Compoziția unității centrale de procesare a caracteristicilor destinației. Rezumat: procesoare. Programare. Principalele caracteristici
Cea mai importantă componentă a oricărui computer este procesor (microprocesor) - dispozitiv de procesare a informațiilor controlat de software realizat sub forma unuia sau mai multor circuite integrate mari sau foarte mari.
Procesorul include următoarele componente:
§ dispozitiv de control - generează și trimite anumite semnale de control (impulsuri de control) către toate elementele PC-ului la momentul potrivit, datorită specificului operației efectuate și a rezultatelor operațiilor anterioare;
§ unitate logică aritmetică (ALU) - conceput pentru a efectua toate operațiile aritmetice și logice pe informații numerice și simbolice;
§ coprocesor - un bloc suplimentar necesar pentru calcule matematice complexe și atunci când se lucrează cu programe grafice și multimedia;
§ registre generale - celule de memorie de mare viteză, utilizate în principal ca diferite contoare și indicatoare către spațiul de adresă al PC-ului, accesul la care poate crește semnificativ viteza programului executat;
§ memorie cache - bloc de memorie de mare viteză pentru stocarea pe termen scurt, înregistrarea și ieșirea informațiilor procesate la un moment dat sau utilizate în calcule. Acest lucru îmbunătățește performanța procesorului;
§ magistrala de date - sistem de interfață care implementează schimbul de date cu alte dispozitive PC;
§ generator de ceas (impulsuri);
§ controler de întrerupere;
Principalele caracteristici ale procesorului sunt:
Frecvența ceasului - numărul de operații elementare (cicluri) pe care procesorul le efectuează într-o secundă. Viteza ceasului este măsurată în megahertz (MHz) sau gigahertz (GHz). Cu cât viteza ceasului este mai mare, cu atât funcționează mai repede procesorul. Acest lucru este valabil pentru aceeași generație de procesor, deoarece diferite modele de procesoare necesită un număr diferit de cicluri de ceas pentru a efectua anumite acțiuni.
Adâncimea de biți - numărul de cifre binare (biți) de informații care sunt procesate (sau transmise) într-un ciclu de ceas. Lățimea de biți determină, de asemenea, numărul de biți binari care pot fi utilizați în procesor pentru a adresa RAM.
Procesoarele sunt, de asemenea, caracterizate prin: tipul procesorului „core” (tehnologia de producție determinată de grosimea elementelor minime ale microprocesorului); frecvența autobuzului, unde lucrează; mărimea cache-ului; aparținând unei anumite familii (precum și generarea și modificarea); „Factor de formă” (dispozitiv standard și aspect) și caracteristici suplimentare (de exemplu, prezența unui sistem special de „comenzi multimedia” conceput pentru a optimiza lucrul cu grafică, video și sunet).
Astăzi, aproape toate computerele desktop compatibile cu computerele IBM au procesoare de la doi producători principali (două familii) - Intel și AMD.
De-a lungul istoriei dezvoltării computerului IBM, în familia micro procesoare Intel opt generații principale s-au schimbat (de la i8088 la Pentium IV). În plus, Intel a produs și lansează generații laterale de procesoare Pentium (Pentium Pro, Pentium MMX, Intel Celeron etc.). Generațiile de microprocesoare Intel diferă prin viteză, arhitectură, factor de formă etc. Mai mult, diferite modificări sunt produse în fiecare generație.
Concurentul microprocesoarelor Intel de astăzi este familia de microprocesoare AMD: Athlon, Sempron, Opteron (Shanghai), Phenom.
Microprocesoarele Intel și AMD nu sunt compatibile (deși ambele sunt compatibile cu IBM PC și acceptă același software) și necesită plăci de bază adecvate și, uneori, memorie.
Pentru PC-uri precum Macintosh (Apple), propria familie de procesoare Mac.
Introducere.
Procesor este principala unitate „creier”, a cărei sarcină este de a executa codul programului în memorie. În prezent, cuvântul „procesor” înseamnă un microprocesor - un microcircuit care, pe lângă propriul procesor, poate conține și alte noduri, de exemplu, memoria cache. Procesorul selectează instrucțiunile din memorie într-o anumită succesiune și le execută. Instrucțiunile procesorului sunt destinate trimiterii și procesării analizei datelor situate în spațiile de memorie și porturilor de intrare / ieșire, precum și organizarea ramurilor și tranzițiilor către procesoarele de calcul. Computerul trebuie să aibă un procesor central (CPU - CentralProcessingUnit) care execută programul principal. Într-un sistem multiprocesor, funcțiile unității centrale de procesare sunt distribuite între mai multe procesoare identice de obicei pentru a îmbunătăți performanța generală a sistemului și unul dintre ele este desemnat ca master. Pentru a ajuta procesorul central, computerul este adesea introdus coprocesoare axat pe performanță eficientă pentru orice funcții specifice. Răspândit coprocesoare matematice care gestionează în mod eficient datele numerice în virgulă mobilă ; coprocesoare grafice realizarea construcțiilor geometrice și prelucrarea imaginilor grafice: coprocesoare I / O , descărcarea procesorului central de la operațiuni nu complexe, dar numeroase de interacțiune cu dispozitive periferice. Sunt posibile și alte coprocesoare, dar toate acestea nu sunt independente - execuția procesorului principal de calcul este realizată de procesorul central, care, în conformitate cu programul, emite „sarcini” coprocesoarelor pentru a-și executa „părțile”.
1. Procesoare. Programare. Principalele caracteristici.
Procesor.
Unitate centrală de procesare (CPU) - un dispozitiv funcțional complet controlat de software pentru procesarea informațiilor, realizat pe unul sau mai multe VLSI. În computerele personale moderne ale diferitelor companii, sunt utilizate procesoare de două arhitecturi principale:
· Sistem complet de comenzi cu lungime variabilă - ComplexInstructionSetComputer (CISC);
· Set de instrucțiuni cu lungime fixă u200bu200bredusă - ReducedInstructionSetComputer (RISC).
Întreaga gamă de procesoare Intel instalate în computerele personale IBM sunt arhitectură CISC, iar procesoarele Motorola utilizate de Apple pentru computerele personale sunt arhitectură RISC. Ambele arhitecturi au propriile avantaje și dezavantaje. Deci, procesoarele CISC au un set extins de instrucțiuni (până la 400), din care programatorul poate alege comanda cea mai potrivită pentru el în acest caz. Dezavantajul acestei arhitecturi este că un set mare de instrucțiuni complică dispozitivul de control intern al procesorului, crește timpul de execuție al unei instrucțiuni la nivel de firmware. Comenzile au lungimi și timpi de execuție diferite.
RISC - arhitectura are un set limitat de instrucțiuni și fiecare instrucțiune este executată într-un ciclu al procesorului. Un număr mic de comenzi simplifică unitatea de control a procesorului. Dezavantajele arhitecturii RISC includ faptul că, dacă comanda necesară nu se află în set, programatorul este forțat să o implementeze folosind mai multe comenzi din set, crescând dimensiunea codului programului.
O diagramă simplificată a procesorului, care reflectă principalele caracteristici ale arhitecturii microstrat, este prezentată în Fig. 1. Cea mai complexă unitate funcțională a procesorului este unitatea de execuție a comenzilor. Contine
echipe
Anvelopă anvelopă anvelopă
Adrese de date de control
· Tampon de comandă care stochează una sau mai multe comenzi succesive ale programului; citește următoarele comenzi din memorie în timp ce se execută următoarea comandă, reducând timpul necesar recuperării acesteia din memorie;
· Decodor de comandă decriptează codul de operație al comenzii următoare și îl convertește la adresa de la începutul microprogramului, care implementează executarea comenzii;
· Controlarea selecției următoarei microinstrucțiuni este un procesor mic care funcționează pe principiul von Neumann, are propriul contor de microinstrucțiuni, care selectează automat următoarea microinstrucțiune din ROM-ul de microinstrucțiuni;
· Depozitare persistentă (ROM) microinstrucțiunea este un dispozitiv de memorie în care informațiile sunt scrise o dată și apoi pot fi citite numai; O caracteristică distinctivă a ROM este că informațiile înregistrate în acesta sunt stocate atât timp cât este necesar și nu necesită o tensiune de alimentare constantă.
