Процессор относится к компьютерным наукам

Обновлено: 21.11.2024

Центральный процессор (ЦП) направляет компьютер на различные этапы решения проблемы.

Связанные термины:

Скачать в формате PDF

Об этой странице

Адаптация и оценка симплексного алгоритма для архитектуры потока данных

Урош Чибей, Юрий Михелич, Достижения в области компьютеров, 2017

2.2 Вид программиста

Чтобы программист мог разработать законченную программу, необходимо написать три компонента.

обычно написанный на языке программирования C, код ЦП управляет выполнением и использует DFE в качестве блока обработки, вызывая подходящие функции, предоставляемые компилятором Maxeler.

Каждое ядро реализует определенную функциональность и примерно соответствует абстракции функции. Он имеет набор входных потоков и набор выходных потоков.

Менеджер — это компонент, который соединяет потоки данных от ЦП к ядрам-получателям и наоборот. Он устанавливает соединения между ядрами и LMem, а также связывает ядра между собой. Диспетчер также создает интерфейсы, с помощью которых код ЦП взаимодействует с DFE.

Диспетчер и ядра написаны на предметно-ориентированном языке MaxJ. Этот язык представляет собой надмножество языка программирования Java с несколькими расширениями, более подходящими для упрощения создания программ потока данных.

Компилятор преобразует описание ядер в граф потока данных, и этот граф физически размещается на микросхеме FPGA серверной частью. Серверная часть обычно очень требовательна к вычислительным ресурсам, поскольку необходимо учитывать множество структурных ограничений.

Схема этой архитектуры представлена на рис. 1.

Рис. 1 . Схематический обзор компонентов системы потока данных. серая рамка обозначает микросхему FPGA. Взгляд программиста на архитектуру показан в виде файлов, которые необходимо реализовать для каждой программы, файл .maxj написан на языке MaxJ, тогда как поток управления обычно написан на C или C++, но поддерживаются и другие языки. .

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ДИЗАЙН

Доминик Росато, Дональд Росато, Дизайн изделий из пластмассы, 2003 г.

Центральный процессор

Центральный процессор компьютера (ЦП) — это часть компьютера, которая извлекает и выполняет инструкции. Процессор, по сути, является мозгом CAD-системы. Он состоит из арифметико-логического блока (АЛУ), блока управления и различных регистров. Центральный процессор часто называют просто процессором. АЛУ выполняет арифметические операции, логические операции и связанные с ними операции в соответствии с инструкциями программы.

Блок управления управляет всеми операциями ЦП, включая операции АЛУ, перемещение данных внутри ЦП, а также обмен данными и управляющими сигналами через внешние интерфейсы (системную шину). Регистры — это быстродействующие блоки внутренней памяти ЦП. Некоторые регистры видны пользователю; то есть доступный для программиста через набор машинных инструкций. Другие регистры предназначены исключительно для ЦП в целях управления. Внутренние часы синхронизируют все компоненты ЦП. Тактовая частота (количество тактовых импульсов в секунду) измеряется в мегагерцах (МГц) или миллионах тактовых импульсов в секунду. Тактовая частота, по сути, определяет, насколько быстро ЦП обрабатывает инструкции.

Оборудование

Центральный процессор управляет всем. Он извлекает программные инструкции по своей шине «на стороне инструкций» (IS), считывает данные по своей шине «на стороне данных» (DS), выполняет инструкции и записывает результаты на шину DS. ЦП может работать на частоте SYSCLK до 80 МГц, что означает, что он может выполнять одну инструкцию каждые 12,5 нс. ЦП способен умножать 32-битное целое число на 16-битное целое число за один цикл или 32-битное целое число на 32-битное целое число за два цикла. Блока с плавающей запятой (FPU) нет, поэтому вычисления с плавающей запятой выполняются программными алгоритмами, что делает операции с плавающей запятой намного медленнее, чем вычисления с целыми числами.

