Что образует ядро пэвм
Что такое процессор (CPU)
В этой статье мы рассмотрим, что такое процессор CPU, какие у него функции и из чего он состоит.
В каждом вычислительном устройстве (ПК, смартфон, фотоаппарат) есть центр, который отвечает за правильную работу машины ― процессор.
В широком смысле процессор ― это устройство, которое выполняет вычислительные и логические операции с данными. Чаще всего этот термин используется для обозначения центрального процессора устройства. Расшифровка CPU ― Central Processing Unit (центральное обрабатывающее устройство). Это самая важная часть компьютера. Его мозг. Он выглядит как квадрат размером приблизительно 5×5 см:
С обратной стороны CPU находятся ножки, с помощью которых он крепится к материнской плате:
От мощности центрального процессора зависит скорость обработки команд и продуктивность работы других составляющих компьютера. Например, можно купить современную видеокарту, но она не сможет показать свои возможности, если управляется слабым CPU.
Функции CPU
Какие функции выполняет центральный процессор CPU? Главная функция ― управление всеми операциями компьютера: от простейших сложений чисел на калькуляторе до запуска компьютерных игр. Если рассматривать основные функции центрального процессора подробнее, CPU:
Из чего состоит CPU
Центральный процессор состоит из 3-х частей:
Каждое ядро может выполнять только одну задачу, хоть и за долю секунды. Одноядерный процессор выполняет каждую задачу последовательно. Для современного объёма операций этого мало, поэтому ценятся CPU с более чем одним ядром, чтобы выполнять несколько задач одновременно. Например, двухъядерный выполняет две задачи одновременно, трехъядерный ― три и т. д.
Главной характеристикой процессора является производительность. Она зависит от двух параметров: тактовая частота и разрядность.
Тактовая частота ― число выполненных операций в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц — миллион тактов в секунду ) и гигагерцах (ГГц — миллиард тактов в секунду). Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает машина.
Разрядность ― количество информации (байт), которое можно передать за такт. Разрядность процессора бывает 8, 16, 32, 64 бита. Современные процессоры 32-х и 64-битные.
Производители CPU
На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.
Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.
Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.
Подписывайтесь на рассылку нашего блога — впереди много полезных статей!
Конспект по дисциплине Архитектура ЭВМ на тему «Общие принципы построения современных ЭВМ»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Общие принципы построения современных ЭВМ
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ. Суть его заключается в следующем.
Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов. Различные типы объектов, размещенные в памяти ЭВМ, идентифицируются по контексту.
Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.
Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом.
Рис. 1.1. Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в файл. При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в устройство управления (УУ).
Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. Цепи сигналов управления показаны на рис. 1.1 штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления: определяются код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.
В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются одно-, двух-, трех-, четырех- адресные и безадресные команды. В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство.
Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в памяти (или в регистрах и памяти). После выполнения команды в один из этих адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.
В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после операции находится на одном из регистров арифметико-логического устройства (АЛУ). Кроме того, безадресные команды используются для выполнения служебных операций (запрет прерывания, выход из подпрограммы и др.).
Все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд) или если команда четырех- адресная (характерно для первых ЭВМ) адрес следующей команды находится в поле четвертого операнда. Этот порядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не содержащих разветвлений. Для организации ветвлений используются команды, нарушающие естественный порядок следования команд. Отдельные признаки результатов r (r = 0, r 0, r > 0 и др.) устройство управления использует для изменения порядка выполнения команд программы.
АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Оно каждый раз перенастраивается на выполнение очередной операции. Результаты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память. Результаты, полученные после выполнения всей программы вычислений, передаются на устройства вывода (УВыв) информации. В качестве УВыв могут использоваться экран дисплея, принтер, графопостроитель и др.
Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко применялось совмещение операций. При этом последовательные фазы выполнения отдельных команд программы (формирование адресов операндов, выборка операндов, выполнение операции, отсылка результата) выполнялись отдельными функциональными блоками. В своей работе они образовывали конвейер, а их параллельная работа позволяла обрабатывать различные фазы целого блока команд. Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМ следующих поколений. Но все же первые ЭВМ имели очень сильную централизацию управления, единые стандарты форматов команд и данных, «жесткое» построение циклов выполнения отдельных операций, что во многом объясняется ограниченными возможностями используемой в них элементной базы. Центральное УУ обслуживало не только вычислительные операции, но и операции ввода-вывода, пересылок данных между ЗУ и др. Все это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильно сдерживало рост их производительности.
В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счет разделения процессов ввода-вывода информации и ее обработки (рис. 1.2).
Сильносвязанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, г.е. устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились также дополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-вывода, устройства управления обменом информацией, каналы ввода-вывода (КВВ). Последнее название получило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ. Здесь наметилась тенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств. что позволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.
Рис. 1.2. Структурная схема ЭВМ третьего поколения
Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные обслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ). и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло дальнейшее изменение структуры (рис. 1.3). Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.
Рис. 1.3. Структурная схема ПЭВМ
Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ:
модульность построения, магистральность, иерархия управления.
Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком Mai-нитном диске).
Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можно подключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономические показатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей.
В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). Появились вычислительные системы, содержащие несколько вычислителей (ЭВМ или процессоры), работающие согласованно и параллельно. Внутри самой ЭВМ произошло еще более резкое разделение функций между средствами обработки. Появились отдельные специализированные процессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с плавающей точкой, матричные процессоры и др.
Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Всегда имеется возможность замены более слабой модели на более мощную. Это обеспечивается информационной, аппаратурной и программной совместимостью. Программная совместимость в семействах устанавливается по принципу снизу-вверх, т.е. программы, разработанные для ранних и младших моделей, могут обрабатываться и на старших, но не обязательно наоборот.
Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. Централизованное управление осуществляет устройство управления главного, или центрального, процессора. Подключаемые к центральному процессору модули (контроллеры и КВВ) могут, в свою очередь, использовать специальные шины или магистрали для обмена управляющими сигналами, адресами и данными. Инициализация работы модулей обеспечивается по командам центральных устройств, после чего они продолжают работу по собственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операций представляются ими «вверх по иерархии» для правильной координации всех работ.
По иерархическому принципу строится система памяти ЭВМ. Так, с точки зрения пользователя желательно иметь в ЭВМ оперативную память большой информационной емкости и высокого быстродействия. Однако одноуровневое построение памяти не позволяет одновременно удовлетворять этим двум противоречивым требованиям. Поэтому память современных ЭВМ строится по многоуровневому, пирамидальному принципу.
В состав процессоров может входить сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости, образованное несколькими десятками регистров с быстрым временем доступа (единицы нс). Здесь обычно хранятся данные, непосредственно используемые в обработке.
Часть машинных программ, обеспечивающих автоматическое управление вычислениями и используемых наиболее часто, может размещаться в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). На более низких уровнях иерархии находятся внешние запоминающие устройства на магнитных носителях: на жестких и гибких магнитных дисках, магнитных лентах, магнитооптических дисках и др. Их отличает более низкое быстродействие и очень большая емкость.
Организация заблаговременного обмена информационными потоками между ЗУ различных уровней при децентрализованном управлении ими позволяет рассматривать иерархию памяти как единую абстрактную виртуальную память. Согласованная работа всех уровней обеспечивается под управлением программ операционной системы. Пользователь имеет возможность работать с памятью, намного превышающей емкость ОЗУ.
Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам. При этом в ЭВМ одновременно может обрабатываться несколько программ пользователей.
В ЭВМ иди вычислительных системах, имеющих несколько процессоров обработки, многопрограммная работа может быть более глубокой. Автоматическое управление вычислениями предполагает усложнение структуры за счет включения в ее состав систем и блоков, разделяющих различные вычислительные процессы друг от друга, исключающие возможность возникновения взаимных помех и ошибок (системы прерываний и приоритетов, защиты памяти). Самостоятельного значения в вычислениях они не имеют, но являются необходимым элементом структуры для обеспечения этих вычислений.
Как видно, полувековая история развития ЭВТ дала не очень широкий спектр основных структур ЭВМ. Все приведенные структуры не выходят за пределы классической структуры фон Неймана. Их объединяют следующие традиционные признаки [53]:
• линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;
• одноуровневая адреса11ия ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации:
• внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов;
• последовательное централизованное управление вычислениями;
• достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода.
Несмотря на все достигнутые успехи, классическая структура ЭВМ не обеспечивает возможностей дальнейшего увеличения производительности. Наметился кризис, обусловленный рядом существенных недостатков:
• плохо развитые средства обработки нечисловых данных (структуры, символы, предложения, графические образы, звук, очень большие массивы данных и др.);
• несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня;
• примитивная организация памяти ЭВМ;
• низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих параллельную обработку и т.п.
Все эти недостатки приводят к чрезмерному усложнению комплекса программных средств, используемого для подготовки и решения задач пользователей.
Что образует ядро пэвм
Что такое дисковод?
устройство, предназначенное для чтения информации с гибких магнитных дисков, а также записи на них (как правило, используется для переноса информации с одного компьютера на другой)
К системам с раздельной памятью относятся
суперкомпьютеры MBC-1000
Что относится к абсолютным манипуляторам?
дигитайзер
Каково главное преимущество систем с раздельной памятью?
хорошая масштабируемость
Какая архитектура вычислительной системы предполагает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд?
многопроцессорная архитектура
Какой уровень комплексирования машин в вычислительную систему предназначается для передачи больших объемов информации между блоками оперативной памяти, сопрягаемых в ВС?
уровень комплексируемых каналов ввода-вывода
Чем должен сопровождаться переход к конструированию ЭВМ на СБИС и ультра-СБИС?
снижением тактовой частоты работы схемы
Адресуемой единицей информации основной памяти IBM PS является
байт
Что такое операционная система?
система программ, предназначенная для обеспечения определенного уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям набора услуг
Какие языки относятся к языкам программирования низкого уровня?
машинно-ориентированные
Принцип действия каких мониторов заключается в том, что испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый специальным веществом, люминофором, вызывает его свечение?
мониторов на основе ЭЛТ
Если выделение ресурсов производится перед выполнением программы, такой процесс называется
статическим перемещением
Что являлось основным активным элементом компьютеров первого поколения?
электронная лампа
К системам с архитектурой NUMA относится
HP 9000
Что является основной(ыми) характеристикой(ами) ОЗУ?
объем и быстродействие
В графическом режиме работы дисплея
изображение на экране формируется из отдельных точек (пикселов), имеющих свои адреса
Главным элементом какого типа принтеров является печатающая головка, состоящая из сопел, к которым подводятся чернила?
струйных принтеров
Какие операнды всегда бывают числовыми?
непосредственные
Какая информация может быть как статической, так и динамической?
видеоинформация
Какие типы устройств включает основная память?
оперативное и постоянное запоминающие устройства
К какой группе устройств ввода-вывода относятся модемы?
к устройствам, служащим как для ввода, так и для вывода информации
Какой недостаток имеют системы с общей памятью, построенные на системной шине?
такие системы плохо масштабируются
Что относят к системам автоматизации программирования?
языки программирования, языковые трансляторы, редакторы, средства отладки
Основным признаком каких систем является наличие векторно-конвейерных процессоров?
PVP-систем
Что относится к целям построения кластеров?
улучшение масштабируемости, повышение надежности и готовности системы в целом, увеличение суммарной производительности, эффективное перераспределение нагрузок работы системы
Какой элемент операционной системы IBM PC отвечает за работу файловой системы, обслуживает прерывания верхнего уровня (32. 63), обеспечивает информационное взаимодействие с внешними устройствами?
базовый модуль ДОС
Что понимается под процессором данных?
функциональное устройство, работающее как преобразователь данных, в соответствии с арифметическими операциями
Какие операции может выполнять ПЗУ?
чтение и хранения
По какому признаку мониторы делятся на цифровые и аналоговые?
по способу управления яркостью луча
В каком классе структур вычислительных систем различают сильносвязанные и слабосвязанные системы?
МКМД-структуры
Что такое стример?
внешнее устройство ПЭВМ для записи и воспроизведения цифровой информации на кассету с магнитной лентой
В какой вычислительной системе несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную)?
в многомашинной вычислительной системе
Какие мониторы обладают такими недостатками, как значительная масса, габариты и энергопотребление, наличие излучения, вредного для здоровья?
мониторы на основе ЭЛТ
Какая функция DVD-проигрывателя дает возможность вывода изображения с DVD-диска в различных форматах на стандартные и широкоэкранные телевизоры?
Multi Aspect Function
В цифровых мониторах для управления яркостью на сетку подаются
дискретные сигналы, которые в зависимости от настройки могут полностью запирать трубку или полностью отпирать ее
Что относится к периферийным устройствам?
адаптер каналов связи
Как определяется среднее время доступа?
Среднее время доступа = (Среднее время поиска) + (Среднее запаздывание)
Что такое архитектура компьютера?
многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ
Какая информация имеет динамический характер?
аудиоинформация
Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает создание структур векторной или матричной обработки?
ОКМД (SIMD)
По какой формуле рассчитывается коэффициент готовности систем? 
Как называется процесс наложения видеосигнала на несущую частоту?
модуляцией
По шине управления передается
сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить
Какое из устройств предназначено для обработки векторной графической информации?
дигитайзер
Какие оптические носители информации предназначены для хранения в цифровом формате кино- и фотокадров?
диски Photo-CD
По какому признаку интерфейсы делятся на магистральный, радиальный, цепочный и комбинированный?
по способу соединения компонентов
По какому признаку компьютеры подразделяют на супер-ЭВМ, большие ЭВМ, средние ЭВМ, персональные и профессиональные компьютеры, мобильные и карманные компьютеры?
по возможностям и назначению
Что относится к внешним запоминающим устройствам?
