Особенности центрального процессора компьютера

Характеристика понятия центрального процессора компьютера, описание особенностей его архитектуры, производительности, энергопотребления, рабочей температуры тактовой частоты. Анализ технологии кэширования. Изучение основных производителей процессоров.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 04.12.2014
Размер файла 159,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Центральный процессор

Оглавление

Процессор

Архитектура процессора

Суперскалярная архитектура

Кэширование

Рабочая температура процессора

Энергопотребление процессоров

Производители процессоров

Процессор

Центрамльный процемссор (ЦП; также центральное процессорное устройство - ЦПУ; англ. central processing unit,CPU, дословно - центральное обрабатывающее устройство) - электронный блок либо интегральная схема(микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором. Многоямдерный процемссор - центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

процессор (вид сверху)

процессор (вид снизу)

Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов иминикомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода-вывода, таймеры и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.

Архитектура процессора

Суперскалярная архитектура

Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора путем увеличения числа исполнительных устройств. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности, в то же время существует определенный предел роста числа исполнительных устройств, при превышении которого производительность практически перестает расти, а исполнительные устройства простаивают. Частичным решением этой проблемы являются, например, технология Hyper-threading.

CISC-процессоры

Complex instruction set computer - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд: в начале процесса исполнения сложные команды разбиваются на более простые микрооперации (МОП), исполняемые RISC-ядром).

RISC-процессоры

Reduced instruction set computer - вычисления с упрощённым набором команд (в литературе слово reduced нередко ошибочно переводят как «сокращённый»). Архитектура процессоров, построенная на основе упрощённого набора команд, характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).

Упрощение набора команд призвано сократить конвейер, что позволяет избежать задержек на операциях условных и безусловных переходов. Однородный набор регистров упрощает работу компилятора при оптимизации исполняемого программного кода. Кроме того, RISC-процессоры отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением.

Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.

MISC-процессоры

Minimum instruction set computer - вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и обогнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).

VLIW-процессоры

Very long instruction word - сверхдлинное командное слово. Архитектура процессоров с явно выраженным параллелизмом вычислений, заложенным в систему команд процессора. Являются основой для архитектуры EPIC. Ключевым отличием от суперскалярных CISC-процессоров является то, что для них загрузкой исполнительных устройств занимается часть процессора (планировщик), на что отводится достаточно малое время, в то время как загрузкой вычислительных устройств для VLIW-процессора занимается компилятор, на что отводится существенно больше времени (качество загрузки и, соответственно, производительность теоретически должны быть выше). Примером VLIW-процессора является Intel Itanium.

Кэширование

Кэширование - это использование дополнительной быстродействующей памяти (так называемого кэша - англ. cache, от фр. cacher - «прятать») для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней (обозначаются L1, L2 и L3 - от Level 1, Level 2 и Level 3). Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD K8 умели производить одновременно 64-битные запись и чтение, либо два 64-битных чтения за такт, AMD K8L может производить два 128-битных чтения или записи в любой комбинации. Процессоры Intel Core 2 могут производить 128-битные запись и чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большую латентность доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня - самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Рабочая температура процессора

Ещё один параметр ЦП - максимально допустимая температура поверхности процессора, при которой возможна нормальная работа (от 54,8 до 100 °C). Температура процессора зависит от его загруженности и от качества теплоотвода. При температуре, превышающей максимально допустимую производителем, нет гарантии, что процессор будет функционировать нормально. В таких случаях возможны ошибки в работе программ или зависание компьютера.

Энергопотребление процессоров

процессор центральный компьютер архитектура

С технологией изготовления процессора тесно связано и его энергопотребление.

