Пристрої, що входять до складу процесора: короткий опис, функції

Сьогодні в будинках переважної більшості жителів розвинених країн є по кілька комп’ютерів, а також планшетів та інших мобільних пристроїв. «Серцем» будь-кого з них є процесор (ЦП або CPU). Він має складну будову. Щоб зрозуміти, як працює ПК, слід дізнатися, що входить до складу процесора.

Призначення і функції

Перш ніж вивчати пристрої, що входять до складу процесора, слід дізнатися, для чого він призначений. Отже, процесор — центральний пристрій ПК. Його призначення — це:

• керувати роботою ЕВМ, дотримуючись заданої програми;
• виконувати операції обробки інформації.

Пристрої, що входять до складу процесора

На даний момент ЦП являє собою спеціальну інтегральну мікросхему.

Пристрої, що входять до складу процесора, — це:

• регістр;
• кеш-пам’ять;
• шини даних та адрес;
• АЛУ (арифметико-логічний пристрій);
• математичний співпроцесор.

Регістр

Це блок комірок пам’яті, які утворюють надшвидкий пам’ять оперативну пам’ять всередині ЦП. Він використовується ним самим і недоступний програмістам. Обсяг пам’яті становить всього кілька сотень байт.

Регістри ЦП поділяються на 2 типи: загального призначення та спеціальні.

Регістри 1-го типу використовуються, коли виконуються операції логічного та арифметичного типу або операції таких додаткових наборів інструкцій, як SSE, MMX тощо.

Регістри другого типу містять системні дані для роботи процесора. До них належать регістри управління, системних адрес, налагодження тощо. Доступ до них жорстко регламентований.

Крім того, до таких пристроїв належить лічильник команд, що містить адресу команди, до виконання якої ЦП приступить на наступному такті роботи.

Кеш-пам’ять

Пристрої, що входять до складу процесора, досить різноманітні. До них відноситься і кеш. Він являє собою надоперативну пам’ять. Мета її використання — прискорити роботу ПК. Для цього при доступі ЦП в пам’ять насамперед проводиться перевірка, чи зберігаються в кеш запитувані дані. З цією метою порівнюють адресу запиту, що надійшов, зі значеннями всіх тегів кешу, де можуть зберігатися ці дані. Збіг кеш-лінії з тегом називається попаданням (cache hit). В іншому ж випадку фіксується кеш-промах. Cache hit дозволяє процесору негайно зробити читання або здійснити запис даних в лінії з збігом тегів. Мірою ефективності cache для обраного алгоритму (програми) є відношення числа вдалих звернень до кешу до загальної кількості запитів процесора до пам’яті, зване рейтингом попадань.

ALU

Хоча деякі пристрої, що входять до складу процесора, мають власну пам’ять, АЛУ являє собою спеціальну комбінаційну схему без елементів власної пам’яті. Її призначенням є реалізація найважливіших операцій процесу обробки даних:

• приймає на 2 входи 2 операнди (вміст 2 регістрів тощо);
• формує і видає на вихід результат операції.

Вона полягає у виконанні набору простих арифметичних операцій (АТ), що підрозділюються на 3 основні категорії: логічні, арифметичні і операції над битами. АТ — це процедури обробки даних (віднімання, додавання, множення або ділення), аргументи і результат яких являють собою числа. Вони відрізняються від логічних операцій. Під ними розуміються процедури, що здійснюють побудову складних висловлювань (І, НЕ, АБО).

Арифметико-логічний пристрій складається з регістрів, елемента управління і сумматора з логічними схемами. Воно функціонує згідно з кодами операцій, що виконуються над змінними, які поміщаються в регістри.

Шини даних та адрес

Ці пристрої, що входять до складу процесора, являють собою набір провідників. Перше з них призначено для передачі адреси комірки пам’яті, в яку пересилаються дані. По кожному з них передається 1 біт. Він відповідає 1 цифрі в адресі. Збільшення числа провідників, які використовуються для формування адреси, дає можливість маркувати більшу кількість комірок. Розрядністю шини визначається максимальний обсяг пам’яті, який може бути адресований процесором.

Якщо шину даних порівняти з автострадою і вважати її розрядність з кількістю смуг руху, тоді шина адреси асоціюється з нумерацією вулиць або будинків. Число її ліній дорівнює кількості цифр (знаків) у номері будинку. Таким чином, якщо на конкретній вулиці номери будинків складаються більш ніж з 2 десяткових цифр, то число розташованих на ній будинків не може перевищувати 100 (тобто 102). При 3-значних номерах число можливих адрес збільшується до 103.

Шини адреси і даних є незалежними, і розробники мікросхем самі вибирають їх розрядність на свій розсуд. У той же час чим в шині даних більше розрядів, тим їх більше і в шині адреси. Їх розрядність — показник можливостей конкретного процесора. Зокрема, в шині даних нею визначається здатність процесора в питанні обміну інформацією, а розрядність шини адреси вказує на обсяг пам’яті, з яким у неї є можливість працювати.

Математичний співпроцесор

Продовжуючи розглядати, що входить до складу процесора комп’ютера, не можна не сказати кілька слів і про цей пристрій. Воно призначене для розширення можливостей ЦБ і забезпечення його функціональності за допомогою додатка так званих операцій з плаваючою комою, для процесорів, які не мають інтегрованого додатка.

Математичний співпроцесор не належить до числа обов’язкових елементів ПК, і від нього можна відмовитися. Раніше багато виробників так і чинили, виходячи з міркувань економії.

Однак при вирішенні завдань, які потребують виконання безлічі математичних обчислень (при наукових або інженерних розрахунках), довелося вирішувати питання про підвищення продуктивності ПК.

Якщо раніше модуль математичного співпроцесора встановлювали на материнську плату в якості окремого чіпа, то в сучасних персональних комп’ютерах використання цього пристрою в такому форматі не потрібно, оскільки він спочатку вбудований в центральний процесор.

Інші пристрої ПК

Персональний комп’ютер — це складна і злагоджено працююча система.

Всі можливі пристрої, що входять до складу комп’ютера, перелічити у двох словах неможливо.

Крім процесора, ПК включає в себе також:

• материнську плату з роз’ємом підключення ЦП;
• накопичувачі на жорсткому і гнучкому магнітних дисках;
• блок живлення;
• оперативну пам’ять;
• накопичувачі на компакт- і dvd-дисках;
• роз’єми (порти) для додаткових пристроїв тощо.

Крім того, використовуються різні периферичні пристрої, такі як:

• комп’ютерна миша;
• клавіатура;
• мікрофон;
• динаміки тощо.

Тепер ви знаєте, що всі можливі пристрої, що входять до складу комп’ютера, — це частини складної системи, керованої процесором. Його роль важко переоцінити, оскільки від його нормального функціонування залежить робота ПК. На даний момент фахівці прогнозують, що в найближчі десятиліття матеріальна частина процесорів зазнає істотних змін. Це пов’язано з тим, що технологічний процес застаріє, на зміну звичним ПК прийдуть квантові, біологічні тощо комп’ютери.