Top.Mail.Ru
КОНФИГУРАТОР Серверы
Сетевое оборудование
СХД IP-телефоны IP-камеры Источники бесперебойного питания (ИБП) Комплектующие Готовые решения -40 % Серверы под задачу
О компании Купить в лизинг Блог Отзывы Доставка Гарантия Контакты Работа у нас Реквизиты Спецпредложения Игровые ПК на ISKRAPC
Эксперты в подборе IT-оборудования

Как работает процессор

25 марта 2024

Компьютер – сложный технический прибор, главная задача которого – выполнение операций на логику и расчет. Основным элементом устройства является процессор: механизм отвечает за выполнение поставленных задач, состоящих из множества деталей.

Что такое процессор (CPU)

Основной компьютерный процессор – чип с многочисленными транзисторами, встроенный в материнскую плату. Именно плата служит в качестве связующего звена между процессором и остальными системами и механизмами.

Его главная задача – выполнение операций на вычисление и логику; без них не будет работать ни одна компьютерная программа. CPU – центральное устройство обработки данных, производительность и эффективность которого связаны с работой всех компонентов компьютера, в том числе встроенной памятью, видеокартой, периферией.

Что делает процессор

К устройству поступают команды от программного обеспечения, которое установлено на конкретном компьютере. Его задача - выполнить соответствующие исчисления. Каждый цикл предполагает прохождение трех этапов:

  1. Выборка команды Fetch. Она поступает из оперативной памяти устройства напрямую к процессору.
  2. Декодирование Decode – происходит расшифровка полученной команды.
  3. Execute – выполнение заданной операции.

Внутри процессора компьютера каждую секунду проходит более миллиона машинных циклов. Как только операция будет завершена, система может сохранить полученный результат в самом устройстве или передать выполнение задачи на видеокарту или принтер.

Кроме того, итог деятельности процессора – начало работы приложения, воспроизведение музыки или видеофайла.

Из чего состоит процессор

Процессор представляет собой конструкцию из множества компонентов, каждый из которых отвечает за выполнение определенных задач:

  • Устройство управления отвечает за организацию решения поставленных задач – получение инструкций для дальнейшего декодирования.
  • Арифметическое логическое управление выполняет поступающие команды и операции на вычисление или логику.
  • Регистры. В них ограниченное время сохраняются итоги промежуточных исчислений. Это позволяет оптимизировать время выполнения операции в целом и снизить нагрузку на процессор.

Еще один тип памяти в составе устройства – кэш. Он отличается от регистров большим объемом и используется для хранения информации и инструкций, обеспечивая быстрый доступ в случае необходимости.

Основные характеристики процессоров

Прежде чем выбрать процессор, необходимо определить, для решения каких задач он будет использоваться. От этого зависят и характеристики устройства.

К основным из них относятся:

  • Тактовая частота – количество циклов, которые выполняются процессором за 1 секунду. Современные процессоры выполняют несколько миллиардов операций в секунду, что обеспечивает быструю работу компьютера.
  • Количество ядер. Ядро – блок, где последовательно производятся арифметические, логические операции. Несколько ядер позволяют одновременно обрабатывать несколько команд и повышают производительность устройства.
  • Размер кэша влияет на скорость получения данных, объем процессора, производительность и эффективность.
  • Архитектура – принцип решения поставленных задач.
  • Технологический процесс.

Еще один обязательный элемент устройства – механизм, обеспечивающий защиту от резкого повышения температуры.


Как работает процессор

Принцип действия устройства прост и понятен. Он поэтапно проводит обработку команд:

  1. Считывание адреса команды из командной строки в оперативной памяти, загрузка информации в накопитель.
  2. Расшифровка команды при помощи декодера, активация соответствующих схем.
  3. Загрузка в регистры параметров и значений, которые будут изменены. Значения находятся на жестком диске или в оперативной памяти устройства.

Завершающим этапом является выполнение поставленной задачи – управление периферийным устройством, вычисление, обработка данных. Как только один цикл будет завершен, начнется выполнение следующего.

