19. Операционная системы: функции, базовые понятия (процесс, поток, память, разрядность).

ПРОЦЕССОР

Это основная микросхема компьютера, производящая все вычисления

Конструктивно состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистры. Управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано выполнение программ. Для работы с вещественными данными в состав процессора входит сопроцессор.

С остальными устройствами компьютера процессор связан несколькими группами проводников – шинами:

• Адресная шина. У процессоров Pentium она 32-разрядная, к ней подключается процессор для копирования данных из ячейки оперативной памяти с указанным 32-разрядным адресом в один из своих регистров.

• Шина данных. По ней происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных ПК она 64-разрядная, т.е. за один раз на обработку поступает 8 байт.

• Шина команд. Это 32-разрядная шина для засылки команд из оперативной памяти в процессор, чтобы он мог обрабатывать данные.

Совокупность всех команд, которые может выполнить процессор, образуют систему команд процессора. Система команд процессора Pentium насчитывает более тысячи различных команд.

Основными параметрами процессоров являются:

• Рабочее напряжение. Раньше оно было 5 В, сейчас 2 В. Понижение напряжения позволяет увеличивать производительность без угрозы перегрева процессора.

• Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Современные процессоры – 32-разрядные.

• Рабочая тактовая частота. Чем выше тактовая частота, тем больше команд сможет исполнить процессор в единицу времени. Сегодня рабочие тактовые частоты некоторых процессоров уже превосходят 3 миллиарда тактов в секунду (3ГГц).

• Кэш-память – буферная память внутри процессора. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, то он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит обращение в оперативную память.

• Архитектура – определяет, какие машинные инструкции входят в набор выполняемых им команд, каков объем внутренней памяти, какова разрядность внутренней шины данных и адресов (от 4 до 64 бит). В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур.

CISC (Complex Instruction Set Computer)– полная система команд переменной длины. Такая архитектура имеет обширный набор команд, но это усложняет внутреннее устройство управления процессора, увеличивает время исполнения команды на микропрограммном уровне (команды имеют различную длину и время исполнения).

RISC (Reduced Instruction Set Computer) – сокращенный набор команд фиксированной длины. Такая архитектура имеет ограниченный набор команд и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. Недостаток лишь в том что, если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовывать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.

• Степень интеграции – количество транзисторов на кристалл. У процессора Intel Pentium 4 а одном ядре 125 млн. транзисторов на площади 1,12 см кв.

Структурно микропроцессор представляет собой большую интегральную схему (БИС)

БИС может иметь структуру:

– секционную;

– однокристальную.

Секционная – позволяет повышать разрядность и емкость запоминающего устройства, но приводит к увеличению габаритов и энергопотребления.

Однокристальная – обладает постоянной разрядностью и позволяет выполнять заранее определенный набор команд, хранящихся в памяти процессора. Процессоры с такой структурой обеспечивают высокое быстродействие, малые габариты и энергопотребление.