Процессор

Подробнее о характеристиках процессора читайте в презентации к уроку.

Материнская плата – самая большая плата компьютера. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, - так называемые шины. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем – так называемый чипсет.

Процессор – основная микросхема компьютера. Все вычисления выполняются в ней. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). БИС является большой не по размеру, а по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10-6 м). Например, в процессоре Pentium 4 их около 42 миллионов.

Основная характеристика процессора – тактовая частота (измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц)). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера. Так, например, при тактовой частоте 2000 МГц процессор может за одну секунду изменить свое состояние 2000 миллионов раз.

Единственное устройство, о существовании которого процессор “знает от рождения” – оперативная память – с нею он работает совместно.

Смотрите моделирование процесса производства процессора в видео фирмы Intel:

Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера. Процессор имеет кэш-память - массив сверхбыстрой оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером системной памяти и процессором. В этом буфере сохраняются блоки данные после того, как их считал процессор, а потом он выполняет команду над данными.

Внутреннее устройство процессора

1. металлическая поверхность (крышка) микропроцессора, служащая для отвода тепла и защиты от механических повреждений того, что находится за этой крышкой (то есть внутри самого процессора).
2. сам кристалл, по факту являющийся самой важной и дорогой в изготовлении частью микропроцессора. Именно благодаря этому кристаллу происходят все вычисления (а это и есть самая главная функция процессора) и чем он сложнее, чем совершенней - тем мощнее получается процессор и тем дороже соответственно. Кристалл изготавливается из кремния. 
3. специальная текстолитовая подложка, к которой крепятся все остальные части процессора, кроме того она играет роль контактной площадки - на ее обратной стороне есть большое количество золотистых "точек" - это контакты. Благодаря контактной площадке (подложке) обеспечивается тесное взаимодействие с кристаллом, ибо напрямую хоть как нибудь воздействовать на кристалл не представляется возможным.

Крышка (1) крепится к подложке (3) с помощью клея-герметика, устойчивого к высоким температурам. Между кристаллом (2) и крышкой нет воздушного зазора, его место занимает термопаста, при застывании из нее получается "мостик" между кристаллом процессора и крышкой, благодаря чему обеспечивается очень хороший отток тепла.

Процессор состоит из ячеек, в которых обрабатываются данные. Ячейки процессора называют регистрами. Регистры могут быть восьмиразрядные (в такой регистр помещаются 8 бит, т.е. 1 байт), шестнадцатиразрядные (в такой регистр помещается два байта или говорят машинное слово), 32-разрядные (помещается двойное слово). Разные регистры процессора имеют разное назначение. Для сохранения данных и результатов используются регистры данных . Для хранения адреса команды - счётчик команд. Для хранения команды – регистр команд. Для хранения адреса данных адресный регистр. Существуют специальные регистры для самопроверок процессора.

Машинные команды, которые обрабатывает процессор состоят из двух основных частей:

Код операции

адресная часть

Код операции показывает, какую именно операцию из системы команд процессора надо выполнить, а в адресной части содержится адрес данных, над которыми будет выполняться эта операция.

К процессору подходят магистрали передачи сигналов:

• адресная шина - соединяет процессор с оперативной памятью;
• шина данных - по ней в регистры процессора передаётся содержимое ячеек памяти и отправляются результаты обработки назад в оперативную память;
• шина управления.

Для хранения адреса команды - счётчик команд. Первым делом процессор считывает из счётчика команд адрес команды.

Размеры регистров (в битах) определяют разрядность процессора.

Разрядность процессора и его тактовая частота - это основные характеристики процессора, от которых зависит производительность компьютера. Для хранения команды у процессора существует -регистр команд. Когда процессор знает адрес команды он считывает слово -команду. 

 Подробнее смотрите в видео "Как делают процессоры":