Централна обработувачка единица

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Плочка на микрообработувач Intel 80486DX2 (големина: 12×6.75 мм) во пакување.

Централната обработувачка единица (ЦОЕ) (англ. Central Processing Unit) или едноставно обработувач, е дел од сметачкиот систем кој ги обработува наредбите на сметачките програми, ја има главната задача во сметачот. ЦПЕ се состои од голем број електронски кола поврзани во функционални целини и спакувани во еден чип. Основни делови на ЦПЕ се аритметичко–логичка единица, управувачка единица и регистри.

Името на аритметичко-логичката единица кажува која е нејзината намена - да ги извршува сите аритметички операции и сите логички операции при обработка на податоците.

Управувачката единица врши контрола и усогласување на работата на обработувачот со работата на другите единици на личниот сметач.

Регистрите претставуваат електронски склопови кои можат да паметат повеќе битови. Тие служат за привремено чување на меѓурезултатите при извршување на програмите.

При работата ЦOE користи посебни електрични импулси што се создаваат со голема брзина од т.н. такт-генератор.

Брзината на создавањето на импулсите се нарекува фреквенција. Фреквенцијата се изразува во единицата херци (Hertz)

Најчесто се користат поголеми единици од херц и тоа:

килохерц (1KHz=1000Hz)
мегахерц (1MHz=1000000Hz)
гигахерц (1GHz=1000000000Hz)

На пример, фреквенција на обработувачот од 2 GHz претставува брзина на создавање два милиона импулси во една секунда.

Процесори со мал обем на интеграција

Во овој период, бил развиен метод на производство на повеќе меѓусебно поврзани транзистори во еден компактен простор. Интегрираното коло дозволило голем број на транзистори да бидат произведени на еден полупроводник или чип. Како прво само многу основни неспецијализирани дигитални кола како Nor портите биле минајатурни во интегрираните кола. Процесори базирани на овој "bilding Block" шеми обично се нарекуваат SSI(мал обем на интеграција) уреди. IBM System /370, следбеник на System /360 употребува SSI интегрални кола наместо Solid Logic Technology. DEc's PDP-8/I и KI10 PDP -10 исто така се префрли од индивидуалните транзистори на SSI интегрални кола.

Процесори со голема интеграција

Lee Boysel објавил влијателни артикли, вклучувајќи и во 1967 година „manifesto“ , која опишува како да се изгради 32-битен супер компјутер од релативно мал број на кола со голема интеграција. Во тоа време единствен начин на да се изгради LSI (кола со голема интеграција ) чип, којшто чипови имаат по сто или повеќе порти бил да се изгради со помош на процесот на MOS. Сепак некои компании продолжиле да прават процесори од биполарни чипови, бидејќи биполарните транзистори биле многу побрзи од MOS-чипови. Луѓето сакале изградбата на високо-брзинските компјутери да биде брза, па во 1970 година изградиле процесори со мал обем на интеграција (SSI) и средна интеграција (MSI) . Во тоа врем MOS интегранлните кола биле толку бавни што се сметале за корисни само за неколку лажни апликации кои бараат мала мќност. Како што напредна технологијата за микроелектроника, зголемувањето на на бројот на транзистори беа поставени на интегрални кола, намалувајќи го квантитетот на индивидуални интегрални кола потребни за централната процесорска единица. MSI i LSI интегрални кола го зголемуваат бројот до сто, а потоа и до илјадници транзистори. Првата имплементација на LSI од PDP-11 содрѓи централна процесорска единица од само четири LSI интегрирани кола.