Виды процессоров

Современные процессоры, в зависимости от задач, для решения которых они предназначены, и технических характеристик, представлены разными видами:

  • Центральный процессор общего назначения.

Распространенный вид, используемый при производстве стационарных ПК и ноутбуков. Он предназначен для решения широкого спектра задач – обработка данных, запуск программ и приложений, управление операционной системой.

  • Графический процессор.

Специализируется на обработке графических изображений, выполнении вычислений. Такие процессоры актуальны в гейминге, при визуализации данных и видеомонтаже.

  • Процессор для серверов.

Используется в составе серверных систем, обеспечивая высокую производительность, надежность и возможность одновременного выполнения нескольких задач.

Как выбрать процессор

Современный компьютерный процессор – устройство, при создании которого использовались высокие цифровые технологии. Оно предназначено для обработки большого объема информации. Несмотря на то что внешне такие устройства похожи между собой, их технические характеристики сильно отличаются, что влияет на эффективность и производительность, скорость выполнения поставленных задач.

Выбирая процессор, следует обращать внимание на такие обязательные критерии:

  • Компания-производитель. Рекомендуется доверять только проверенным брендам с отличной репутацией и международным именем.
  • Тип разъема, сокет.
  • Количество ядер, их тип.
  • Характеристики технического процесса.
  • Тактовая частота.
  • Кэш-память, ее объем.

Кроме того, важное значение имеет наличие у процессора встроенной графики и системы тепловыделения.

Хранение информации — регистры и память

В зависимости от того, какие именно задачи поставлены перед процессором, определяются данные, необходимые для решения – промежуточные, входящие или исходящие. Данные хранятся в регистрах и в памяти устройства совместно с алгоритмами.

Самой маленькой ячейкой для хранения информации являются регистры. Они представлены в виде триггеров и логических элементов, объемом не более бита. Триггеры, синхронные и асинхронные, отличаются между собой функциями:

  • RS-триггер не теряет своего исходного состояния, если у каждого из входов зафиксирован уровень 0. Он меняется, если на каком-либо выходе будет установлена 1.
  • JK-триггер может поменяться с исходного состояния на противоположное, если подача единиц выполнена на оба входа одновременно.
  • Т-триггер с единственным входом изменяется после каждого такта.
  • D-триггер фиксирует положение входа, как только будет запущена синхронизация.

При появлении промежуточных данных они отправляются в регистры по шинам.

Команды (инструкции)

Команды или инструкции – те действия, выполнение которых – основная задача компьютера. Они разные: для выполнения математических действий используются арифметические инструкции; умножение или сложение с элементами логики, действия на отрицание и конъюнкцию. Кроме того, они могут быть информационными, командами перехода или остановки. С целью предоставления алгоритмов в центр процессора используется язык ассемблера, реализация осуществляется на техническом уровне.

Тактирование процессора

В зависимости от тактовой частоты устройства рассчитывается скорость работы компьютера. Это количество команд, которые процессор выполняет в течение 1 секунды. В качестве единицы измерения используются ГГц – гигагерцы.

Современные технологии позволяют оптимизировать время выполнения поставленной задачи – уменьшить или увеличить тактовую частоту. Важно обратить внимание, что стороннее вмешательство в работу устройства может привести к поломкам – перегреву и выходу из строя без возможности восстановления.

Выполнение инструкций

Все инструкции, которые выполняет процессор, в определенном порядке хранятся в ОЗУ. Любая команда или инструкция представляет собой код регистра и адрес. Внутри процессора их может быть два, каждый из которых предназначен для хранения инструкций: в них загружается код операции и адрес исполняемой команды. Кроме того, могут использоваться дополнительные регистры, в которых хранятся последние биты выполненных команд.

Шина

Шины – элементы процессора, которые используются для передачи информации, обмена между регистрами, памятью, элементами ввода-вывода. Для перемещения сведений в память необходимо, чтобы процессор разместил адрес и данные в соответствующих шинах, после чего в обязательном порядке требуется получить подтверждение осуществления записи.

