Презентация по информатике "Центральный процессор"

• 1 слайд

  Процессор
  900igr.net
  

• 2 слайд

  Центральный процессор (CPU).
  Центральный процессор является основным вычислительным устройством ПК, от которого зависит общая производительность ПК (определяется скоростью процессора).
  CPU выполняет все логические и арифметические операции, которые задает программа, а так же выполняет управление всеми устройствами компьютера (предназначен для обработки информации).
  

• 3 слайд

  Имеет определенный набор базовых операций (команд) - например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.
  Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.
  Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
  
  Центральный процессор (CPU).
  

• 4 слайд

• 5 слайд

  Центральный процессор в общем случае содержит в себе:
  
  Арифметико-логическое устройство.
  Шины данных и шины адресов.
  Регистры.
  Счетчики команд.
  Кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт).
  Математический сопроцессор.
  

• 6 слайд

  Архитектура процессора ПК
  
  Архитектура процессора – это способность процессора выполнять набор машинных кодов (программисты).
  Архитектура процессора – это отражение основных принципов внутренней организации определенных типов процессоров (разработчики ком.пьютерных составляющих)
  

• 7 слайд

  Ядро процессора
  Процессоры с одинаковой архитектурой могут существенно отличаться друг от друга.
  Эти различия обусловлены разнообразием процессорных ядер, которые обладают определенным набором характеристик.
  Наиболее частым отличием является:
  различные частоты системной шины,
  размеры кэша второго уровня
  технологическим характеристикам, по которым изготовлены процессоры.
  Очень часто смена ядра в процессорах из одного и того же семейства, требует также замены процессорного разъема. А это влечет за собой проблемы с совместимостью материнских плат.
  Производители постоянно совершенствуют ядра и вносят постоянные, но не значительные изменения в ядре.
  Такие нововведения называют ревизией ядер и, как правило, обозначаются цифробуквенными комбинациями.
  

• 8 слайд

  Системная шина
  Системная шина или процессорная шина (FSB – Front Side Bus) – это совокупность сигнальных линий, которые объединены по назначению (адреса, данные и т.д.).
  Каждая линия имеет определенный протокол передачи информации и электрическую характеристику.
  То есть системная шина – это связующее звено, которое соединяет сам процессор и все остальные устройства ПК (жесткий диск, видеокарта, память и многое другое).
  К самой системной шине подключается только CPU, все остальные устройства подключаются через контроллеры, которые находятся в северном мосте набора системной логики (чипсет) материнской платы.
  Хотя в некоторых процессорах контролер памяти подключен непосредственно в процессор, что обеспечивает более эффективный интерфейс памяти CPU.
  

• 9 слайд

  Кеш или быстрая память
  Кеш или быстрая память – это обязательная составляющая всех современных процессоров. Кеш является буфером между процессором и контроллером достаточно медленной системной памяти. В буфере хранятся блоки данных, отрабатываемых в данный момент, и процессору не нужно постоянно обращаться к медленной системной памяти.
  В процессорах, используемых сегодня, кэш поделен на несколько уровней:
  первый уровень L1 - производит работу с ядром процессора (разделен на две части – это кэш данных и кэш инструкций);
  второй уровень L2 (взаимодействует с L1) – (больше по объему и не разделен на кэш инструкций и кэш данных).
  У некоторых процессоров существует L3 – третий уровень, он еще больше второго уровня, но на порядок медленнее, так как шина между вторым и третьим уровнем уже, чем между первым и вторым. Тем не менее, скорость третьего уровня все равно гораздо выше, нежели скорость системной памяти.
  Различают кэш по двум видам:
  эксклюзивный тип кэша - кэш, в котором информация на всех уровнях строго разграничена на оригинальную (используется в процессорах AMD);
  не эксклюзивный кэш – кэш, в котором информация повторяется на всех уровнях кэша (используется в процессорах Intel).
  

• 10 слайд

   Разъем процессора
  Разъем процессора может быть щелевой и гнездовой (для установки на материнской плате).
  В любом случае его предназначение – это установка центрального процессора.
  Применение разъема облегчает замену процессора при модернизации и снятие на время ремонта ПК.
  Разъемы могут предназначаться для установки CPU-карты и самого процессора.
  Разъемы различают по предназначению для определенных типов процессоров или CPU-карт.
  Компания Intel сейчас производит перевод своих процессоров из гнезда Socket 478 в Разъём LGA 775 (в Socket 478 останутся только устаревшие процессоры и процессоры нижней ценовой категории, начального уровня производительности).
  Компания AMD:
  для производительных компьютеров и серверов начального уровня определяет Socket 939
  для рабочих станций  Socket 939 и Socket 754
  для компьютеров начального уровня  Socket 754 и Socket A (462).
  