Adresa primită de la decodorul de comandă este scrisă în contorul de micro-comenzi al eșantionatorului și începe procesul de procesare a secvenței de micro-comenzi. Fiecare bit al microinstrucțiunii este asociat cu o intrare de control a oricărui dispozitiv funcțional. Deci, de exemplu, intrările de control ale registrului de stocare „Resetare”, „Scriere”, „Citire” sunt conectate la biții corespunzători ai microinstrucțiunii. Numărul total de biți de microinstrucțiuni poate varia de la câteva sute la câteva mii și este egal cu numărul total de intrări de control ale tuturor dispozitivelor funcționale ale procesorului. Unele dintre biții microinstrucțiunii sunt alimentate către unitatea de control pentru selectarea următoarei microinstrucțiuni și sunt utilizate pentru a organiza tranziții condiționale și bucle, deoarece algoritmii de procesare a comenzilor pot fi destul de complexi.
Selectarea următoarei microinstrucțiuni se efectuează la un anumit interval de timp, care, la rândul său, depinde de timpul de execuție al microinstrucțiunii anterioare. Se numește frecvența cu care se prelevează microinstrucțiunile frecvența ceasului procesor. Viteza ceasului este o caracteristică importantă a procesorului, deoarece determină viteza la care procesorul execută instrucțiunile și, în cele din urmă, viteza procesorului.
Unitate logică aritmetică (ALU) este conceput pentru a efectua operații aritmetice și logice de transformare a informațiilor. Funcțional, ALU constă din mai multe registre speciale, rezumate de dimensiuni mari și scheme de control local.
Registrele cu scop general (RON) sunt utilizate pentru a stoca temporar operanzii comenzii care se execută și rezultatele calculelor, precum și pentru a stoca adresele celulelor de memorie sau porturilor I / O pentru comenzile care accesează memoria și dispozitivele externe. Trebuie remarcat faptul că, dacă operanzii instrucțiunii sunt stocate în lei, atunci timpul de execuție al instrucțiunii este semnificativ redus. Unul dintre motivele pentru care programatorii apelează uneori la programarea în limbajul instrucțiunilor mașinii este utilizarea cea mai completă a RON pentru a obține performanțe maxime atunci când execută programe critice în timp.
Să luăm în considerare pe scurt caracteristicile procesoarelor utilizate în computerele moderne, cum ar fi IBMPC. Procesoarele pentru aceste PC-uri sunt produse de mai multe companii, dar tendința este aici intel... Ultima sa dezvoltare este procesorul IntelCore, care a fost lansat la începutul anului 2006. Principalele caracteristici ale arhitecturii IntelCore includ următoarele:
Are un cache intern special de 2 MB;
S-a adăugat magistrala de arbitraj, care reduce sarcina pe magistrala de sistem;
Microarhitectura internă a procesorului se bazează pe două nuclee - conducte de instrucțiuni paralele (arhitectură suprascalară), care execută mai multe instrucțiuni simultan în 12 faze diferite de procesare (citire, decodificare, încărcare operanzi, execuție etc.). Conductele se termină cu două ALU-uri: o ALU care rulează la dublul frecvenței procesorului pentru instrucțiuni aritmetice și logice scurte și o ALU pentru instrucțiuni lente;
A fost introdus managementul energiei de bază, care include o unitate de control al temperaturii capabilă să gestioneze separat energia de la fiecare nucleu.
AMD ( Avansat Micro Dispozitive ) produce procesoare compatibile cu set de instrucțiuni cu Intel Pentium 4 - Athlon (K7). Acest procesor se bazează pe o arhitectură superscalară cu trei conducte de instrucțiuni care funcționează în paralel și capabile să proceseze până la nouă instrucțiuni pe ciclu de procesor. Testarea procesorului K7 și compararea acestuia cu Pentium4 arată că K7 nu este inferior acestuia și chiar îl depășește în unele cazuri. Costul procesor Athlon 20 - 30% mai ieftin decât procesorul Intel. Procesorul K7 necesită propriul autobuz pentru funcționarea sa, care este incompatibil cu magistrala procesorului Pentium4. Prin urmare, înlocuirea unui tip de procesor cu altul necesită înlocuirea plăcii de bază, pe care se află chipset-ul principalelor dispozitive funcționale ale computerului.
2. Generarea procesorului .
PC-urile compatibile IBM folosesc procesoare (CPU - CentralProcessorUnit), compatibile cu familia Intel de 80x86. IBMPC original a folosit un procesor 8088 cu 16 biți (386.486, Pentium, PentiumPro) și extensii MMX pe 64 de biți, încorporând subseturi ale setului de instrucțiuni și arhitectura modelelor din aval, asigurând compatibilitatea cu software-ul scris anterior. În ciuda faptului că din 1995-96 Pentium a devenit un procesor „obișnuit”, acoperit cu tot felul de extensii, procesorul 8088 merită o atenție specială, cel puțin din două motive. În primul rând, a început cu el construirea PC-ului în masă, inclusiv în țara noastră (deși „boom-ul” mondial a căzut asupra procesorilor 80286). În al doilea rând, din cunoașterea proprietăților sale caracteristice vine o înțelegere a unui număr de caracteristici ale procesoarelor, inclusiv a cincea și a șasea generație.
Procesoarele de la 8088 la Pentium, utilizate în PC-uri, sunt microprocesoare cu un singur cip - procesorul în sine este situat pe un cristal într-un singur pachet (microcircuit). Procesorul Pentium2, strict vorbind, nu este un singur cip - aici procesorul mor și mai multe cristale cache secundare sunt asamblate pe un cartuș comun, deși acest lucru nu este atât de important pentru consumatori - toate funcțiile sunt îndeplinite de un singur produs. În funcție de complexitatea procesorului (numărul de pini), disiparea puterii și scopul său, sunt utilizate diferite tipuri de pachete:
DIP - DualIn-linePackage, pachet de ceramică cu ace duble în linie;
PGA - PinGridArray, pachet ceramic cu o matrice de pini;
PQFP - PlasticQuadFlatPack, carcasă din plastic cu cabluri pe laturile pătratului;
SPGA - StaggedPGA, pachet eșalonat;
SQFP - SmallQuadFlatPack, cutie în miniatură cu cabluri laterale pătrate
PPGA - PlasticPinGridArray, pachet din plastic rezistent la căldură SPGA;
TCP - TapeCarrierPackage, un pachet miniatural cu cabluri de bandă situate în jurul perimetrului;
S.E.C.C. - SingleEdgeConnectorCartridge, cartuș de procesor Pentium 2, o placă de circuit pentru sloturi de margine care conține matrița procesorului, memorie cache, radiator și ventilator.
Procesoarele din pachetele DIP au ocupat mult spațiu și au fost înlocuite cu pachete compacte PGA, PPGA și SPGA, care sunt de obicei instalate într-un ZIFsocket (ZeroInsertionForce) - un bloc (socket) cu forță de inserție zero. Carcasele PQFP, SQFP sunt proiectate pentru a fi instalate în prize speciale sau lipite pe placă. Cea mai mică dintre carcasele TCP cu mai multe pini sunt proiectate pentru a fi lipite pe placa de bază a sistemelor portabile.
3. Memoria procesorului.
Memoria procesorului este proiectată pentru stocarea pe termen scurt și pe termen lung a informațiilor - coduri de comandă și date. Informațiile din memorie sunt stocate în coduri binare, fiecare bit - o celulă elementară - poate lua valoarea „0” sau „1”. Fiecare celulă de memorie are propria adresă care o identifică în mod unic într-un anumit sistem de coordonate. Cea mai mică unitate de stocare a informației adresabilă în memorie este de obicei un octet, de obicei 8 biți.
Există procesoare și computere cu o lățime de procesare a textului care nu este multiplu de 8 (de exemplu, 5, 7, 9 ...), iar octeții lor nu sunt de opt biți, dar în lumea computerelor este puțin probabilă o coliziune cu ei. De asemenea, în unele sisteme (de obicei comunicații), o colecție de opt biți de date adiacenți se numește octet. Denumirea de „octet” înseamnă de obicei că acești 8 biți nu au o adresă explicită, ci sunt caracterizați doar prin locația lor într-un șir lung de biți.
Odată cu apariția computerelor mari (de dimensiuni), s-a dezvoltat împărțirea memoriei în interne și externe. Memorie internă înseamnă memorie situată în interiorul „dulapului” procesorului (sau strâns adiacent acestuia). Aceasta a inclus atât memoria electronică, cât și cea magnetică (pe nucleele magnetice). Memoria externă a furnizat dispozitive separate cu suporturi mobile - unități de disc magnetice (mai întâi, tobe) și bandă. De-a lungul timpului, a fost posibil să rezolvați toate dispozitivele computerului într-un caz mic, iar clasificarea anterioară a memoriei în raport cu PC-ul poate fi reformulată după cum urmează:
· Memorie internă - memorie electronică (semiconductoare) instalată pe placa de sistem sau pe cardurile de expansiune;
· Memorie externă - memorie realizată sub formă de dispozitive cu diferite principii de stocare a informațiilor și, de obicei, cu suporturi mobile. În prezent, aceasta include dispozitive de memorie magnetice (disc și bandă), memorie optică și magneto-optică. Dispozitivele de memorie externă pot fi amplasate în ambele unitate de sistem computer și, în cazuri separate, ajungând uneori la dimensiunea unui dulap mic.
