Centrální procesor (CPU, nebo centrální procesorová jednotka - CPU; anglicky central processing unit, CPU, doslova - centrální procesorová jednotka) - vykonavatel strojových instrukcí, část Hardware počítačový nebo programovatelný logický ovladač; je zodpovědný za provádění operací specifikovaných programy. MP má složitou strukturu ve formě elektronických logických obvodů. Mezi jeho součásti patří:
1) ALU - aritmeticko-logické zařízení určené k provádění aritmetických a logických operací s daty a adresami paměti;
2) Registry nebo paměť mikroprocesoru
Ultra-RAM, pracující rychlostí procesoru, ALU s nimi pracuje;
3) CU - řídící jednotka - řízení chodu všech MP jednotek generováním a předáváním na její ostatní komponenty řídící impulsy přicházející z
generátor quartzových hodin, který po zapnutí PC začne vibrovat
konstantní frekvence. Tyto výkyvy určují tempo provozu celé základní desky; Procesor „komunikuje“ s ostatními zařízeními (RAM) pomocí datových, adresových a řídicích sběrnic. Šířka sběrnice je vždy násobkem 8 (je jasné proč, pokud máme co do činění s byty), mění se v průběhu historického vývoje výpočetní techniky a liší se např. různé modely a také není totéž pro datovou sběrnici a adresovou sběrnici.
Šířka datové sběrnice udává, kolik informací (kolik bajtů) lze přenést najednou (za cyklus hodin). Maximální množství paměti RAM, se kterou může procesor vůbec pracovat, závisí na šířce adresové sběrnice.
Výkon (výkon) procesoru je ovlivněn nejen jeho taktovací frekvencí a šířkou datové sběrnice, důležitá je i velikost vyrovnávací paměti.
Specifikace procesoru:
1 .Frekvence hodin je počet operací, které může procesor provést za sekundu. Jednotkou měření je MHz a GHz (megahertz a gigahertz). 1 MHz znamená, že procesor může provést 1 milion operací za sekundu, pokud je procesor 3,16 GHz - tedy může provést 3 miliardy 166 milionů operací za 1 sekundu.
Existují dva typy rychlosti hodin – interní a externí.
Rychlost vnitřních hodin- toto je hodinová frekvence, při které probíhá práce uvnitř procesoru.
Frekvence externích hodin nebo frekvence systémové sběrnice je hodinová frekvence, s
ve kterém dochází k výměně dat mezi procesorem a RAM počítače.
Až do roku 1992 měly procesory stejné vnitřní a vnější frekvence a v roce 1992 Intel představil procesor 80486DX2, u kterého byly vnitřní a vnější frekvence odlišné.
Vnitřní frekvence byla 2x vyšší než vnější. Byly vydány dva typy takových procesorů s frekvencemi 25/50 MHz a 33/66 MHz, dále Intel vydal procesor 80486DX4 s trojnásobnou vnitřní frekvencí (33/100 MHz).
V moderních procesorech, například s taktem procesoru 3 GHz, je frekvence systémové sběrnice 800 MHz.
2 .Další hlavní charakteristikou procesoru je jeho bitová kapacita..
Kapacita procesoru je dána kapacitou jeho registrů.
Počítač může pracovat současně s omezeným souborem informací. Tato sada závisí na bitové hloubce vnitřních registrů. Číslice je paměťová jednotka informací. V jednom pracovním cyklu dokáže počítač zpracovat množství informací, které se vejdou do registrů. Pokud mohou registry uložit 8 jednotek informací, pak jsou 8bitové a procesor je 8bitový, pokud jsou registry 16bitové, pak je procesor 16bitový atd. Čím vyšší je bitová kapacita procesoru, tím velké množství dokáže zpracovat informace v jednom hodinovém cyklu, což znamená, že tím rychleji procesor pracuje.
Procesor Pentium 4 je 32bitový. V dnešní době je stále více procesorů 64bitových.
3.CPU cache- poměrně důležitý parametr, čím je větší, tím více dat je uloženo ve speciální paměti, což zrychluje procesor. Mezipaměť procesoru obsahuje data, která mohou být v blízké budoucnosti potřeba. Abyste se nepletli s úrovněmi mezipaměti, zapamatujte si jednu vlastnost: mezipaměť první úrovně je nejrychlejší, ale nejmenší, druhá úroveň je pomalejší, ale větší a mezipaměť třetí úrovně je nejpomalejší a největší (pokud to existuje)
4.Technický proces (někdy psaná technologie)- není to hlavní charakteristika procesoru pro běžného člověka, ale musíte o něm vědět, abyste porozuměli nejasným článkům na počítačových stránkách. Čím menší proces, tím lépe, jak se říká. Ve skutečnosti se jedná o oblast krystalu na procesoru. Čím menší krystaly, tím více se jich vejde, čímž se zvýší hodinová frekvence. Ano, a menší krystal je potřeba napájet menším napětím, takže se sníží odvod tepla, takže opět můžete zvýšit taktovací frekvenci. Tento řetězec je uveden jako příklad, abyste pochopili, jak je vše propojeno. Technický postup možná není napsán v cenících, ale v recenzích je téměř vždy zmíněn.
