Что такое центральный процессор системные шины

Центральный процессор — это специальный чип (интегральная микросхема), который выполняет все основные вычислительные операции необходимые персональному компьютеру: складывает, вычитает, умножает, делит числа, хранящиеся в памяти компьютера, и делает это со скоростью в несколько сотен миллионов операций в секунду.
Центральный процессор, который осуществляет в персональном компьютере обработку всей информации, работает под управлением программных средств, преобразуя входную информацию в выходную. Преобразования осуществляются системой команд, последовательность которых задается программой решения соответствующей задачи.
Именно компьютерные программы сообщают процессору необходимую последовательность действий.
Если опустить подробности, то принципы работы центрального процессора можно описать следующим образом.
Процессору необходимо знать, какую математическую операцию надо проводить и с какими числами, а также, что делать с результатом. Все это содержится в микропроцессорных кодах. Например, операция сложения требует выполнения около семи инструкций (микрокоманд) процессора.
Числа с которыми работает процессор, должны быть размещены в одном из трех мест: в регистрах процессора, в оперативной памяти компьютера (RAM), либо в самой микрокоманде. Если информация хранится в устройствах внешней памяти, она предварительно должна быть считана в оперативную память. Микрокоманды процессора заносят числа в его регистры, обрабатывают их, а затем записывают результат, например, в ту же оперативную память компьютера.
Все процессоры только и могут выполнять вот такие пошаговые инструкции. Простое сложение двух чисел может содержать больше десятка шагов, включающих преобразование чисел из десятичной системы исчисления в двоичную (нули и единицы), понятную для процессора.
Производительность центральных процессоров в компьютерах старых моделей (i80386, i80486) можно было наращивать за счет установки специального чипа — математического сопроцессора. Математический сопроцессор добавляли к основному процессору в тех случаях, когда на компьютере приходилось выполнять много математических вычислений (например, при научных или инженерных расчетах). Он помогает процессору выполнять математические операции над вещественными числами (операции с плавающей запятой). В современных компьютерах использование математического сопроцессора, как отдельного чипа, не требуется, поскольку он уже встроен в центральный процессор.

Системная шина

Системная шина — это «паутина», соединяющая между собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна. Системная шина — это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов.

Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.

В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VESA, VLB и PCI. ISA, EISA, VESA и VLB, которые в настоящее время являются устаревшими и не выпускаются на современных материнских платах. Сегодня самой распространенной является шина PCI.

Существуют и специализированные шины, например внутренние шины процессоров или шина для подключения видеоадаптеров — AGP.

Все стандарты различаются как по числу и использованию сигналов, так и по протоколам их обслуживания.

Шина входит в состав материнской платы, на которой располагаются ее проводники и разъемы (слоты) для подключения плат адаптеров устройств (видеокарты, звуковые карты, внутренние модемы, накопители информации, устройства ввода/вывода и т. д.) и расширений базовой конфигурации (дополнительные пустующие разъемы).

Существуют 16- и 32-разрядные, высокопроизводительные (VESA, VLB, AGP и PCI с тактовой частотой более 16 МГц) и низкопроизводительные (ISA и EISA с тактовой частотой 8 и 16 МГц) системные шины. Также шины, разработанные по современным стандартам (VESA, VLB и PCI), допускают подключение нескольких одинаковых устройств, например нескольких жестких дисков, а шина PCI обеспечивает самоконфигурируемость периферийного (дополнительного) оборудования — поддержку стандарта PlugandPlay, исключающего ручную конфигурацию аппаратных параметров периферийного оборудования при его изменении или наращивании. Операционная система, поддерживающая этот стандарт, сама настраивает оборудование, подключенное по шине PCI, без вмешательства пользователя.

Имеются как 64-разрядные расширения шины PCI, так и 32-разрядные, работающие на частоте 66 МГц.

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

2. Центральный процессор, системные шины.

Центральный процессор (ЦП) — это микросхема, которая является главным элементом аппаратного обеспечения компьютера. ЦП обрабатывает код программ и руководит работой других устройств.

ЦП устанавливается в специальный разъем на материнской плате (сокет), сверху на процессором закрепляется кулер (система охлаждения).

