3 Процессор.
Микропроцессор ПК - это многослойная интегральная схема, смонтированная кремниевой пластине. Процессор содержит 50 -100 миллионов транзисторов, связанных между собой сверхтонкими алюминиевыми соединительными каналами, обеспечивающими их взаимодействие при записи и обработке данных. Изготавливаются методом электронной фотолитографии. Размер самого маленького элемента – менее 40 нанометров. (волос человека - 50000 нанометров). Конкретные задачи микропроцессора определяются программным обеспечением.
Основные характеристики процессора
Разрядность – размер машинного слова в битах, одновременно ( за один такт) обрабатываемого процессором, равно разрядности внутренних регистров МП. Процессор может быть 32- и 64-разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.
Тактовая частота- определяется временем выполнения элементарного действия в П. Тактовая частота задается генератором тактового импульса и синхронизирует всю работу П. Увеличение тактовой частоты приводит к увеличению производительности (быстродействия). Одновременно - увеличение количества выделяемого тепла и необходимость охлаждения. Измеряетс я вгигагерцах и достигает 3-4 ГГц. 1 гигагерц =109 Гц. Тактовая частота процессора превышает тактовую частоту системной шины, расположенной на материнской плате, в 5- 12 раз.
Размер КЭШ –памяти КЭШ –память используется в качестве буфера между процессором и ОП. Характеристика: высокое быстродействие, недоступность для программистов. Процессор обменивается информацией с К.П, , а КП с ОП. Это позволяет сократить время простоя процессора. В современных компьютерах – 1 и более Мбайт,
§4
Параллельная и конвейерная обработка данных.
Для увеличения производительности обработки информации используются следующие приемы
Параллельная обработка данных = выполнение нескольких команд за один такт. т.е. одновременно может выполняться несколько (>2) операций умножения, сложения и т.д. Аппаратная реализация = несколько блоков АЛУ , (несколько ядер)
Конвейерная обработка данных
В современной МП встроен обширный набор команд, большинство из которых является сложными и не могут быть выполнены за 1 такт. Их разделяют на несколько этапов, которые выполняются последовательно. После исполнения первой части подгружается следующая команда, а первая команда отправляется на исполнение своей 2-й части и т.д. Каждый этап – за 1 такт.
Например, команда состоит из четырех этапов: выборка, декодирование., выполнение, запись результата, которые выполняются 4 различными блоками процессора = вся команда за 4 такта.
Команда – за n тактов – ступеньчатость конвейера.
Pentium IV -20-ти ступеньчатый конвейер.
Atlon – 15-ти ступеньчатый .
Именно возможность параллельной работы различных устройств больших компьтеров является основой ускорения выполнения вычислительных операций. Создаваемые в настоящее время мэйнфрейм (или суперкомпьютер) относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Создать такую высокопроизводительную ЭВМ по современной технологии на одном микропроцессоре не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому мэйнфрейм создается в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).
Существуют также суперпараллельные компьютеры (massively parallel computers), которые включают в себя сложнейшие цепи процессоров. Вместо методов параллельной обработки, где небольшое количество мощных, но дорогих специализированных процессоров связаны между собой, суперпараллельные компьютеры содержат сотни и тысячи недорогих обычных процессоров, объединенных в сеть сложной конфигурации (нарисовать). Такие суперпараллельные компьютеры достигают производительности суперкомпьютеров.
§ 5