Понятие и сущность процессора

Содержание:

Введение

Актуальность нашей работы обусловлена тем, что компьютер прочно вошел в жизнь людей, но многие из них даже и не задумываются о сущности ПК, о том, как он устроен и из чего состоит.

Объектом нашей работы является понятие и сущность процессора.

Предметом же нашего исследования являются современные модели процессоров различных компаний производителей.

Цель данной работы заключается в изучении сущности и структуры процессора, а так же в рассмотрении некоторых моделей процессоров от разных производителей.

Для осуществления данной поставленной цели были определены следующие задачи:

• Проанализировать назначение процессора персонального компьютера;
• Выяснить основные функции процессора персонального компьютера;
• Определить основные классификации и виды процессоров персонального компьютера.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы: теоретический анализ исторических, публицистических, научных, социологических источников и их описание.

Курсовая работа состоит из введения, трех глав, и заключения. В конце работы приведен список использованной литературы и других источников информации, к которым мы обращались во время работы.

В введении кратко описана актуальность данной работы и ее значимость. Первая глава курсовой работы посвящена назначению процессора персонального компьютера. Во второй главе рассматриваются функции процессора персонального компьютера. В третьей главе рассмотрена классификация и виды процессоров персонального компьютера. В заключении сделаны общие выводы по проведенной работе и дан ответ на основной вопрос – что же такое процессор персонального компьютера, его основные функции и виды.

Глава 1. Назначение процессора персонального компьютера.

1.1 История создания и возникновения центрального процессора персонального компьютера

В настоящее время технология развивается стремительно, каждый год появляется несколько новых микропроцессоров. Однако факторы, влияющие на это развитие, известны. Зная эти факторы, довольно уверенно можно предсказывать и основные пути развития процессоров в ближайшем будущем.

Нам необходимо, выявить основную цель развития процессоров, определить ограничения, которые накладываются на процессоры, оценить существующие современные подходы построения микропроцессоров.

Общая цель, которую стремятся достичь все разработчики микропроцессоров – получить процессор максимальной производительности с наименьшими затратами как в разработке, так и в производстве. При этом процессор должен быть как можно более универсален. Лишь при достаточно большой массовости производства можно разделить все расходы по разработке модели на такое количество выпущенных экземпляров, что цена одного процессора будет иметь разумный размер. Если же процессор найдет весьма узкое применение, то львиную долю его стоимости будут составлять расходы по собственно разработке процессора, а не расходы по его производству. Именно поэтому так дороги уникальные серверные и процессорные платформы, применяемые для нужд обороны и прочих малораспространенных задач. В общем случае, расходы по разработке, скажем, новой модели Celeron^[1] и какой-либо сложной специализированной структуры весьма сопоставимы. Однако цена специализированной системы будет превышать цену обычной в десятки раз.

Проще всего создать процессор, оптимизированный под одну-единственную задачу. В рамках этой задачи можно достичь пика производительности для данной элементной базы. Но в связи с универсальностью происходят потери в производительности. Борьба противоположных требований, при всей своей простоте, является основным фактором влияния.

Другим фактором, является удобство применения процессора для разработки приложений^[2]. При разработке любого сложного проекта на каком-то этапе сама технология производства оказывается делом первостепенной важности. Качественная реализация проекта оказывается невозможной без применения специальных средств для контроля за качеством производимых программных продуктов. Именно в этом заключаются корни популярности объектно-ориентированного подхода в языках высокого уровня. В той же мере и на уровне машинных кодов удобство системы команд может оказывать большое влияние на качество работы. Чем удобнее окажется процессор для разработчиков, тем больше будет выпущено программных продуктов именно для этой платформы, и тем привлекательней окажется эта платформа для конечных пользователей. Процессор должен обладать максимальной производительностью, при этом он должен сохранять свою относительную универсальность, обеспечивающую массовость производства^[3]. Также процессор должен быть достаточно удобен для разработки сложных приложений. С учетом всех этих требований можно рассматривать ныне существующие модели, оценивать их перспективность и, до некоторой степени, предсказывать их дальнейшее развитие.