Процессор имеет ряд характеристик, которые определяют его производительность:

Тактовая частота процессора — Характеристика, которая показывает скорость выполнения команд ЦП (количество выполняемых операций в секунду). Раньше тактовая частота была основным показателем производительности ЦП. Сегодня процессоры с разной частотой могут иметь одинаковую производительность, поскольку за один такт могут выполнять разное количество команд (в зависимости от пропускной способности шины, количеству ядер, используемым технологиям и т.д.);

Читайте также: Джон данлоп изобрел пневматическую шину

Разрядность процессора — Определяет количество бит информации, которое процессор может обработать за один такт;

Кэш-память процессора. Процессор постоянно работает с оперативной памятью. Но производительность ЦП значительно выше производительности оперативной памяти. Исходя из этого, процессор зачастую должен ожидать, когда поступят данные от системной памяти (что отрицательно сказывается на производительности ЦП). Решением этой проблемы стало использование встроенной в процессор быстродействующей кэш-памяти (память, используемая процессором для временного хранения кода наиболее часто выполняемых программ и данных, необходимой ЦП компьютера.);

Частота системной шины. Для обмена информацией с другими устройствами процессор использует системную шину. Частота системной шины — это частота, с которой работают внешние цепи ЦП. Другими словами, процессор пересылает данные, используя системную шину. Системная шина (FSB) — канал, по которому процессор соединен с другими устройствами компьютера. К шине напрямую подключен только процессор, другие устройства компьютераподключены к ней через разнообразные контроллеры. ЦП через FSB подключается к системному контроллеру (Северный Мост или North Bridge). NB оснащен контроллером ОЗУ (или же этот контроллер встроен в ЦП), а также контроллеры шин для подключения периферийных устройств. Также к системному контроллеру подключают периферийные устройства с высокой производительностью – видеокарта с шиной PCI Express 16x, а устройства с меньшой производительностью (устройства с шиной PCI или микросхема BIOS) будут подключены уже к Южному Мосту (South Bridge), который, через специальную шину, подключен к северному мосту. Набор из северного и южного мостов называют чипсетом. Можно сделать вывод: чем выше частота шины, тем выше производительность, а значит, повышается скорость обмена данными между материнской платой и процессором;

Количество ядер. Современные компьютеры выпускаются с многоядерными процессорами. Многоядерный процессор — это процессор, который содержит более одного процессорного ядра в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах). Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора;

Поддерживаемые технологии. Производители внедряют в ЦП специальные наборы инструкций, которые позволяют увеличить производительность процессоров, управлять энергопотреблением. Современные процессоры могут поддерживать различные технологии. Cool’n’Quiet — Суть данной технологии заключается в том, что частота и напряжение питания процессора будут меняться согласно нагрузке. Hyper-Threading (HT) – это технология одновременной параллельной обработки двух потоков команд процессором. TM1 — это встроенная в процессор система защиты от перегрева процессоров, согласно которой в случае возникновения перегрева процессор пропускает несколько рабочих тактов. ТМ2 — это встроенная в процессор система защиты от перегрева процессоров, согласно которой в случае возникновения перегрева снижается тактовая частота процессора. Enhanced Halt State (С1Е). При отсутствии задач для процессора снижается уровень энергопотребления ЦП. Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST). Частота процессора будет динамически меняться с помощью операционной системы согласно нагрузке. Quad Pumping. Позволяет процессору 4 блока данных за один такт, что увеличивает эффективную частоту шины FSB в 4 раза.

Видео:Системная шина процессораСкачать

Устройство и основные характеристики
центрального процессора

Информация о процессоре компьютера, его значении, технологии изготовления, а также о характеристиках, которые необходимо учитывать при его выборе и приобретении.

Видео:Частота процессора или частота системной шины?Скачать

Что такое процессор и как он устроен

Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU, разг. – «проц», «камень») – сложная микросхема, являющаяся главной составной частью любого компьютера. Именно это устройство осуществляет обработку информации, выполняет команды пользователя и руководит другими частями компьютера.

Уже много лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Есть, конечно, и другие достойные производители, но до уровня указанных лидеров им далеко.

Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в разработки огромные средства и много сил. Их конкуренция — важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли.

Внешне центральный процессор не представляет собой ничего выдающегося – небольшая плата (где-то 7 х 7 см.) с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Но на самом деле внутри этой коробочки хранится сложнейшая микроструктура из миллионов транзисторов.

Читайте также: Шина gt radial maxmiler pro

Как изготавливают процессоры. Что такое техпроцесс

Основным материалом при производстве процессоров является самый обычный песок, а точнее сказать кремний, коего в составе земной коры около 30%. Из очищенного кремния сначала изготавливают большой монокристалл цилиндрической формы, который разрезают на «блины» толщиной около 1 мм.

Затем с использованием технологии фотолитографии в них создаются полупроводниковые структуры будущих процессоров.

Фотолитография чем-то напоминает процесс печати фотографий с пленки, когда свет, проходя через негатив, действует на поверхность фотобумаги и проецирует на ней изображение.

При изготовлении процессоров своеобразной фотобумагой выступают упомянутые выше кремниевые «блины». Роль света играют ионы бора, разогнанные до огромной скорости высоковольтным ускорителем. Они пропускаются через специальные «трафареты» — системы высокоточных линз и зеркал, вкрапливаются в кремний и создают в нем микроскопическую структуру из множества транзисторов.