5.Zásuvka– tento parametr je nutný pro standardizaci všech procesorů připojovacími konektory základní deska. Například Socket LGA775 - pokud takovou charakteristiku najdete na základní desce, tak pro ni nebudou vhodné pouze procesory s označením Socket LGA775 a žádné jiné. Platí i opačné pravidlo.
Systém rozhraní je:
Řídicí sběrnice (CB) - určená pro přenos řídicích impulsů a synchronizaci signálů do všech PC zařízení; -adresová sběrnice (ABA) - určená pro přenos adresového kódu paměťové buňky nebo I/O portu externí zařízení;
Datová sběrnice (SD) - určená pro paralelní přenos všech bitů číselného kódu; -power bus - pro připojení všech PC jednotek k napájecímu systému.
Systém rozhraní poskytuje tři směry přenosu informací:
Mezi MP a RAM;
Mezi MP a vstupními/výstupními porty externích zařízení;
Mezi RAM a I/O porty externích zařízení.
Výměna informací mezi zařízeními a systémovou sběrnicí probíhá pomocí kódů ASCII.
Paměť
Paměť je zařízení pro ukládání informací ve formě dat a programů. Paměť se dělí především na vnitřní (umístěná na základní desce) a externí (umístěná na různých externí média informace).
Vnitřní paměť se zase dělí na:
- ROM(paměť pouze pro čtení) nebo ROM (paměť pouze pro čtení), která obsahuje trvalé informace, které se ukládají i po vypnutí napájení, slouží k testování paměti a hardwaru počítače a spuštění počítače po zapnutí. Záznam na speciální ROM kazetu probíhá v závodě výrobce PC a nese rysy své osobitosti. Objem ROM je poměrně malý – od 64 do 256 KB.
- RAM(random access memory) nebo RAM (random access memory), slouží k provoznímu ukládání programů a dat uložených pouze po dobu provozu PC. Je nestálý; při vypnutí napájení se informace ztratí. OP se vyznačuje speciálními funkcemi a specifickým přístupem:
o OP ukládá nejen data, ale také právě prováděný program;
o MP má možnost přímého přístupu k OP a obchází vstupní/výstupní systém.
Mezipaměti - má krátkou přístupovou dobu, slouží k dočasnému uložení mezivýsledků a obsahu nejčastěji používaných buněk a registrů OP
Logická organizace paměti - adresování, umístění dat je dáno softwarem nainstalovaným na PC, konkrétně OS.
Externí paměť. Externí paměťová zařízení jsou velmi různorodá Navrhovaná klasifikace zohledňuje typ média, tzn. hmotný objekt schopný uchovávat informace.
Páskové mechaniky se historicky objevily dříve než magnetické diskové jednotky. Kotoučové jednotky se používají v superpočítačích a sálových počítačích.
Disky viz média s přímým přístupem, tj. PC má přístup ke stopě, na které začíná sekce s požadovanými informacemi nebo kde je třeba ji nahrát nová informace, přímo.
Magnetické disky(MD) - jako paměťové médium se používají magnetické materiály se speciálními vlastnostmi, které umožňují záznam dvou směrů magnetizace. Dnes málo používaný.
HDD nebo „pevné disky“ jsou vyrobeny z hliníkových slitin nebo keramiky a potaženy ferrolakem spolu s blokem magnetických hlav umístěných v hermeticky uzavřeném pouzdře. Díky extrémně hustému záznamu dosahuje kapacita úložiště několik gigabajtů a výkon je také vyšší než u vyměnitelných disků (kvůli zvýšení rychlosti otáčení, protože disk je pevně připevněn k ose otáčení). První model se objevil u IBM v roce 1973. Měl kapacitu 16 KB a 30 stop/30 sektorů, což se shodou okolností shodovalo s ráží populární brokovnice Winchester 30"730".
Každý LMD prochází nízkoúrovňovou procedurou formátování - na médium se zapisují servisní informace, které určují rozložení válců disku do sektorů a číslují je, vadné sektory jsou označeny, aby byly vyloučeny z provozu disku. Počítač má jednu nebo dvě jednotky. Pomocí speciálního programu lze jeden pevný disk rozdělit na několik logických jednotek a zacházet s nimi jako s různými pevnými disky.
