1. Процессор

Команда программы поступает в процессор по шине данных и декодируется, т. е. определяется, какие действия необходимо выполнить и какие данные для этого требуются.

 

Данные запрашиваются из оперативной памяти, для этого по шине адреса передаются их адреса, а по шине управления — сигнал на считывание.

Считанные данные передаются в процессор по шине данных.

 

Декодированная команда и данные передаются в АЛУ (арифметико-логическое устройство), где отдельно обрабатываются целочисленные данные, и отдельно — данные в форме чисел с плавающей запятой.

 

Результаты обработки передаются по шине данных в оперативную память, одновременно по шине адреса передаются адреса ячеек памяти, куда данные необходимо записать, а по шине управления передаётся сигнал на запись.

 

Быстродействие процессора существенно больше быстродействия оперативной памяти, поэтому процессор часть времени простаивает в ожидании данных. Чтобы этого не происходило, в современные компьютеры встроена более быстрая, чем оперативная память, кэш-память.

 

Кэш-память разделена на два уровня:

1. В кэш-память второго уровня считывается из оперативной памяти очередная порция команд и данных.

2. Кэш-память первого уровня разделена на две части: в одну часть считываются наиболее нужные процессору данные, а в другую часть — наиболее нужные процессору команды.

 

 

В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов.

 

С начала \(70\)-х годов \(ХХ\) века все необходимые компоненты ЦП размещают в одной полупроводниковой микросхеме — БИС или СБИС (больших или сверхбольших интегральных схемах).

Например, процессор Intel Core \(2\) Duo с \(4\) МБ кэш-памяти состоит из около \(291\) миллиона функциональных элементов, размеры которых составляют всего около \(0,13\) микрон ($1 микрон\; = {10}^{-6} м$).

 

Производительность процессора является его интегральной характеристикой и определяет скорость выполнения приложений.

Производительность процессора прямо пропорциональна разрядности процессора, его частоте, а также количеству команд, выполняемых за один такт: $Производительность \approx Разрядность\; х\; Частота\; х\; Кол-во\; команд\; за\; такт$.

 

Частота соответствует количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за \(1\) секунду.
С момента появления первого процессора частота процессоров увеличилась в \(37 000\) раз (с \(0,1\) МГц до \(3700\) МГц).
Однако увеличение производительности процессоров за счёт увеличения частоты имеет свой предел из-за тепловыделения.

Для отвода тепла от процессора применяют массивные воздушные системы охлаждения (кулеры).

  

Рис. \(2\). Самый первый процессор Intel \(4004\) (\(1971\) год)

 

 

Рис. \(4\). Разъём для установки процессора