Внутренние регистры (внутренняя шина данных)
Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр - это ячейка памяти внутри процессора; например, процессор может складывать числа, записанные в двух различных регистрах, а результат сохранять в третьем регистре. Разрядность регистра определяет количество разрядов обрабатываемых процессором данных. Разрядность регистра также определяет характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых чипом.
В некоторых процессорах разрядность внутренней шины данных (а шина состоит из линий передачи данных и регистров) больше, чем разрядность внешней. Если разрядность внутренних регистров больше разрядности внешней шины данных, то для их полной загрузки необходимо несколько циклов считывания.
Шина адреса
Шина адреса - это набор проводников; по ним передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. По каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов), используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором.
Шины данных и адреса независимы, и разработчики микросхем выбирают их разрядность по своему усмотрению, но, чем больше разрядов в шине данных, тем больше их и в шине адреса. Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: количество разрядов в шине данных определяет способность процессора обмениваться информацией, а разрядность шины адреса — объем памяти, с которым он может работать.
Современные процессоры, такие как Intel® Core™ 2 Extreme, Intel® Core™ 2 Quad и Intel® Core™ 2 Duo, имеют два или четыре процессорных ядра. Наличие двух ядер значительно улучшает многозадачные возможности системы.
Для повышения скорости доступа процессора к оперативной памяти и жесткому диску и увеличения эффективности многократного доступа к данным все процессоры Intel имеют кэш-память 1 и 2 уровня. Например, в двухъядерном процессоре Core™2 Duo каждое ядро имеет кэш инструкций 1 уровня емкостью 32 кбайт(всего 64 кбайт); есть также общий кэш 2 уровня емкостью 2 или 4 Мбайт в зависимости от модели процессора.
Кэш память
В современных ПК используются два уровня кэш-памяти, получившие название кэш-памяти первого (L1) и второго (L2) уровней (в некоторых серверных процессорах, например Itanium, применяется кэш-память третьего уровня - L3).
Кэш - это быстродействующая память, предназначенная для временного хранения программного кода и данных.
Кэш память первого уровня (L1)
В процессорах имеется встроенный (первого уровня) кэш контроллер с кэш-памятью объемом 32, 64 Кбайт и более в современных моделях. Кэш- память первого уровня (или встроенный кэш) работает на частоте процессора. Благодаря этому обмен данными с относительно медленной системной памятью значительно ускоряется. В современных процессорах встроенный кэш может работать синхронно с процессором.
Кэш память второго уровня (L2)
Работает на той же скорости, что и ядро процессора, причем скорости кэш-памяти первого и второго уровней одинаковы. Она работает на частотах, поддерживаемых системной платой.
Кэш-память третьего уровня (L3)
Процессоры которые предназначены для высокопроизводительных игровых или серверных систем, содержат кэш-память третьего уровня L3. При этом L3 работает с такой же частотой, как L1 и L2.
Режимы процессора
Режимы процессора предназначены для выполнения программ в различных средах; в разных режимах возможности чипа неодинаковы, потому что команды выполняются по-разному. В зависимости от режима процессора изменяется схема управления памятью системы и задачами.
Процессоры работают в трех режимах.
Реальный режим (16-разрядное программное обеспечение).
Режим IA-32:
• защищенный режим (32-разрядное программное обеспечение);
• виртуальный реальный режим (16-разрядное ПО в 32-разрядной среде).
Расширенный 64-разрядный режим IA32e 6 (также называется AMD64, x86-64 и EM64T):
• 64-разрядный режим (64-разрядное программное обеспечение);
• режим совместимости (32-разрядное программное обеспечение)
Современные процессоры имеют встроенные наборы команд ММХ, SSE, SSE2 и SSE3, улучшающие производительность мультимедийных приложений и трехмерной графики. Частота системной шины (FSB) процессоров увеличилась с 800 до 1600 МГц, появились многоядерные технологии Core™2 Duo и Core™2 Quad. Тип процессорного разъема также изменился: вместо Socket 478 теперь используется разъем LGA775 (Socket Т).
Суперскалярное выполнение
В процессорах Pentium 5 и последующих поколений встроен ряд внутренних конвейеров, которые могут выполнять несколько команд одновременно. Технология одновременного выполнения нескольких команд называется суперскалярной.
Рис. 9. Архитектура суперскалярного конвейера
Технология MMX
MMX может означать “multimedia extensions” (мультимедийные расширения) или “matrix math extensions” (матричные математические расширения).
Инструкции SSE, SSE2 и SSE3
3DNow!, Enhanced 3DNow! и 3DNow! Professional
Динамическое выполнение
Предсказание перехода
Анализ потока данных
Упреждающее выполнение
Архитектура двойной независимой шины (DIB)
Технология Hyper Threading
Процессор всегда устанавливают на материнскую плату. На процессоры сверху устанавливаются радиаторы охлаждения. Они бывают разных типов.
- экструзионные (прессованные) радиаторы. Основной материал, используемый при их производстве - алюминий. Радиаторы также делают из меди, они более эффективны.
Рис. 10. Радиатор и кулер (вентилятор)
Сверху на радиаторе обычно помещают вентилятор (кулер - от англ. «cool» -охлаждать). Вентилятор служит для охлаждения процессора. Для работы вентилятор необходимо подключить к материнской плате, подсоединив два провода, идущих от вентилятора, к специальному разъему на ней.
Рис. 11. Двухядерные ЦП Itanium и Itanium 2, AMD Athlon 64 и Athlon 64 FX
Рис.12. Работа в многозадачной системе одноядерного (слева) и двух ядерного (справа) процессоров.
Рис. 13. Структурная схема процессора Intel Core 2