МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
фгбоу впо «пензенский
государственный университет»
факультет экономики
и управления
кафедра «экономическая
кибернетика»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Экономическая
информатика»
на тему:
«Процессоры ПК»
Выполнил: студент группы 12ээ1
Егоров М.Э.
Проверил: Самыгин Д.Ю.
Пенза, 2012
Содержание
Введение 3
1 Процессоры ПК 5
1.1 Понятие и основные характеристики
процессоров 5
1.2 Понятие прерывания и основные
виды прерываний 10
1.3 Архитектура процессора 16
2 Обзор современных процессоров ПК 27
2.1 Процессоры семейства Intel 27
2.2 Процессоры семейства AMD 34
Заключение 36
Список использованной литературы 37
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире, где информационные
технологии так прочно вошли в жизнь человека,
мы не можем представить ни одной области
деятельности людей без компьютера. Дома,
на работе, на учебе – сфера использования
компьютеров необъятна и безгранична,
она постоянно расширяется, существенно
влияя на жизнь всего общества в целом
и развитие его производственных сил.
С развитием общества развивается и компьютер,
изменяются в лучшую сторону его технические
характеристики, такие как быстродействие,
удобство в работе, стоимость, размеры,
количество потребляемой электроэнергии.
Прежде всего компьютер рассматривается
как преобразователь информации: человек
вводит данные, ЭВМ обрабатывает их и выводит
информацию (уже обработанную) на монитор
(либо другое устройство). Все персональные
компьютеры, а также прочие технические
устройства (планшеты, смартфоны) обрабатывают
нескончаемый поток информации с помощью
специальной электронной микросхемы,
называемой процессором.
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
цели были определены следующие исследовательские
задачи:
- Проанализировать основные
характеристики процессора;
- Рассмотреть архитектуру процессора;
- Исследовать тенденции современного
рынка процессоров, выделить самые лучшие
модели, рассмотреть основные характеристики и достоинства современных
процессоров.
Для решения поставленных задач
использовались следующие методы: теоретический
анализ исторических, публицистических,
научных, социологических источников
и их описание.
1 Процессоры ПК
1.1 Понятие и
основные характеристики процессоров
Что такое процессор, понимает
уже чуть ли не 5-ти летний ребенок. В нашем
современном технологическом обществе,
это знает практически каждый человек.
Это, можно сказать, даже не специфика,
а общие знания любого эрудированного
человека. Но все-таки, что же такое процессор?
Процессор — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического
контроллера. Иногда называют микропроцессором или центральным процессором (ЦПУ).
Зная характеристики процессора,
можно проанализировать его и адекватно
оценить вычислительную производительность
компьютерной системы. Именно поэтому,
очень важно хорошо разбираться во всех
основных характеристиках процессоров.
Далее будет изложен материал, где будут
перечислены все основные параметры ЦПУ
с кратким описанием каждого.
Рассмотрим многоядерность
процессоров или характеристику количества
ядер.
На первых порах развития процессоров,
все старания по повышению производительности
процессоров были направлены в сторону
наращивания тактовой частоты, но с покорением
новых вершин показателей частоты, наращивать
её стало тяжелее, так как это сказывалось
на увеличении TDP процессоров. Поэтому
разработчики стали растить процессоры
в ширину, а именно добавлять ядра, так
и возникло понятие многоядерности.
Ещё буквально 6-7 лет назад,
о многоядерности процессоров практически
не было слышно. Нет, многоядерные процессоры
от той же компании IBM существовали и ранее,
но появление первого двухъядерного процессора
для настольных компьютеров, состоялось
лишь в 2005 году, и назывался данный процессор
Pentium D. Также, в 2005 году был выпущен двухъядерный
процессор Opteron от AMD, но для серверных
систем.
Принцип увеличения производительности
процессора за счёт нескольких ядер, заключается
в разбиении выполнения потоков (различных
задач) на несколько ядер. Обобщая, можно
сказать, что практически каждый процесс,
запущенный в операционной системе системе,
имеет несколько потоков.