GCD(optické diskové jednotky) laserové optické disky nebo kompaktní disky (CD, DVD) V optické mechanice PC je tato stopa čtena laserovým paprskem. Kvůli extrémně hustému záznamu mají kapacitu až 8 GB.
Flash paměť- typ polovodičové polovodičové energeticky nezávislé přepisovatelné paměti (PROM).
Lze ji číst tolikrát, kolikrát je potřeba (v rámci doby uložení dat, typicky 10-100 let), ale do takové paměti ji lze zapsat pouze omezeně (maximálně - asi milion cyklů). Flash paměť je běžná a vydrží asi 100 tisíc přepisovacích cyklů – mnohem více, než snese disketa nebo CD-RW.
Hlavní parametry procesorů jsou:
hodinová frekvence,
bitová hloubka,
provozní napětí,
multiplikační faktor vnitřních hodin,
velikost mezipaměti.
Frekvence hodin určuje počet elementárních operací (cyklů) provedených procesorem za jednotku času. Frekvence hodin moderní procesory měřeno v MHz (1 Hz odpovídá provedení jedné operace za jednu sekundu, 1 MHz = 106 Hz). Čím vyšší je takt, tím více instrukcí může procesor provést a tím větší je jeho výkon. První procesory používané v PC pracovaly na frekvenci 4,77 MHz, dnes dosahují pracovní frekvence moderních procesorů 2 GHz (1 GHz = 103 MHz).
Bitová hloubka Procesor ukazuje, kolik bitů dat může přijmout a zpracovat ve svých registrech v jednom hodinovém cyklu. Kapacita procesoru je dána kapacitou povelové sběrnice, tedy počtem vodičů ve sběrnici, po kterých se povely přenášejí. Moderní procesory rodiny Intel jsou 32bitové.
Provozní napětí je poskytován procesor základní deska, Proto různé značky procesory odpovídají různým základním deskám. Provozní napětí procesorů nepřesahuje 3 V. Snížení provozního napětí umožňuje zmenšit velikost procesorů a také snížit odvod tepla v procesoru, což umožňuje zvýšit jeho výkon bez hrozby přehřátí.
Násobič vnitřních hodin- to je koeficient, kterým by se měla násobit taktovací frekvence základní desky pro dosažení frekvence procesoru. Procesor přijímá hodinové signály ze základní desky, která na takové z čistě fyzických důvodů nemůže fungovat vysoké frekvence jako procesor. Dnes je taktovací frekvence základních desek 100-133 MHz. Pro získání vyšších frekvencí se procesor interně násobí faktorem 4, 4,5, 5 nebo více.
Vyrovnávací paměť. Výměna dat v procesoru je mnohem rychlejší než výměna dat mezi procesorem a RAM. Proto, aby se snížil počet přístupů k RAM, je uvnitř procesoru vytvořena tzv. super-RAM neboli cache paměť. Když procesor potřebuje data, přistupuje nejprve k mezipaměti a teprve když tam nejsou žádná potřebná data, přistupuje k RAM. Jak větší velikost cache, tím je pravděpodobnější, že tam potřebná data jsou. Proto mají vysoce výkonné procesory větší velikosti mezipaměti.
Existují vyrovnávací paměti první úrovně (provozované na stejném čipu s procesorem a mající objem v řádu několika desítek KB), druhé úrovně (prováděné na samostatném čipu, ale v rámci procesoru, s objem sto nebo více KB) a třetí úroveň (provádí se na samostatných vysokorychlostních mikroobvodech umístěných na základní desce a má objem jeden nebo více MB).
Procesor během provozu zpracovává data umístěná v jeho registrech, RAM a externích portech procesoru. Některá data jsou interpretována jako data samotná, některá data jsou interpretována jako data adresy a některá jsou interpretována jako příkazy. Sada různých instrukcí, které může procesor provést na datech, tvoří instrukční systém procesoru. Čím větší je instrukční sada procesoru, tím složitější je jeho architektura, tím déle jsou příkazy zapisovány v bajtech a tím delší je průměrná doba provádění instrukce.
Procesory Intel používané ve sdílených počítačích IBM mají více než tisíc instrukcí a jsou klasifikovány jako procesory s rozšířenou instrukční sadou - CISC-procesory (CISC - Complex Instruction Set Computing). Na rozdíl od procesorů CISC byly vyvinuty procesory architektury RISC s redukovanou instrukční sadou (RISC - Reduced Instruction Set Computing). S touto architekturou je počet příkazů mnohem menší a každý příkaz se provádí rychleji. Programy složené z jednoduchých instrukcí tedy běží na RISC procesorech mnohem rychleji. Nevýhodou zkráceného příkazového systému je, že složité operace musí být emulovány ne vždy efektivní sekvencí jednodušších příkazů. Proto se procesory CISC používají ve všeobecných počítačových systémech a procesory RISC se používají ve specializovaných. Pro PC na platformě IBM PC dominují procesory CISC od Intelu, i když v poslední době AMD vyrábí procesory rodiny AMD-K6, které mají hybridní architekturu (vnitřní jádro těchto procesorů je vyrobeno podle architektury RISC a vnější struktura je založena na architektuře CISC).
Počítače IBM PC používají procesory vyvinuté společností Intel nebo kompatibilní procesory od jiných společností patřících do rodiny x86. Předek této rodiny byl 16bitový procesor Intel 8086. Následně se vyráběly procesory Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 s úpravami, různé modely Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Nejnovější model Procesor Intel Pentium IV. Mezi další výrobce procesorů patří AMD se svými modely AMD-K6, Athlon, Duron a Cyrix.
Pneumatiky
Procesor je spojen s dalšími zařízeními, a především s RAM, skupinami vodičů nazývaných sběrnice. Existují tři hlavní pneumatiky:
datová sběrnice,
adresní sběrnice,
příkazová sběrnice.
Adresní sběrnice. Data, která jsou přenášena po této sběrnici, jsou interpretována jako adresy buněk RAM. Právě z této sběrnice procesor čte adresy příkazů, které je třeba provést, a také data, se kterými příkazy pracují. V moderních procesorech je adresová sběrnice 32bitová, to znamená, že se skládá z 32 paralelních vodičů.
Datová sběrnice. Tato sběrnice kopíruje data z RAM do registrů procesoru a naopak. V počítačích s procesory Intel Pentium je datová sběrnice 64bitová. To znamená, že v jednom hodinovém cyklu je najednou přijato 8 bajtů dat ke zpracování.
Příkazová sběrnice. Tato sběrnice přenáší příkazy z RAM, které jsou vykonávány procesorem. Příkazy jsou reprezentovány jako bajty. Jednoduché příkazy jsou vložené do jednoho bajtu, ale existují i příkazy, které vyžadují dva, tři nebo více bajtů. Většina moderních procesorů má 32bitovou příkazovou sběrnici, i když existují 64bitové procesory s příkazovou sběrnicí.
Sběrnice na základní desce slouží nejen ke komunikaci s procesorem. Všechna ostatní vnitřní zařízení základní desky i zařízení, která se k ní připojují, spolu komunikují pomocí sběrnic. Výkon PC jako celku do značné míry závisí na architektuře těchto prvků.
Hlavní sběrnicová rozhraní základních desek:
JE(Industry Standard Architecture). Umožňuje propojit všechna zařízení dohromady systémová jednotka, a také poskytuje snadné připojení nových zařízení prostřednictvím standardních slotů. Šířka pásma je až 5,5 MB/s. V moderní počítače lze použít pouze pro připojení externích zařízení, která nevyžadují větší šířku pásma ( zvukové karty, modemy atd.).
EISA(Rozšířená ISA). Rozšíření standardu ISA. Šířka pásma zvýšena na 32 MB/s. Stejně jako standard ISA i tento standard vyčerpal své možnosti a v budoucnu bude ukončena výroba desek, které tato rozhraní podporují.
VLB(místní autobus VESA). Standardní rozhraní místní sběrnice VESA. Místní sběrnice spojuje procesor s RAM a obchází hlavní sběrnici. Pracuje na vyšší frekvenci než hlavní sběrnice a umožňuje vyšší přenosové rychlosti dat. Později bylo do místní sběrnice „zabudováno“ rozhraní pro připojení video adaptéru, které vyžaduje zvýšenou šířku pásma, což vedlo ke vzniku standardu VLB. Šířka pásma je až 130 MB/s, pracovní frekvence je 50 MHz, ale záleží na počtu zařízení připojených ke sběrnici, což je hlavní nevýhoda VLB rozhraní.
PCI(Propojení periferních součástí). Standard pro připojení externích zařízení představený v počítačích s procesorem Pentium. V jádru se jedná o rozhraní lokální sběrnice s konektory pro připojení externích komponent. Toto rozhraní podporuje frekvence sběrnice až 66 MHz a poskytuje rychlost až 264 MB/s bez ohledu na počet připojených zařízení. Důležitou novinkou tohoto standardu je podpora mechanismu plug-and-play, jehož podstatou je po fyzické spojení Při připojení externího zařízení ke konektoru sběrnice PCI se zařízení automaticky nakonfiguruje.
FSB(Přední autobus). Počínaje procesorem Pentium Pro je pro komunikaci s RAM použita speciální sběrnice FSB. Tato sběrnice pracuje na frekvenci 100-133 MHz a má propustnost až 800 MB/s. Frekvence sběrnice FSB je hlavním parametrem, je uvedena ve specifikaci základní desky. Jedinou funkcí, která po sběrnici PCI zůstala, je připojení nových externích zařízení.