Сегодняшние технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 22 нанометра (толщина человеческого волоса — около 50000 нм). Со временем техпроцесс изготовления процессоров станет еще совершеннее. По прогнозам, их транзисторы уменьшатся как минимум до 14 нм.

Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов можно поместить в один процессор, тем он будет производительнее и энергоэффективнее.

Созданная таким образом полупроводниковая структура вырезается из кварцевого «блина» и помещается на текстолит. На обратную его сторону выводятся контакты для обеспечения подсоединения к материнской плате. Сверху кристал защищается от повреждения металлической крышкой (см. рис. выше).

Понятие архитектуры, ядра, ревизии процессора

Процессоры прошли сложную эволюцию и сейчас продолжают развиваться. Производители совершенствуют не только технологию изготовления, но и внутреннюю структуру процессоров. Каждое новое их поколение отличается от предыдущего строением, количеством и характеристиками входящих в их состав элементов.

Процессоры, в которых используются те же базовые принципы строения, называют процессорами одной архитектуры, а эти принципы — архитектурой (микроархитектурой) процессора.

В пределах одной архитектуры процессоры могут существенно отличаться — частотами системной шины, техпроцессом изготовления, размером и структурой внутренней памяти и некоторыми другими особенностями. О таких процессорах говорят, что они имеют разные ядра.

В рамках доработки одного ядра производители могут делать небольшие изменения с целью устранения мелких недочетов. Такие усовершенствования, которые «не тянут» на звание самостоятельных ядер, называют ревизиями.

Архитектурам и ядрам присваиваются определенные имена, а их ревизиям – цифробуквенные обозначения. Например, все модели Intel Core 2 Duo являются процессорами микроархитектуры Intel Core и производились с ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. У каждого из этих ядер были еще и разные ревизии.

Видео:Шина компьютера, оперативная память, процессор и мостыСкачать

Основные характеристики процессора

• Количество вычислительных ядер.

Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра.

Многоядерность, как способ повышения производительности процессоров, используется с относительно недавнего времени, но признана самым перспективным направлением их развития. Для домашних компьютеров уже существуют процессоры с 8 ядрами. Для серверов на рынке есть 12-ядерные предложения (Opteron 6100). Разработаны прототипы процессоров, содержащие около 100 ядер.

Эффективность вычислительных ядер разных моделей процессоров отличается. Но в любом случае, чем их (ядер) больше, тем процессор производительнее.

Чем больше потоков – тем лучше. Количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер процессора. Так, благодаря технологии Hyper-Threading, 4-ядерный процессор Intel Core i7-3820 работает в 8 потоков и во многом опережает 6-тиядерных конкурентов.

• Размер кеша 2 и 3 уровней.

Кеш — это очень быстрая внутренняя память процессора, которая используется им как буфер для временного хранения информации, обрабатываемой в конкретный момент времени. Чем кеш больше – тем лучше.

Структура не всех современных процессоров предусматривает наличие кеша 3 уровня, хотя критичным моментом это не является. Так, по результатам многих тестов производительность процессоров Intel Core 2 Quadro, выпускавшихся с 2007 г. по 2011 г. и не имеющих кеша 3 уровня, даже сейчас выглядит достойно. Правда, кеш 2 уровня у них достаточно большой.

Здесь все просто – чем выше частота процессора, тем он производительнее.

• Скорость шины процессора (FSB, HyperTransport или QPI).

Через эту шину центральный процессор взаимодействует с материнской платой. Ее скорость (частота) измеряется в мегагерцах и чем она выше — тем лучше.

Понятие техпроцесса рассматривалось в предыдущем пункте этой статьи. Чем тоньше используемый техпроцесс, тем больше процессор содержит транзисторов, меньше потребляет электроэнергии и меньше греется. От техпроцесса во многом зависит еще одна важная характеристика процессора — TDP.

Читайте также: Как правильно хранить шины в своем гараже

Termal Design Point — показатель, отображающий энергопотребление процессора, а также количество тепла, выделяемого им в процессе работы. Единицы измерения — Ватты (Вт). TDP зависит от многих факторов, среди которых главными являются количество ядер, техпроцесс изготовления и частота работы процессора.

Кроме прочих преимуществ, «холодные» процессоры (с TDP до 100 Вт) лучше поддаются разгону, когда пользователь изменяет некоторые настройки системы, вследствие чего увеличивается частота процессора. Разгон позволяет без дополнительных финансовых вложений увеличить производительность процессора на 15 – 25 %, но это уже отдельная тема.

В то же время, проблему с высоким TDP всегда можно решить приобретением эффективной системы охлаждения (см. последний пункт этой статьи).