Самым существенным фактором, влияющим на архитектурные решения современных процессоров, является постоянное совершенствование технологии производства^[4]. Как следствие,- рост уровня интеграции, уменьшение задержек в транзисторах и связях, снижение энергопотребления при переключении транзистора. С ростом уровня интеграции увеличиваются ресурсы на кристалле и повышается тактовая частота работы, что позволяет повышать производительность процессоров. Первое направление связано с увеличением объёма внутренней кэш-памяти. Второе направление связано с реализацией в процессорах принципов конвейеризации и параллельной обработки в нескольких конвейерах на разных стадиях выборки и выполнения команд.

Практически все накопленные в процессе конкуренции различных фирм архитектурные решения находят своё воплощение в новых архитектурах. В архитектуре современных процессоров различных производителей много общего, и ставится вопрос об унификации архитектур.

Современный процессор – это 64-разрядный суперконвейерный, суперскалярный процессор с RISC-операционным ядром и большим числом дополнительных блоков, реализующий динамическое исполнение команд^[5]. Для эффективной обработки данных мультимедиа и графики система команд современных процессоров расширяется за счёт специализированных команд мультимедийной обработки.

Для унификации структур обработки данных в структуры некоторых современных процессоров включают специальные преобразователи исходных кодов команд во внутренние машинные команды «исполнительного процессора».

Масштабные исследования ведутся по созданию процессорных элементов и компьютеров в целом с использованием принципиально иной элементной базы: биполярных молекул, молекул ДНК, квантовых кубитов и света^[6].

История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.

Первым этапом^[7] было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом^[8] стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом^[9] стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие 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^[10] стало создание, благодаря прорыву в технологии создания 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^[11]. 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.

Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё долгое время, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев^[12]. Тем не менее, центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции.

Переход к микропроцессорам позволил создать персональные компьютеры, которые проникли в каждый дом.

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15 ноября 1971 года корпорацией Intel^[13]. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц и стоил 300 долл.

Далее его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086^[14], заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен дешевый 8088, упрощенная версия 8086, с 8-разрядной шиной памяти.

Затем проследовала его модификация, 80186^[15].

В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти.

Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти^[16]. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например Intel x86, развившаяся вначале в 32-битную IA-32, а позже в 64-битную x86-64 (которая у Intel называется EM64T). Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений. Также можно перечислить такие архитектуры как Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC-архитектуры) и IA-64 (EPIC-архитектура)^[17].

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см), вставляющегося в сокет, находящийся на материнской плате. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.

• 1. Устройство и принцип работы процессора персонального компьютера

Персональный компьютер состоит из множества компонентов, соединенных в единую систему. Взаимодействие и контроль между ними осуществляется благодаря центральному процессору, выполняет роль электронного мозга ПК^[18]. Без него любая техника, будь то ноутбук, планшет или системный блок – груда железок.

Центральный процессор – основной компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет процессом вычислений и координирует работу всех устройств ПК. Чем мощнее процессор, тем выше быстродействие ПК. Центральный процессор часто называют просто процессором, ЦПУ (Центральное Процессорное Устройство) или CPU (Central Processing Unit), реже – кристаллом, камнем, хост-процессором. Современные процессоры являются микропроцессорами^[19].

Микропроцессор имеет вид интегральной схемы – тонкой пластинки из кристаллического кремния прямоугольной формы площадью в несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы с миллиардами транзисторов и каналов для прохождения сигналов. Кристалл-пластинка помещен в пластмассовый или керамический корпус и соединен золотыми проводками с металлическими штырьками для подсоединения к системной плате персонального компьютера.

Центральный процессор предназначен для автоматического выполнения программы.

Основными компонентами центрального процессора являются^[20]:

• арифметико-логическое устройство выполняет основные математические и логические операции;
• управляющее устройство, от которого зависит согласованность работы компонентов ЦП и его связь с другими устройствами;
• шины данных и адресные шины;
• регистры, в которых временно хранится текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результаты вычислений АЛУ);
• счетчики команд;
• кэш-память хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш-память гораздо быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем она больше, тем выше быстродействие ЦП.

