При упоминании процессора многие представляют небольшую микросхему, считая, что для понимания его устройства необходимо быть гением. На самом деле это не так! В данной статье вы сможете легко понять основные блоки "мозга" компьютера.
Процессор (центральный процессор, ЦП) - электронный блок, исполняющий машинные инструкции. В более широком смысле слова процессор - устройство, обрабатывающее всю поступающую к нему информацию.
Структура процессора
- Блок управления - компонент, отвечающий за обработку инструкций, их операндов. Он генерирует набор определённых сигналов, обеспечивающих исполнение текущей микрооперации.
- Регистровый блок - часть процессора, составляющая его сверхоперативную память (СОЗУ). Всё дело в том, что время обращения к оперативной памяти гораздо больше времени, необходимого для исполнения вычислений, поэтому для временного хранения небольших объёмов данных (например, операндов) используются регистры. Подразделяются они на регистры общего назначения и специализированные.
- Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - блок, отвечающий за выполнение арифметических и логических команд над данными, называемыми операндами. В выражении "2 + 3" два и три являются операндами, а плюс оператором.
- Кэш-память - также сверхоперативная память, но предназначенная для хранения наиболее часто используемых данных. Таким образом, уменьшается время обращения к оперативной памяти, иначе скорость обработки данных снизилась бы в разы. Кэш-память процессора подразделяется на несколько уровней:
- Кэш-память первого уровня является самой быстрой памятью, однако,
её ёмкость обычно составляет не более 128 Кбайт. Используется непосредственно ядром процессора. - Кэш-память второго уровня сходная с памятью первого уровня, хотя имеет более низкую скорость, но больший объём (от 128 Кбайт до 12 Мбайт)
- Кэш-память третьего уровня медленнее кэшей предыдущих уровней, но всё равно значительно быстрее оперативной памяти.
- Кэш-память четвёртого уровня используется только в высокопроизводительных системах, например, серверах.
Следует отметить, что все операции процессора должны выполнятся в строго определённой последовательности, а его блоки - синхронизированы. Это происходит с помощью тактового генератора. За один такт происходит выполнение определённого набора микроопераций. Теперь становится понятно: чем выше тактовая частота, тем больше информации может быть обработано процессором за единицу времени.
Итог
Таким образом, мы убедились в том, что в устройстве процессора нет ничего загадочного. В то же время следует понимать, что его деление на функциональные блоки абстрактно - в реальности его компоненты располагаются совершенно иным, с первого взгляда, хаотичным способом. Это позволяет создавать всё более мощные, компактные и дешёвые процессорные устройства.