Pentru procesor, memoria internă este direct accesibilă, accesul la care se efectuează la adresa specificată de program. Memoria internă este caracterizată printr-o adresă unidimensională (liniară), care este un număr binar cu o anumită lățime de bit. Memoria internă este împărțită în memoria operațională, informația în care poate fi schimbată de procesor în orice moment și constantă, informațiile pe care procesorul le poate citi numai. Celulele de memorie pot fi accesate în orice ordine, atât prin citire, cât și prin scriere, iar memoria RAM se numește memorie cu acces aleatoriu - RandomAccessMemory (RAM) - spre deosebire de memoria de numai citire (ReadOnlyMemory, ROM). Memoria externă este adresată într-un mod mai complex - fiecare dintre celulele sale are propria adresă într-un anumit bloc, care, la rândul său, are o adresă multidimensională. În timpul operațiunilor de schimb de date fizice, blocul poate fi citit sau scris numai în întregime.
4. Marcare. Mari designeri și producători.
Procesoare firme AMD, IBM, Cyrix și Texas Instruments.
AMD produce în mod tradițional procesoare care sunt compatibile cu modelele de top de la Intel. Aceste procesoare apar de obicei ceva mai târziu, dar încorporează avansurile implementate de Intel în modelele ulterioare. Procesoarele din clasa AMD 486 sunt compatibile cu modelele Intel. Cel mai interesant sunt procesoarele EnhancedAm486® și Am5X86 tm, care reprezintă culmea realizărilor implementate în cadrul magistralei procesorului 486 (PentiumOverDrive, desigur, le depășește ușor, dar prețul său este mai puțin atractiv). Diferența lor este economia de consum - sursa de alimentare cu tensiune redusă, prezența SMM avansat și gestionarea consumului, o aplicație mai largă a politicii primare de scriere a cache-ului.
Procesoarele folosesc multiplicarea frecvenței cu un factor de 2,3 sau chiar 4, care poate fi redus prin împământarea pinului CLKMUL.
Procesoarele au capacitatea de a reduce consumul de energie în modul inactiv (instrumente similare au apărut în procesoarele Pentium începând doar din a doua generație). La semnalul STOPCLK #, procesorul descarcă tampoanele de scriere și intră în modul StopGrant, în care ceasul majorității nodurilor procesorului este oprit, ceea ce determină o scădere a consumului. În această stare, se oprește executarea instrucțiunilor și nu întrerupe service, dar continuă să monitorizeze magistrala de date, să monitorizeze accesările cache. Procesorul iese din această stare când semnalul STOPCLK # este eliminat, împreună cu utilizarea modului SMM, implementează mecanismul Advanced Power Management (APM).
Procesorul intră în starea de consum redus AutoHALTPowerDowen când se execută instrucțiunea HALT. În această stare, procesorul răspunde la toate întreruperile și continuă, de asemenea, să monitorizeze magistrala.
Din starea StopGrant, prin oprirea sincronizării externe, procesorul poate fi trecut în modul StopClok, în care consumă energie minimă. În acest mod, acesta nu îndeplinește nicio funcție, dar la reluarea sincronizării, va reveni la starea StopGrant, din care puteți ieși la funcționarea normală.
Instrumentele SMM avansate implementate în procesor acceptă repornirea instrucțiunilor I / O și schimbarea adresei SMRAM de bază.
Procesoarele EnhancedAm486 sunt desemnate ca
A80486 DX4 - 120 pentru nume (de la stânga la dreapta) sunt descifrate după cum urmează:
Tipul cazului: A u003d PGA-186, S u003d SQFP-208.
Tipul dispozitivului: 80486 Am486.
Versiune: DX4 u003d cu dispunerea frecvenței și FPU, DX2 u003d cu dublarea frecvenței și FPU.
Frecvența (internă), MHz: 120, 100, 80, 75 sau 66.
Familia: S u003d ÎMBUNĂTĂȚIT (cu capacități îmbunătățite).
Tensiunea de alimentare: V u003d 3.3V alimentare, intrările acceptă nivelul de semnal 5V.
Dimensiunea memoriei cache: 8 u003d 8 KB.
Tipul de cache: B u003d Write Back.
Aceste procesoare pot fi instalate în aproape orice placă de bază cu soclul 1, 2 sau 3 care are un regulator de tensiune al procesorului care asigură o tensiune nominală de 3,3 V. Plăcile care nu acceptă modul bus extins vor folosi procesoare numai în modul cache de scriere. Plăcile de bază mai moderne profită din plin de aceste procesoare.
Procesoarele Am5x86-P75, alias AMD-X5-133 - cele mai performante procesoare din clasa 486 - au un sistem de desemnare diferit. Aici o inscripție cu formularul AMD-X5 - 133 ADW înseamnă următoarele:
AMD-X5 este denumirea pentru un procesor cvadruplu.
Frecvență (internă) - 133 MHz.
Tipul pachetului: A u003d PGA-168, S u003d SQFP-208.
Tensiunea de alimentare: D u003d 3,45 V, F u003d 3,3 V.
Temperatura admisibilă a cazului: W u003d 55 o C, Z u003d 85 o C.
Deși aceste procesoare sunt identice în interfață cu procesoarele EnhancedAm486, ele nu pot fi utilizate pe toate plăcile de sistem 486. Uneori motivul stă în versiunea BIOS, a cărei înlocuire duce la rezultatul dorit. Uneori trebuie să reduceți factorul de multiplicare (dacă placa are un jumper care vă permite să aplicați un nivel scăzut pinului CLIKMUL). Cu toate acestea, în acest caz procesorul devine un analog al DX-100 sau DX4-120, în funcție de frecvența de intrare selectată.
În afară de procesoarele Intel și AMD, există produse de la alte companii cu magistrala de procesor 486. Acestea includ următoarele:
Procesoare ferme Cyrix :
Cx486DX are o FPU mai eficientă în comparație cu altele. Procesoarele Cx486DX2-66 și Cx486DX4-100 au un cache de scriere (WB), care sunt apropiați în parametri de modelele AMD corespunzătoare.
CYRIX 5x86-100 și 5x86-120 sunt aproape de a cincea generație în arhitectura lor internă (de exemplu, au o predicție dinamică a ramurilor), dar magistrala externă 486 a procesorului este cu modul extins (memoria cache funcționează cu scriere). Performanța lor este semnificativ mai mare decât 486 de procesoare Intel și AMD cu aceleași viteze de ceas. Problemele legate de instalarea acestui procesor sunt de obicei legate de lipsa suportului său specific versiunea BIOS... În plus, unele programe, în special cele scrise utilizând sistemul Clipper, pot „atârna” acest procesor. Cyrix explică acest fenomen prin faptul că întârzierile implementate în ciclurile de program în acest procesor vor fi semnificativ mai puțin importante decât în u200bu200bprocesoarele din a patra generație (partea inversă a predicției ramurilor). Pentru a „vindeca” această „boală”, sunt oferite programe speciale de întârziere, care dezactivează evident „excesele” arhitecturale și, de exemplu, fișierele Patch („patch-uri”) sunt oferite pentru a utiliza pachetul 3D-Studio cu aceste procesoare.
Procesoare ferme IBM .
486BL2, 486Bl3 (BlueLighting - fulger) - varianta 486SX cu multiplicare de frecvență de 2-3x fără BurstMode, alimentare de 3,3V și consum redus. Nu există avantaje majore în spatele numelui sonor.
În ciuda desemnării, procesoarele 486SLC și 486DLC sunt destinate să înlocuiască respectiv 386SX și 386DX - carcasa și interfața lor nu sunt legate de magistrala standard a 486 procesoare.
Procesoare ferme Texas Instruments .
TIDX2-80 și TIDX4-100 sunt aproape de 486 de procesoare AMD similare.
CONCLUZIE
Unitate centrală de procesare (CPU) - un dispozitiv funcțional complet controlat de software pentru procesarea informațiilor, realizat pe unul sau mai multe VLSI. ... Procesorul într-o anumită secvență selectează instrucțiunile din memorie și le execută
Într-un sistem multiprocesor, funcțiile procesorului central sunt distribuite între mai multe procesoare, de obicei identice, pentru a îmbunătăți performanța generală a sistemului, iar unul dintre ele este desemnat ca procesor principal. ... Ultima sa dezvoltare este procesorul IntelCore, care a fost lansat la începutul anului 2006.