Упрощенную схему центрального процессора можно представить следующим образом (рис.1)

Рисунок 1. Упрощенная схема процессора^[21]

Как видно из рис 1 общая структура любого центрального процессора состоит из следующих блоков:

• Блока интерфейса;
• Операционного блока;

Блок интерфейса содержит следующие компоненты:

• Адресные регистры;
• Регистры памяти, в которых осуществляется хранение кодов передаваемых команд, выполнение которых планируется в ближайшее время;
• Устройства управления – с его помощью формируются управляющие команды, которые в дальнейшем выполняются ЦП;
• Схемы управления, отвечающие за работу портов и системных шин;

В операционный блок входят:

• Микропроцессорная память. Состоит из: сегментных регистров, регистров признаков, регистров общего назначения и регистров подсчитывающих количество команд;
• Арифметико-логическое устройство. С его помощью информация интерпретируется в набор логических, или арифметических операций;

Операционный блок и блок интерфейса работают в параллельном режиме, но интерфейсная часть находится на шаг впереди, записывая в блок регистров команды, которые в дальнейшем выполняются операционной частью.

Системная шина служит для передачи сигналов от центрального процессора к другим компонентам устройства. С каждым новым поколением структура процессора немного меняется и последние разработки сильно отличаются от первых процессоров, используемых на заре становления компьютерных технологий.

• 1. Основные характеристики процессора персонального компьютера

Характеристики любого центрального процессора оказывают большое влияние на быстродействие как отдельных элементов системы, так и всего комплекса устройств в целом. Среди основных характеристик, влияющих на параметры производительности, выделяют^[22]:

• Тактовая частота; Для обработки одного фрагмента данных, передаваемых внутри ПК, требуется один такт времени. Отсюда следует, что чем выше тактовая частота приобретаемого ЦП, тем быстрее работает устройство обрабатывая за раз большие массивы информации. Измеряется тактовая частота в мегагерцах. Один мегагерц эквивалентен 1 миллиону тактов в секунду. Старые модели имели маленькую частоту, из-за чего скорость работы оставляла желать лучшего. Современные модели имеют большие показатели тактовой частоты, позволяя быстро обрабатывать и выполнять самые сложные наборы команд.
• Разрядность; Информация, предназначенная для обработки ЦП, попадает в него через внешние шины. От разрядности зависит какой объем данных передается за один раз. Это влияет на быстродействие. Старые модели были 16 разрядными, а современные имеют 32 или 64 разряда. 64 разрядная система на сегодняшний день считается самой продвинутой и под нее разрабатываются современные программные продукты и устройства.
• Кеш – память; Используется для увеличения работы устройства в компьютере, создавая буферную зону, хранящую копию последнего массива данных, обработанного процессором. Это дает возможность быстро выполнить схожую операцию в случае необходимости, без траты времени на обращение к общей памяти персонального компьютера.
• Сокет; Вариант крепления устройства к материнской плате. Разные поколения процессоров, как и материнских плат имеют собственный поддерживаемых сокетов. Это стоит учитывать при покупке. У разных производителей сокеты также отличаются друг от друга.
• Внутренний множитель частоты; Процессор и материнская плата работают на разных частотах и для их синхронизации друг с другом существует множитель частоты. Базовой или опорной считается рабочая частота материнской платы, которая умножается на персональный коэффициент ЦП.

Из побочных характеристик, напрямую не относящихся от технологии производства, выделяют тепловыделение и количество потребляемой во время работы энергии. Мощные устройства выделяют много тепла и требуют большую энергетическую подпитку во время работы. Для их полноценной работы применяются вспомогательные системы охлаждения.

