строение процессора

1.

центра́льное
проце́ссорное
устро́йство — ЦПУ(CPU)

2.

CPU - это
• электронный блок либо интегральная схема, исполняющая
машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного
обеспечения компьютера или программируемого логического
контроллера. Иногда этот компонент называют просто
процессором.

3.

Основные характеристики

4.

Основные характеристики
1
2
3
Частота показывает количество
обрабатываемых операций
(тактов) в секунду. Измеряется в
в мегагерцах (МГц) или
гигагерцах (ГГц) Чем выше
показатель тактовой частоты, тем
выше производительность
процессора.
Например, процессор с частотой
1 МГц обрабатывает 1 миллион
операций в секунду, а процессор
с частотой 1 ГГц – 1 миллиард
операций.
• ядро – самая главная
часть процессора и чем
больше ядер, тем
больше команд
одновременно сможет
обрабатывать ЦПУ. Чем
больше ядер в
процессоре, тем выше
его производительность
и скорость выполнения
операций.
• Количество потоков
показывает сколько потоков
информации может
обрабатывать одно ядро.
Поток это технология,
которая позволяет разделить
производительность ядра, то
есть физически ядро одно, а
фактически оно может
одновременно обрабатывать
два процесса. На текущий
момент не все процессоры
обладают дополнительными
потоками.

5.

Основные характеристики
4
Кэш состоит из трех уровней памяти:
L1, L2, L3. Чем больше памяти, тем
лучше работает процессор.
Кэш первого уровня L1 — содержит
те данные, которые могут
потребоваться программе для
выполнения инструкции,
Кэш второго уровня L2 — медленнее,
в сравнении с кэшем первого уровня,
но больше по размеру. Кэш L2
содержит информацию, которая
может потребоваться в будущем.
Кэш третьего уровня L3 — самый
большой и при этом самый
медленный кэш. Его объем
варьируется от 4 до 50 мегабайт.
5
• Это количество бит информации,
которые процессор может
обрабатывать за один такт
(операцию). Например, размер
данных за такт равен 1 байту,
процессор считает
восьмиразрядным (8 bit), если
размер данных 2 байта, то ЦПУ
шестнадцатиразрядный (16 bit),
при размере 4 байта – процессор
тридцатидвухразрядный (32 bit), в
случае с 8-байтовым размером
данных процессор считается (64
bit).

6.

Деление на настольные и серверные
Основные функции настольных
процессоров – это выполнения
функций домашних компьютеров:
запуск нескольких программ,
перемещение информации, работа с
браузерами, запись данных на
различные накопители, запуск игр,
обработка фото- и видеоматериалов.
Им не требуется большое число ядер,
но необходима высокая тактовая
частота.
Серверные процессоры
могут работать с
несколькими
подключенными
клиентами, поэтому им
требуется большее число
ядер, высокий объем кэшпамяти и поддержка
больших объемов
оперативной памяти.

7.

Архитектура
• CISC (Complete Instruction Set Computing) – этот тип
процессора с полным набором команд.
• RICS (Restricted Instruction Set Computer) –
процессор, повышение работоспособности которого
происходит за счет упрощения инструкций. В ЦП с
RISC-архитектурой применяется ограниченный
набор быстрых команд.
• VLIW (Very Long Instruction Word) – процессоров,
работающие через объединение простых команд в
“связку”. Эти команды должны быть независимы
друг от друга и осуществляться параллельно.

8.

Процессор состоит из
• Ядро процессора.
- Ядро отвечает за большую часть всех функций CPU. Оно
выполняет расшифровку, чтение, отправку инструкций другим
элементам или принимает инструкции от них. Одномоментно ядро
способно выполнять только одну команду, происходит это за сотые
доли секунд. Таким образом, наличие одного ядра говорит о том,
что ПК или сервер будет выполнять все инструкции поочередно.
Современное оборудование редко использует одноядерные
процессоры, так как в этом случае оно работает очень медленно.

9.

Ядро в свою очередь состоит еще из двух
частей
• Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно
осуществляет выполнение
• Устройство управления (УУ). Оно координирует работу всех
частей процессора, его взаимодействие с внешним
оборудованием. Происходит это с помощью электрических
сигналов. Арифметических и логических операций.

10.

