Bus pe pachetul de calculatoare placa de baza si microprocesor - un set de conductoare plate. Pentru anvelopele speciale conectate circuite tampon. Convențional, un autobuz sistem poate fi împărțit în trei anvelope identificate mai jos.
Anvelope de autobuz bidirecțională a datelor prin care datele de la diverse dispozitive periferice sunt alimentate într-un procesor sau, invers, trimis de la CPU la dispozitivele.
Managementul shina- bus bidirecțională peste care se transmit semnale de control pentru o secvență predeterminată de funcționare a microprocesorului și a diferitelor dispozitive periferice în calculator.
În plus față de autobuze externe, microprocesorul are, în general, propriile pneuri construite, care sunt formate pe cipul sau placa de circuite imprimate în carcasă microprocesor. Dimensiunile cip (cip microprocesor) sunt mici și, prin urmare, aceste anvelope pot avea frecvențe mai mari de operare. Acestea sunt realizate, de obicei, multipli de frecvența de ceas a microprocesorului. Prezența încorporat și anvelope externe în Pentium noi generații a dat naștere pentru a numi procesoare lor arhitectura arhitectura cu un autobuz dublu.
Pentru a elimina dezavantajul major al microprocesorului - scăderea bruscă a vitezei de calcul pentru datele prezentate numerele în virgulă mobilă (și astfel de date sunt frecvent întâlnite în construcția grafică sau operarea multimedia) începând cu procesoare 486 incluse în coprocesorul microprocesor matematica. Este nevoie de grijă de toate funcțiile de calcule rapide de îndată ce se constată că datele sunt în formă de numere în virgulă mobilă. Math coprocessor - o „mașină“, puțin inferior procesorului pe circuitul de complexitatea și numărul de componente. De asemenea, un coprocesor matematic implementează algoritmi destul de complexe exacte (aproximativ 20 de cifre corecte) pentru calcularea diferitelor funcții matematice, cum ar fi rădăcină pătrată, logaritm, sinus, cosinus, și așa mai departe. Setul de aceste comenzi sunt utilizate în punerea în aplicare a graficii tridimensionale și capabilități multimedia.
ALU este, fără îndoială, cel mai important al unității microprocesor. Se efectuează o varietate de operații aritmetice și logice, din care, în esență, este orice algoritm de calcul.
ALU este construit pe o multitudine de circuite logice. Datorită procesorului ALU permite în cadrul lungimii sale cuvânt pentru a adăuga, scădea, înmulți și împărți numere întregi. De asemenea, permite de a efectua diverse operații (de exemplu, schimbare sau mișcare) pentru a lucra cu un număr mai mare de biți adâncime, etc ..
procesoare moderne sprijină și de a efectua operațiuni pe numere în virgulă mobilă. Toate operațiunile necesare pentru a traduce numere zecimale (numere întregi și virgulă mobilă), în numerele binare și vice-versa, procesoarele moderne funcționează automat. Așa că o nevoie specifică în capacitatea de a efectua astfel de conversii „de mână“, pur și simplu nu există.
comenzi Block. Procesorul este „cablată“ set de comenzi care sunt executate în mod programatic utilizând ALU. Ele sunt puțin mai mult de 200. Această comandă generațiile anterioare de microprocesoare 8086, 8088, 286, 386 și 486. Cu toate acestea, noile procesoare sunt incluse un număr de noi comenzi. Păstrarea toate comenzile de microprocesor și punerea în aplicare a unora dintre ele și responsabilitatea blocului de comandă.
Pe banda rulanta. În microprocesoare moderne oferă metode structurale pentru a îmbunătăți viteza. O astfel de metodă - pipelining informații. Acest lucru înseamnă că procesorul are un dispozitiv - transportor, care primește o serie de comenzi dintr-o dată. Până la sfârșitul conductei este finalizat implementarea primei echipe în transportorul de intrare, primește noi comenzi, și începe prelucrarea. Astfel, în conducta este în același timp (sau, cum se spune, paralele) pentru a efectua o serie de comenzi.
Transportorul, în general, conceput pentru a efectua câteva instrucțiuni, al căror număr este determinat de lungimea transportorului. Când executați mai multe comenzi timpul de execuție este determinată de performanța echipei cea mai lungă, în timp ce procesorul fără a conductei va necesita un timp egal cu suma timpilor de execuție a tuturor echipelor. Procesorul Pentium are două conducte de 5 etape. Ulterior, numărul de pași și a crescut numărul de conducte. Trebuie avut în vedere faptul că operațiunea cu transportorul necesită puțin timp suplimentar, și, prin urmare, face transportorul prea mult irațional.
Pro procesor Pentium și noul principiu de executare proactivă a comenzilor a fost utilizat în succesorii săi. În acest scop, un bazin special de comenzi utilizate în procesor. Figurat vorbind, acest principiu este similar cu ceea ce facem, luând rezervă dreptul de instrument și îmbrăcăminte dreapta și aplicarea acestora, atunci când este necesar.