Глава 2. Функции и принципы работы процессора персонального компьютера

2.1. Функции процессора персонального компьютера

Как уже было сказано, процессор выполняет очень важную функцию в компьютере. От мощности процессора зависит то, насколько хорошо себя проявят остальные компоненты. Если мощности процессора не хватает для того, чтобы стабильно грузить приложение или игру, то видеокарта также не сможет проявить себя. Разберем, что делает центральный процессор:

• выборка (чтение) выполняемых команд;
• ввод (чтение) данных из памяти или устройства ввода/вывода;
• вывод (запись) данных в память или в устройства ввода/вывода;
• обработка данных (операндов), в том числе арифметические операции над ними; адресация памяти, то есть задание адреса памяти, с которым будет производиться обмен;
• обработка прерываний и режима прямого доступа.

Это основные функции ЦП. Все эти функции он выполняет каждую секунду своей работы, обеспечивая стабильную работу компьютера. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Выборка^[23]. Каждая команда сохраняется в памяти и имеет свой собственный адрес. Процессор запоминает этот адрес из программного счетчика, который отвечает за отслеживание того, какую инструкцию ЦП должен выполнить следующей.

Расшифровка^[24]. Все программы, которые должны быть выполнены, будут переведены на язык Ассемблер. Код Ассемблера выполнен в бинарных инструкциях, которые понятны процессору. Этот шаг называется декодированием.

Выполнение^[25].  При выполнении инструкции, процессор может сделать одно из трех действий: передать инструкцию в АЛУ(арифметико-логическое устройство), переместить данные из одного места памяти в другое, или перейти к другому адресу.

Исполнение^[26]. Процессор должен передать результаты после выполнения инструкции, эти выходные данные записываются в память.

2.2. Принципы работы персонального компьютера

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом^[27].

1. Принцип программного управления.

Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп". Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти.

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции; перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности.

Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без "счетчика команд", указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

2.3. Архитектура фон Неймана

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом^[28].

Дж. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году.

Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов.

Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения.

2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности.

3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её.

4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды остановка или переключение в режим обработки прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Кроме архитектуры фон Неймана существуют еще Конвейерная, Гарвардская, Параллельная и Суперскалярная архитектура.

Глава 3. Классификация и виды процессоров персонального компьютера

Процессоры классифицируются по различным признакам. В различных источниках выделяются следующие основные признаки:

По назначению микропроцессоры делятся на универсальные и специализированные процессоры^[29]. Первые предназначены для решения широкого круга задач, в системе команд заложена алгоритмическая универсальность. Таким образом, производительность процессора слабо зависит от специфики решаемых задач. Специализированные процессоры предназначены для решения определённого круга задач или даже одной задачи, имеют ограниченный набор команд. Среди них выделяются процессоры для обработки данных, математические процессоры и микроконтроллеры.

По количеству выполняемых программ процессоры подразделяются на однопрограммные (переход к выполнению следующей программы происходит только после завершения текущей программы) и мультипрограммные (одновременно выполняются несколько программ)^[30].

По структурному признаку выделяют микропроцессоры с фиксированной разрядностью (имеют строго определённую разрядность) и микропроцессоры с наращиваемой разрядностью (позволяют секциями увеличивать число разрядов).

По числу БИС (СБИС) в микропроцессорном комплекте можно выделить однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные процессоры^[31]. В первом случае все аппаратные части процессора реализованы в виде одной БИС (СБИС); возможности таких процессоров ограничены ресурсами кристалла и корпуса. Многокристальные процессоры получаются в результате разбиения логической структуры процессора на функционально законченные части, каждая из которых реализована в виде БИС или СБИС. В последнем случае функционально законченные части логической структуры процессора разбиваются на секции, которые реализованы в виде БИС.

По разрядности обрабатываемой информации микропроцессоры могут быть 4, 8, 12, 16, 24, 32 и 64-разрядными^[32]. На практике наибольшее распространение имеют 32-разрядные процессоры; всё большее применение находят 64-разрядные процессоры.