Нужно сразу же оговориться,
что операционная система может виртуально
создать для себя множество потоков и
выполнять это все как бы одновременно,
пусть даже физически процессор и одноядерный.
Этот принцип реализует ту самую многозадачность
Windows (к примеру, одновременное прослушивание
музыки и набор текста).
Возьмём для примера антивирусную
программу. Один поток будет выполнять
сканирование компьютера, другой – обновление
антивирусной базы.
И рассмотрим,
что же будет в двух разных случаях:
а) Процессор одноядерный. Так как два потока выполняются
у нас одновременно, то нужно создать для
пользователя (визуально) эту самую одновременность
выполнения. Операционная система делает
это так: происходит переключение между
выполнением этих двух потоков (эти переключения
мгновенны и время идет в миллисекундах).
То есть, система немного «повыполняла»
обновление, потом резко переключилась
на сканирование, потом назад на обновление.
Таким образом, для создается впечатление
одновременного выполнения этих двух
задач. Конечно же, производительность
теряется.
б) Процессор многоядерный. В данном случае этого переключения
не будет. Система четко будет посылать
каждый поток на отдельное ядро, что в
результате позволит нам избавиться от
губительного для производительности
переключения с потока на поток (идеализируем
ситуацию). Два потока выполняются одновременно,
в этом и заключается принцип многоядерности
и многопоточности. В конечном итоге, мы
намного быстрее выполним сканирование
и обновление на многоядерном процессоре,
нежели на одноядерном. Но не все программы
поддерживают многоядерность. Не каждая
программа может быть оптимизирована
таким образом. И все происходит далеко
не так идеально, насколько мы описали.
Но с каждым днём разработчики создают
всё больше и больше программ, у которых
прекрасно оптимизирован код, под выполнение
на многоядерных процессорах.
Техпроцесс в центральных и
графических процессорах.
Несмотря на то, что техпроцесс
напрямую не влияет на производительность
процессора, он все равно упоминается
как характеристика процессора,
так как именно техпроцесс влияет на увеличение
производительности процессора, за счет
конструктивных изменений. Необходимо
отметить, что техпроцесс, является общим
понятием, как для центральных процессоров,
так и для графических процессоров, которые
используются в видеокартах.
Основным элементом в процессорах
являются транзисторы – миллионы и миллиарды
транзисторов. Из этого и вытекает принцип
работы процессора. Транзистор, может,
как пропускать, так и блокировать электрический
ток, что дает возможность логическим
схемам работать в двух состояниях – включения
и выключения, то есть во всем хорошо известной
двоичной системе (0 и 1).
Техпроцесс – это, по сути, размер
транзисторов. А основа производительности
процессора заключается именно в транзисторах.
Соответственно, чем размер транзисторов
меньше, тем их больше можно разместить
на кристалле процессора.
Новые процессоры Intel выполнены
по техпроцессу 22 нм. Нанометр (нм) – это
10 в -9 степени метра, что является одной
миллиардной частью метра. Чтобы лучше
представить насколько это миниатюрные
транзисторы, можно привести один интересный
научный факт: « На площади среза человеческого
волоса, с помощью усилий современной
техники, можно разместить 2000 транзисторных
затворов»
Если брать во внимание современные
процессоры, то количество транзисторов,
там уже давно переходит за 1 млрд.
Ну а техпроцесс у первых моделей
начинался не с нанометров, а с более объёмных
величин.
Частота процессора.
Если рассматривать специфические характеристики процессоров,
то тактовая частота является наиболее
известным параметром. Достаточно продолжительное
время разработчики делали ставки именно
на повышение тактовой частоты, но со временем,
"мода" поменялась, и большинство
разработок уходят на создание более совершенной
архитектуры, увеличения кэш-памяти и развития многоядерности,
но и про частоту никто не забывает.
Для начала нужно разобраться
с определением «тактовая частота». Тактовая
частота показывает нам, сколько процессор
может произвести вычислений в единицу
времени. Соответственно, чем больше частота,
тем больше операций в единицу времени
может выполнить процессор. Тактовая частота
современных процессоров, в основном,
составляет 1,0-4ГГц. Она определяется умножением
внешней или базовой частоты, на определённый
коэффициент. Например, процессор Intel Core
i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель
20, в результате чего тактовая частота
равна 2660 МГц.
