Урок: Процессор и память компьютера (оперативная и внутренняя)
Процессор и его производительность
Процессор является центральным устройством и выполняет команды программы, которая хранится в оперативной памяти.
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-памятьразделена 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).
БИС — плоская полупроводниковая пластина размером примерно 20x20 мм, заключённая в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов).
Например, процессор Intel Core 2 Duo с 4 МБ кэш-памятью 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 характеризует скорость выполнения приложений.
Производительность процессора прямо пропорциональна разрядности процессора, его частоте, а также количеству команд, выполняемых за один такт: Производительность ≈ 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 37000 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).
Самый первый процессор Intel 4004 (1971 год)
Современный процессор Intel Core 2 Duo (2007 год)
Разъём для установки процессора
Оперативная (внутренняя) память компьютера
Оперативная память представляет собой множество ячеек, причём каждая ячейка имеет свой уникальный адрес.
Нумерация ячеек начинается с нуля.
Максимальный объём адресуемой памяти равен произведению количества ячеек N на 1 байт.
Для процессоров Pentium 4 (разрядность шины адреса равна 36 битов) максимальный объём адресуемой памяти равен: N⋅1 байт = 2I⋅1 байт = 236⋅1 байт = 68719476736 байт = 67108864 Кбайт = 65536 Мбайт = 64 Гбайт
Оперативная память
Оперативная память предназначена для хранения информации.
Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются микросхемы памяти.
Модули памяти (DDR, DDR2 и др.) устанавливаются в специальные разъёмы на системной плате и могут различаться между собой по количеству контактов, по быстродействию, по информационной ёмкости и т.д.
В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора (объём адресуемой памяти) и величина фактически установленной памяти (модулей оперативной памяти) практически всегда различаются. Хотя объём адресуемой памяти у большинства современных процессоров равен 64 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше.
Пропускная способность
Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является пропускная способность, которая равна произведению разрядности шины данных и частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти:
Объём используемой программами памяти можно увеличить путём добавления к физической памяти виртуальной памяти.
Виртуальная память выделяется в форме области жёсткого диска. По своей логической организации виртуальная память является частью оперативной памяти.
Размер файла подкачки и его размещение в иерархической файловой системе можно изменять. Однако необходимо учитывать, что быстродействие жёсткого диска и, соответственно, виртуальной памяти существенно меньше быстродействия модулей оперативной памяти.
Замедление быстродействия виртуальной памяти может происходить в результате фрагментации данных в файле. Для того чтобы этого не происходило, рекомендуется произвести дефрагментацию диска и установить для файла подкачки постоянный размер.
Внешняя память компьютера
Для постоянного хранения информации даже при выключенном компьютере предназначено постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Хранимые в ПЗУ данные и программы обеспечивают запуск компьютера и работу с клавиатурой, монитором и другими устройствами.
Внешняя памятьотносится к внешним устройствам компьютера и используется для долговременного хранения любой информации.
Если пользователь запускает программу, которая хранится во внешней памяти компьютера, то она сначала загружается в оперативную память и после этого начинает выполняться.
Основным устройством долговременного хранения информации является накопитель на жёстких магнитных дисках (винчестер). Он представляет собой набор вращающихся дисков с магнитным покрытием, у поверхности которых расположены головки для записи — чтения. Винчестер является энергонезависимым, перезаписываемым запоминающим устройством. Он является основным носителем данных практически во всех современных компьютерах. Обычно находится внутри системного блока.
Для переноса данных используют съёмные носители: оптические диски (СD и DVD), флэш-память и другие.
Если пользователь запускает программу, которая хранится во внешней памяти компьютера, то она сначала загружается в оперативную память и после этого начинает выполняться.
Максимальный объём информации, который может быть записан на носитель, называют его ёмкостью.
За единицу измерения объёма информации принят байт. Ёмкость носителей измеряют в производных единицах.
1 Кбайт = 1024 байт
1 Мбайт = 1024 Кбайт
1 Гбайт = 1024 Мбайт
1 Тбайт = 1024 Гбайт.
Did you find apk for android? You can find new Free Android Games and apps.