По виду технологии изготовления БИС (СБИС) микропроцессоры делятся на две группы: процессоры, построенные на БИС, изготовленных по униполярной технологии, и процессоры, построенные на БИС, изготовленных по биполярной технологии^[33]. Представители первой группы: p-канальные (p-МОП), n-канальные (n-МОП), комплиментарные (КМОП) БИС. (МОП – металл-окисел-проводник). Ко второй группе относятся БИС на базе транзисторно- транзисторной логики (ТТЛ), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) и интегральной инжекторной логики (И²Л). Вид технологии изготовления БИС во многом определяет степень интеграции микросхем, быстродействие, энергопотребление, помехозащищённость и стоимость процессоров. По комплексу этих признаков можно отдать предпочтение микропроцессорам, выполненным по n-МОП и КМОП- технологиям, обеспечивающим высокую плотность компоновки, высокое быстродействие и относительно малую стоимость. ЭСЛ обеспечивает самое высокое быстродействие процессоров, но низкую плотность компоновки и высокое энергопотребление. Технология И²Л даёт усреднённые характеристики микропроцессоров.

По характеру системы команд выделяют процессоры с полным набором инструкций или CISC-процессоры (Complex Instruction Set Command), процессоры с сокращённым набором инструкций или RISC-процессоры (Reduced Insrruction Set Command), процессоры со сверхбольшим командным словом или VLIW-процессоры (Very Long Instruction Word)^[34]. CISC-процессоры имеют большой набор разноформатных команд, что позволяет применять эффективные алгоритмы решения задач, но, в то же время, усложняет схему процессора, и в общем случае не обеспечивает максимального быстродействия. Архитектура CISC присуща классическим процессорам. RISC-процессоры содержат набор простых, чаще всего встречающихся в программах инструкций. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка из простых команд. Все простые команды имеют одинаковый размер и на их выполнение тратится один машинный такт (на выполнение самой короткой команды из системы CISC обычно тратится четыре такта). Современные 64-разрядные RISC-процессоры выпускаются многими фирмами: Apple (PowerPC), IBM (PPC) т.д. В VLIW-процессорах одна инструкция содержит несколько операций, которые должны выполняться параллельно. Задача распределения работы между несколькими вычислительными устройствами процессора решается во время компиляции программы. Такой подход позволили уменьшить габариты процессоров и потребление энергии. Примерами VLIW-процессоров служат Itanium фирмы Intel, McKinley фирмы Hewlett-Packard и другие.

По числу и способу использования внутренних регистров различают аккумуляторные, многоаккумуляторные и стековые процессоры^[35]. Аккумуляторные процессоры – это процессоры с одним регистром результата. Их отличительной характеристикой является относительная простота аппаратной реализации, а также упрощённый формат команд (будут рассмотрены в следующей лекции). В командах адрес операнда в аккумуляторе не указывается , а адресуется только второй операнд. Недостатками таких процессоров является необходимость предварительной загрузки операнда в аккумулятор перед выполнением операции и невозможность непосредственной записи результата выполнения команды в произвольную ячейку памяти или регистр. В многоаккумуляторных регистрах, которыми являются большинство современных процессоров, функции регистров результата может выполнять любой регистр общего назначения или ячейка памяти. В командах оба операнда задаются явно, а результат операции чаще всего помещается на место одного из операндов. В стековых процессорах обычно используется большой аппаратный стек и дополнительный внешний стек в памяти (при нехватке аппаратного). Благодаря специальному размещению операндов в стеке обработку информации можно выполнять безадресными командами, что позволяет повысить производительность процессора и экономить память. Такие команды извлекают из стека один или два операнда, выполняют над ними соответствующую арифметическую или логическую операцию и заносят результат в вершину стека. Недостатком является необходимость предварительной подготовки данных, использующих адресные команды.

Заключение

Процессор (от англ.: Processor) — одна из основополагающих составляющих компьютера, функции которого состоят в реализации разнообразных математических подсчетов и синхронизация взаимодействия частей структуры компьютера. Процессоры есть как в обычных ПК, так и в разнообразных приборах, используемых в быту и промышленности, например, в современных стиральных машинах, устройствах печати и других. Кроме этого, так называемые, программные процессоры, к примеру, текстовый микропроцессор(англ.: word proccesor), представляющий из себя средство анализа текстов.

Сегодня существует не один десяток видов процессоров, используемых для разрешения разных общих и узких целей.

