Презентация на тему Процессор .Устройство и принцип работы .

арифметические операции, и осуществляющее управление всеми компонентами ЭВМ.
Процессор представляет

собой миниатюрную тонкую кремниевую пластинку прямоугольной формы, на которой размещается огромное количество транзисторов, реализующих все функции, выполняемые процессором. Кремневая пластинка – очень хрупкая, а так как ее любое повреждение приведет к выходу из строя процессора, то она помещается в пластиковый или керамический корпус.

устройство, включающее в себя все самые последние достижения в

области вычислительной техники и сопутствующих областей науки.
Большинство современных процессоров состоит из:
одного или нескольких ядер, осуществляющих выполнение всех инструкций;
нескольких уровней КЭШ-памяти (обычно, 2 или три уровня), ускоряющих взаимодействие процессора с ОЗУ;
контроллера ОЗУ;
контроллера системной шины (DMI, QPI, HT и т.д.);

все функциональные блоки и осуществляющая выполнение всех логических и

арифметических операций.
На рисунке 1 приведена структурная схема устройства ядра процессора. Как видно на рисунке, каждое ядро процессора состоит из нескольких функциональных блоков:
блока выборки инструкций;
блоков декодирования инструкций;
блоков выборки данных;
управляющего блока;
блоков выполнения инструкций;
блоков сохранения результатов;
блока работы с прерываниями;
ПЗУ, содержащего микрокод;
набора регистров;
счетчика команд.

10 мк = 10-5 м
Количество элементов:
2300
Современный

процессор
Intel Core 2 Duo (2007 год)

Ядро процессора Intel Core 2 Duo

Размер элемента:
65 нм = 0,065 мк = 10-8 м
Количество элементов:
291 000 000

на цикле, описанном еще Джоном фон Нейманом в 1946

году. В упрощенном виде этапы цикла работы ядра процессора можно представить следующим образом:
1. Блок выборки инструкций проверяет наличие прерываний. Если прерывание есть, то данные регистров и счетчика команд заносятся в стек, а в счетчик команд заносится адрес команды обработчика прерываний. По окончанию работы функции обработки прерываний, данные из стека будут восстановлены;
2. Блок выборки инструкций из счетчика команд считывает адрес команды, предназначенной для выполнения. По этому адресу из КЭШ-памяти или ОЗУ считывается команда. Полученные данные передаются в блок декодирования;
3. Блок декодирования команд расшифровывает команду, при необходимости используя для интерпретации команды записанный в ПЗУ микрокод. Если это команда перехода, то в счетчик команд записывается адрес перехода и управление передается в блок выборки инструкций (пункт 1), иначе счетчик команд увеличивается на размер команды (для процессора с длинной команды 32 бита – на 4) и передает управление в блок выборки данных;
4. Блок выборки данных считывает из КЭШ-памяти или ОЗУ требуемые для выполнения команды данные и передает управление планировщику;

обработать текущую задачу, и передает управление этому блоку;
6.

Блоки выполнения инструкций выполняют требуемые командой действия и передают управление блоку сохранения результатов;
7. При необходимости сохранения результатов в ОЗУ, блок сохранения результатов выполняет требуемые для этого действия и передает управление блоку выборки инструкций (пункт 1).
Описанный выше цикл называется процессом (именно поэтому процессор называется процессором). Последовательность выполняемых команд называется программой.
Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовой частотой процессора, а время работы каждого этапа цикла и время, затрачиваемое на полное выполнение одной инструкции, определяется устройством ядра процессора.

и способа их исполнения, процессоры подразделяются на несколько групп:

на классические процессоры CISC;
на процессоры RISC с сокращенным набором команд;
на процессоры MISC c минимальным набором команд;
на процессоры VLIW с набором сверхдлинных команд.
Итак рассмотрим детально :
CISC (Complex instruction set computer) – это процессоры со сложным набором команд. Архитектура CISC характеризуется:
сложными и многоплановыми инструкциями;
большим набором различных инструкций;
нефиксированной длиной инструкций;
многообразием режимов адресации.

сокращенным набором инструкций.
Процессоры, построенные по архитектуре RISC, обладают следующими

основными особенностями:
фиксированная длина инструкций;
небольшой набор стандартизированных инструкций;
большое количество регистров общего назначения;
отсутствие микрокода;
меньшее энергопотребление, по сравнению с CISC-процессорами аналогичной производительности;
более простое внутреннее устройство;
меньшее количество транзисторов, по сравнению с CISC-процессорами аналогичной производительности;
отсутствие сложных специализированных блоков в ядре процессора.

архитектуры RISС, основанное на еще большем упрощении инструкций и

уменьшении их количества. Так, в среднем, в MISC-процессорах используется 20-30 простых инструкций. Такой подход позволил еще больше упростить устройство процессора, снизить энергопотребление и максимально использовать возможности параллельной обработки данных.






VLIW (Very long instruction word) – архитектура процессоров, использующая инструкции большой длины, содержащие сразу несколько операций, объединенных компилятором для параллельной обработки. В некоторых реализациях процессоров длина инструкций может достигать 128 или даже 256 бит.

процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных

компонентов и схем.
Первым этапом, затронувшим период с 1940-х по конец 1950-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.
Вторым этапом, с середины 1950-х до середины 1960-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие

простые транзисторные и резисторные сборки, затем, по мере развития технологии, стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.
Четвёртым этапом, в начале 1970-х годов, стало создание, благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.

но тогда это было не так, потому что обычные

(большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё по крайней мере 10-15 лет, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Тем не менее, центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции.
Переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые проникли почти в каждый дом.

Разрядность × Частота × Кол-во команд за такт
Разрядность

процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
С момента появления первого процессора 4004 разрядность процессора увеличилась в 16 раз ( с 4 бит до 64 битов).

Частота соответствует количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду.
С момента появления первого процессора частота процессора увеличилась в 37 000 раз ( с 0,1 МГц до 3700 МГц).

P, которая, в свою очередь пропорциональна квадрату частоты ν2:

Q ~ P ~ ν2 Для отвода тепла от процессора применяют массивные воздушные системы охлаждения (кулеры).

совершенствования архитектуры процессора.
Во-первых, в структуру процессора вводится

кэш-память 1-го и 2-го уровней, которая позволяет ускорить выборку команд и данных и тем самым уменьшить время выполнения одной команды.
Во-вторых, вместо одного ядра процессора используется два ядра, что позволяет повысить производительность процессора примерно на 80%.

представить без компьютера. Он настолько прочно вошел в жизнь

человека. Все сферы деятельности связаны с компьютерами. С течением времени они еще больше войдут в нашу жизнь. Для большинства из нас компьютер – неотъемлемая часть жизни.
А составная часть компьютера –Процессор .