ЦП представляет собой ядро микропроцессора MIPS32® M4K®, лицензированное компанией Imagination Technologies. ЦП работает при напряжении 1,8 В (обеспечиваемом стабилизатором напряжения, встроенным в PIC32, поскольку он используется на плате NU32). Контроллер прерываний, обсуждаемый ниже, может уведомлять ЦП о внешних событиях.

Встроенные процессоры

Внутренние шины ЦП

Шины ЦП — это механизмы, соединяющие другие компоненты ЦП: АЛУ, ЦП и регистры (см. рис. 4-22). Шины — это просто провода, которые соединяют между собой различные другие компоненты ЦП.Провод каждой шины обычно делится на логические функции, такие как данные (которые переносят данные в двух направлениях между регистрами и АЛУ), адрес (который переносит расположение регистров, содержащих данные для передачи), управление (переносит управление информацию о сигналах, такую как временные и управляющие сигналы, между регистрами, ALU и CU) и т. д.

Рисунок 4-22. Ядро и шины PowerPC. [15]

В ядре PowerPC есть управляющая шина, по которой управляющие сигналы передаются между АЛУ, CU и регистрами. То, что PowerPC называет «исходными шинами», — это шины данных, передающие данные между регистрами и АЛУ. Существует дополнительная шина, называемая обратной записью, которая предназначена для обратной записи данных, полученных с исходной шины, непосредственно обратно из модуля загрузки/сохранения в фиксированные регистры или регистры с плавающей запятой.

Примечание. Во избежание дублирования автобусы будут более подробно обсуждаться в главе 7 .

Микрокомпьютерная аппаратура и управление

Чтение/запись памяти

ЦП всегда контролирует направление потока данных в БД, поскольку, хотя он и является двунаправленным, данные могут перемещаться только в одном направлении за раз. ЦП выдает специальный сигнал управления чтением/записью (R/W) (рис. 3.2), который активирует схемы в памяти, определяющие направление потока данных. Например, когда на линии чтения/записи (R/W) высокий уровень, ЦП передает информацию из ячейки памяти в ЦП.

Временная диаграмма операции чтения из памяти показана на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Время чтения/записи.

Предположим, что компьютеру была дана инструкция прочитать данные из ячейки памяти номер 10. Чтобы выполнить операцию чтения, ЦП переводит линию чтения/записи в высокий уровень, чтобы активировать схему памяти при подготовке к операции чтения. Практически одновременно на АБ размещается адрес для местоположения 10 («адрес действителен» на рис. 3.3). В память АБ отправляется число 10 в 16-битном двоичном коде (0000 0000 0000 1010). Двоичные электрические сигналы, соответствующие 10, управляют определенными цепями в памяти, чтобы заставить двоичные данные в этом месте быть помещенными в БД. ЦП имеет внутренний регистр, который активируется во время этой операции чтения для приема и сохранения данных. Затем данные обрабатываются ЦП во время следующего цикла работы в соответствии с соответствующей инструкцией.

Аналогичная операция выполняется всякий раз, когда ЦП должен отправить данные из одного из своих внутренних регистров в память, что является операцией «записи». В этом случае линия R/W будет установлена на логический уровень, противоположный операции чтения (т.е. низкий в данном примере). Во время операции записи отправляемые данные помещаются в БД одновременно с адресом назначения в АВ. Эта операция перенесет данные из источника ЦП в место назначения, которым может быть место в памяти в ОЗУ или внешнее устройство (как будет объяснено позже).

Компьютерные системы

1.3.1 Работа системы

ЦП управляет передачей системных данных по шинам данных и адреса и дополнительным линиям управления. Требуется схема часов, обычно содержащая кварцевый генератор (как в цифровых часах); это создает точный сигнал фиксированной частоты, который управляет микропроцессором. Операции ЦП запускаются по переднему и заднему фронтам тактового сигнала, что позволяет определить их точную синхронизацию. Это позволяет событиям в ЦП выполняться в правильной последовательности с достаточным временем для каждого шага. Центральный процессор генерирует все основные управляющие сигналы на основе часов. Тот или иной ЦП можно использовать в различных системах, в зависимости от типа приложения, необходимого объема памяти, требований к вводу-выводу и т. д.

Декодер адреса управляет доступом к памяти и регистрам ввода-вывода для конкретного проекта. Как правило, программируемое логическое устройство (PLD) используется для выделения каждой микросхеме памяти определенного диапазона адресов. Код входного адреса в определенном диапазоне генерирует выходной сигнал выбора микросхемы, который включает это устройство. Регистры портов ввода-вывода, которые настроены для обработки передачи данных в систему и из нее, также получают определенные адреса с помощью того же механизма, и ЦП обращается к ним так же, как к ячейкам памяти. Назначение адресов конкретным периферийным устройствам называется картой памяти (рис. 1.6 б).

Процессор

ХАРВИ М. ДЕЙТЕЛЬ, БАРБАРА ДЕЙТЕЛЬ, Введение в обработку информации, 1986 г.

Сводка издателя

Центральный процессор (ЦП) направляет компьютер на различные этапы решения проблемы.Данные поступают в компьютер через блок ввода, обрабатываются центральным процессором и затем становятся доступными для пользователя через блок вывода. Логический вид компьютера показывает, какие функции выполняет компьютер. Физический вид компьютера показывает, как на самом деле механизмы компьютера выполняют эти функции. Центральный процессор состоит из трех логических блоков: арифметико-логического блока (ALU), основного хранилища и блока управления. Основная память сохраняет активные программы и данные. Это относительно дорого, поэтому вторичное хранилище используется для хранения программ и данных до тех пор, пока они не потребуются в основном хранилище. Набор встроенных операций компьютера называется его «набором инструкций». Компьютерная программа представляет собой набор инструкций, которые сообщают компьютеру, как решить конкретную задачу. Компьютерная программа должна находиться в оперативной памяти, чтобы компьютер мог выполнять ее инструкции.

Управление энергопотреблением

5.15.2.4.2.1 Блок процессора

Это центральный процессор (ЦП) ПЛК, то есть микропроцессор по конструкции и функциональным возможностям. Основная функция этого блока состоит в том, чтобы воспринимать входные значения через свои модули ввода/вывода, генерировать управляющие сигналы в соответствии с входными сигналами и предопределенной инструкцией (хранящейся в блоке памяти в виде программы). Затем обработанное решение передается на устройства вывода, подключенные к модулям ввода/вывода, для обновления выходных переменных [51]. Типичный цикл процесса ЦП показан на рис. 40, демонстрирующем основную идею функции процесса. Время одного цикла выполнения программы называется «время сканирования». Типичные значения времени сканирования могут составлять всего 1 м/с. Входные и выходные значения обычно хранятся в единице памяти за цикл или несколько его кратных [53] .

Рис. 40 . Рабочий цикл центрального процессора (ЦП) программируемого логического контроллера (ПЛК).

Беспроводная МЭМС для носимых сенсорных сетей

5.2.2.2 Блок обработки

Рабочие процедуры промышленной системы управления

(1) адресные пространства PCI

ЦП и все устройства PCI должны иметь доступ к общей памяти. Драйверы устройств управляют устройствами PCI и передают информацию между ними, используя эту память. Обычно эта разделяемая память содержит регистры управления и состояния устройства, которые используются для управления устройством и чтения его состояния. Например, драйвер устройства PCI SCSI может прочитать свой регистр состояния, чтобы узнать, готово ли устройство к записи блока информации, или он может записать в управляющий регистр, чтобы запустить устройство после его включения.

Системная память ЦП может использоваться для этой общей памяти, но в этом случае каждый раз, когда устройство PCI обращается к памяти, ЦП должен будет останавливаться, ожидая завершения. Доступ к памяти обычно ограничивается одним системным компонентом за раз. Это замедлит работу системы. Это не позволяет периферийным устройствам системы бесконтрольно обращаться к основной памяти. Это было бы очень опасно; неисправное устройство может сделать систему очень нестабильной.

Периферийные устройства имеют собственные области памяти. ЦП может получить доступ к этим пространствам, но доступ устройств к системной памяти очень строго контролируется с помощью каналов DMA (прямой доступ к памяти). Устройства ISA имеют доступ к двум адресным пространствам; ISA I/O (ввод/вывод) и память ISA. В большинстве современных микропроцессоров PCI должен состоять из трех элементов: ввода-вывода PCI, памяти PCI и пространства конфигурации PCI.

Некоторые микропроцессоры, например процессор Alpha AXP, не имеют естественного доступа к адресным пространствам, отличным от системного адресного пространства. Этот процессор использует наборы микросхем поддержки для доступа к другим адресным пространствам, таким как пространство конфигурации PCI, с помощью схемы разреженного отображения адресов, которая крадет часть большого виртуального адресного пространства и сопоставляет его с адресными пространствами PCI.

Центральный процессор (ЦП) — это электронная схема внутри компьютера, которая выполняет инструкции компьютерной программы, выполняя основные арифметические, логические операции, операции управления и операции ввода-вывода (I/O), указанные в инструкциях. [1]

Содержание

Основные части процессора [ изменить ]

Ниже мы видим упрощенную схему, описывающую общую архитектуру процессора. Вы должны быть в состоянии описать архитектуру центрального процессора (ЦП), функции арифметико-логического устройства (АЛУ), блока управления (УУ) и регистров внутри ЦП.

Я так понимаю, часть первая [ редактировать ]

Пожалуйста, знайте и поймите:

Память содержит как данные, так и инструкции.
Арифметико-логический вентиль способен выполнять арифметические и логические операции с данными.
Регистр процессора — это быстродоступное место, доступное центральному процессору (ЦП) цифрового процессора. Регистры обычно состоят из небольшого объема быстрой памяти, хотя некоторые регистры имеют определенные аппаратные функции и могут быть доступны только для чтения или только для записи [3]
Блок управления управляет потоком данных внутри ЦП (это цикл Fetch-Execute)
Ввод поступает в ЦП по шине.
Вывод выходит из ЦП через шину.

Сравнение ЦП [ изменить ]

При сравнении ЦП мы взвешиваем ряд важных факторов, таких как тактовая частота, количество ядер, расчетная мощность, тип сокета и класс (настольный компьютер, ноутбук, мобильное устройство).

Но если в двух словах, то все сводится к тому, какой объем вычислений можно выполнить, когда все части процессора объединяются за один такт. Если выполнение Задачи X занимает два такта на ЦП A и один такт на ЦП B, то ЦП B может быть лучшим процессором, даже если ЦП A имеет более высокую тактовую частоту. [4]

Более подробное обсуждение процессора [ изменить ]

Это отличное видео, в котором рассказывается, как на самом деле работает ЦП.

Эти видеоролики действительно помогут вам понять части процессора и то, как они работают.

Вы понимаете эту тему? [править]

Опишите архитектуру центрального процессора (ЦП), функции арифметико-логического устройства (АЛУ), блока управления (УУ) и регистров внутри ЦП.

Части ЦП:

ALU — арифметико-логическое устройство выполняет все вычисления внутри ЦП.
CU – блок управления, координирует перемещение данных, декодирует инструкции.

Регистры — область памяти внутри реального процессора, работающая на очень высоких скоростях. В нем хранятся инструкции, ожидающие декодирования или выполнения.

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.

Процессор или центральный процессор — это печатная плата внутри компьютера, которая выполняет инструкции от имени программ. Современные компьютерные процессоры могут обрабатывать миллионы инструкций в секунду. Процессоры считаются основным чипом компьютера.

Трудно оценивать новую технологию, не учитывая ее процессор. Беда в том, что сложно расшифровать, что делает процессор, даже если ты технарь.

Процессоры — это мозги компьютера. Они управляют логикой, которая выполняет вычисления и запускает программы на вашем компьютере.

В этом руководстве мы поговорим о том, что такое процессоры и из каких компонентов состоит современный процессор.

Что такое процессор?

Процессор – это аппаратное обеспечение, которое интерпретирует инструкции, управляющие компьютером. Процессоры — это мозг компьютера, и на то есть веские причины. Без процессора компьютеры не могли бы запускать программы.

Процессоры также называются центральными процессорами (ЦП). Технически в компьютере имеется более одного процессора, например, графический процессор (GPU). Но центральный процессор, пожалуй, самый важный.

Устройства обработки получают инструкции из оперативной памяти (ОЗУ) компьютера. ЦП декодирует и обрабатывает действие при получении инструкции. Затем ЦП выдает результат.

Intel и AMD — самые известные компании в отрасли процессоров для настольных компьютеров, ноутбуков и серверных компьютеров. Intel Core и AMD Ryzen — одни из самых популярных процессоров для настольных ПК. Apple, Nvidia и Qualcomm — это процессоры для мобильных устройств.

81 % участников заявили, что стали более уверенными в своих перспективах работы в сфере технологий после посещения учебного курса. Примите участие в тренировочном лагере сегодня.

Найдите подходящий вариант для буткемпа

В среднем выпускник буткемпа тратит менее шести месяцев на смену карьеры, начиная с буткемпа и заканчивая поиском своей первой работы.

Начните сменить профессию сегодня

Где находится центральный процессор?

Процессоры расположены на материнской плате компьютера. Они подключаются к разъему ЦП или слоту ЦП. Рядом с процессором есть рычаг, который используется для обеспечения того, чтобы он оставался прикрепленным к материнской плате.

Части компьютерного процессора

В процессор компьютера входят четыре компонента: ALU, FPU, регистры и кэш-память.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет все арифметические и логические операции. Он работает с целыми числами, которые являются целыми числами. Модуль с плавающей запятой (FPU) управляет числами с плавающей запятой, то есть числами, содержащими десятичные дроби.

Тогда есть реестр. В регистре хранятся инструкции, полученные от других частей компьютера. Он сообщает АЛУ, какие процессы следует выполнять, и сохраняет результаты этих операций.

Процессоры включают память L1 и L2. Этот кеш памяти позволяет процессору хранить данные локально, не извлекая их из ОЗУ. Включение этого компонента помогает сделать ЦП быстрее и эффективнее.

Как работает процессор?

ЦП может поставляться с большим количеством наворотов, чем когда-либо прежде. По своей сути они используют один и тот же набор процессов. Эти процессы называются циклом выборки-исполнения. Этот цикл состоит из трех шагов: выборка; декодировать; и выполнить.

Получить

Первым шагом в цикле выборки-выполнения является выборка. Это включает в себя получение — или «выборку» — инструкции. Эта инструкция отправляется из ОЗУ в ЦП.

Care Karma подберет для вас лучшие учебные курсы по технологиям
Получайте эксклюзивные стипендии и подготовительные курсы

Расшифровать

ЦП обрабатывает инструкцию, используя свой декодер, когда она отправляется из регистра инструкций. ЦП превращает инструкцию в серию сигналов, которые могут интерпретироваться другими частями ЦП.

Выполнить

В конце этого процесса компьютер выполняет декодированные инструкции. Инструкции отправляются в другие части процессора для выполнения. Регистр ЦП сохраняет инструкции после их выполнения. Это помогает повысить скорость процессора, поскольку он может запоминать некоторые обработанные инструкции.

Технические характеристики ЦП: краткий обзор

Хотя все ЦП делают одно и то же — обрабатывают инструкции, спецификации ЦП различаются в зависимости от варианта его использования. Давайте обсудим некоторые основные характеристики, о которых вам следует знать.

32- и 64-разрядные процессоры

Существует два основных типа процессоров: 32-разрядные и 64-разрядные. Эти числа относятся к тому, сколько битов может быть отправлено одновременно между различными частями ЦП.