Registrele de microprocesor. Pentru cele mai multe dintre operațiunile au nevoie de un loc pentru a stoca temporar introducerea de date, rezultatele intermediare și finale ale calculelor. Pentru acest procesor are propriile sale dispozitive de memorie de mare viteză, numite registre (registre), care sunt similare cu celula de memorie. Acestea sunt împărțite în registre de uz general (registrele de uz general) și registre speciale (registre cu destinație specială). Ne uităm la niște registre speciale, mai târziu, iar acum ne concentrăm atenția asupra rolului registrelor de uz general.
Numărul lor, așa cum au fost stabilite pe rafturi - descărcare. Microprocesorul are o multitudine de operațiuni de registru, cum ar fi registrele de curățare, numere trece de la un registru la altul, și așa mai departe.
Ar fi util să se ia în considerare registrele de uz general dispuse pe procesor, peste memoria calculatorului. Registrele sunt utilizate pentru a stoca datele la îndemână, care sunt în prezent tratate. Numirea - memorie de stocare a datelor, care pot fi necesare în viitorul apropiat. dispozitiv de stocare - o memorie pentru stocarea de date care nu este probabil să fie necesară în viitorul apropiat. Multe mașini sunt echipate cu o memorie ultra-rapid suplimentar, numit cache - memorie. Timpul de răspuns care este aproximativ egal cu timpul de răspuns al registrelor. Este o memorie care stochează cele mai frecvent utilizate comenzi în cel mai apropiat timp microprocesorul. Cache - memorie elimină parțial diferența dintre microprocesor de mare viteză și o rată mult mai mică de acces la memoria PC-ului. În cazul în care procesorul trebuie să re-face unele lanț de comandă, le scoate din cache-ul deja rapid, în loc de memorie lent. Acest lucru sporește viteza de funcționare a microprocesorului.
În așa-numita arhitectură Harvard din cache-ul este împărțit în două părți. Într-o parte a instrucțiunilor sunt stocate, precum și alte date. Arhitectura Princeton a unui astfel de diviziune nu, iar în acest cache sunt stocate atât date și comenzi.
Prin natura interacțiunii cu memorie RAM cache este împărțit în două tipuri:
• write-back;
• write-through.
Prima cache rezultatele operațiunilor înregistrate o memorie cache write-back, și apoi transferat la controlerul de memorie RAM. Memoria cache cu o conexiune prin în același timp, rezultatele operațiunilor sunt înregistrate în memoria cache și RAM.
Memoria cache computer are un număr de nivele (nivele). După cum sa menționat deja, cache-ul de la primul nivel de LI este situat pe aceeași matriță ca procesorul în sine, și, prin urmare, funcționează pe frecvența procesorului (uneori, la jumătate din frecvența). Aceasta este o memorie foarte rapid. Dar este nevoie de o mulțime de spațiu pe matrița procesorului, astfel încât domeniul său de aplicare este limitat - de obicei, 16, 32 sau 64 de Kbytes. Numai procesoarele AMD Athlon au memorie cache de nivel de memorie L1 până la 128 KB.
un nivel al doilea L2 de memorie cache poate fi localizat fie în microprocesor, fie pe placa de bază. Valoarea sa variază de la 128 Kbytes la procesoare ieftine (de exemplu, Celeron) la mai multe megaocteți în procesorul de server care deservesc rețele locale (Intel Itanium). În procesoarele moderne, această memorie este cel mai adesea în carcasa procesorului și este conectat la acesta printr-un autobuz separat de mare viteză - arhitectura calculatoarelor cu autobuzul dublu.
Memoria cache L3 de-al treilea nivel este de obicei situat pe placa de baza PC. Se rulează pe cipuri SRAM de mare viteză. Această memorie, și, uneori, al patrulea nivel de memorie cache și L4 includ memoria cache, care este situată în afara plăcii de bază, cum ar fi placile de baza hard disk-uri. Scopul este de a reduce timpul de acces la memorie la instrucțiunile și datele stocate pe discuri. Uneori se folosește o parte din RAM PC-ului.
Unitatea de gestionare a memoriei. În timpul funcționării, procesorul interacționează în mod constant cu memorie. El iese din codurile de instrucțiuni de memorie și datele de calcul și trimite la memorie rezultatele calculelor de celule specificate. Pentru a asigura acest lucru, procesorul include o unitate de gestionare a memoriei. Unitatea de gestionare a memoriei facilitează activitatea ALU și ALU poate fi utilizat pentru prelucrarea datelor de bază.
Figura 1 CPU și memorie RAM magistrală conectată
Datorită acestei structuri a problemei calculator de a adăuga două valori stocate în memorie, reprezintă mai mult decât a efectua o operație de adăugare. Acest proces include funcționarea dispozitivului de control care coordonează transferul de informații între memoria principală și registre, situate în procesorul central și o unitate logică aritmetică de muncă, care efectuează o operație plus, la comanda de la dispozitivul de comandă.
Întregul proces de adăugare a două numere stocate în memoria RAM poate fi împărțit în cinci etape, după cum se arată mai jos. Într-un cuvânt, trebuie să treci de date din memoria principală a procesorului, procesorul pentru a găsi suma dintre cele două valori și rezultatul stocat în celula de memorie.