Intel furnizează o versiune simplificată a procesorului Pentium 4 numit Celeron, care reprezintă jumătate din prețul procesorului de bază. Dar trebuie remarcat faptul că ultimele modele procesoare Celeron nu sunt în nici un fel inferiori „fratelui mai mare” și chiar în unele cazuri îl depășesc.
Procesoarele au capacitatea de a reduce consumul de energie în modul inactiv (instrumente similare au apărut în procesoarele Pentium începând doar din a doua generație).
Lista literaturii folosite.
1. Voroisky FS Informatics. Manualul Dicționarului Enciclopediei: o introducere în termeni și fapte în tehnologiile moderne de informație și telecomunicații. - M.: FIZMATLIT, 2006. - 768 p.
2. Gridina E. A. Limba rusă modernă. Formarea cuvintelor: teorie, algoritmi de analiză, instruire. Manual / T. A. Gridina, N. I. Konovalova. - a 2-a ed. - M.: Nauka: Flinta, 2008 .-- 160 p.
3. Atelier Magilev PK despre informatică, -Izd. 2, 2005
4. McCormick D. Secretele muncii în Windows, Word, WordExcel. Ghidul pentru începători complet: Per. din engleza I. Timonina. - Kharkiv: „Clubul de carte al Clubului de acces la familie”, 2008yu - 240 p .: Ill.
5. Makarova, Informatică. Atelier despre tehnologia de lucru pe computer. - Editat de / Makarova, -Izd. 3, 2005.
6. Sobol BV Informatică: manual / BV Sobol și colab. 3, adăugați. și revizuit - Rostov n / a: Phoenix, 2007. - 446 p.
7. Dicționar etimologic al limbii ruse pentru școlari și studenți. Peste 1000 de cuvinte / Comp. E. Gruben. - M.: LOKID - presă, 2007 .-- 576 p.
8. Yagudin R. M. Limba rusă. Gramatică. Ortografie. Punctuaţie. : Ref. - ediția a IV-a, ștearsă. - Ufa: Bashkortostan, 2005.280 p.
INTRODUCERE ………………………………………………………………. Procesoare. Programare. Principalele caracteristici ............................. 2. Generarea procesorului ………………………………………………. 3. Memoria procesorului ……………………………. ………………………… 4. Marcare. Principalii designeri și producători …………… Concluzie ……………………………………………………………… ... Lista literaturii uzate. ………………………………. …….
Introducere.
Procesor este principala unitate „creier”, a cărei sarcină este de a executa codul programului în memorie. În prezent, cuvântul „procesor” înseamnă un microprocesor - un microcircuit care, pe lângă propriul procesor, poate conține și alte noduri, precum memoria cache. Procesorul selectează instrucțiunile din memorie într-o anumită secvență și le execută. Instrucțiunile procesorului sunt destinate trimiterii și procesării analizei datelor situate în spațiile de memorie și porturilor I / O, precum și organizarea ramurilor și tranzițiilor către procesoarele de calcul. Calculatorul trebuie să aibă un procesor central (CPU - Central Processing Unit) care execută programul principal. Într-un sistem multiprocesor, funcțiile unității centrale de procesare sunt distribuite între mai multe procesoare identice de obicei pentru a îmbunătăți performanța generală a sistemului și unul dintre ele este desemnat ca master. Pentru a ajuta procesorul central, computerul este adesea introdus coprocesoareaxat pe performanță eficientă pentru orice funcții specifice. Răspândit coprocesoare matematicecare gestionează în mod eficient datele numerice în virgulă mobilă ; coprocesoare graficerealizarea construcțiilor geometrice și prelucrarea imaginilor grafice: coprocesoare I / O, descărcarea procesorului central de la operațiuni nu complexe, dar numeroase, de interacțiune cu dispozitive periferice. Sunt posibile și alte coprocesoare, dar toate acestea nu sunt independente - execuția procesorului principal este realizată de procesorul central, care, în conformitate cu programul, emite „sarcini” coprocesoarelor pentru a-și executa „părțile”.
1. Procesoare. Programare. Principalele caracteristici.
PROCESOR.
Unitate centrală de procesare (CPU) - un dispozitiv complet funcțional de procesare a informației controlat de software, realizat pe unul sau mai multe VLSI. În computerele personale moderne ale diferitelor companii, sunt utilizate procesoare de două arhitecturi principale:
Set complet de instrucțiuni cu lungime variabilă - Calculator complex de instrucțiuni (CISC); Calculator de set de instrucțiuni redus (RISC).
Întreaga gamă de procesoare Intel instalate în computerele personale IBM sunt arhitectură CISC, în timp ce procesoarele Motorola utilizate de Apple pentru computerele personale sunt arhitectură RISC. Ambele arhitecturi au propriile avantaje și dezavantaje. Deci, procesoarele CISC au un set extins de instrucțiuni (până la 400), din care programatorul poate alege comanda cea mai potrivită pentru el în acest caz. Dezavantajul acestei arhitecturi constă în faptul că un set mare de instrucțiuni complică dispozitivul de control intern al procesorului, crește timpul de execuție al comenzii firmware-ului. Comenzile au lungimi și timpi de execuție diferite.
RISC - arhitectura are un set limitat de instrucțiuni și fiecare instrucțiune este executată într-un ciclu al procesorului. Un număr mic de comenzi simplifică unitatea de control a procesorului. Dezavantajele arhitecturii RISC includ faptul că, dacă comanda necesară nu se află în set, programatorul este forțat să o implementeze folosind mai multe comenzi din setul existent, mărind dimensiunea codului programului.
O diagramă simplificată a procesorului, care reflectă principalele caracteristici ale arhitecturii micro-strat, este prezentată în Fig. 1. Cea mai complexă unitate funcțională a procesorului este unitatea de execuție a comenzilor. Contine
Registrul general microinstrucțiuni Decodor Controlor
Anvelopă anvelopă anvelopă
Adrese de date de control
Tampon de comandăcare stochează una sau mai multe comenzi succesive ale programului; citește următoarele comenzi din memorie în timp ce se execută următoarea comandă, reducând timpul necesar recuperării acesteia din memorie; Decodor de comandă decriptează codul de operație al comenzii următoare și îl convertește la adresa de la începutul microprogramului, care implementează executarea comenzii; Controlarea selecției următoarei microinstrucțiunieste un procesor mic care funcționează pe principiul von Neumann; are propriul contor de microinstrucțiuni, care selectează automat următoarea microinstrucțiune din ROM-ul de microinstrucțiuni; Depozitare persistentă (ROM) microinstrucțiunea este un dispozitiv de memorie în care informațiile sunt scrise o dată și apoi pot fi citite numai; O caracteristică distinctivă a ROM este că informațiile înregistrate în ea sunt stocate atât timp cât este necesar și nu necesită o tensiune de alimentare constantă.
Adresa primită de la decodorul de comandă este scrisă în contorul de micro-comenzi al eșantionatorului și începe procesul de procesare a secvenței de micro-comenzi. Fiecare bit al microinstrucțiunii este asociat cu o intrare de control a unui dispozitiv funcțional. Deci, de exemplu, intrările de control ale registrului de stocare „Resetare”, „Scriere”, „Citire” sunt conectate la biții corespunzători ai microinstrucțiunii. Numărul total de biți de microinstrucțiuni poate varia de la câteva sute la câteva mii și este egal cu numărul total de intrări de control ale tuturor dispozitivelor funcționale ale procesorului. Unele dintre biții microinstrucțiunii sunt alimentate către unitatea de control pentru eșantionarea următoarei microinstrucțiuni și sunt utilizate pentru a organiza tranziții condiționale și bucle, deoarece algoritmii de procesare a comenzilor pot fi destul de complexi.
Selectarea următoarei microinstrucțiuni se efectuează după un anumit interval de timp, care, la rândul său, depinde de timpul de execuție al microinstrucțiunii anterioare. Se numește frecvența cu care se prelevează microinstrucțiunile frecvența ceasului procesor. Viteza ceasului este o caracteristică importantă a procesorului, deoarece determină viteza la care procesorul execută instrucțiunile și, în cele din urmă, viteza procesorului.
Unitate logică aritmetică (ALU) este conceput pentru a efectua operații aritmetice și logice de transformare a informațiilor. Funcțional, ALU constă din mai multe registre speciale, rezumate de dimensiuni mari și scheme de control local.
Registrele cu scop general (RON) sunt utilizate pentru a stoca temporar operanzii comenzii care se execută și rezultatele calculelor, precum și pentru a stoca adresele celulelor de memorie sau porturilor I / O pentru comenzile care accesează memoria și dispozitivele externe. Trebuie remarcat faptul că, dacă operanzii instrucțiunii sunt stocate în lei, atunci timpul de execuție al instrucțiunii este semnificativ redus. Unul dintre motivele pentru care programatorii apelează uneori la programarea în limbajul instrucțiunilor mașinii este utilizarea cea mai completă a RON pentru a obține performanțe maxime atunci când execută programe critice în timp.
Să luăm în considerare pe scurt caracteristicile procesoarelor utilizate în computerele moderne, cum ar fi IBM PC. Multe companii produc procesoare pentru aceste PC-uri, dar Intel este modelul de tendințe aici. Ultima sa dezvoltare este procesorul Intel Core, care a fost lansat la începutul anului 2006. Principalele caracteristici ale arhitecturii Intel Core includ următoarele:
Are un cache intern special de 2 MB; S-a adăugat magistrala de arbitraj, care reduce sarcina pe magistrala de sistem; Microarhitectura internă a procesorului se bazează pe două nuclee - conducte de instrucțiuni paralele (arhitectură suprascalară) care execută mai multe instrucțiuni simultan în 12 faze diferite de procesare (citire, decodificare, încărcare operanzi, execuție etc.). Conductele se termină cu două ALU-uri: o ALU care rulează la dublul frecvenței procesorului pentru instrucțiuni aritmetice și logice scurte și o ALU pentru instrucțiuni lente; A fost introdus managementul energiei de bază, care include o unitate de control al temperaturii capabilă să gestioneze separat energia de la fiecare nucleu.
Intel furnizează o versiune simplificată a procesorului Pentium 4 numit Celeron, care reprezintă jumătate din prețul procesorului de bază. Dar trebuie remarcat faptul că ultimele modele de procesoare Celeron nu sunt în niciun fel inferioare „fratelui lor mare” și chiar îl depășesc în unele cazuri.
AMD (Avansat Micro Dispozitive) lansează procesoare compatibile cu setul de instrucțiuni Intel Pentium 4 - Athlon (K7). Acest procesor se bazează pe o arhitectură suprascalară cu trei conducte de instrucțiuni care funcționează în paralel și capabile să proceseze până la nouă instrucțiuni pe ciclu de procesor. Testarea procesorului K7 și compararea acestuia cu Pentium 4 arată că K7 nu este inferior acestuia și chiar îl depășește în unele cazuri. Procesorul Athlon costă cu 20-30% mai puțin decât procesorul Intel. Procesorul K7 necesită propria sa magistrală pentru funcționarea sa, care este incompatibilă cu magistrala Pentium 4. Prin urmare, înlocuirea unui tip de procesor cu alta necesită înlocuirea plăcii de bază pe care se află chipset-ul principalelor dispozitive funcționale ale PC-ului.
Generarea procesorului.
Informații despre procesorul computerului, valoarea acestuia, tehnologia de fabricație, precum și caracteristicile care trebuie luate în considerare la alegerea și achiziționarea acestuia.
Ce este un procesor și cum funcționează
Procesor (microprocesor, unitate centrală de procesare, CPU, derulat - „procent”, „piatră”) - un microcircuit complex, care este componenta principală a oricărui computer. Acest dispozitiv procesează informații, execută comenzile utilizatorului și controlează alte părți ale computerului.
De mulți ani, principalii producători de procesoare sunt companii americane Intel și AMD (Microaparate avansate). Există, desigur, alți producători demni, dar sunt departe de nivelul acestor lideri.
Intel și AMD concurează în permanență pentru conducerea în fabricarea unor procesoare din ce în ce mai puternice și accesibile, investind fonduri uriașe și mult efort în dezvoltare. Concurența lor este un factor important care contribuie la dezvoltarea rapidă a acestei industrii.
Extern central procesor nu reprezintă nimic remarcabil - o placă mică (aproximativ 7 x 7 cm) cu multe contacte pe o parte și o cutie metalică plată pe cealaltă. Dar, de fapt, cea mai complexă microstructură de milioane de tranzistoare este stocată în interiorul acestei cutii.
Cum sunt realizate procesoarele. Ce este un proces tehnic
Principalul material în fabricarea procesoarelor este cel mai comun nisip, sau mai bine zis siliciu, din care aproximativ 30% în compoziția scoarței terestre. Siliciul purificat este mai întâi transformat într-un cristal unic cilindric mare, care este tăiat în „clătite” gros de aproximativ 1 mm.
Apoi, folosind tehnologia fotolitografiei, se creează în ele structuri semiconductoare ale viitoarelor procesoare.
Fotolitografie este oarecum similar cu procesul de imprimare a fotografiilor din film, când lumina, trecând prin negativ, acționează pe suprafața hârtiei fotografice și proiectează o imagine pe ea.
La fabricarea procesoarelor, „clătitele” din siliciu menționate mai sus acționează ca un fel de hârtie fotografică. Rolul luminii este jucat de ionii de bor accelerați la o viteză extraordinară de către un accelerator de înaltă tensiune. Acestea sunt trecute prin „șabloane” speciale - sisteme de lentile și oglinzi de înaltă precizie, impregnate în siliciu și creează o structură microscopică în el din mulți tranzistori.
Tehnologia de astăzi face posibilă crearea de tranzistoare de până la 22 nanometri (grosimea unui păr uman este de aproximativ 50.000 nm). În timp, procesul de fabricație pentru procesoare va deveni și mai bun. Se anticipează că tranzistoarele lor se vor micșora la cel puțin 14nm.
Cu cât mai subțire proces tehnic - cu cât pot fi plasate mai multe tranzistoare într-un singur procesor, cu atât va fi mai eficient și mai eficient din punct de vedere energetic.
Structura semiconductoare creată în acest mod este decupată dintr-o „clătită” de cuarț și plasată pe un textolit. Pe verso, contactele sunt scoase afară pentru a asigura conexiunea la placa de baza ... Deasupra cristalului este protejat împotriva deteriorării de către un capac metalic (vezi imaginea de mai sus).
Conceptul de arhitectură, nucleu, revizuirea procesorului
Procesoarele au trecut printr-o evoluție dificilă și acum continuă să evolueze. Producătorii îmbunătățesc nu numai tehnologia de fabricație, ci și structura internă a procesoarelor. Fiecare nouă generație a acestora diferă de cea anterioară prin structura, cantitatea și caracteristicile elementelor lor constitutive.
Procesoarele care utilizează aceleași principii de proiectare de bază sunt numite procesoare de aceeași arhitectură, iar aceste principii sunt numite arhitectură procesor (microarhitectură).
Procesoarele pot diferi semnificativ în cadrul aceleiași arhitecturi - frecvențele magistralei de sistem, procesul de fabricație, dimensiunea și structura memoriei interne și alte caracteristici. Se spune că astfel de procesoare au diferite miezuri.
Ca parte a rafinamentului unui nucleu, producătorii pot face mici modificări pentru a elimina erorile minore. Astfel de îmbunătățiri care nu se califică pentru titlul de nuclee independente sunt numite revizuiri.
Arhitecturilor și nucleelor u200bu200bli se atribuie nume specifice, iar reviziile lor sunt atribuite denumiri alfanumerice. De exemplu, toate modele Intel Core 2 Duo sunt procesoare de microarhitectură Intel core și au fost produse cu nuclee Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. Fiecare dintre aceste miezuri a avut, de asemenea, revizuiri diferite.
Principalele caracteristici ale procesorului
Numărul de nuclee de calcul .
Procesoarele multi-core sunt procesoare care conțin două sau mai multe nuclee de calcul pe un singur procesor sau într-un singur pachet.
Multicore, ca modalitate de îmbunătățire a performanțelor procesoarelor, a fost utilizat relativ recent, dar este recunoscut ca fiind cea mai promițătoare direcție în dezvoltarea lor. Pentru computerele de acasă, există deja procesoare cu 8 nuclee. Există oferte cu 12 nuclee pe piață pentru servere (Opteron 6100). Au fost dezvoltate prototipuri de procesor care conțin aproximativ 100 de nuclee.
Eficiența nucleelor u200bu200bde calcul ale diferitelor modele de procesoare diferă. Dar, în orice caz, cu cât mai multe dintre ele (nuclee), cu atât procesorul este mai eficient.
Numărul de fire .