Кэш

У каждого процессора есть определенный порядок сохранения команд в кэш-память. Ввиду того, устройство выполняет большое количество инструкций в течение 1 секунды, их хранение в ОЗУ и дальнейшее изъятие могут занимать много времени. Чтобы ускорить работу и производительность устройства, некоторые инструкции могут храниться в кэше.

Поток инструкций

Поток команд – возможность современных процессоров для компьютеров проводить одновременную обработку сразу нескольких инструкций. Каждая из них, в зависимости от степени выполнения, имеет определенный статус и находится на соответствующем этапе.

Устройство управления

Данный элемент представляет собой важную составляющую компьютера, которая отвечает за качество контроля и исполнения полученных инструкций. Именно УУ отвечает за подачу сигнала компонентам и передачу информации. В соответствии с полученной командой устройство управления отвечает за координированную деятельность всех механизмов и элементов компьютера, в том числе и арифметико-логического устройства.

Реализация такого устройства возможна двумя способами:

  • На жесткой логике.

В зависимости от внутренней конструкции подбирается оптимальный метод работы механизма. УУ можно представить в виде печатной платы или кристалла. Без стороннего вмешательства провести модернизацию этого устройства не представляется возможным.

  • С управлением при помощи микропрограмм.

УУ можно запрограммировать для выполнения конкретных задач, сохраняя при этом в программную составляющую в памяти устройства.

Важно обратить внимание, что устройство управления на жесткой логике работает гораздо быстрее. Однако УУ с микропрограммным управлением отличается более широким функционалом и гибкостью.

Арифметико-логическое устройство

Элемент в составе процессора представляет собой устройство, отвечающее за выполнение вычислительных действий с двумя входами и одним выходом.

Регистры

Регистр представляет собой малую по объему ячейку памяти, вместительностью не более 1 бита.

Синхронные и асинхронные триггеры в составе регистров обладают функцией изменения своего положения в любой промежуток времени или под воздействием определенных факторов. Кроме того, триггеры отличаются функционалом и возможностью менять или сохранять свое состояние в зависимости от состояния выходов.

Память (ОЗУ)

Оперативное запоминающее устройство представляет собой большое количество регистров, объединенных между собой и функционирующих сообща. Главным отличием такого хранилища является непостоянная память: в случае отключения питания и выключения устройства все сведения будут утеряны.

ОЗУ предназначена для приема адреса ячеек памяти, где необходимо расположить информацию. Состоит из этой информации и флага записи или чтения, предназначенного для запуска триггеров.

В зависимости от параметров и предназначения, процессор может быть оснащен ОЗУ со статической или динамической памятью. В первом случае ячейки представлены в виде триггеров, в динамической — в качестве конденсаторов. Важно обратить внимание, что статическая память работает гораздо быстрее, но стоит дороже, чем динамическая.

Процессор – важный элемент любого компьютера, технические параметры которого определяют скорость работы устройства, производительность и предназначение. В зависимости от того, нужен ли компьютер для офисной работы или гейминга, подбирается модель с процессором, характеристики которого будут соответствовать поставленным задачам и пожеланиям пользователя.

 
Поделитесь статьей в соцсетях   
 
Вам также может быть интересно

ТОП-5 ошибок при выборе сервера
Товар добавлен в список сравнения
Перейти в сравнение
Продолжить просмотр
Подбираете сервер для 1С?
Подпишитесь на специальную серию писем про выбор и настройку сервера под 1С
Подписаться
Боитесь неправильно выбрать сервер?
Оставьте свой email, и мы пришлем чек-лист с 5 самыми распространенными ошибками
Получить чек-лист
Нажимая кнопку "Получить чек-лист", вы даёте согласие на обработку персональных данных
Заказать консультацию
IT-архитектор подберет сервер под вашу задачу
Заказать сервер
Мы свяжемся с вами в течение 15 мин
Заявка на лизинг