно, процессор может выполнить миллионы инструкций за секунду. Это означает, что на выборку инструкций из ОЗУ будет затрачено больше времени, чем на их выполнение. Таким образом, кэш ЦП выполняет предварительную выборку некоторых инструкций, а также данных, что ускоряет выполнение.

Если данные в кеше и оперативной памяти различаются, данные помечаются как грязный бит.

Конвейерная обработка инструкций

Современный ЦП использует конвейерную обработку инструкций для распараллеливания выполнения инструкций. Получить, расшифровать, выполнить. Когда одна инструкция находится в фазе декодирования, ЦП может обработать другую инструкцию для фазы выборки.

У этого есть одна проблема, когда одна инструкция зависит от другой. Поэтому процессоры выполняют инструкции независимо и в разном порядке.

Многоядерный компьютер

По сути, это другой ЦП, но у него есть общий ресурс, например кеш.

Производительность

Производительность процессора определяется временем его выполнения. Производительность = 1/время выполнения

Допустим, для выполнения программы требуется 20 мс. Производительность ЦП составляет 1/20 = 0,05 мс. Относительная производительность = время выполнения 1/время выполнения 2

Факторами, влияющими на производительность ЦП, являются время выполнения инструкций и тактовая частота ЦП. Таким образом, чтобы увеличить производительность программы, нам нужно либо увеличить тактовую частоту, либо уменьшить количество инструкций в программе.Скорость процессора ограничена, а современные многоядерные компьютеры могут поддерживать миллионы инструкций в секунду. Но если в программе, которую мы написали, много инструкций, это снизит общую производительность.

Обозначение Big O определяет с помощью заданных входных данных, как это повлияет на производительность.

В процессоре сделано множество оптимизаций, чтобы сделать его быстрее и производительнее. При написании любой программы нам необходимо учитывать, как уменьшение количества инструкций, предоставляемых ЦП, повысит производительность компьютерной программы.

Кэш-память

Поскольку для поступления данных на шину требуется время, разработчики компьютерных микросхем придумали кэш данных — высокоскоростной модуль памяти, встроенный в ЦП. Кэш помогает ЦП избежать использования шины данных, сохраняя недавно использованные данные. Когда ему снова нужны те же данные, ЦП сначала просматривает свою кэш-память. Если он находит его, ЦП извлекает его гораздо быстрее, чем из основной памяти. Кэш помогает процессору работать на максимальной скорости.

Несколько ядер

Операционная система Windows, на которой работает ваш настольный ПК, состоит из множества запущенных процессов, каждый из которых конкурирует за внимание процессора. Например, вы можете одновременно печатать документ, загружать файл, получать сообщения электронной почты и просматривать веб-страницы. В прошлые десятилетия у ЦП было одно ядро, которое запускало один процесс за раз; он переключался между процессами, как повар быстрого приготовления. Новые разработки включают два или более ядер, каждое из которых обслуживает процесс. Несколько ядер позволяют одному и тому же ЦП выполнять больше задач и позволяют компьютеру выполнять больше работы за заданное время.

Читайте также: