Processzor felépítése és működése - studopediya
A központi feldolgozó egység (CPU) - funkcionálisan teljes szoftver-vezérelt eszköz van kialakítva egy vagy több VLSI áramkörök aritmetikai és logikai információt feldolgozó szoftver működését vezérlő eszközök. A modern személyi számítógépek a különböző cégek alkalmazzák a két fő processzor architektúrát:
teljes rendszer, változó hosszúságú utasítás - Complex Instruction Set Computing (CISC);
csökkentett utasításkészlet fix hosszúságú - Reduced Instruction Set Computer (RISC).
Processzor lehetővé teszi, hogy végezzen a programkód memóriában tárolt és irányítja a munkát az összes eszköz a számítógép. A sebessége határozza meg a sebességet a számítógép. Szerkezetileg, a processzor - egy kristály szilícium nagyon kicsi méretű. A processzor speciális nevezett sejtek nyilvántartásokban. Ez kerül a regiszterekben parancsokat processzor által végrehajtott, és az adatokat, hogy működik a csapat. a processzor, hogy válassza ki a memóriából a parancsokat és adatokat, és azok végrehajtását. Ennek alapján és a programok végrehajtását.
A PC jelen kell lennie a CPU (Central Rpocessing Unit - CPU), amely ellátja az összes alapvető műveleteket. Gyakran PC felszerelt kiegészítő társprocesszorokat orientált hatékony ellátásához speciális funkciók, mint például a matematikai koprocesszor feldolgozására numerikus adatokat lebegőpontos formátum, grafikai társprocesszorral feldolgozásra grafika, I / O társprocesszorral végrehajtandó műveletekhez kölcsönhatás perifériát.
A főbb paraméterei processzorok:
· Együttható szorzataként belső óra,
· Mérete a memóriában.
Az órajel frekvenciája határozza meg, hány elemi műveletek (ciklus), processzor végrehajtható egységnyi idő alatt. Az óra sebesség a modern processzorok mérjük MHz (1 Hz felel meg a végrehajtását egy műveletet másodpercenként, 1 MHz = 10, 6 Hz). Minél nagyobb az órajel, annál több csapat végezhet feldolgozás, és minél több a teljesítményt. Az első feldolgozók, amelyek használják a PC-k frekvencián üzemeltethetők 4,77 MHz, a működési frekvencia a mai modern processzorok eléri a jelet a 2 GHz-es (1 GHz = 10-3 MHz).
Bites processzor jelzi, hogy hány bit adatot tud fogadni és feldolgozni való bejegyzését egy órajel ciklusra. Bites szó hossza a processzor határozza meg a parancsot busz, vagyis a vezetékek száma a buszon, mely parancsokat továbbítják. Modern Intel processzorcsalád 32-bit.
Üzemi feszültség processzorok az alaplap, így a különböző márkák megfeleljen a különböző alaplapo-. Üzemi feszültség processzor nem haladja meg a 3 V csökkentése üzemi feszültség lehetővé teszi, hogy a processzor méretének csökkentése és csökkenti a hőt a processzor, amely lehetővé teszi, hogy a kapacitás növelése nélkül a túlmelegedés veszélye.
Együttható szorzataként belső óra - az a tényező, amely meg kell szorozni az órajel az alaplap, hogy elérjék a feldolgozási sebességet. Órák a processzor az alaplap, ami tisztán fizikai okok nem működik magas frekvenciákon, mint például a processzor. A magasabb frekvencia előfordul egy processzort belső a szorzótényező 4, 4,5, 5 vagy több.
A teljes sorozat az Intel processzorok. telepített IBM PC-k. Van egy CISC architektúra. feldolgozók és a Motorola. Apple által használt annak személyi számítógépek, van RISC architektúra. Mindkét architektúrák megvannak az előnyei és hátrányai. Így CISC-processzorok van egy széles sor parancs (400), amelyből a programozó kiválaszthat egy parancsot, akkor a legalkalmasabb ebben az esetben. Ennek hátránya, építészet, hogy egy nagy sor parancs bonyolítja a belső CPU vezérlő növeli a teljesítményt a csapat a firmware szinten. A csapatok különböző hosszúságú és idő a végrehajtás.
RISC-architektúra egy korlátozott parancsokat, és minden egyes parancs lefut egy ciklusban a processzor. Egy kis számú parancsok egyszerűsíti a processzor-vezérlő egységet. A hátrányok RISC-architektúra az a tény, hogy ha a kívánt parancsot a készülék nem a programozónak, hogy végre ez csak néhány a parancsokat egy sor, növelve a kód mérete.
Egyszerűsített diagramja, egy processzort, amely bemutatja a főbb jellemzői a mikro architektúra ábrán látható. 5. A legösszetettebb funkcionális egység egy processzor utasítás végrehajtása vezérlőberendezés. Ez tartalmazza:
· Command puffer. amely tárolja egy vagy több rendszeres program utasításait; elolvassa ezeket a parancsokat a memóriában a következő parancs végrehajtása, csökkentve az időt az mintavétel memória;
Ábra. 5. Processor Architecture
· Ellenőrzési másik mikro-minta egy kis processzor, hogy működik az az elv, Neumann, megvan a számláló mikroutasítások, amely automatikusan kiválasztja a következő mikroutasítás a mikroutasítás ROM;
· Állandó memória (ROM) mikroutasítás - egy tárolóeszközt, amelyben az információ csak egyszer írhatóak és csak akkor lehet olvasni; A megkülönböztető jegye a ROM, hogy a rögzített adatok tárolják a végtelenségig, és nem igényel állandó áramellátást.
Hozd a következő mikroutasítás után végezzük egy bizonyos időtartamra, amely viszont függ az átfutási idő a korábbi mikroutasítás. A gyakoriság, amellyel a mikroutasítás mintát nevezzük órajel a processzor. Az órajel a processzor egy fontos jellemzője, mivel ez határozza meg a sebességet parancs végrehajtását processzor, és végső soron a processzor sebességét. Más szóval, az órajel számát jelzi elemi által végrehajtott műveleteket CPU másodpercenként. Az üzemeltetés egységet értünk minden olyan egyszerű műveletek, mint az összeadás, küldés, összehasonlítás, stb
Aritmetikai logikai egység (ALU) célja, hogy aritmetikai és logikai műveletek konverziós adatait. Funkcionálisan ALU áll, több speciális regiszterek összeadó teljes méretű és a helyi vezérlő áramköröket.
A főbb paraméterei processzorok üzemi feszültség. bit. működési órajelet is. együttható szorzataként belső órajel-frekvencia és a gyorsítótár méretének.
Üzemi feszültség CPU biztosítja az alaplap, így a különböző márkájú processzorok felelnek meg a különböző alaplapok (ők legyenek közösen). Korai modellek x86 processzorok egy üzemi feszültsége 5 V Az átmenet az Intel Pentium processzorok csökken 3,3 V, és a jelen idő kevesebb, mint 3 V. felett mikroprocesszor mindig állítsa ventilátor (hűtő) hűtésére működés közben.
Bites processzor jelzi, hogy hány bit adatot tud fogadni és feldolgozni egy ideig való bejegyzését (ciklusonként) által meghatározott, a kis e nyilvántartások. Az első x86 processzorok 16 bites. Mivel 80386, van egy 32-bites architektúra. Modern Intel Pentium processzorcsalád 32 bites, de a 64-bites adatbusz.
Adatcsere történik a processzoron belül többször is gyorsabb, mint a csere más eszközökkel, például RAM. Annak érdekében, hogy csökkentsék a számát hozzáférések RAM a processzoron belül hozzon létre egy puffer régió - egy úgynevezett cache memória. Ez olyan, mintha „gyorsítótár”. Amikor a processzor adatokra van szüksége, először megy a cache, és csak akkor, ha nincs releváns adat, az a fellebbezést a memóriát. Figyelembe egy adatblokk a fő memóriából, a processzor fogalmaz ugyanabban az időben és a cache memória. Nagy teljesítményű processzorok növelte a cache memória.
Tekintsük a hardver architektúra fizikai memóriát és a szervezet irányítási példáján a legújabb generációs Intel Pentium processzorok. A memóriakezelés processzor egy speciális memória kezelő egység, vagy alternatív módon, a memória vezérlő (Memory Controller). Ebben az összefüggésben az adatok folyamatábra a számítógépes rendszer lehet leírni ábrán látható. 6. Ez a diagram azt mutatja, az adatcserét egy számítógépes rendszerben, azzal jellemezve, az Intel Pentium processzort 4. Minden művelet használt adatcsere eszközök a processzor végrehajt egy memória vezérlő.
Intel Pentium 4 processzor két adat cache, gyorsítótár úgynevezett 1. szint (L1 cache) gyorsítótár és a 2. szintű (L2 gyorsítótár). Szerver platformokon kifejlesztett módosítás processzor tartalmaz egy cache és Level 3, végre külön chipek gyorsan a helyét az alaplapon és térfogata egy vagy több MB. Megjegyezzük fontos körülmény - Intel Pentium 4 processzor és a szintén utasítás cache szint 1 (úgynevezett Trace cache), sajátosságait, amely eltér a jellemzői a munka adat cache.
Gyorsítótár 1. szint van egy nagyon kis méretű (8 bájt), de van egy nagyon nagy mintavételezési sebességgel adatok, a második csak a processzor. Szerkezetileg található egy chip a processzor. Cache Level 2 cache néha univerzális, mert lehet az adatokat és a parancsokat. Cache 2. szint mérete 256 KB, és 3-szor fut lassabb, mint a gyorsítótár 1. szint. Található egy külön chip, de a processzor határokat.
Amikor az adatcserét a fő memória kulcsa a hatékony működését a program szerepét játssza a gyorsítótár 1. szintű, mivel gyakorlatilag az összes adatot futó alkalmazás át rajta, és az írási puffer (írási puffer).