Процессор

Процессор является самым главным компонентом компьютера, выполняющим обработку информации. Современный процессор состоят из следующих основных блоков:

Процессор является самым главным компонентом компьютера, выполняющим обработку информации

  • блок управления;
  • регистры команд и данных;
  • арифметико-логическое устройство (ALU);
  • блок операций с действительными числами (FPU);
  • буферная память (кэш) первого уровня, раздельная для команд и данных;
  • буферная память (кэш) второго уровня;
  • интерфейс системной шины;

В упрощенном виде процессор работает следующим образом. Блок управления загружает из оперативной памяти инструкции и данные, помещая их в буферную память второго уровня, откуда данные поступают в свой кэш первого уровня, а инструкции – в свой. Из кэша первого уровня команды и данные помещаются в регистры. Арифметико-логическое устройство (ALU) берет из регистров инструкции и данные, выполняет заданные операции и помещает результат обратно в регистры. Если операция закончена, результат перемещается сначала в кэш первого уровня, затем – в кэш второго уровня и, наконец, записывается в оперативную память. Такая последовательность действий образует операционный поток процессора.

Процессор характеризуется тактовой частотой, которая измеряется в мегагерцах или гигагерцах и характеризующая скорость выполнения элементарных операций. Чем больше тактовая частота процессора, тем выше его производительность и, конечно, цена.

Производительность процессора определяется не только тактовой частотой, но и максимальным количеством инструкций, выполняемых за один цикл (IPC). В современной конкуренции архитектур представлены два принципиально различных подхода: один основан на наращивании рабочей частоты (Intel), а второй – на исполнении процессором максимального количества инструкций за цикл (AMD).

Важной характеристикой процессора является разрядность обрабатываемых данных, которая может быть внутренней и внешней. Внутренняя разрядность – это количество бит, которые процессор может обработать за один такт. Внешняя разрядность определяется разрядностью системной шины. Разрядность процессора характеризуется внутренней, а не внешней разрядностью. Разрядность определяет максимальный объем адресуемой памяти.

Процессор имеет собственную память, называемую регистрами. При обработке данных, промежуточные результаты процессор записывает во внутренние регистры, которые работают, фактически, на тактовой частоте процессора.

Быстродействие современной оперативной памяти примерно на порядок уступает быстродействию процессора. Если бы он получал данные непосредственно из оперативной памяти, он бы простаивал большую часть времени. Поэтому процессор имеет буферную память (кэш). Кэш разделяют на две части (два уровня):

  • первого уровня (Level 1, L1) – меньший по объему (обычно 8–128 Кбайт);
  • второго уровня (Level 2, L2) – больший по объему (до 4 Мбайт);

Процессор состоит со следующих компонентов: арифметико-логический блок (ALU), выполняющий обработку целых чисел и блок обработки данных с плавающей точкой (FPU), выполняющий операции над данными с плавающей точкой – это два типа данных, которые обрабатываются процессором различными способами.

Инструменты