Cu cât sunt mai multe fluxuri, cu atât mai bine. Numărul de fire nu se potrivește întotdeauna cu numărul de nuclee de procesor. Deci, datorită tehnologie Hyper-ThreadingProcesorul Intel Core i7-3820 cu 4 nuclee funcționează în 8 fire și este în multe privințe înaintea concurenților cu 6 nuclee.
Dimensiunea cache 2 și 3 niveluri .
O memorie cache este o memorie internă foarte rapidă a procesorului, pe care o folosește ca tampon pentru a stoca temporar informațiile procesate într-un anumit moment. Cu cât este mai mare memoria cache, cu atât mai bine.
Nu structura tuturor procesoare moderne prevede prezența unui cache de nivel 3, deși acesta nu este un moment critic. Deci, conform rezultatelor multor teste, performanța procesorelor Intel Core 2 Quadro, care au fost produse din 2007 până în 2011 și nu aveau un cache de nivel 3, chiar și acum arată decent. Este adevărat, memoria cache de nivelul 2 este destul de mare.
Frecvența procesorului .
Totul este simplu aici - cu cât frecvența procesorului este mai mare, cu atât este mai eficientă.
Viteza magistralei procesorului (FSB, HyperTransport sau QPI).
Prin acest autobuz, procesorul central comunică cu placa de bază. Viteza (frecvența) sa este măsurată în megahertz și cu cât este mai mare, cu atât este mai bună.
Proces tehnic .
Conceptul de flux de lucru a fost discutat în paragraful anterior al acestui articol. Cu cât tehnologia de proces utilizată este mai subțire, cu atât procesorul conține mai multe tranzistoare, consumă mai puțină energie electrică și se încălzește mai puțin. O altă caracteristică importantă a procesorului, TDP, depinde în mare măsură de procesul tehnic.
TDP .
Termal Design Point este un indicator care afișează consumul de energie al procesorului, precum și cantitatea de căldură generată de acesta în timpul funcționării. Unitatea de măsură este W (W). TDP depinde de mulți factori, printre care principalii sunt numărul de nuclee, procesul de fabricație și frecvența procesorului.
Printre alte avantaje, procesoarele „reci” (cu un TDP de până la 100 W) sunt mai bine overclockate atunci când utilizatorul modifică unele setări ale sistemului, în urma cărora crește frecvența procesorului. Overclockarea vă permite să măriți performanța procesorului cu 15 - 25% fără investiții financiare suplimentare, dar acesta este un subiect separat.
În același timp, problema cu TDP ridicat poate fi întotdeauna rezolvată prin achiziționarea unui sistem de răcire eficient (a se vedea ultimul paragraf al acestui articol).
Disponibilitatea și performanța nucleului video .
Progresele tehnice recente au permis producătorilor, pe lângă nucleele de calcul, să includă nucleele grafice în procesoare. Astfel de procesoare, pe lângă rezolvarea sarcinilor lor principale, pot juca rolul unei plăci video. Unii dintre ei sunt destul de capabili să joace jocuri pe calculator, ca să nu mai vorbim de vizionarea de filme, lucrul cu text și alte sarcini.
Dacă jocurile video nu sunt scopul principal al unui computer, un procesor cu un computer integrat nucleu grafic va economisi la achiziționarea unui separat adaptor grafic.
Tipul și viteza maximă a memoriei RAM acceptate .
Aceste caracteristici ale procesorului trebuie luate în considerare la alegerea memoriei RAM cu care va fi utilizat. Nu are rost să plătiți în exces pentru modulele RAM rapide, dacă procesorul nu își poate aduce toate avantajele.
Ce este o priză
Un punct important de luat în considerare atunci când alegeți un procesor este tipul de soclu pe care este destinat să fie instalat.
Priză (soclu, soclu CPU) - Acesta este un slot sau soclu pe placa de bază unde este instalat procesorul.
Fiecare procesor poate fi instalat doar pe o placă de bază cu o priză adecvată, având dimensiunile corespunzătoare, numărul și structura necesare ale elementelor de contact.
Fiecare soclu nou este dezvoltat de producătorii de procesoare, când capacitățile vechilor conectori nu mai pot asigura funcționarea normală a noilor produse.
Pentru procesoarele Intel, soclul LGA775 ( procesoare Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, seria Xeon 3000, Core 2 Quad). Odată cu începutul producției unei linii de procesoare noi, au fost introduse soclurile LGA1366, LGA1156, LGA1155 (procesoare i7, i5, i3) etc.
Soclurile pentru procesoarele AMD s-au schimbat și în ultimii ani - AM2, AM2 +, AM3 etc. Cred că nu are rost să amintim socket-urile anterioare, deoarece computerele bazate pe ele sunt deja o raritate.
Dacă aveți în vedere actualizarea computer vechi prin dobândirea mai multor procesor productiv, asigurați-vă că soclul se va potrivi cu vechiul dvs. placa de baza... În caz contrar, va trebui cu siguranță să o schimbați.
Instalați CPU în soclul plăcii de bază cu atenție, astfel încât să nu deteriorați contactele.
Sistem de răcire a procesorului
Procesorul are nevoie de o răcire adecvată sau ar putea eșua.
După cum știți, suprafața superioară a procesorului este o cutie metalică care îndeplinește, pe lângă funcții de protecție, și funcții de radiator. Un sistem de răcire este instalat deasupra procesorului de pe placa de bază. Radiatoarele sale trebuie să fie strâns lipite de suprafața procesorului.
Pentru a îmbunătăți transferul de căldură de la procesor la radiatorul sistemului de răcire, este plasat între ele un strat de pastă termică - o substanță specială, de tip pastă, cu conductivitate termică ridicată.
Atunci când alegeți un sistem de răcire a procesorului, trebuie să țineți cont de TDP-ul acestuia (discutat mai sus în paragraful privind caracteristicile procesorului).
Procesoarele sunt de obicei vândute într-un așa-numit opțiune de livrare la cutie, când un kit de răcire standard este inclus în kit - un răcitor cu cutie. Dar, uneori, eficiența unui astfel de cooler este insuficientă (de exemplu, dacă frecvența procesorului a fost overclockată și, în consecință, TDP-ul său a crescut).
Temperatura normală funcționarea procesorului - până la 50 de grade Celsius (la sarcini de vârf, este posibil un pic mai mult). Instrumentele de măsurare a temperaturii sunt încorporate în procesorul central. Cu ajutorul programelor speciale, temperatura poate fi monitorizată în timp real (de exemplu, cu programul SpeedFan).
Un procesor modern este proiectat în așa fel încât, atunci când atinge o temperatură critică, se oprește și nu pornește până nu se răcește. Acest lucru previne deteriorarea cauzată de temperaturile ridicate.
Supraîncălzirea este posibilă datorită eficienței reduse a sistemului de răcire, defectării acestuia, înfundării cu praf, uscării pastei termice etc.
Informatică și informații: definiția informaticii; conceptul de informație, sv-va, definiția cantității și a unității de măsură.
Fundamentul științific al procesului de informatizare a societății este o nouă disciplină științifică - informatica. Există multe definiții ale informaticii, care este asociată cu versatilitatea funcțiilor, capacităților, instrumentelor și metodelor sale. Informatică Este un domeniu al activității umane asociat cu procesele de transformare a informațiilor folosind calculatoare și interacțiunea acestora cu mediul de utilizare.
Termenul de informatică a apărut în Franța între 60 și 70 de ani pentru denumirea domeniului care se ocupă cu prelucrarea informațiilor folosind calculatoare electronice.
Scopul informaticii - obținerea de cunoștințe generalizate despre tehnică, software un computer personal, dobândirea de abilități în construcția algoritmilor și programelor și soluția lor pe un computer.
Sarcini de informatică:
1. Cercetarea proceselor informaționale de orice natură.
2. Dezvoltarea tehnologiei informației și crearea celei mai noi tehnologii pentru prelucrarea informațiilor.
3. Soluționarea problemelor științifice, economice și de inginerie folosind un computer personal.
Functie principala informatica este dezvoltarea de metode și instrumente pentru transformarea informațiilor și utilizarea acestora în organizație proces tehnologic procesarea informatiei.
Termenul de informatică este utilizat nu numai pentru a reflecta realizările tehnologiei computerelor, ci și pentru procesele de transmitere și prelucrare a informațiilor.
Concept informație este un concept fundamental al informaticii. Orice activitate umană este un proces de colectare și prelucrare a informațiilor, luarea deciziilor bazate pe acestea și punerea lor în aplicare. informație- informații despre obiecte și fenomene ale mediului, parametrii, proprietățile și starea acestora, care reduc gradul de incertitudine și incompletitudinea cunoștințelor despre acestea.
