крутой реферат. Реферат по теме Процессор
 Скачать 114.14 Kb.
|
|
УПРАВЛЕНИЕ ОБЩЕГО И ДОШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДА НОРИЛЬСКА МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ШКОЛА № 45» (МБОУ «СШ № 45») Реферат по теме: «Процессор» Реферат составил: Ученик 10Б класса Кленин Денис Норильск 2022 г. Содержание Введение 1 История развития процессоров 2 Алгоритм работы процессора 2.1 Как устроен процессор 2.2 Алгоритм работы процессора 3 Моделирование работы процессора Заключение Список источников Введение Одним из основных устройств современного персонального компьютера является центральный процессор. Который, на первый взгляд, просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако этот кристалл содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». История создания микропроцессора началась еще в 50-х годах, когда на смену электронным лампам пришли компактные «электронные переключатели» - транзисторы, затем – интегральные схемы, в которых впервые удалось объединить на одном кристалле кремния сотни крохотных транзисторов. Но все-таки отсчет летоисчисления компьютерной эры ведут с 1971 года, с момента появления первого микропроцессора. За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, процессоры сильно изменились. Современный процессор - это не просто набор транзисторов, а целая система множества важных устройств. 1 История развития процессоров История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем. Первым этапом, затронувшим период с 1940-х по конец 1950-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляло процессор. Отличительными особенностями были низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение. Вторым этапом, с середины 1950-х до середины 1960-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платы, устанавливавшиеся в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление. Третьим этапом, наступившим в середине 1960-х годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержавшие простые транзисторные и резисторные сборки, затем, по мере развития технологии, стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд. Четвёртым этапом, в начале 1970-х годов, стало создание, благодаря прорыву в технологии, БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач) либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора. 2 Алгоритм работы процессора 2.1 как устроен процессор Основные функциональные компоненты процессора Ядро: Сердце современного процессора - исполняющий модуль. Pentium имеет два параллельных целочисленных потока, позволяющих читать, интерпретировать, выполнять и отправлять две инструкции одновременно. Предсказатель ветвлений: Модуль предсказания ветвлений пытается угадать, какая последовательность будет выполняться каждый раз когда программа содержит условный переход, так чтобы устройства предварительной выборки и декодирования получали бы инструкции готовыми предварительно. Блок плавающей точки. Третий выполняющий модуль внутри Pentium, выполняющий нецелочисленные вычисления Первичный кэш: Pentium имеет два внутричиповых кэша по 8kb, по одному для данных и инструкций, которые намного быстрее большего внешнего вторичного кэша. Шинный интерфейс: принимает смесь кода и данных в CPU, разделяет их до готовности к использованию, и вновь соединяет, отправляя наружу.  Все элементы процессора синхронизируются с использованием частоты часов, которые определяют скорость выполнения операций. Самые первые процессоры работали на частоте 100kHz, сегодня рядовая частота процессора - 2000MHz, иначе говоря, часики тикают 2000 миллионов раз в секунду, а каждый тик влечет за собой выполнение многих действий. Счетчик Команд (PC) - внутренний указатель, содержащий адрес следующей выполняемой команды. Когда приходит время для ее исполнения, Управляющий Модуль помещает инструкцию из памяти в регистр инструкций (IR). В то же самое время Счетчик команд увеличивается, так чтобы указывать на последующую инструкцию, а процессор выполняет инструкцию в IR. Некоторые инструкции управляют самим Управляющим Модулем, так если инструкция гласит 'перейти на адрес 2749', величина 2749 записывается в Счетчик Команд, чтобы процессор выполнял эту инструкцию следующей. Многие инструкции задействуют Арифметико-логическое Устройство (АЛУ), работающее совместно с Регистрами Общего Назначения - место для временного хранения, которое может загружать и выгружать данные из памяти. Типичной инструкцией АЛУ может служить добавление содержимого ячейки памяти к регистру общего назначения. АЛУ также устанавливает биты Регистра Состояний (Statusregister - SR) при выполнении инструкций для хранения информации о ее результате. Например, SR имеет биты, указывающие на нулевой результат, переполнение, перенос и так далее. Модуль Управления использует информацию в SR для выполнения условных операций, таких как 'перейти по адресу 7410 если выполнение предыдущей инструкции вызвало переполнение'. Это почти все что касается самого общего рассказа о процессорах - почти любая операция может быть выполнена последовательностью простых инструкций, подобных описанным. 