32-разрядные процессоры стали известны своей мощностью. Совсем недавно компьютеры смогли обрабатывать до 64 бит. Чем выше количество битов, тем быстрее процессор.

Часовая частота

Тактовая частота – это количество инструкций, которые ЦП может обрабатывать в секунду. Гигагерц (ГГц) — это основная единица измерения для отслеживания тактовой частоты. Вы увидите много гигагерц в спецификациях процессора. Чем выше тактовая частота, тем быстрее будет работать ЦП.

В большинстве случаев необходимо сравнивать тактовую частоту при оценке процессоров одного поколения.Это связано с тем, что, хотя тактовая частота и является фактором, влияющим на скорость процессора, есть и другие компоненты, не менее важные.

Кэш L2/L3

ЦП хранит часто используемые данные в памяти L2 и L3. Вместо обращения к ОЗУ каждый раз, когда ЦП необходимо обработать инструкцию, ЦП может хранить некоторые часто используемые инструкции.

Кэш L2 или L3 работает быстрее, чем ОЗУ, поскольку он является частью процессора. Чем больше у вас кеша, тем быстрее ваш процессор.

Как работают процессорные ядра?

В прежние времена компьютерный процессор имел одно ядро. Это означает, что он может выполнять один набор инструкций в любой момент времени. Разработчики аппаратного обеспечения раздвинули этот предел, и сегодня многоядерные процессоры стали стандартом. Многоядерные процессоры имеют несколько ядер. Они могут выполнять разные инструкции одновременно.

Сегодня большинство компьютеров имеют от двух до четырех ядер. Вы услышите, что эти настройки называются «двухъядерными» и «четырехъядерными» соответственно. Некоторые процессоры имеют до 12 ядер, в зависимости от их назначения. Чем больше ядер у процессора, тем больше инструкций он может интерпретировать.

"Карма карьеры вошла в мою жизнь, когда я больше всего в ней нуждалась, и быстро помогла мне пройти буткемп. Через два месяца после выпуска я нашла работу своей мечты, которая соответствовала моим ценностям и жизненным целям!"

Венера, инженер-программист в Rockbot

Найдите подходящий вариант для буткемпа

Процессоры с несколькими ядрами — это просто два или более процессоров на одном кристалле. Четырехъядерный процессор — это четыре процессора на одном чипе. Между каждым ядром существует связь, поэтому они могут работать вместе.

Процессоры i7 и i9

И процессоры i7, и процессоры i9 широко распространены на современном рынке вычислительной техники. Вы обнаружите, что эти термины используются для описания процессоров, используемых в ноутбуках и настольных компьютерах.

i7 — это линейка процессоров Intel. Процессоры i7 имеют четыре или шесть ядер и частоты от 2,6 до 3,7 ГГц.

Они имеют большой объем кэш-памяти, что означает, что они могут хранить больше инструкций локально. Дизайнеры, геймеры и программисты часто используют этот процессор из-за его мощности.

Процессоры i9 на шаг впереди процессоров i7. Эти процессоры чаще всего используются в настольных компьютерах, хотя в некоторых ноутбуках есть процессоры i9. Этот процессор можно разогнать до 4,5 гигагерц. Это лучшая модель на рынке.

Для большинства пользователей процессора i7 более чем достаточно. На самом деле, предыдущих поколений, таких как i5, достаточно для многих. Если вы геймер или кто-то еще, кому нужна большая вычислительная мощность, вы можете потратиться на процессор i9.

Подведение итогов

ЦП – важная часть компьютера. Он отвечает за обработку данных, что позволяет запускать программы на вашем компьютере. В последние годы в ЦП были внесены значительные усовершенствования.

Появление многоядерных процессоров, а также такие инновации, как гиперпоточность, позволяют нашим компьютерам работать быстрее и эффективнее. Теперь вы готовы начать говорить о процессорах как компьютерный эксперт!

Читайте также: