ЦП означает центральный процессор или «центральный процессор»; если говорить человеческим языком, то ЦП — это центральный процессор устройства. Любое современное вычислительное устройство (смартфон, планшет, компьютер, телевизор, сервер и т д.) имеет свой центральный процессор, отвечающий за общую функциональность и правильную работу устройства.
В широком смысле ЦП или процессор — это небольшой компонент устройства, функции которого заключаются в обработке логических и вычислительных операций, а также в управлении и контроле функциональности других компонентов устройства. Процессор — это мозг и сердце любого вычислительного устройства, поэтому он считается самым важным компонентом всех вычислительных устройств.
Процессор — что это
Все устройства имеют разные процессоры, но если рассматривать процессор компьютера, то визуально процессор представляет собой небольшой квадрат плоской формы со стороной около 5 см. Внутри процессора находится множество разъемов, которыми он подключается к основанию платы. От мощности центрального процессора будет зависеть скорость обработки инструкций и производительность других компонентов компьютера. Например, если вы приобрели мощную видеокарту для своего компьютера, вы не увидите ее полной мощности, потому что у вашего компьютера слабый процессор.
Назначение процессора в компьютере
Что такое ЦП (центральный процессор) в компьютере? Если процессор в компьютере – это мозг, то уже понятно, что основная деятельность процессора – это управление всеми вычислительными компонентами и операциями компьютера, от простых расчетов на калькуляторе до запуска “тяжелых” программ, того же компьютера игры или 3D-редакторы.
Если немного «вникнуть» в назначение процессора, то можно выделить следующие его функции:
- получать данные из оперативной памяти и выполнять с ними необходимые операции;
- генерировать сигналы и команды для управления внутренними компонентами или внешними устройствами, подключенными к компьютеру;
- временное хранение в собственной памяти информации о выполненных операциях или отданных командах;
- обрабатывать запросы от внешних устройств или внутренних компонентов компьютера;
- и так далее
Из чего состоит процессор
Центральный процессор не является конечной деталью, он также собирается из мелких, но важных деталей. Процессор можно разделить на 3 компонента:
- Ядро процессора. Именно в нем больше всего падает функциональность процессора. Я занимаюсь декодированием, чтением, выполнением и отправкой инструкций другим компонентам или, наоборот, от других компонентов. Ядро может выполнять только одну инструкцию за раз, хотя и за сотые доли секунды. Поэтому, если процессор компьютера состоит из одного ядра, компьютер будет выполнять все команды последовательно и по очереди. В наши дни редко можно увидеть одноядерные компьютеры, потому что они слишком громоздки для современных пользовательских команд. А вот процессор с 2, 3, 4 и более ядрами — не редкость.
- Запоминающее устройство. У каждого процессора есть своя небольшая память, необходимая ему для работы. Память процессора состоит из двух частей: одна часть нужна для «запоминания» текущих операций, а другая часть памяти — это кэш-память, в которой хранятся часто выполняемые инструкции. Доступ к собственному e-sh будет быстрее, чем доступ к оперативной памяти компьютера, поэтому объем электронной памяти влияет на скорость и производительность процессора.
- Шины — это пути, по которым команды передаются внутри процессора.
Чем характеризуется процессор
Важнейшей характеристикой любого процессора является его производительность. Однако производительность процессора зависит от 2-х его параметров:
- Тактовая частота – это количество операций, выполняемых в единицу времени. Чем выше эта частота, тем быстрее «думает» процессор. Частота рассчитывается в мегагерцах x (МГц) или гигагерцах x (ГГц).
- Разрядность — это количество информации, которую процессор может передать за один цикл; измеряется в битах. Все мы слышим о 32-битных и 64-битных компьютерах — вот и все.
Виды и производители процессоров
На самом деле процессоров существует великое множество, а производителей процессоров можно пересчитать по пальцам одной руки. Процессоры делаются разные для разных устройств. Но даже если принять во внимание только одно устройство — компьютер, здесь нас ждет огромный ассортимент — от более «слабых» одноядерных процессоров для офисной работы до многоядерных процессоров, предназначенных для сложных научных расчетов.
Среди производителей процессоров для компьютеров и ноутбуков наиболее известны 2 производителя: Intel и AMD. Главное отличие процессоров от этих компаний не в количестве ядер или производительности, а в уникальной архитектуре. То есть эти компании разрабатывают процессоры по разным принципам, поэтому у процессоров обоих производителей есть свои плюсы и минусы, о которых мы сейчас говорить не будем, потому что это тема для отдельной статьи.
Для смартфонов и планшетов наиболее известными производителями процессоров являются NVIDIA, Qualcomm и Apple.
Заключение
Что такое процессор в компьютере? Центральный процессор — это то, без чего компьютер не может функционировать. Простейшая операция на компьютере выполняется только командой процессора и никак иначе. Производительность компьютера напрямую связана с производительностью процессора, поэтому перед покупкой компьютера важно выбрать процессор, соответствующий вашим потребностям.
Как работает процессор?
Инструмент легче, чем машина. Часто инструмент работает вручную, а машина приводится в действие паром или животным.
Компьютер тоже можно назвать машиной, но вместо пара в нем электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.
Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Основное внимание в нем уделяется арифметическим и логическим операциям, и прежде чем погрузиться в процессорные дебри, необходимо разобраться в его основных компонентах и в том, как они работают.
Два основных компонента процессора
Устройство управления
Блок управления (CU) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. CU точно сообщает компонентам, что делать. В зависимости от инструкций он координируется с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции сначала поступают на управляющее устройство.
Существует два типа реализации CU:
- БУ на базе проводных блоков управления. Характер работы определяется внутренней электрической структурой: устройство на печатной плате или кристалле. Следовательно, модификация такого блока управления без физического вмешательства невозможна.
- БУ с микропрограммируемым управлением (в англ microprogrammable control tools). Его можно запрограммировать для определенных целей. Программная часть хранится в памяти БУ.
CU с жесткой логикой быстрее, но CU, управляемый микропрограммой, имеет более гибкую функциональность.
Арифметико-логическое устройство
Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, такие как сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т.д. АЛУ состоит из логических элементов, которые выполняют эти операции.
Большинство логических вентилей имеют два входа и один выход.
Ниже приведена схема полусумматора с двумя входами и двумя выходами. Здесь A и B — входы, S — выход, C — переход (в более высокий порядок).
Схема арифметического полусумматора
Хранение информации — регистры и память
Как было сказано выше, процессор выполняет поступающие к нему команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями хранятся в регистрах и памяти.
Регистры
Регистр — это наименьшая ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить 1 бит информации.
Примечание. Триггеры перевода могут быть синхронными или асинхронными. Асинхронные могут изменить свое состояние в любой момент, а синхронные только при положительном/отрицательном фронте на входе синхронизации.
По своему функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:
- RS-триггер: сохраняет свое состояние при нулевом уровне на обоих входах и меняет его при установке в единицу на одном из входов (Reset/Set – Reset/Set).
- JK-триггер: Идентичен RS-триггеру, за исключением того, что при подаче единиц на два входа одновременно триггер меняет свое состояние на противоположное (режим счета).
- Т-триггер: переворачивает свое состояние каждый такт на своем единственном входе.
- D-триггер: запоминает состояние входа во время синхронизации. Асинхронные D-триггеры не имеют смысла.
Оперативная память не подходит для хранения промежуточных данных, так как это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отправляются в регистры на шине. Они могут хранить команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.
Принцип работы RS-триггера
Память (ОЗУ)
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) представляет собой большую группу этих же самых регистров, соединенных друг с другом. Память такого хранилища нестабильна и данные в ней пропадают при отключении питания. Оперативная память принимает адрес области памяти, куда будут помещены данные, сами данные и флаг записи/чтения, который активирует триггеры.
Обратите внимание, что оперативная память перевода бывает статической и динамической: SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической памяти — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.
Команды (инструкции)
Команды — это фактические действия, которые должен выполнить компьютер. Есть несколько типов:
- Арифметика: сложение, вычитание, умножение и т.д.
- Логические: И (логическое умножение/соединение), ИЛИ (логическое сложение/дизъюнкция), отрицание и т д
- Информационные: перемещайте, вводите, экспортируйте, загружайте и сохраняйте .
- Команды перехода: перейти, если перейти, вызвать и вернуться .
- Команда остановки: стоп .
Note translate На самом деле все арифметические операции в АЛУ могут быть созданы всего из двух: сложения и изменения. Однако чем больше основных операций поддерживает АЛУ, тем быстрее оно будет работать.
Инструкции передаются компьютеру на языке ассемблера или генерируются компилятором языка высокого уровня.
В процессоре инструкции реализованы аппаратно. За один такт один основной процессор может выполнить один элементарный (базовый.
Группа инструкций обычно называется набором инструкций).
Тактирование процессора
Скорость компьютера определяется тактовой частотой его процессора. Тактовая частота: количество тактов (соответственно и исполняемых команд) в секунду.
Частота современных процессоров измеряется в ГГц (Гигагерцах). 1 ГГц = 10⁹ Гц — это миллиард операций в секунду.
Чтобы уменьшить время выполнения программы, необходимо ее оптимизировать (уменьшить) или увеличить тактовую частоту. Некоторые процессоры имеют возможность увеличения частоты (разгона процессора); однако такие действия физически влияют на процессор и часто вызывают его перегрев и выход из строя.
Выполнение инструкций
Инструкции хранятся в оперативной памяти в последовательном порядке. Для гипотетического процессора инструкция состоит из кода операции и адреса памяти/регистра. Внутри управляющего устройства имеется два регистра инструкций, в которые загружаются код инструкции и адрес выполняемой в данный момент инструкции. Процессор также имеет дополнительные регистры, в которых хранятся последние 4 бита выполненных инструкций.
Вот пример набора команд, который складывает два числа:
- НАГРУЗКА_А 8 . Эта команда сохраняет данные в оперативной памяти, например, . Первые 4 бита — код операции. Именно он определяет инструкцию. Эти данные помещаются в регистры команд CU. Команда расшифровывается в инструкции load_A: поместите данные 1000 (последние 4 бита команды) в регистр A .
- НАГРУЗКА_В 2 . Ситуация похожа на предыдущую. Это помещает число 2 (0010) в регистр B .
- АДДБА. Команда добавляет два числа (точнее, добавляет значение регистра B к регистру A). CU приказывает ALU выполнить операцию сложения и поместить результат обратно в регистр A .
- МАГАЗИН_А 23 . Мы сохраняем значение регистра A в ячейке памяти 23 .
Это операции, необходимые для сложения двух чисел.
Все данные между процессором, регистрами, памятью и устройствами ввода/вывода (устройствами ввода/вывода) передаются по шинам. Чтобы загрузить вновь обработанные данные в память, процессор помещает адрес на шину адреса и данные на шину данных. Затем нужно дать разрешение на запись в управляющую шину.
Процессор имеет механизм хранения инструкций в кэше. Как мы выяснили ранее, процессор может выполнять миллиарды инструкций в секунду. Следовательно, если бы каждая инструкция хранилась в ОЗУ, выборка заняла бы больше времени, чем обработка. Поэтому для ускорения работы процессор часть инструкций и данных хранит в кэш-памяти.
Если данные в кеше и памяти не совпадают, они помечаются грязными битами).
Поток инструкций
Современные процессоры могут обрабатывать несколько инструкций параллельно. Пока инструкция находится в стадии декодирования, процессор может успеть принять другую инструкцию.
Однако это решение подходит только для тех инструкций, которые не зависят друг от друга.
Если процессор многоядерный, это означает, что он на самом деле имеет несколько отдельных процессоров с некоторыми общими ресурсами, такими как кеш.
Небольшой анонс! Мы уже публиковали статью о программах, которые являются аналогом Time Machine в macOS, скоро опубликуем статью для Windows, в том числе и о программе Mozy.