Частоту процессора можно увеличить
в домашних условиях, с помощью разгона
процессора. Существуют специальные модели
процессоров от AMD и Intel, которые ориентированы
на разгон самим производителем, к примеру,
Black Edition у AMD и линейки К-серии у Intel.
Сейчас, почти во всех сегментах
рынка уже не осталось одноядерных процессоров.
Ну оно и логично, ведь IT-индустрия не стоит
на месте, а постоянно движется вперёд
семимильными шагами. Поэтому нужно чётко
уяснить, каким образом рассчитывается
частота у процессоров, которые имеют
два ядра и более.
Существует распространенное
заблуждение насчёт понимания (высчитывания)
частот многоядерных процессоров. Сразу
же можно привести пример этого неправильного
рассуждения: «Имеется 4-х ядерный процессор
с тактовой частотой 3 ГГц, поэтому его
суммарная тактовая частота будет равна:
4 х 3ГГц=12 ГГц, ведь так?»- Нет, не так.
Можно объяснить, почему суммарную
частоту процессора нельзя понимать как:
« количество ядер х указанную частоту».
Приведем пример: «По дороге
идёт пешеход, у него скорость 4 км/ч. Это
аналогично одноядерному процессору на N ГГц. А вот если
по дороге идут 4 пешехода со скоростью
4 км/ч, то это аналогично 4-ядерному процессору
на N ГГц. В случае
с пешеходами мы не считаем, что их скорость
будет равна 4х4 =16 км/ч, мы просто говорим: "4 пешехода идут
со скоростью 4 км/ч". По этой же причине
мы не производим никаких математических
действий и с частотами ядер процессора,
а просто помним, что 4-ядерный процессор
на N ГГц обладает
четырьмя ядрами, каждое из которых работает
на частоте N ГГц».
То есть, по сути, частота процессора
от количества ядер не изменяется, увеличивается
лишь производительность процессора.
1.2 Понятие прерывания
и основные виды прерываний
Прерывания – механизм, позволяющий координировать
параллельное функционирование отдельных
устройств вычислительной системы и реагировать
на особые ситуации, возникающие при работе
процессора. Прерывания – принудительная
передача управления от выполняемой программы
к системе, происходящее при возникновении
определенного события.
Основная цель введения прерываний – реализация асинхронного
режима работы и распараллеливание работы
отдельных устройств вычислительного
комплекса.
Механизм прерываний реализуется
аппаратно-программным способом. Прерывание
всегда влечет за собой изменение порядка
выполнения команд процессором.
Система прерывания – это эффективный способ реализации
контрольных и управляющих функций операционной
системы для поддержки заданных режимов
работы ЭВМ, как аппаратно-программного
комплекса.
Система прерывания появилась
в процессорах ЭВМ второго поколения, которые использовались,
в основном, в качестве программных устройств
управления различными объектами.
Основными причинами появления системы
прерывания являются:
- желание разработчиков уменьшить
простои ЭВМ при возникновении внештатных ситуаций
в процессоре (попытки деления на ноль,
использование несуществующей команды,
сбой в устройстве и т.д.),
- желание разработчиков загрузить
полезной работой процессор, во время,
когда он ожидает сигнал от управляемого
объекта, т.е. желание реализовать фоновую
работу ЭВМ.
Главные функции механизма прерываний:
- распознавание или классификация прерываний;
- передача управления на обработку прерываний;
- корректное возвращение к прерванной программе.
Прерывания, возникающие при
работе вычислительной системы, можно разделить
на два основных класса:
- внешние (асинхронные);
- внутренние (синхронные).
Внешние прерывания вызываются
асинхронными событиями, которые происходят
вне прерываемого процесса, например:
- прерывания от таймера;
- прерывания от внешнего устройства (прерывания по вводу/выводу);
- прерывания по нарушению питания;
- прерывания с пульта оператора вычислительной системы;
- прерывания от другого процессора или другой вычислительной системы.