Proprietăți informație:
1. Relevanță - capacitatea informațiilor de a satisface nevoile consumatorului.
2. Completitudine - proprietatea informațiilor de a caracteriza în mod cuprinzător obiectul luat în considerare.
3. Actualitatea - capacitatea informațiilor de a satisface nevoile consumatorului la momentul potrivit.
4. Fiabilitate - proprietatea informațiilor de a nu avea erori ascunse.
5. Accesibilitatea este o proprietate a informațiilor care caracterizează posibilitatea primirii acestora de către un anumit consumator.
6. Securitate - o proprietate care caracterizează imposibilitatea utilizării sau modificării neautorizate.
7. Ergonomia este o proprietate care caracterizează comoditatea formei și volumului de informații din punctul de vedere al unui consumator dat.
Cantitatea de informațiise numește caracteristica numerică a semnalului, reflectând gradul de incertitudine (incompletitudinea cunoștințelor) care dispare după primirea unui mesaj sub forma unui semnal dat. Această măsură a incertitudinii în teoria informației se numește entropie,iar modul de măsurare a cantității de informații se numește - entropic . Se apelează cantitatea de informații care poate fi obținută atunci când răspundeți la o întrebare precum „da-nu” pic (Bit englezesc - prescurtare pentru cifră binară - unitate binară). Bit este cea mai mică unitate de informații, de când este imposibil să obțineți informații mai mici de 1 bit. Relația dintre cantitatea de informații și numărul de stări ale sistemului este stabilită prin formula Hartley:
unde i este cantitatea de informații în biți;
N este numărul de stări posibile.
Aceeași formulă poate fi prezentată diferit:
Se numește un grup de 8 biți de informații octet ... Dacă un bit este unitatea minimă de informații, atunci octetul este unitatea sa de bază. Există unități de informații derivate: kilobyte (KB, KB), megabyte (MB, MB) și gigabyte (GB, GB).
1 KB u003d 1024 octeți u003d 2 10 (1024) octeți.
1 MB u003d 1024 KB u003d 2 20 (1024 1024) octeți.
1 GB u003d 1024 MB u003d 2 30 (1024 1024 1024) octeți.
Aceste unități sunt utilizate cel mai adesea pentru a indica cantitatea de memorie a computerului.
Procese informaționale și caracteristicile acestora: definiții ale proceselor informaționale, procese de colectare, transfer, acumulare, procesare a informațiilor, caracteristicile lor generale cu exemple.
Se numesc procesele care colectează, transmit, procesează și acumulează informații informațional.
1. Colectarea informațiilor Este procesul de obținere a informațiilor din lumea exterioară și de aducere a acestora la forma standard pentru un anumit sistem informațional
Schimbul de informații între sistemul de recepție și mediu se realizează prin intermediul semnalelor. Purtătorul de semnal poate fi sunet, lumină, curent electric, câmp magnetic etc.
Procesul de procesare a semnalului poate fi caracterizat prin următorii pași:
1. Semnalul primar este convertit de senzor într-un semnal electric echivalent (curent electric).
2. Semnalul secundar (electric) este digitalizat de un dispozitiv special - un convertor analog-digital (ADC). ADC atribuie un anumit număr magnitudinii semnalului electric. Un senzor și un ADC conectate împreună alcătuiesc un contor digital.
3. Dacă acest dispozitiv este echipat cu un dispozitiv pentru stocarea valorii măsurate - un registru, atunci la comanda de pe computer, acest număr poate fi introdus în mașină și supus procesării necesare.
Sistemele moderne de colectare a informațiilor pot include mii de instrumente de măsurare digitale și tot felul de dispozitive de introducere a informațiilor (de la o persoană la un computer, de la un computer la un computer etc.).
2. Transfer (schimb) de informații Este un proces în timpul căruia sursa de informații o transmite, iar destinatarul o primește. Dacă se găsesc erori în mesajele transmise, atunci se organizează o retransmisie a acestor informații. Ca urmare a schimbului de informații între sursă și destinatar, se stabilește un fel de „echilibru informațional”, în care, în mod ideal, destinatarul va avea aceleași informații ca sursa.
Schimbul de informații se realizează folosind semnale care sunt purtătorul său material. Sursele de informații pot fi orice obiecte ale lumii reale cu anumite proprietăți și abilități. Dacă un obiect aparține naturii neînsuflețite, atunci generează semnale care îi reflectă direct proprietățile. Dacă obiectul-sursă este o persoană, atunci semnalele generate de aceasta nu numai că pot reflecta în mod direct proprietățile sale, ci pot corespunde și acelor semne pe care le dezvoltă o persoană pentru a face schimb de informații.
Transferul de informații se efectuează căi diferite: prin curier, poștă, livrare de vehicule, transmisie de la distanță prin canale de comunicații. Transmiterea la distanță prin canalele de comunicație reduce timpul de transmisie a datelor. Pentru implementarea sa, sunt necesare mijloace tehnice speciale. Unele mijloace tehnice de colectare și înregistrare, care colectează automat informații de la senzorii instalați la locurile de muncă, le transmit unui computer. Atât informațiile primare din locurile de origine, cât și rezultatele în direcția opusă pot fi transmise de la distanță. În acest caz, informațiile rezultate se reflectă pe diferite dispozitive: afișaje, plăci, imprimante. Primirea de informații prin canalele de comunicații către centrul de procesare se efectuează în principal în două moduri: pe un suport de mașină sau direct într-un computer folosind software și hardware special.
3. Acumulareainformație - procesul de formare a unei matrice inițiale, nesistematizate de informații. Destinatarul poate utiliza informațiile primite în mod repetat. În acest scop, el trebuie să-l fixeze pe un suport material (magnetic, foto, film etc.). Semnalele înregistrate pot include cele care reprezintă informații valoroase sau utilizate în mod obișnuit. Este posibil ca unele informații dintr-un moment dat să nu aibă o valoare specială, deși ar putea fi necesare în viitor. Acumularea și stocarea informațiilor este cauzată de utilizarea repetată a acesteia, utilizarea informațiilor constante, necesitatea completării datelor primare pentru prelucrarea lor.
4. Prelucrarea informațiilor Este un proces ordonat al transformării sale în conformitate cu algoritmul de rezolvare a problemei. Procesul decizional este determinat de algoritmul de calcul adoptat.
Prelucrarea computerizată a informațiilor presupune soluționarea problemelor de calcul secvențial-paralele în timp. Acest lucru este posibil dacă există o anumită organizare a procesului de calcul. O sarcină de calcul este formată dintr-o sursă de sarcină de calcul (IVZ). O sarcină de calcul, după cum este necesar pentru o soluție, face cereri către sistemul de calcul.
Arhitectura computerului: definiții ale unui computer, arhitectura și structura unui computer; baza și principiul unui computer, conceptul unei comenzi; principiile logice generale ale funcționării computerului; principalele dispozitive ale computerului și funcțiile acestora.
Un computer (computer englez - calculator) este un dispozitiv electronic programabil capabil să proceseze date și să efectueze calcule, precum și să îndeplinească alte sarcini de manipulare a caracterelor. Există două clase principale de computere: digital computere care procesează date sub formă de coduri binare; analogic calculatoare care procesează cantități fizice în continuă schimbare (tensiune electrică, timp etc.), care sunt analoage cu mărimile calculate.
Baza computerelor este echipament (HardWare ), construit în principal utilizând elemente și dispozitive electronice și electromecanice. Principiul de funcționare a computerelor este de a efectua programe (SoftWare ) - secvențe predefinite, bine definite, de operații aritmetice, logice și de altă natură.
Orice program de calculator este o secvență de individ echipe.
Comanda este o descriere a operației pe care trebuie să o efectueze computerul. De regulă, echipa are propriile sale codul (simbol), date inițiale (operanzi) și rezultat... Rezultatul unei comenzi este generat conform regulilor care sunt definite cu precizie pentru această comandă și încorporate în proiectarea computerului.
Se numește setul de comenzi executate de acest computer sistemul de comandă a acestui computer. Calculatoarele funcționează la viteze foarte mari, variind de la milioane la sute de milioane de operații pe secundă.
Când se iau în considerare dispozitivele computerizate, este obișnuit să se facă distincția între arhitectura și structura lor.
Arhitectură computerul se numește descrierea sa la un anumit nivel general, inclusiv o descriere a capacităților de programare a utilizatorului, a sistemului de comandă, a sistemului de adresare, a organizării memoriei etc. Arhitectură definește principiile de funcționare, legăturile de informații și interconectarea principalelor noduri logice ale computerului: procesor, memorie operațională, memorie externă și dispozitive periferice. Arhitectura comună a diferitelor computere asigură compatibilitatea acestora din punctul de vedere al utilizatorului.
