Микропроцессор. Центральный процессор

1.

Микропроцессор

2.

Центральный процессор
• Состоит из миллиардов транзисторов
• Основные его элементы
Как эти элементы устроены и для чего они нужны

3.

Ядро
процессора
Элементы для произведения
вычислений. Чем больше
ядер, тем больше
вычислений может
произвести процессор
Режим многозадачности
Ресурсоемкие задачи
(вопрос: какие задачи
считаются ресурсоемкими?)

4.

Что такое ядро
• Фабрика по преобразованию
данных

5.

Транзисторы
Транзисторы – это активные полупроводниковые приборы с
несколькими электрическими переходами и тремя выводами,
предназначенные для усиления сигнала и генерации колебаний.
Условное графическое обозначение биполярных транзисторов по ГОСТ
2.730-73

6.

Принцип работы транзисторов
Транзисторы позволяют управлять большими токами с
помощью малых токов. У него есть три вывода — эмиттер,
коллектор и база. База – это управляющий электрод, на неё
подают управляющий ток, а эмиттер с коллектором включают
в цепь, которой необходимо управлять. С помощью
транзистора можно усиливать ток или напряжение, что
используется как в силовых цепях, так и для согласования
цепей с разными параметрами.

7.

У транзистора сила тока коллектора пропорционально зависит от силы тока
базы. Величина, которая связывает ток коллектора и ток базы, называют
коэффициентом усиления по току и обозначается как H21Э или латинской
буквой B, он равен отношению тока коллектора (Ik) к току базы (Iб):
Например, коэффициент усиления транзистора равен 100. То
если приложить напряжение между коллектором и эмиттером,
и подать ток на базу силой в 10 мА, то через коллектор будет
протекать ток силой в 1А.

8.

Ток, протекающий через транзистор, состоит из трёх составляющих: ток базы
(Iб), коллектора (Iк) и эмиттера (Iэ).
Ток эмиттера складывается из тока базы и тока коллектора.
Для работы транзистора нужно выполнить 2 условия – приложить
напряжение между коллектором и эмиттером (Uкэ) и обеспечить
протекание тока базы, для этого прикладывают напряжение между базой
и эмиттером (Uэб).

9.

Два состояния переключателя

10.

Если…НО….
Физический аналог

11.

Сложные вычисления

12.

Инструкции
• RISC (Reduced instruction set
computer) – мобильные чипы
• CISC (Complex instruction set
computer) – персональные ПК

13.

КЭШ
Термин
происходит
из
французского
языка,
его
расшифровка означает «укрытие». Такое название определение
получило в связи с тем, что кэш скрыт от пользователя.
Кэш-память представляет собой интегрированный в
устройство выделенный раздел памяти для сохранения в нем
временных рабочих данных и быстрого их извлечения. Она
имеется в процессорах и иных устройствах (оперативной памяти,
жестком
диске)
и
обеспечивает
существенный
рост
производительности и скорости обработки информации за счет
оперативного доступа к нужным файлам.

14.

Тактовая частота
Тактовый генератор
Тактовая частота процессора — это количество «импульсов»,
которые способен сгенерировать чип за 1 секунду. Каждый
импульс — это одна операция расчёта.
Измеряется частота в герцах. Нужно учесть, что чем она
выше, тем больше тепла CPU выделяет при нагрузке.
Средняя частота современных процессоров колеблется в
диапазоне от 1,8 до 4,5 гигагерц (GHz).
Существует ещё такое понятие, как «тротлинг». Это
принудительное снижение максимальной частоты процессора
из-за его перегрева. Является защитной функцией,
предотвращающей перегрев CPU (из-за высокой температуры
кремний, из которого изготавливаются процессоры,
деградирует).

15.

Микроархитектура
Микроархитектура описывает, как именно в процессоре
расположены и соединены друг с другом регистры, конечные
автоматы, блоки памяти и другие блоки
IPC – Instruction per Cycle –количество выполненных инструкций
за единицу времени. При одинаковой тактовой частоте может
быть совершенно разная производительность процессоров

16.

Графический процессор
GPU (graphics processing unit) — компонент компьютера,
игровой консоли, планшета или смартфона, который
предназначен для рендеринга графики, то есть преобразует
код в изображение, преимущественно 3D. Массовое
применение таких устройств началось примерно с 2000 года.
По сравнению с центральным процессором графический
имеет меньший набор исполняемых команд (который
ограничен осознанно) и несколько иную архитектуру,
«заточенную» под обработку текстур и трехмерных объектов.