Сегодняшний компьютер состоит из одного и более Центральных микропроцессоров и Графического микропроцессора. 

Центральный процессор - особенно часто встречающееся название.  Нередко под процессором понимается только Центральный микропроцессор. 

В англоговорящей среде цп обозначают, как CPU или Ctntral proccecing Unit,  то есть в точном переводе центральный блок обработки. 

Система, работающая с более чем одним центральным микропроцессором и использующее общее пространство адресов, является многопроцессорной.

Графический микропроцессор (ГП) в иностранной среде обозначен Graphics Proccesing Unit (GPU). Он имеет узкую специализацию, работает с графическими данными. Часто ЦП и ГП объединяют словом процессор, но в определенном контексте можно распознать вид процессора, о котором говорится.

Физический микропроцессор (Physics Processing Unit) необходим для арифметических операций при проектировании разнообразных физических моделей, таких как, например, динамические расчеты следствия взаимодействия тел.

Микропроцессор цифровых сигналов (Digital signal processor (DSP)) - специальный процессор,необходимый для работы с цифровым сигналом (как правило, в режиме реальном времени).

Сетевой микропроцессор (network processor)  — микропроцессор, который обычно располагается в сетевых устройствах, выполняет процедуры, необходимые при сетевой передаче данных. Обычно сетевой микропроцессор располагается в сетевых платах, коммутаторах и т.д.

Звуковые сигнальные микропроцессоры (Audio signal processor) применяются в ультрасовременнойзвуковой аппаратуре, они используются для работы со звуками и музыкой, к примеру, для имитации эха.

Процессор обрабатывает инструкции, которые он получает в процессе декодирования данных. При обработке этих данных, процессор выполняет четыре основных шага:

Выборка. Каждая команда сохраняется в памяти и имеет свой собственный адрес. Процессор запоминает этот адрес из программного счетчика, который отвечает за отслеживание того, какую инструкцию ЦП должен выполнить следующей.

Расшифровка. Все программы, которые должны быть выполнены, будут переведены на язык Ассемблер. Код Ассемблера выполнен в бинарных инструкциях, которые понятны процессору. Этот шаг называется декодированием.

Выполнение.  При выполнении инструкции, процессор может сделать одно из трех действий: передать инструкцию в АЛУ(арифметико-логическое устройство), переместить данные из одного места памяти в другое, или перейти к другому адресу.

Исполнение. Процессор должен передать результаты после выполнения инструкции, эти выходные данные записываются в память.

В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:

1. Оптические компьютеры - в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).

2. Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.

3. Молекулярные компьютеры - вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

В данной курсовой работе мы рассмотрели понятие процессора персонального компьютера, выяснили классификацию существующих процессоров, функции и назначения процессоров.

Список использованной литературы:

1. Основы программирования. Учебник с практикумом / Под ред. Макаровой Н.В.. – М.:КноРус, 2017. – 352 с.
2. Алехин В.А. Микроконтроллеры PIC: основы программирования и моделирования в интерактивных средах MPLAB IDE? mikroC, TINA,Proteus. Практикум / В.А. Алехин – М.:ГЛТ, 2016. 248 с
3. Богачев К.Ю. Основы параллельного программирования / К.Ю. Богачев. – М.: Бином, 2015 – 342 с
4. Колдаев В.Д. Основы алгоритмизации и программирования: Учебное пособие / В.Д. Кодаев – М: Форум, 2015. 352 с
5. Окулов С.М. Основы программирования, перераб / С.М. Окулов – М. : Бином, 2015 – 336 с
6. Панфилова Н.И. Программирование: Основы алгоритмизации и программирования: Учебник / Н.И. Панфилова; по ред. Трусова Б.Г. – М: Academia, 20187 – 32 с
7. Информационные системы и технологии: Научное издание / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. – М.: Юнити, 2016 – 303 с
8. Мельников В.П. Информационные технологии: Учебник / В.П. Мельников. – М.: Академия, 2018 – 176 с
9. Черпаков И.В. Основы программирования: Учебник и практикум для прикладного бакалавриата / И.В. Черпаков. – Люберцы: Юрайт, 2016 – 209 с
10. Лаврищева, Е. М. Программная инженерия и технологии программирования сложных систем : учебник для вузов / Е. М. Лаврищева. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2019. — 432 с.
11. Басс Лен Архитектура программного обеспечения на практике [пер. с англ.] / Л. Басс 2-е - изд. - СПб: Питер, 2006. - 574 с
12. Иванов В.Б. Программирование микроконтроллеров для начинающих. Визуальное проектирование, язык С, ассемблер / В.Б. Иванов, - СПб.: Корона – Век, 2015 – 176 с.
13. Магда Ю.С. Микроконтроллеры PIC 24. Архитектура и программирование / Ю.С. Магда. – М.: ДМК, 2016. – 240с