AGP(Pokročilý grafický port). Speciální sběrnicové rozhraní pro připojení video adaptérů. Vyvinuto kvůli tomu, že parametry sběrnice PCI nesplňují výkonnostní požadavky grafických adaptérů. Frekvence této sběrnice je 33 nebo 66 MHz, šířka pásma až 1066 MB/s.
USB(Universal Serial Bus). Definuje standard Universal Serial Bus nová cesta interakce počítače s periferním zařízením. Umožňuje připojení až 256 různých zařízení se sériovým rozhraním a zařízení lze propojit v řetězci. Výkon sběrnice USB je relativně nízký a činí 1,55 Mbit/s. Mezi výhody tohoto standardu stojí za zmínku schopnost připojovat a odpojovat zařízení v „horkém režimu“ (tj. bez restartování počítače) a také schopnost kombinovat několik počítačů do jednoduchá síť bez použití speciálního hardwaru a softwaru.
Vnitřní paměť
Pod vnitřní paměť rozumí všem typům úložných zařízení umístěných na základní desce. Patří mezi ně paměť s náhodným přístupem, paměť pouze pro čtení a energeticky nezávislá paměť.
ProvozníPaměťRAM (paměť s náhodným přístupem)
Paměť RAM je pole krystalických buněk schopných ukládat data. Slouží k rychlé výměně informací (příkazů a dat) mezi procesorem, externí pamětí a periferními systémy. Z něj procesor přebírá programy a data ke zpracování a získané výsledky se do něj zapisují. Název "on-line" pochází z toho, že pracuje velmi rychle a procesor nemusí čekat při čtení nebo zápisu dat z paměti. Data se však po zapnutí počítače uloží pouze dočasně, jinak zmizí.
Podle fyzikálního principu činnosti se rozlišuje dynamická paměť DOUŠEK a statickou pamětí SRAM.
Dynamické paměťové buňky lze považovat za mikrokondenzátory schopné uchovávat elektrický náboj. Nevýhody paměti DRAM: zápis a čtení dat je pomalejší a vyžaduje neustálé dobíjení. Výhody: snadná implementace a nízké náklady.
Statické paměťové buňky si můžeme představit jako elektronické mikroprvky – spouštěče sestávající z tranzistorů. Spoušť neukládá náboj, ale stav (zapnuto/vypnuto). Výhody paměti SRAM: výrazně rychlejší výkon. Nevýhody: technologicky složitější výrobní proces a tím i vyšší cena.
Dynamické paměťové čipy se používají jako hlavní RAM a statické paměťové čipy se používají jako mezipaměť.
Každá paměťová buňka má svou adresu, vyjádřenou jako číslo. Moderní počítače založené na procesorech Intel Pentuim používají 32bitové adresování. To znamená, že existuje celkem 232 nezávislých adres, takže možný adresní prostor je 4,3 GB. To však přesně neznamená, kolik RAM může být v systému. Maximální velikost paměti je určena čipovou sadou základní desky a obvykle je několik set megabajtů.
RAM v počítači je umístěna na standardních panelech nazývaných moduly. Moduly RAM se vkládají do odpovídajících slotů na základní desce. Strukturálně mají paměťové moduly dvě provedení – jednořadé ( Moduly SIMM) a dvouřadý ( moduly DIMM). Na počítačích s Procesory Pentium jednořadé moduly lze použít pouze v páru (počet konektorů pro jejich instalaci na základní desku je vždy sudý). DIMM – moduly lze instalovat jeden po druhém. Na jedné desce nelze kombinovat různé moduly.
Hlavní vlastnosti modulů RAM:
Paměť,
přístupová doba.
SIMM - moduly mají kapacitu 4, 8, 16, 32, 64 megabajtů; DIMM - moduly - 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB. Přístupová doba ukazuje, jak dlouho trvá přístup k paměťovým buňkám, čím méně, tím lépe. Měřeno v nanosekundách. SIMM - moduly - 50-70 ns, DIMM - moduly - 7-10 ns.
Paměť pouze pro čtení (ROM)
Když je počítač zapnutý, v jeho RAM nejsou žádná data, protože RAM nemůže ukládat data, když je počítač vypnutý. Ale procesor potřebuje příkazy, a to i ihned po zapnutí. Proto se procesor pro svůj první příkaz dostane na speciální počáteční adresu, kterou vždy zná. Tato adresa ukazuje na paměť, která se běžně nazývá paměť pouze pro čtení (ROM) nebo paměť pouze pro čtení (ROM). Čip ROM je schopen uchovávat informace po dlouhou dobu, i když je počítač vypnutý. Říká se, že programy, které jsou v ROM, jsou do ní „napevno zapojeny“ - jsou tam zapsány ve fázi výroby mikroobvodu. Sada programů umístěných v ROM tvoří základní vstupně/výstupní systém BIOS (Basic Input Output System).
Hlavním účelem těchto programů je kontrola složení a funkčnosti systému a zajištění interakce s klávesnicí, monitorem, pevnými a disketovými disky.
Energeticky nezávislá paměť CMOS
Provoz takových standardních zařízení, jako je klávesnice, může být obsluhován programy BIOS, ale s takovými nástroji není možné poskytnout robotovi všechna možná zařízení (kvůli jejich obrovské rozmanitosti a dostupnosti velké množství různé parametry). Ale pro mou práci programy BIOS vyžadovat všechny informace o aktuální konfiguraci systému. Z pochopitelných důvodů nelze tyto informace uložit ani do RAM, ani do trvalé paměti. Speciálně pro tyto účely má základní deska energeticky nezávislou paměť zvanou CMOS. Od RAM se liší tím, že její obsah nezmizí po vypnutí počítače a od permanentní paměti se liší tím, že do ní lze zadávat a měnit data nezávisle, podle toho, jaké vybavení je součástí systému.
Paměťový čip CMOS je neustále napájen malou baterií umístěnou na základní desce. Tato paměť ukládá data o flexibilních a pevné disky, procesory atd. Skutečnost, že počítač jasně sleduje datum a čas, je také způsobena tím, že tyto informace jsou neustále ukládány (a aktualizovány) v paměti CMOS. Programy BIOS tedy čtou data složení počítačový systém z čipu CMOS, po kterém mají přístup k pevnému disku a dalším zařízením.
Kontrolní otázky
Co je základní deska? Jaké komponenty osobního počítače jsou na něm?
Jaké je provádění programů centrálním procesorem?
Jaké jsou hlavní parametry procesoru? Co charakterizuje hodinová frekvence a v jakých jednotkách se měří?
Co je mezipaměť? Úrovně mezipaměti?
K čemu jsou pneumatiky? Jaké typy pneumatik existují?
Jaká rozhraní sběrnic základní desky znáte?
Jak se RAM liší od trvalé paměti?
Co jsou to RISC procesory? Jak se liší od procesorů CISC?
V jaké paměti jsou uloženy programy BIOS?
Jaké informace jsou uloženy v energeticky nezávislé paměti?
Jaké typy RAM znáte? Jaký je mezi nimi rozdíl?
Počítačová věda. Základní kurz. / Ed. S.V.Simonovič. - Petrohrad, 2000
A.P. Miklyaev, IBM PC User's Handbook 3. vydání M.:, "Solon-R", 2000, 720 s.
Simonovich S.V., Evseev G.A., Murachovsky V.I. Koupili jste si počítač: Kompletní průvodce pro začátečníky v otázkách a odpovědích. - M.: AST-PRESS BOOK; Inforcom-Press, 2001.- 544 s.: ill. (1000 tipů).
Kovtanyuk Yu.S., Solovyan S.V. Vlastní návod k práci na osobní počítač- K.:Junior, 2001.- 560 s., ill.
Externí paměť je paměť implementovaná ve formě externích zařízení vzhledem k základní desce různé principyúložiště informací a typy médií, pro které jsou určeny dlouhodobé skladování informace. Zejména vše je uloženo v externí paměti software počítač. Externí paměťová zařízení mohou být umístěna jak v systémové jednotce počítače, tak v samostatných pouzdrech. Fyzicky, externí paměť implementovány ve formě úložných zařízení. Mechaniky jsou paměťová zařízení určená pro dlouhodobé (nezávislé na napájení) uchovávání velkého množství informací. Kapacita jednotek je stokrát větší než kapacita RAM nebo dokonce neomezená, pokud jde o jednotky s vyměnitelnými médii.
Jednotku lze považovat za kombinaci paměťového média a odpovídající jednotky. Existují jednotky s vyměnitelnými a trvalými médii. Jednotka je kombinací mechanismu čtení a zápisu s přidruženými elektronické obvodyřízení. Jeho konstrukce je dána principem činnosti a typem nosiče. Médium je fyzické médium pro ukládání informací. vzhled může být disk nebo páska. Na principu ukládání se rozlišují magnetická, optická a magnetooptická média. Pásková média mohou být pouze magnetická, disková média využívají magnetické, magnetooptické a optické metody pro záznam a čtení informací.
Nejběžnější jsou magnetické diskové mechaniky, které se dělí na pevné disky(HDD) a disketové mechaniky(NGMD) a optické mechaniky, jako jsou jednotky CD-ROM, CD-R, CD-RW a DVD-ROM.