  

• 11 слайд

  Наиболее распространены Intel-совместимые процессоры (используются в IBM-совместимых ПК).
  Самые высокопроизводительные-Alpha (фирма Digital), используются в мини-ЭВМ и суперПК
  CISC
  (Common Instruction Set Computer)
  Процессоры с полным набором команд
  RISC
  (Reduced Instruction Set Computer)
  Процессоры с сокращенным набором команд
  

• 12 слайд

  CISC-процессоры
  Выполнение каждой программы реализуется своей микропрограммой, состоящей из набора микрокоманд.
  Каждая микрокоманда реализована на аппаратном уровне - выполняет какое-либо элементарное действие.
  Конкретна команда процессора кодируется набором микрокоманд, образующих микропрограмму.
  Т.О.:
  Микропрогаммы –это команды процессора, которые формируют программы.
  

• 13 слайд

  RISC-процессоры
  Каждая команда процессора реализуется отдельной микросхемой (т.е. выполняется быстрее) – но число команд меньше и для реализации определенных действий необходимо несколько команд (в CISC выполняются одной командой).
  

• 14 слайд

  Основные характеристики процессора
  Тактовая частота.
  Разрядность процессора.
  Производительность процессора.
  Система команд.
  Наличие и характеристики кэш-памяти.
  Параллельное выполнение команд.
  Технология изготовления процессоров.
  
  
  

• 15 слайд

  Основные характеристики процессора
  Тактовая частота — количество циклов работы устройства за единицу времени (выше частота - выше производительность)
  Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) (1 МГц = 1 млн. тактов в секунду)
  Intel Pentium III – 600 МГц
  Intel Pentium IV – 3.73 ГГц
  
  
  

• 16 слайд

  Разрядность процессора - это число двоичных разрядов, обрабатываемых одновременно при выполнении одной команды (4-х разрядный процессор – обработка не более 4 разрядов одной командой).
  Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса.
  Современный процессор Pentium 4 имеет разрядность 64/32, то есть одновременно процессор обрабатывает 64 бита, а адресное пространство составляет 68 719 476 736 байт = 64 Гигабайт.
  Основные характеристики процессора
  

• 17 слайд

  Производительность процессора определяется скоростью выполнения команд.
  Является интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.).
  Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т. е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.
  Для характеристики производительности используют:
  МИПС – 1млн оп/сек и МФЛОПС - 1млн оп/сек над дробными числами
  
  Основные характеристики процессора
  

• 18 слайд

  Система команд, в составе которой присутствуют:
  арифметические и логические операции над числами с фиксированной и плавающей точкой;
  дополнительные команды, реализующие обработку графических, видео- и аудиоданных;
  
  Основные характеристики процессора
  

• 19 слайд

  Наличие и характеристики кэш-памяти
  Кэш-память используется для ускорения доступа к данным, размещенным в ОЗУ.
  Применяется кэш-память первого и второго уровней.
  Кэш-память первого имеет меньший объём, размещается непосредственно в процессоре, обладает большим быстродействием.
  
  
  
  Основные характеристики процессора
  

• 20 слайд

  Параллельное выполнение команд
  Каждая команда реализуется процессором за несколько циклов работы.
  Когда выполнение одной команды переходит к следующему циклу, процессор одновременно может начать обрабатывать другую команду.
  За счет организации конвейера команд позволяет скорость работы процессора намного возрастает.
  
  
  
  Основные характеристики процессора
  

• 21 слайд

  Технология изготовления процессоров
  Чем меньше размеры процессора, тем больше его быстродействие (электроны быстрее проходят расстояние между элементами CPU).
  Уменьшение толщины проводников – один из основных путей уменьшения размеров и увеличения плотности расположения элементов в микросхеме процессора.
  Толщина проводников – 0,13-0,19 мкм
  Новая модификация Pentium 4 производится на 0,09-микронной технологии, планируется переход на 0,07 мкм.
  
  
  
  Основные характеристики процессора
  

• 22 слайд

  Тепловыделение
  Тепловыделение процессора напрямую связано с количеством потребляемой энергии и потребляемой мощности, которая содержит статистическую и динамическую составляющие.
  На тепловыделение влияет емкость элементов процессора.
  Задание:
  Записать состав (элементы) процессора
  (стр 40)
  
  
  
  Основные характеристики процессора
  

• 23 слайд

  В настоящее время элементарные микросхемы в экспериментальных разработках фирмы IBM формируются в виде одной молекулы.
  Предполагается, что вскоре процессоры на базе молекулярных микросхем будут впускаться промышленностью.
  
  
  
  
  
  ИНТЕРЕСНО
  

• 24 слайд

  Уменьшение размеров и увеличение плотности размещения элементов.
  Увеличение разрядности.
  Параллельное выполнение команд.
  Развитие системы команд.
  Оптимизация кэш-памяти.
  
  
  
  Основные направления совершенствования процессора
  

• 25 слайд

• 26 слайд

  Сегмент рынка
  и модели процессоров производителей
  

• 27 слайд

  Характеристики некоторых
  современных процессоров
  

• 28 слайд

  Многопроцессорная архитектура
  В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров. Такие системы называются многопроцессорными.
  

• 29 слайд

  Многопроцессорная архитектура
  Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров.