Читать книгу Інформатика. Дитяча енциклопедія - Группа авторов - Страница 25

Комп’ютер може багато: лічити, писати, малювати. Може розмовляти, виконувати музику або показувати фільм. Але всі ці складні дії обов’язково діляться на прості: додавання, різниця, порівняння. І виконує ці дії процесор. Призначення центрального процесорного пристрою (CPU, Central Processor Unit, ЦПП) – управляти роботою ЕОМ за заданою програмою та виконувати операції обробки інформації. Інші процесори (наприклад графічний – GPU) виконують більш спеціалізовані дії (обробка відеоінформації).

Мікропроцесор являє собою надзвичайно велику інтегральну схему. До складу процесора входять такі пристрої: арифметико-логічний пристрій (АЛП), регістри процесорної пам’яті, пристрій управління (ПУ).

Процесор звертається до оперативної пам’яті за допомогою шини адреси, а дані отримує по шині даних.

Системну шину можна уявити як сукупність сигнальних ліній, що об’єднані за їх призначенням (дані, адреса, керування) і також мають електричні характеристики та протоколи передачі інформації. Головний обов’язок системної шини є передача інформації між процесором та іншими електронними компонентами комп’ютера. По цій шині здійснюється не тільки передача інформації, але й адресація пристроїв, а також відбувається обмін спеціальними службовими сигналами.

Дані в процесорі зберігаються в спеціальних чарунках, які називаються регістрами. Розрядність процесора визначається розміром його регістрів. Чим більше розрядність процесора, тим довше число він може обробити за одну операцію. Дані, які беруть участь в операції, називаються операндами. Операція складається з того, що до операндів застосовується інструкція. Інструкція – це одна з команд процесора, яка записана одним чи декількома байтами. Кожний процесор має свій набір інструкцій, за допомогою яких проходить обмін даними між регістрами, між регістрами та оперативною пам’яттю, а також перетворення даних у регістрах. Повний список інструкцій процесора називається системою команд процесора. Різні процесори мають різні системи команд. Іноді, якщо процесори належать до однієї родини, то новіші моделі можуть виконувати інструкції своїх попередників. Це називається сумісністю згори донизу. Але час від часу фірми-виготовлювачі процесорів мають відмовлятися від такої сумісності заради реалізації більш досконалої архітектури процесора.

Процесори не завжди були мікросхемами, навіть коли їх уже називали процесорами, вони виконувались на транзисторах або мікросхемах малого рівня інтеграції і могли займати цілі шафи.

Інструкції для роботи з даними процесор отримує від програм. Програми, як і дані, представлені байтами і зберігаються на зовнішніх носіях у вигляді файлів. Під час роботи програми розміщуються в оперативній пам’яті. Виконання однієї інструкції відбувається у декілька етапів. Окремі етапи роботи процесора називаються тактами. Кількість тактів інструкцій, виконаних процесором за одиницю часу, називається тактовою частотою. Тактова частота вимірюється у герцах і його похідних (КГц=1000Гц, МГц=1000КГц, ГГц=1000МГц). Але не завжди вища тактова частота процесора означає вищу його продуктивність. Бо кількість виконаних інструкцій за одиницю часу ще залежить від того, скільки тактів процесору потрібно для виконання однієї інструкції.

1971 рік. Початок історії мікропроцесорів. Корпорація Intel випустила перший у світі мікропроцесор Intel 4004. Процесор мав 2300 транзисторів. Тактова частота 108 КГц, продуктивність – 60 тисяч операцій за секунду. Процесор використовувався у виробництві мікрокалькуляторів.

Звичайно процесор працює з цілими числами. Для арифметичних операцій, які потребують обліку знака числа, він застосовує спеціальні інструкції додаткової двійкової арифметики.

Для роботи з дійсними числами використовують математичний співпроцесор. Сучасні мікропроцесори фірми Intel (починаючи з 486DX) та їхні аналоги з інших фірм мають інтегрований на одному кристалі центральний процесор та співпроцесор для роботи з дійсними числами.

Процесор AMD

Процесор швидко працює з внутрішніми ресурсами, але повільно працює з зовнішніми пристроями, наприклад з оперативною пам’яттю. Для прискорення роботи дані кеширують, тобто запам’ятовують під час роботи всередині кеш-пам’яті процесора.

Технологія виготовлення мікропроцесорів

Сучасні мікропроцесори – одні з найскладніших електронних пристроїв, для виготовлення яких необхідні сотні виробничих етапів. Основою виробництва мікропроцесорів є фотолітографія. Жорсткі вимоги ставляться виробничими процесами до чистоти приміщень. Приміщення, в яких виготовляють мікропроцесори, називають «чистими кімнатами» (декілька пилинок на кубічний метр). Люди, які працюють у цих кімнатах, теж повинні бути «чистими», вони використовують спеціальні костюми Bunny Suit.