Первые процессоры архитектуры x86 потребляли мизерное (по современным меркам) количество энергии, составляющее доли ватта. Увеличение количества транзисторов и повышение тактовой частоты процессоров привело к существенному росту данного параметра. Наиболее производительные модели потребляют до 130 и более ватт. Фактор энергопотребления, несущественный на первых порах, сейчас оказывает серьёзное влияние на эволюцию процессоров:

совершенствование технологии производства для уменьшения потребления, поиск новых материалов для снижения токов утечки, понижение напряжения питания ядра процессора;

появление сокетов (разъемов для процессоров) с большим числом контактов (более 1000), большинство которых предназначено для питания процессора. Так у процессоров для популярного сокета LGA775 число контактов основного питания составляет 464 штуки (около 60 % от общего количества);

изменение компоновки процессоров. Кристалл процессора переместился с внутренней на внешнюю сторону, для лучшего отвода тепла к радиатору системы охлаждения;

интеграция в кристалл температурных датчиков и системы защиты от перегрева, снижающей частоту процессора или вообще останавливающей его при недопустимом увеличении температуры;

появление в новейших процессорах интеллектуальных систем, динамически меняющих напряжение питания, частоту отдельных блоков и ядер процессора, и отключающих неиспользуемые блоки и ядра;

появление энергосберегающих режимов для «засыпания» процессора, при низкой нагрузке.

Производители процессоров

Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM.

Большинство процессоров, используемых в настоящее время, являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и интерфейсы программирования, сходные с используемыми в процессорах компании Intel.

Процессоры Intel: 8086, 80286, i386, i486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Celeron (упрощённый вариант Pentium), Pentium 4, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core i3, Core i5, Core i7, Xeon (серия процессоров для серверов), Itanium, Atom (серия процессоров для встраиваемой техники) и др.

AMD имеет в своей линейке процессоры архитектуры x86 (аналоги 80386 и 80486, семейство K6 и семейство K7 - Athlon, Duron, Sempron) и x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron и др.). Процессоры IBM (POWER6, POWER7, Xenon, PowerPC) используются в суперкомпьютерах, в видеоприставках 7-го поколения, встраиваемой технике; ранее использовались в компьютерах фирмы Apple.

По данным компании IDC, по итогам 2009 года на рынке микропроцессоров для настольных ПК, ноутбуков и серверов доля корпорации Intel составила 79,7 %, доля AMD - 20,1 %.[7]

Доли по годам

Год

Intel

AMD

Другие

2007

78,9 %

13,1 %

8,0 %

2008

80,4 %

19,3 %

0,3 %

2009

79,7 %

20,1 %

0,2 %

2010

80,8 %

18,9 %

0,3 %

2011[8]

83,7 %

10,2 %

6,1 %

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Управление взаимодействием всех устройств ЭВМ. История создания и развития производства процессора. Структура центрального процессора. Регистры общего назначения. Обозначения популярных моделей процессоров Intel и AMD. Команды центрального процессора.

    реферат [111,2 K], добавлен 25.02.2015

  • История развития центрального процессора. Основные проблемы создания многоядерных процессоров. Проектирование микропроцессорной системы на базе процессора Intel 8080. Разработка принципиальной схемы и блок-схемы алгоритма работы микропроцессорной системы.

    курсовая работа [467,6 K], добавлен 11.05.2014

  • Изучение сущности, функций и основных задач центрального процессора - микросхемы, исполнителя машинных инструкций (кода программ), главной части аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Основные характеристики.

    контрольная работа [18,5 K], добавлен 26.12.2010

  • Понятие архитектуры персонального компьютера, компоновка частей компьютера и связи между ними. Составляющие системного блока ПК. Функции центрального процессора, системной платы, оперативного запоминающего устройства, видеокарты и жесткого диска.

    реферат [30,7 K], добавлен 28.01.2014

  • Распараллеливание операций, кэширование памяти и расширение системы команд как способы совершенствования архитектуры и роста производительности компьютеров. Внутренняя структура конвейера центрального процессора Pentium i486. Корпус и колодки ЦП Intel.

    презентация [281,2 K], добавлен 27.08.2013

  • Как изготавливается процессор. Выбор процессора для офисного, игрового и домашнего компьютеров. Как заменить центральный процессор в компьютере. Повышение быстродействия процессоров, тактовой частоты, быстродействия памяти, понижение таймингов.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 29.04.2014

  • Процессор как важная часть компьютера. Частота центрального процессора. Встроенный контроллер памяти. Основные технические характеристики мониторов. Технологический процесс изготовления процессора. Основные группы стандартов и рекомендаций на мониторы.

    реферат [17,2 K], добавлен 01.04.2010

  • Состав центрального процессора: устройства управления, арифметико-логическое, запоминающее. Тактовая частота и разрядность процессоров, его адресное пространство и рабочая температура. Тепловыделение процессоров и отвод тепла; количество ядер.

    презентация [1,0 M], добавлен 03.02.2015

  • Память персонального компьютера, основные понятия. Характеристика внутренней и внешней памяти компьютера. Логическое отображение и размещение. Классификация компьютерной памяти по назначению, по удаленности и доступности для центрального процессора.

    контрольная работа [1,8 M], добавлен 27.11.2010

  • Принцип работы процессора, способы его охлаждения, кодовые названия. Шины процессора, разрядность и кэш–память. Технологии расширения и поток команд процессора. Процессорные вентиляторы и их характеристика. Алгоритм и способы разгона процессора.

    реферат [38,0 K], добавлен 21.02.2009

  • Понятия и принцип работы процессора. Устройство центрального процессора. Типы архитектур микропроцессоров. Однокристальные микроконтроллеры. Секционные микропроцессоры. Процессоры цифровой обработки сигналов. Эволюция развития микропроцессоров Intel.

    реферат [158,8 K], добавлен 25.06.2015

  • Основные характеристики процессора: быстродействие, тактовая частота, разрядность, кэш. Параметры материнской платы. Исследование архитектуры домашнего компьютера. Соотношение частоты памяти и системной шины в смартфоне, количество слотов памяти.

    лабораторная работа [1,1 M], добавлен 26.12.2016

  • Особенности аппаратного обеспечения и локальных вычислительных сетей персональных компьютеров. Основные характеристики процессора, зависимость производительности от тактовой частоты, размера кэш-памяти. Принцип работы SATA-интерфейса современного НЖДМ.

    дипломная работа [2,1 M], добавлен 18.06.2014

  • Внутренние и внешние устройства персонального компьютера. Классификация и характеристики ЭВМ, основы учения и структуры первых поколений. Основные принципы построения ПК. Функции центрального процессора и операционные устройства управления компьютера.

    курсовая работа [109,7 K], добавлен 04.11.2010

  • История и перспективы развития производства процессоров компьютеров. Основы работы центрального процессора. Характеристика многоядерных процессоров. Ведущие производители: Intel и AMD, их планы по выпуску новых процессоров. Советы по выбору CPU.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 03.11.2011

  • Изучение основных структурных элементов компьютера - электронного устройства, которое выполняет операции ввода информации, хранения и ее обработки по определенной программе. Функции центрального процессора, запоминающего устройства, носителей информации.

    реферат [15,9 K], добавлен 18.01.2012

  • Разработка программы на языке Ассемблер для определения типа центрального процессора и его производительности. Основные этапы определения любого существующего Intel-совместимого процессора. Тактовая частота процессора, алгоритм и листинг программы.

    курсовая работа [47,6 K], добавлен 26.07.2014

  • Описание конфигурации компьютера, предназначенного для игр. Ознакомление с характеристиками процессора Intel core 2 Quad. Тестирование уменьшения объема кэш-памяти второго уровня. Анализ видеокарты ASUS Radeon HD 7850 DirectCU II, материнской платы.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 04.01.2016

  • История появления и развития первых процессоров для компьютеров. Общая структура центрального процессора. Устройство блока интерфейса. Основные характеристики процессора. Кеш-память разных уровней. Разрядность и количество ядер. Частота и системная шина.

    презентация [1,4 M], добавлен 11.04.2019

  • Архитектура персонального компьютера, функциональные и технические характеристики его устройств. Компоненты материнской платы, строение процессора, виды памяти. Принципы работы процессора и обращение к данным. Пути развития персонального компьютера.

    курсовая работа [102,4 K], добавлен 11.02.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.