накопители на магнитных лентах, магнитных дисках, оптических и магнитооптических дисках
Что понимается под генерацией системы?
процесс выделения отдельных частей операционной системы и построения частных операционных систем, отвечающих требованиям системы обработки данных
Какие числа представляются в виде мантиссы 
и порядка 
?
числа с плавающей точкой
Какие устройства обслуживает локальная шина?
наиболее быстрые
Как называется основной тип компьютера, используемый в больших информационных сетях, работающий с большой скоростью и по производительности уступающий суперкомпьютеру, но охватывающий более широкий круг решаемых задач?
базовый (большой) компьютер
В каком(их) режиме(ах) функционирует механизм поддержки мультизадачности?
только в защищенном
Что относится к наиболее важным характеристикам памяти (ЗУ ПК)?
емкость и время доступа
Периферийные устройства ЭВМ могут быть
либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением
Векторная (или матричная) обработка предполагает
обработку одной командой нескольких комплектов операндов
О чем говорят буквы DX в обозначениях микропроцессоров?
длина машинного слова увеличена вдвое по сравнению с МП предыдущей модели
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является
программное управление
Какой из внешних интерфейсов обладает первоначальной скоростью 850 Мбит / c?
Fire Wire 800
Что является главным преимуществом шины EISA по сравнению с MCA?
совместимость с ISA и, соответственно, возможность использования многочисленных плат адаптеров, разработанных для ISA
В какой структуре вычислительных систем для реализации программного параллелизма, включающего циклы и итерации, используются матричные и векторные структуры?
в ОКМД-структуре
Принцип работы элементов какого компьютера основан на способности электрона в атоме иметь различные уровни энергии Е0, Е1. Еn?
квантового компьютера
Какие виды ЭВМ выделяют в соответствии с физическим представлением обрабатываемой информации?
аналоговые, цифровые, гибридные
В чем заключается основное назначение стримера?
в архивировании редко используемых больших массивов информации, в резервном копировании
Скорость внутреннего обмена
характеризует производительность НЖМД, когда буфер НЖМД не используется
Какое из устройств представляет собой небольшую коробку с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса?
трекбол
Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд?
МКМД (MIMD)
К каким носителям информации относятся DVD?
к оптическим
По какой технологии выпускался микропроцессор Pentium II?
0,35 мкм
Что составляет основу центрального процессора ПЭВМ?
микропроцессор
CISC (Complex Instruction Set Computer) подразумевает, что процессор
поддерживает очень большой набор команд и имеет небольшое число регистров
Что является важнейшей характеристикой компьютеров?
быстродействие и производительность
Укажите верное утверждение.
Чем больше уровней системы объединены кластерной технологией, тем выше надежность, масштабируемость и управляемость кластера.
Укажите верное утверждение.
Время доступа к статической памяти существенно меньше, чем к динамической памяти.
Для больших ЭВМ размер слова составляет
4 байта
Что относится к устройствам вывода информации?
плоттер
Какой объем информации может хранить каждый элемент памяти?
1 бит
Какой тип архитектуры ВС, согласно классификации Флинна, предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке?
МКОД (MISD)
Что такое ЭВМ?
комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей
Устройством для ввода графической растровой информации в ЭВМ является
сканер
Каких размеров бывают дисководы?
пяти- и трехдюймовые
В чем состоит основная задача процессора?
в выполнении программы
Каково соотношения времени обращения к памяти и времени вычислений в CISC-машинах?
5 : 1
Какой компьютер называется суперскалярным?
компьютер, способный одновременно выполнять несколько последовательных команд программы
Архитектура с какой топологией считается наиболее эффективной?
с топологией «толстое дерево»
Что образует ядро ПЭВМ?
процессор и основная память
Микропроцессоры пятого поколения имеют
64-разрядную шину данных и адресов
Какие классы интерфейсов выделяют в соответствии с функциональным назначением?
системные интерфейсы, интерфейсы периферийного оборудования, программно управляемые модульные системы и приборы, интерфейсы сетей передачи данных
Что понимается под кластеризацией?
технология, с помощью которой несколько серверов, сами являющиеся вычислительными системами, объединяются в систему более высокого ранга для повышения эффективности функционирования системы в целом
Какой уровень комплексирования машин в вычислительную систему предполагает использование встроенного в УВУ двухканального переключателя и команд «зарезервировать» и «освободить»?
уровень устройств управления внешними устройствами
Какой уровень комплексирования машин в вычислительную систему служит для передачи коротких однобайтовых приказов-сообщений?
уровень прямого управления
К адресным регистрам исполнительного блока микропроцессора относится
SP
Каково главное достоинство интерфейса IDE?
невысокая стоимость, простота