1. Основы программирования. Учебник с практикумом / Под ред. Макаровой Н.В.. – М.:КноРус, 2017. – 352 с ↑

2. Основы программирования. Учебник с практикумом / Под ред. Макаровой Н.В.. – М.:КноРус, 2017. – 352 с ↑

3. Мельников В.П. Информационные технологии: Учебник / В.П. Мельников. – М.: Академия, 2018 – 176 с ↑

4. Там же ↑

5. Мельников В.П. Информационные технологии: Учебник / В.П. Мельников. – М.: Академия, 2018 – 176 с ↑

6. Лаврищева, Е. М. Программная инженерия и технологии программирования сложных систем : учебник для вузов / Е. М. Лаврищева. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2019. — 432 с ↑

7. Лаврищева, Е. М. Программная инженерия и технологии программирования сложных систем : учебник для вузов / Е. М. Лаврищева. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2019. — 432 с ↑

8. Там же ↑

9. Там же ↑

10. Там же ↑

11. Алехин В.А. Микроконтроллеры PIC: основы программирования и моделирования в интерактивных средах MPLAB IDE? mikroC, TINA,Proteus. Практикум / В.А. Алехин – М.:ГЛТ, 2016. 248 с ↑

12. Там же ↑

13. Там же ↑

14. Там же ↑

15. Алехин В.А. Микроконтроллеры PIC: основы программирования и моделирования в интерактивных средах MPLAB IDE? mikroC, TINA,Proteus. Практикум / В.А. Алехин – М.:ГЛТ, 2016. 248 с ↑

16. Там же ↑

17. Там же ↑

18. Магда Ю.С. Микроконтроллеры PIC 24. Архитектура и программирование / Ю.С. Магда. – М.: ДМК, 2016. – 240с ↑

19. Там же ↑

20. Там же ↑

21. Черпаков И.В. Основы программирования: Учебник и практикум для прикладного бакалавриата / И.В. Черпаков. – Люберцы: Юрайт, 2016 – 209 с ↑

22. Окулов С.М. Основы программирования, перераб / С.М. Окулов – М. : Бином, 2015 – 336 с ↑

23. Иванов В.Б. Программирование микроконтроллеров для начинающих. Визуальное проектирование, язык С, ассемблер / В.Б. Иванов, - СПб.: Корона – Век, 2015 – 176 с ↑

24. Там же ↑

25. Там же ↑

26. Иванов В.Б. Программирование микроконтроллеров для начинающих. Визуальное проектирование, язык С, ассемблер / В.Б. Иванов, - СПб.: Корона – Век, 2015 – 176 с ↑

27. Основы программирования. Учебник с практикумом / Под ред. Макаровой Н.В.. – М.:КноРус, 2017. – 352 с ↑

28. Основы программирования. Учебник с практикумом / Под ред. Макаровой Н.В.. – М.:КноРус, 2017. – 352 с ↑

29. Информационные системы и технологии: Научное издание / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. – М.: Юнити, 2016 – 303 с ↑

30. Там же ↑

31. Там же ↑

32. Информационные системы и технологии: Научное издание / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. – М.: Юнити, 2016 – 303 с ↑

33. Там же ↑

34. Информационные системы и технологии: Научное издание / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. – М.: Юнити, 2016 – 303 с ↑

35. Там же ↑