Structura un computer este o colecție de elemente funcționale și conexiuni între ele. Elementele pot fi o mare varietate de dispozitive - de la principalele noduri logice ale unui computer până la cele mai simple circuite. Structura unui computer este reprezentată grafic sub formă de diagrame structurale, cu ajutorul cărora este posibil să se descrie un computer la orice nivel de detaliu.
Varietatea computerelor moderne este foarte mare. Dar structurile lor se bazează pe principii logice generale permițându-vă să selectați următoarele pe orice computer dispozitive master :
· memorie (dispozitiv de memorie, memorie), format din celule renumerotate;
· procesor care include dispozitiv de control (Uu ) și unitate logică aritmetică (ALU );
· dispozitiv de intrare;
· dispozitiv de ieșire .
Aceste dispozitive sunt conectate canale de comunicatie , prin care se transmit informații.
Principalele dispozitive de calculator și comunicația dintre ele sunt prezentate în diagramă (Figura 5.1). Săgețile îndrăznețe arată căile și direcțiile de mișcare a informațiilor, iar săgețile simple - căile și direcțiile de transmitere a semnalelor de control.
Desen. 5.1. Schema informatică generală
Funcții de memorie:
· Memorarea informațiilor;
Funcțiile procesorului:
Procesor central: scopul, funcțiile și principiile procesorului central; determinarea elementelor principale ale procesorului; principalele sale caracteristici.
Procesor (CPU, de la unitatea centrală de procesare engleză) este componenta principală de lucru a unui computer care efectuează operații aritmetice și logice specificate de program, controlează procesul de calcul și coordonează activitatea tuturor dispozitivelor computerului. Procesorul central conține în general:
· unitate logică aritmetică;
· autobuze de date și adrese de autobuz;
· registre;
· contoare de comandă ;
· cache - memorie mică foarte rapidă (de la 8 la 512 KB);
· Coprocesor matematic al numerelor cu virgulă mobilă.
Funcțiile procesorului:
Procesarea datelor activată un program dat prin efectuarea de operații aritmetice și logice;
· Controlul software al funcționării dispozitivelor computerizate.
Se numește partea procesorului care execută comenzi unitate logică aritmetică ( ALU ), iar cealaltă parte a sa, care îndeplinește funcțiile de control al dispozitivelor, se numește dispozitiv de control ( Uu ). De obicei, aceste două dispozitive sunt alocate pur condiționat, nu sunt separate structural.
Procesorul are un număr de celule de memorie suplimentare specializate numite registre .
Inregistreaza-te îndeplinește funcția de stocare pe termen scurt a unui număr sau comandă. Circuitele electronice speciale pot efectua unele manipulări asupra conținutului unor registre. De exemplu, „decupați” părți individuale ale unei comenzi pentru utilizare ulterioară sau efectuați anumite operații aritmetice pe numere. Elementul principal al registrului este un circuit electronic numit declanșator , care este capabil să stocheze o singură cifră binară (bit de cod binar). Inregistreaza-te este un set de declanșatoare conectate între ele într-un anumit mod printr-un sistem de control comun. Există mai multe tipuri de registre, care diferă în ceea ce privește tipul de operațiuni efectuate. Unele registre importante au propriile lor nume, de exemplu:
· sumator - Registrul ALU participând la executarea fiecărei operațiuni;
· contor de comandă - registru UU, al cărui conținut corespunde adresei următoarei comenzi executate; servește pentru selectarea automată a unui program din celule de memorie secvențiale;
· registru de comandă - Registrul UU pentru stocarea codului de comandă pentru perioada de timp necesară pentru executarea acestuia. Unii dintre biții săi sunt utilizați pentru a stoca codul opțional, restul sunt folosiți pentru a stoca codurile de adresă ale operandului.
Comanda este o descriere a unei operații elementare pe care trebuie să o efectueze un computer.
În general, comanda conține următoarele informații:
· codul operația efectuată;
Liniile directoare pentru determinare operanzi (sau adresele acestora);
Instrucțiuni pentru plasarea primitei rezultat.
În funcție de numărul de operanzi, comenzile sunt:
· Unicast;
· Două adrese;
· Trei adrese;
· Adresa variabilă.
Memoria computerului: definiții și funcții ale memoriei, elemente de stocare (memorie), principalele caracteristici ale memoriei; clasificarea memoriei în conformitate cu metoda de organizare a accesului; definirea memoriei operaționale, super-operaționale, externe.
Memorie - un set de dispozitive individuale care memorează, stochează, emit informații. Funcții de memorie:
· Primirea de informații de pe alte dispozitive;
· Memorarea informațiilor;
· Livrarea informațiilor la cerere către alte dispozitive ale mașinii.
Sunt apelate dispozitive de memorie individuale dispozitive de stocare (Memorie). Memoria computerului este construită din binar elemente de memorie - biți grupate în grupuri de 8 biți numiți octeți . (Unitățile de memorie sunt aceleași cu unitățile de informații). Toți octeții sunt numerotați. Numărul de octeți se numește abordare . Octetii pot fi combinați în celule, care sunt, de asemenea, numite in cuvinte . Cele mai mari sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă unități derivate Capacitate de memorie: Kilobyte, Megabyte, Gigabyteși, de asemenea, în timpuri recente, Terabyte și Petabyte.
Performanța computerelor este în mare măsură determinată de compoziția și caracteristicile dispozitivelor de stocare individuale, care se disting prin principiul de funcționare, caracteristicile tehnice și scopurile. Operații de bază cu memorie - procedura de scriere, procedura de citire (preluare). Scrierea și citirea se mai numesc accesuri la memorie. Pentru un acces la memorie, diferite unități de date (octet, cuvânt, cuvânt dublu, bloc) sunt „procesate” pentru diferite dispozitive. Principalul specificații – capacitate , viteză (timpul de acces la memorie) În unele dispozitive de memorie, citirea datelor este însoțită de distrugerea lor. În acest caz, ciclul de acces la memorie trebuie să conțină întotdeauna regenerarea datelor (tip de memorie dinamică). Acest ciclu constă din trei pași: timpul de la începutul operațiunii de acces până în momentul în care datele devin disponibile (timpul de acces); Ø citire; Ø regenerare; Ø procedura de înregistrare: Ø timpul de acces; Ø timpul de pregătire (aducerea starea inițială suprafete disc magnetic la înregistrare) Ø înregistrare;
În funcție de tipul de operațiuni implementate, memoria poate fi bilateral (memorie cu orice acces) și unilateral ... A doua latură permite citirea-scrierea. Memoria unilaterală este numai în citire sau numai în scriere.
Conform metodei de organizare a accesului la date, toate dispozitivele de stocare sunt împărțite în:
· Memorie cu acces aleator ... Ciclul de circulație al acestor dispozitive nu depinde de locul în care datele solicitate se află în memorie. Această metodă de acces este tipică pentru dispozitivele cu memorie semiconductoare. Numărul de biți de date scrise simultan într-un singur acces se numește lățime de eșantionare (acces). Astfel de dispozitive includ acele dispozitive de stocare, accesul la care ar trebui să fie foarte rapid (RAM, memorie cache)
· Memorie cu acces direct sau ciclic ... În astfel de dispozitive, mediul de stocare se rotește continuu. Ca urmare, datele necesare sunt disponibile pentru citire-scriere după o anumită perioadă de timp fixată. Astfel de dispozitive de stocare se numesc dispozitive de stocare cu acces ciclic (de exemplu, hard disk).
· Memorie secvențială ... Cu acces secvențial, înainte de a găsi secțiunea dorită a memoriei, trebuie să „vizualizați” fie toate secțiunile anterioare ale memoriei, fie precedentele secvențial una după alta (unitate de bandă).
Există două tipuri principale de memorie - intern și extern
Berbec (OP) oferă stocarea informațiilor care sunt utilizate direct de procesor (ALU, UU) în timpul executării programelor, prin urmare caracteristicile sale afectează în mod direct performanța computerului. Viteza memoriei este mai mică decât viteza procesorului (7ns - timp de acces la memorie, la procesor de 5 ori mai puțin). LA calculatoare moderne există memorie super rapidă ( cache ) Este un buffer între procesor și OP. Cache-ul are o capacitate mică și oferă stocare temporară a zonelor de program active, a zonelor de date active și a unor informații despre servicii pentru gestionarea procesului de calcul. Schimbul dintre cache și OP are loc bloc cu bloc. Un registru este situat la aproximativ același nivel, a cărui capacitate este mică, dar viteza este cea mai mare și este înscrisă în ciclul procesorului.