Pevné disky (HDD)
HDD je hlavní zařízení pro dlouhodobé ukládání velkého množství dat a programů. Další názvy: pevný disk, pevný disk, HDD (Hard Disk Drive). Externě je pevný disk plochý, hermeticky uzavřený box, uvnitř kterého je několik kulatých pevných hliníkových nebo skleněných desek umístěných na společné ose. Povrch jakéhokoli disku je pokryt tenkou feromagnetickou vrstvou (látka, která reaguje na vnější magnetické pole) a zaznamenaná data se na ní skutečně ukládají. V tomto případě se záznam provádí na obou plochách každé desky (kromě vnějších) pomocí bloku speciálních magnetických hlav. Každá hlava je umístěna nad pracovní plochou disku ve vzdálenosti 0,5-0,13 mikronů. Sada disků se otáčí nepřetržitě a vysokou rychlostí (4500-10000 ot./min), takže mechanický kontakt hlav a disků je nepřijatelný.
Zápis dat na pevný disk se provádí následovně. Při změně proudu procházejícího hlavou se mění dynamické napětí magnetické pole v mezeře mezi povrchem a hlavou, což vede ke změně stacionárního magnetického pole feromagnetických částí povlaku disku. Čtení probíhá v opačném pořadí. Magnetizované částice feromagnetického povlaku způsobují elektromotorickou sílu samoindukce magnetické hlavy. Elektromagnetické signály, které v tomto případě vznikají, jsou zesíleny a přenášeny ke zpracování.
Činnost pevného disku je řízena speciálním hardwarově-logickým zařízením - řadičem pevný disk. V minulosti se jednalo o samostatnou dceřinou desku, která byla připojena přes sloty k základní desce. V moderních počítačích jsou funkce ovladače pevného disku prováděny speciálními mikroobvody umístěnými v čipové sadě.
Jednotka může obsahovat až deset disků. Jejich povrch je rozdělen do kruhů nazývaných stopy. Každá stopa má své číslo. Stopy se stejnými čísly, umístěné nad sebou na různých discích, tvoří válec. Skladby na disku jsou rozděleny do sektorů (číslování začíná od jedné). Sektor zabírá 571 bajtů: 512 je alokováno pro záznam potřebných informací, zbytek je pro hlavičku (prefix), která určuje začátek a číslo sekce a konec (suffix), kde je kontrolní součet nutný k ověření integrity uložená data jsou zapsána. Sektory a stopy se vytvářejí během formátování disku. Formátování provádí uživatel pomocí speciální programy. Na nezformátovaný disk nelze zapsat žádné informace. HDD lze rozložit na logické disky. To je výhodné, protože více logických jednotek zjednodušuje strukturování dat uložených na pevném disku.
Existuje obrovské množství různých modelů pevné disky mnoho společností jako Seagate, Maxtor, Quantum, Fujitsu atd. Pro zajištění kompatibility pevných disků byly vyvinuty normy pro jejich charakteristiky, které určují rozsah připojovacích vodičů, jejich umístění v konektorech adaptéru a elektrické parametry signálů. Nejběžnějšími standardy rozhraní jsou IDE (Integrated Drive Electronics) nebo ATA a produktivnější EIDE (Enhanced IDE) a SCSI (Small Computer System Interface). Charakteristiky rozhraní, přes která jsou pevné disky připojeny k základní desce, do značné míry určují výkon moderních pevných disků.
Mezi další parametry, které ovlivňují výkon HDD, je třeba poznamenat následující:
rychlost disku- dnes se disky EIDE vyrábějí s rychlostí 4500-7200 ot./min a disky SCSI - 7500-10000 ot./min.;
kapacita mezipaměti- ve všech moderních diskové jednotky je nainstalována vyrovnávací paměť pro urychlení výměny dat; čím větší je její kapacita, tím vyšší je pravděpodobnost, že vyrovnávací paměť bude obsahovat potřebné informace, které není třeba z disku číst (tento proces je tisíckrát pomalejší); kapacita vyrovnávací paměti cache v různá zařízení může se lišit od 64 KB do 2 MB;
průměrná přístupová doba- čas (v milisekundách), během kterého se blok hlavy pohybuje z jednoho válce do druhého. Závisí na konstrukci pohonu hlavy a je přibližně 10-13 milisekund;
zpoždění- toto je doba od okamžiku umístění bloku hlav na požadovaný válec do umístění konkrétní hlavy na určitý sektor, jinými slovy, toto je doba hledání požadovaného sektoru;
přenosová rychlost- určuje množství dat, které lze přenést z jednotky do mikroprocesoru a v opačném směru za určité časové úseky; maximální hodnota tento parametr se rovná šířce pásma rozhraní disku a závisí na použitém režimu: PIO nebo DMA; v režimu PIO probíhá výměna dat mezi diskem a řadičem za přímé účasti centrální procesor tím větší číslo Režim PIO, čím vyšší je směnný kurz; práce v režimu DMA (Direct Memory Access) umožňuje přenášet data přímo do RAM bez účasti zpracovatele; rychlost přenosu dat v moderní pevné disky se pohybuje v rozmezí 30-60 MB/s.