Pasul 1. Ia una din valorile din memorie și puneți-l în registru.
Pasul 2: Ia o valoare diferită de memorie și puneți-l într-un alt registru.
Pasul 3. Activați circuitul plus, care admisie va fi datele din registrele descrise în etapele 1 și 2.
Pasul 4. Salvați rezultatul în memorie.
Un progres în acest domeniu (care este atribuită lui John von Neumann) a avut loc cu cunoștințele pe care programul, precum și datele care pot fi codificate și stocate în memorie. Dacă vă construi o unitate centrală de procesare, astfel încât el a scos programul din memorie, instrucțiuni decodificate și efectuarea lor, succesiunea acțiunilor calculatorului poate fi schimbat, pur și simplu prin schimbarea conținutului memoriei lui, fără a înlocui întregul CPU.
Principiul stocat în memoria de program (concept de program stocat) a devenit acum comune, atat de comune incat pare evident. În primul rând, crearea programului mașinii stocate îngreunată de faptul că programul și datele sunt percepute ca entități separate: datele stocate în memorie, iar programul a fost parte a procesorului central.
Cu toate acestea! Primul proiect al mașinilor mecanice, controlat de introdus în el cu programul de card de pumn a fost creat în 1834 de Charles Babbage. Pentru a conduce mașina Babbage a sugerat să se utilizeze un motor cu aburi.
În mașina lui Babbage individualizata patru blocuri principale:
• depozitarea pentru stocarea numerelor (în terminologia actuală a memoriei);
• moară de măcinat pentru prelucrarea numerelor (în opinia noastră, această unitate aritmetică);
Este remarcabil faptul că toate aceste dispozitive, de fapt, fac parte din orice computer modern. Deci, Babbage poate fi considerat primul arhitect al calculatoarelor - arhitectura masinii sale își păstrează valoarea sa de astăzi. Babbage a anticipat, de asemenea, posibilitatea de a schimba algoritmul pentru rezolvarea problemelor pe măsură ce apar.
Pentru a înregistra programe Babbage împrumutat ideea de a folosi cartele perforate, care au fost propuse și puse în aplicare în Jacquard războaie de țesut. Astfel de carduri sunt coli de hârtie groasă cu găuri. Absența și prezența unor găuri în unele locuri, acesta este un record de zero logic și unul. Ada Lavleys (fiica poetului Byron D.) a produs primul program pentru mașina lui Babbage. Acestea au fost puse în aplicare cicluri prima - tranzacții recurente în mod repetat. Contribuția ei ca primul programator din istoria omenirii imortalizat în titlul moderne limbajul de programare Ada.
Între timp, un fizician și matematician (etnic maghiar) Dzhon Fon Neyman (1903-1957 gg.), Rezident din SUA, a oferit pentru a stoca în memoria calculatorului ca date de calcul și software. Aceasta a fost ideea de bază de a furniza calcule care rulează în schimbarea cursului datelor lor, care sa extins în mod semnificativ clase de algoritmi de calcul computere disponibile. De asemenea, el a sugerat că arhitectura clasică de calculatoare, format din următoarele componente:
• o unitate logică aritmetică (ALU);
• unitatea de comandă (CU);
• un dispozitiv de stocare (memorie);
• sistem de intrare de informații;
• Sistem de ieșire.
Această arhitectură este bine numit - arhitectura von Neumann. Ea, desigur, cu adaosuri considerabile, constituie baza de cele mai multe calculatoare moderne (PC).
Legea lui Moore. La fel ca și mărimea casei depinde de numărul de blocuri din care este compus, și puterea și perfecțiunea microprocesoarelor moderne depinde de cât de multe tranzistori sunt în imposibilitatea de a găzdui carcasa microprocesorului. Aceasta este situația cu alte produse microelectronice, cum ar fi coprocesor matematic, procesoare de semnal digital, chipset-uri, cipuri de memorie și alte VLSI.
O dată din nou în 1965 unul dintre fondatorii Intel Gordon Mur destul de neglijent, a rostit:“. numărul de tranzistori pe un cip și performanța microprocesoarelor se va dubla la fiecare doi ani. " Se spune că la început a vorbit chiar și despre un an. Moore a susținut că nu sa considerat niciodată această lege empirică este o lege strict matematic.
Legea lui Metcalfe. numit dupa Bob Metcalfe de la Massachusetts Institute of Technology. Se pare ca aceasta: Valoarea crește proporțional de rețea în pătratice cu numărul de noduri din rețea.
Acesta este motivul pentru Internet de astăzi este cel mai important și valoros instrument de comunicare. De fiecare dată numărul de noduri pe Internet dublează valoarea rețelei crește de patru ori. Astăzi, rețeaua are aproximativ 4-500 de utilizatori. De-a lungul următorii câțiva ani, numărul de utilizatori de Internet va crește la un miliard de, atunci valoarea acestei rețele ca mijloc de acces la informație, comunicare și comerț va fi mult mai mare.
legea foton. lățime de bandă de canal de transmitere a informațiilor de fibră optică poate fi de aproximativ dublarea la fiecare 10 luni.