• Наличие и производительность видеоядра.

Последние технические достижения позволили производителям, помимо вычислительных ядер, включать в состав процессоров еще и ядра графические. Такие процессоры, кроме решения своих основных задач, могут выполнять роль видеокарты. Возможностей некоторых из них вполне достаточно для игры в компьютерные игры, не говоря уже о просмотре фильмов, работе с текстом и решении остальных задач.

Если видеоигры — не главное предназначение компьютера, процессор со встроенным графическим ядром позволит сэкономить на приобретении отдельного графического адаптера.

• Тип и максимальная скорость поддерживаемой оперативной памяти.

Эти характеристики процессора необходимо учитывать при выборе оперативной памяти, с которой он будет использоваться. Нет смысла переплачивать за быстрые модули ОЗУ, если процессор не сможет реализовать все их преимущества.

Видео:Частота процессора, множитель и системная шинаСкачать

Что такое сокет

Важным моментом, который нужно учитывать при выборе процессора, является то, для установки в сокет какого типа он предназначен.

Сокет (socket, разъем центрального процессора) – это щелевой или гнездовой разъём на материнской плате, в который устанавливается процессор.

Каждый процессор можно установить только на материнскую плату с подходящим разъемом, имеющим соответствующие размеры, необходимое количество и структуру контактных элементов.

Каждый новый сокет разрабатывается производителями процессоров, когда возможности старых разъемов уже не могут обеспечить нормальную работу новых изделий.

Для процессоров Intel длительное время использовался (и сейчас еще используется) сокет LGA775 (процессоры Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серии 3000, Core 2 Quad). С началом производства линейки новых процессоров были введены сокеты LGA1366, LGA1156, LGA1155 (процессоры i7, i5, i3) и др.

Разъемы для процессоров от AMD за последние годы также изменились — AM2, AM2+, AM3 и т.д. О более ранних сокетах, думаю, смысла вспоминать нет, поскольку компьютеры на их основе – уже раритет.

Если вы задумали модернизировать старый компьютер путем приобретения более производительного процессора, убедитесь, что по сокету он подойдет к вашей старой материнской плате. Иначе однозначно придется менять и ее.

Устанавливать центральный процессор в сокет системной платы нужно аккуратно, чтобы не повредить контакты.

Видео:Системные шины персонального компьютера для ...Скачать

Система охлаждения процессора

Процессор нуждается в надлежащем охлаждении, иначе он может выйти из строя.

Как известно, верхняя поверхность процессора представляет собой металлическую коробку, выполняющую, кроме защитных, еще и теплоотводные функции. Поверх процессора на материнской плате устанавливается система охлаждения. Ее теплоотводные элементы должны плотно прижиматься к поверхности процессора.

Для улучшения передачи тепла с процессора на радиатор системы охлаждения, между ними прокладывается слой термопасты – специального пастообразного вещества с высокой теплопроводностью.

При подборе системы охлаждения процессора нужно учитывать его TDP (рассматривалось выше в пункте о характеристиках процессора).

Процессоры обычно продаются в так называемом боксовом варианте поставки, когда в комплект входит штатная система охлаждения – боксовый куллер. Но иногда эффективность такого куллера является недостаточной (например, если был произведен разгон и частота процессора, а следственно и его TDP, возросла).

Нормальная температура работы процессора — до 50 градусов Цельсия (при пиковых нагрузках возможно чуть больше). Средства измерения температуры встроены в центральный процессор. При помощи специальных программ температуру можно отслеживать в режиме реального времени (например, программой SpeedFan).

Современный процессор устроен так, что при достижении им критичной температуры он отключается и не включается, пока не остынет. Это позволяет предупредить его повреждение под воздействием высокой температуры.

Перегрев возможен вследствие низкой эффективности системы охлаждения, выхода ее из строя, засорения пылью, пересыхания термопасты и др.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/chto-takoe-tsentralnyy-protsessor-sistemnye-shiny

  🔥 Видео

  КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

  

  Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

  

  Центральный процессор: Линейки процессоров Intel и AMD 2000-2006 гг.Скачать

  

  Как работает процессор: частоты, шины и т.д.Скачать

  

  Частота процессора, множитель и системная шинаСкачать

  

  Принцип работы процессора на уровне ядраСкачать

  

  Что такое CPU [Центральный Процессор, ЦП] - Быстро и Понятно!Скачать

  

  АПС Л14. ШиныСкачать

  

  Шины ввода-выводаСкачать

  

  Как разогнать процессор и память? Гоним по шине и множителю.Скачать

  

  169 секунд и ты знаешь как работает процессорСкачать

  

  Проседает частота FSBСкачать

  

  Центральный процессор: Intel в 2006-2010 гг.Скачать

  

  АПС Л19. ШиныСкачать