Запоминающее устройство.
• Это небольшая память процессора, в которой хранится
информация о текущих командах и промежуточных результатах.
Она состоит из кеша и регистров. Регистры отвечают за
“запоминание” информации, а кеш хранит часто выполняемые
инструкции. Обращение в кеш происходит быстрее, чем к
оперативной памяти, поэтому объем кеш-память процессора
влияет на скорость работы ЦПУ.

11.

Шины
• Это каналы для передачи команд внутри процессора.

12.

Как работает процессор
• ЦУ обрабатывает команды на языке двоичного кода, говоря
простым языком: 0 – это “нет”, 1 – это “да”. Каждый запрос,
приходящий процессору состоит из комбинаций двух чисел 0 и 1.
сейчас для обработки двоичного кода блоки транзисторов
• Все операции внутри процессора это повторяющийся цикл,
который не останавливается, пока работает компьютер или
сервер: взять инструкцию из памяти, прочитать и расшифровать
команду, осуществить действия.

13.

Как работает процессор
• Блок управления процессора забирает из оперативной памяти, где находится
программа, определенные данные и команды, которые требуется выполнить.
Вся эта информация загружаются в кэш-память.
• Получив данные из кэша, процессор записывает их в регистры. При этом
инструкции отправляются в регистры команд, а значения помещаются в
регистры данных.
• После считывания инструкций и данных, арифметико-логическое устройство
выполняет эти команды.
• Результаты выполнения команд записываются в регистры. Если вычисления
завершены, то они записываются также в буферную память процессора. Так как
число регистров небольшое, промежуточные результаты хранятся в кэшпамяти.
• Если цикл вычислений завершен, результат сохраняется в оперативной памяти
компьютера, чтобы освободить место в буферной памяти ЦП для новых
вычислений. Если кэш-память переполнена, то неиспользуемая информация
отправляется в кэш нижнего уровня или в оперативную память.

14.

Как работает процессор (Архитектура фон
неймана)

15.

Команды процессора
• Команды — это фактические действия, которые компьютер должен выполнять.
Они бывают нескольких типов:
Арифметические : сложение, вычитание, умножение и т. д.
Логические : И (логическое умножение/конъюнкция), ИЛИ (логическое
суммирование/дизъюнкция), отрицание и т. д.
• Информационные : move , input , outptut , load и store .
• Команды перехода : goto , if ... goto , call и return .
• Команда останова : halt .

16.

Конъюнкция
• Высказывание, составленное из двух высказываний путем
объединения их связкой «и» называется конъюнкцией.
• Например, пусть есть два высказывания: А – «Число 22 четное», В
– «Число 22 двузначное», тогда высказывание А и В (формально,
F = А ∧ В): «Число 22 четное и двузначное».
• Определение. Логическая операция, ставящая в соответствие
двум высказываниям новое, являющееся истинным тогда и
только тогда, когда оба исходных высказывания истинны,
называется конъюнкцией.

17.

Дизъюнкция
• Высказывание, составленное из двух высказываний путем
объединения их связкой «или» называется дизъюнкцией.
• Например, пусть есть два высказывания: А – «Колумб был на
Ямайке», В – «Колумб был на Гаити», тогда высказывание А или В
(Формально, F = А ∨ В): «Колумб был на Ямайке или на Гаити».
• Определение. Логическая операция, ставящая в соответствие
двум высказываниям новое, являющееся ложным тогда и только
тогда, когда оба исходных высказывания ложны, называется
дизъюнкцией.

18.

Инверсия
• Высказывание, образованное путем добавления связки «не» к
простому высказыванию, называется инверсией (отрицанием).
• В русском языке для образования отрицания может также
использоваться связка «неверно, что».
• Например, пусть высказывание А – «Число 22 простое», тогда
высказывание «не» А (формально, F = ¬ A): «Неверно, что число
простое»
• Определение. Логическая операция, которая каждому
высказыванию ставит в соответствие новое высказывание,
значение которого противоположно исходному, называется
отрицанием.

19.

Таблицы истинности

20.

РЕСУРСЫ
• https://www.youtube.com/watch?v=Lx7jS9RvgqM&t=309s
• https://www.youtube.com/watch?v=qIhZrMg3_Tk&t=117s
• https://www.youtube.com/watch?v=aNVMpiyeY_U&t=162s
• https://www.youtube.com/watch?v=-knefdASOz8
• Харрис & Харрис (Цифровая схемотехника и архитектура
компьютера)