Микропроцесори

Во 1970 -тите основните пронајдоци на Федерико Фаџин ( Силиконската порта заедно со неговиот нов дизајн на методологија за случајна логика) го сменил дизајнот и имплементацијата на процесори засекогаш. Од воведувањето на првиот комерцијално достапен микропроцесор (Интел 4004) во 1970 година, а и првиот микропроцесор кој широко се користи (Интел 8080) во 1974 година, оваа класа на процесори сосема ги претекна сите други имплементации и методо на централната процесорска единица.Во комбинација со доаѓањето и евентуалниот успех на сеприсутниот персонален компјутер, терминот процесор се применува исклучиво во микропроцесори. Повеќе процесори може да се комбинираат во еден единствен чип. Претходните генерации на процесори беа имплементирани како дискретни компоненти и бројни мали интегрирани кола (ICs). Микропроцесорите од друга страна се процесори произведени на многу мал број интегрални кола, обично само еден. Целокупната помала големина на процесорот како разултат на имплементацијата на една матрица значи свичирање време (switching time ) поради физички фактори како што е намалување на паразитскиот капацитет на портата. Ова им овозможи синхроните микропроцесори да имаат стапка на часовниk(clock rate) од десетици мегахерци до неколку гигахерци. Допочнително, како што е способноста да се конструираат многу мали транзистори на интегрално коло, комплексноста и бројот на транзистори во еден прцоесор е зголеман за многу пати. Овој тренд е нашироко забележан и и опишан од страна на законот на МУР, кој се покажа како прилично точен показател за растот на процесороската комплексност.

Структура и имплементација

Во колата на процесорот има сет од основни операции кои може да се извршат наречени инструкциски сет. Таквите операции може да вклучуваат на пример додавање или одземање на два броја, споредување на два броја или скокање во друг дел на програмата. Секоја основна операција е претставена од одредена комбинација на битови, познат како машински јазик. Додека се извршуваат инструкциите во програмата во машински јазик, процесорот одлучува која операција да се извршни од страна на „декодирање“. Искачувањето по скалата на сложеност, програмата на машински јазик е збирка од инструкции на машински јазик кои процесорот ги извршува. Математичката операција за секоја инструкција се одвива од страна на комбинатрона логика во рамки на процесорот позната како аритметича логичка единица (ALU). Во принцип процесорот извршува инструкции кои ги зема од меморија користејќи го своето ALU да изврши операција, а потоа и чување на резултат во меморијата. Покрај инструкциите за целобројни математички и логички операции, постојат разни други машински инструкции, како што се оние за вчитување на податоци од меморијата и складирање назад, операции за разгранување и математички операции врз броеви со подвижна запирка извршени од процесорксата единица за подвижна запирка(FPU).

Перформанси

Перформансите или брзината на процесорот зависат од повеќе фактори, часовничата стапка(clock rate), најчесто дадена во херци и инструкциите на часовникот (IPC), кои заедно се фактори за инструкции во секунда(IPS) кои процесорот може да ги исполни. Перформансите на мемориската хиерархија исто така имаа големо влијание врз процесорските перформанси, проблем кој едвај се смета во пресметките на МИПС(MIPS). Поради овие проблеми разни стандардни тестови често наречени „benchmarks" развиени за да се обидеда се измери вистинското ефективно работење на најчесто користените апликации. Процесорските перформанси на компјутерите се зголемува со користење на повеќејадрени процесори(multi-core)што во суштина е приклучување на два или повеќе процесори (наречени јадра) во едно интегрирано коло. Во пракса достигнувањето на перформансите е далеку помала само за 50 % заради два несовршени софтверски алгоритми и имплементацијата. Зголемувањето на бројот на јадра во процесорот се зголемува и обемот на работа која може да се држи под контрола. Ова значи дека процесорот може да се справи со асинхрони бројни настани, прекини итн. Овие јадра може да се сметаат за различни катови во една фабрика, каде секој спрат може да се справува со различни задачи. Понекогаш овие јадра ќе се справат со исти задачи ако едно јадро не е доволно да се справи со информацијата. Поради специфичните способности на модерните процесори hyper-threading and unicore кои вклучуваат размена на актуелни ресурси на процесорот, со цел да се зголеми користењето, следење на нивото на перформанси и користењето на хардвер постепено стана повеќе комплексна задача. Како одговор на ова процесорите имплементираат дополнителна хардверска логика која ги следи актуелните употреби на различни делови на процесорот и обезбедува различни бројачи достапни до софтвер, на пример Intel's Performance Counter Monitor technology.


Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  • Д-р. Марјан Гушев "Архитектура и организација на компјутери" - ПМФ Скопје, УКИМ, 2004