2.2 Алгоритм работы процессора Назначение основных блоков процессора Кроме основных блоков ЦП, представленных на упрощенной структурной схеме ЦП некоторой формальной ЭВМ, в состав процессора могут входить и другие блоки: блок прерывания, блок защиты памяти, блок контроля правильности работы и диагностики процессора. Так, например, блок контроля правильности работы и диагностики процессора предназначен для обнаружения сбоев и отказов узлов ЦП, восстановления работы текущей программы после сбоев и локализации неисправностей при отказах и т.д. Рассмотрим назначение основных блоков ЦП. Блок связи с оперативной памятью Блок связи с ОП и с периферийными устройствами совместно с блоком, осуществляющим защиту оперативной памяти от несанкционированного доступа для текущей программы, образуют интерфейсный блок, который содержит два регистра: регистр адреса памяти (хранит адрес ячейки памяти) и регистр данных памяти (сдержит данные обмена). Блок «АЛУ» АЛУ выполняет логические и арифметические операции над данными такие как сложение (вычитание), умножение и деление чисел с фиксированной и плавающей точками, операции над десятичными числами, осуществляет обработку алфавитно-цифровых слов постоянной и переменной длины и др. АЛУ работает под управлением УУ. Блок «УУ» Этот блок вырабатывает последовательность управляющих сигналов, инициирующих выполнение соответствующей последовательности микрокоманд (находящихся в ПЗУ). Наряду с этим УУ координирует функционирование всех устройств компьютера посредством посылки управляющих сигналов. В частности, блок «УУ» координирует обмен данными между ЦП и ОП; хранение и обработку информации; осуществляет интерфейс с пользователем; проводит тестирование и диагностику ЭВМ и др. Хотя блок «УУ» целесообразно рассматривать как отдельный блок ЦП, на практике большинство управляющих схем распределено по всей ЭВМ. Блок управляющих регистров Этот блок предназначен для временного хранения управляющей информации. Он содержит регистры и счетчики, участвующие в управлении вычислительным процессом: регистры, хранящие информацию о состоянии процессора; счетчики тактов; счетчик команд; регистр (вектор) прерывания и т.д. Сюда относятся также управляющие триггеры. Блок регистровой памяти Этот блок в состав процессора и микропроцессора включают для повышения быстродействия и логических возможностей. Регистровая (по-другому, местная, сверхоперативная) память имеет небольшую емкость, но более высокое по сравнению с ОП быстродействие. Регистры этого блока (или ячейки местной памяти) указываются в командах программы путем укороченной регистровой адресации (указываются только номера регистров), и служат для хранения операндов в качестве аккумуляторов (регистров результата операций), базовых и индексных регистров, указателя стека. Основной алгоритм работы процессора В общем случае основной алгоритм работы процессора ЭВМ можно представить в виде следующей последовательности шагов: l программа загружается в ОП; l адрес первой команды программы записывается в счетчик команд (СК), который находится в блоке управляющих регистров; l содержимое СК пересылается в регистр адреса памяти, и в ОПпосылается сигнал управления считыванием; l в соответствии со временем доступа к ОП адресуемое слово (в данном случае первая команда программы) извлекается из ОП и загружается в регистр данных памяти в интерфейсном блоке; l содержимое регистра данных памяти пересылается в СК. На этой стадии команда программы готова для ее декодирования в УУ и выполнения. Если команда содержит операцию, которая должна быть выполнена в АЛУ, то необходимо получить требуемые операнды. Если операнд находится в ОП (а он также может находиться в управляющем регистре), его необходимо выбрать из памяти. Для этого в регистр адреса памяти пересылается адрес операнда и начинается цикл чтения. Операнд, выбранный из памяти в регистр данных, может быть передан в АЛУ. Выбрав таким образом один или несколько операндов, АЛУ может выполнить требуемую операцию, сохранив ее результат в одном из регистров общего назначения (в сумматоре). Если результат операции необходимо запомнить в ОП, он должен быть послан в регистр данных памяти. Адрес ячейки, в которую необходимо поместить результат, пересылается в регистр адреса памяти и начинается цикл записи. Между тем содержимое СК увеличивается, указывая следующую команду, которая должна выполняться. Таким образом, как только завершится выполнение текущей команды, может сразу же начаться выборка на выполнение следующей команды программы. Помимо обмена данными между ОП и ЦПнеобходимо обеспечить обмен данными с внешними устройствами. Этот обмен осуществляют машинные команды, управляющие вводом/выводом информации. Естественный порядок выполнения программы может нарушаться при поступлении сигнала прерывания. Прерывание является требованием на обслуживание, которое осуществляется ЦП, выполняющим соответствующую программу обработки прерывания. Так как прерывание и его обработка могут изменить внутреннее состояние ЦП, то оно сохраняется в ОПперед началом работы программы обработки прерывания. Сохранение состояния достигается пересылкой содержимого регистра команд, управляющих регистров и некоторой управляющей информации в ОП. После завершения программы обработки прерывания состояние ЦП восстанавливается, позволяя продолжить выполнение прерванной программы. Описанный выше процесс циклически продолжается до тех пор, пока не наступит конец программы или не поступит команда прерывания ее работы.  3 Моделирование работы процессора Разгон компьютеров- процесс увеличения тактовой частоты (и напряжения) компонента компьютера сверх штатных режимов с целью увеличения скорости его работы. Повышение частоты может достигать максимального значения, при котором сохраняется стабильность работы системы в необходимом для пользователя режиме. При разгоне повышается тепловыделение, энергопотребление, шум, уменьшается рабочий ресурс. Конечная цель разгона — повышение производительности оборудования. Побочными эффектами могут быть повышение шума и тепловыделения, нестабильности, особенно при условии несоблюдения правил, подразумевающих усиление охлаждающего оборудования, улучшения питания компонентов, тонкой настройки разгона. Противоположную цель ставит андерклокинг — снизить частоту работы оборудования (и, иногда, необходимого для неё напряжения) и этим достичь снижения тепловыделения, шума, а иногда и нестабильности. Может быть особенно актуальным для тихих помещений, экономии энергии или заряда батареи. Могут быть разогнана центральные процессоры, память, видеокарты, матплаты, роутеры и прочее. Классическим методом разгона может быть задание параметров через интерфейс BIOS оборудования и установку там более высоких значений частот работы компонентов системы, нежели штатные. Другой метод — перепрошивка BIOS'а альтернативной от штатной микропрограммой, имеющей уже другие параметры частот и напряжения по умолчанию. Третий метод — повышение частот через операционную систему с помощью специального разгонного программного обеспечения. Для улучшения охлаждения и снижения уровня шума ставят жидкостное охлаждение, более эффективные и не всегда менее шумные вентиляторы взамен штатных, меняют термопасту, ставят более производительные кулеры. Некоторые типы центральных процессоров подвергаются конструктивной доработке с целью снижения теплового сопротивления между кристаллом и кулером путём удаления защитной крышки процессора и замены термопасты на более новую или на жидкий металл, но уже в самом процессоре, иногда может встречаться припой, который превосходит термопасту по теплопроводности («скальпирование»). Для проверки стабильности используется программное обеспечение, приводящее оборудование в предельный режим нагрузки в тот момент, когда оно уже работает на повышенных частотах. Для тестов стабильности компонентов компьютеров используются программное обеспечение такое как: Prime95, AIDA64, Super PI, LINPACK, SiSoft Sandra, BOINC, Memtest86+, OCCT. Заключение Переход на новые технологии изготовления процессоров, разработка новых алгоритмов их работы является перспективным продвижением данной отрасли. По прогнозам ученых скорость процессоров через 10 лет может достичь 20-ти кратного увеличения по сравнению с современными процессорами. Автоматизм работы процессора, возможность выполнения длинных последовательных команд без участия человека – одна из основных отличительных особенностей ЭВМ как универсальной машины по обработке информации. Список источников https://ru.wikipedia.org/wiki/Центральный_процессор https://poisk-ru.ru/s45854t3.html https://ru.wikipedia.org/wiki/Разгон_компьютеров |