Disketové magnetické diskové jednotky (FMD)
Disketová jednotka nebo disková jednotka je zabudována do systémové jednotky. Flexibilní média pro disketové mechaniky se vyrábějí ve formě disket (jiný název pro diskety). Nosič je ve skutečnosti plochý disk se speciálním, poměrně hustým filmem, potažený feromagnetickou vrstvou a umístěný v ochranném obalu s pohyblivou západkou nahoře. Diskety se používají především pro rychlý přenos malého množství informací z jednoho počítače do druhého. Data zaznamenaná na disketě lze chránit před vymazáním nebo přepsáním. Chcete-li to provést, musíte posunout malé ochranné sklíčko ve spodní části diskety tak, aby se vytvořilo otevřené okno. Chcete-li povolit nahrávání, musí být tento posuvník posunut zpět a okno zavřeno.
Přední panel mechaniky je umístěn na předním panelu systémové jednotky, je na něm kapsa zakrytá závěsem, do které se vkládá disketa, tlačítko pro vyjmutí diskety a kontrolka. Disketa se vkládá do mechaniky horním posunutím dopředu, musí se zasunout do přihrádky mechaniky a plynule zatlačit dopředu, dokud nezaklapne. Správný směr vkládání diskety je označen šipkou na plastovém pouzdře. Chcete-li vyjmout disketu z jednotky, musíte stisknout její tlačítko. Světelný indikátor na jednotce indikuje, že zařízení je zaneprázdněno (pokud kontrolka svítí, nedoporučujeme vyjímat disketu). Na rozdíl od pevného disku se disk v HDD otáčí pouze při příkazu čtení nebo zápisu, jindy je v klidu. Během provozu je čtecí a zapisovací hlava v mechanickém kontaktu s povrchem diskety, což vede k rychlému opotřebení diskety.
Stejně jako u pevného disku je povrch diskety rozdělen na stopy, které jsou zase rozděleny na sektory. Sektory a stopy se získávají během formátování diskety. V dnešní době jsou diskety dodávány ve formátu.
Hlavními parametry diskety jsou technologická velikost (v palcích), hustota záznamu a celková kapacita. Podle velikosti jsou to 3,5palcové diskety a 5,25palcové diskety (již nepoužívané). Hustota záznamu může být jednoduchá SD (Single Density), dvojitá DD (Double Density) a vysoká HD (High Density). Standardní kapacita 3,5palcové diskety je 1,44 MB, použít lze diskety s kapacitou 720 KB. Současným standardem jsou 3,5palcové HD diskety s vysokou hustotou a kapacitou 1,44 MB.
Činnost každého digitálního počítače závisí na hodinové frekvenci, která je určena křemenným rezonátorem. Jedná se o plechovou nádobu, ve které je umístěn krystal křemene. Vlivem elektrického napětí dochází v krystalu k oscilacím elektrického proudu. Stejná oscilační frekvence se nazývá hodinová frekvence. Všechny změny v logických signálech v jakémkoli počítačovém čipu probíhají v určitých intervalech, nazývaných hodinové cykly. Odtud můžeme usoudit, že nejmenší časovou jednotkou pro většinu logických zařízení počítače je hodinový cyklus, nebo jiným způsobem perioda hodinové frekvence. Zjednodušeně řečeno, každá operace vyžaduje alespoň jeden hodinový cyklus (ačkoli některá moderní zařízení zvládají provést několik operací v jednom hodinovém cyklu). Hodinová frekvence se ve vztahu k osobním počítačům měří v MHz, kde Hertz je jedna vibrace za sekundu, respektive 1 MHz je milion vibrací za sekundu. Teoreticky, pokud systémová sběrnice Váš počítač pracuje na frekvenci 100 MHz, což znamená, že může provádět až 100 000 000 operací za sekundu. Mimochodem, není vůbec nutné, aby každá součást systému nutně něco vykonávala s každým taktem. Existují tzv. prázdné hodiny (čekací cykly), kdy zařízení čeká na odpověď nějakého jiného zařízení. Například je organizován provoz RAM a procesoru (CPU), jehož taktovací frekvence je výrazně vyšší než hodinová frekvence RAM.
Bitová hloubka
Sběrnice se skládá z několika kanálů pro přenos elektrických signálů. Pokud říkají, že sběrnice je dvaatřicetibitová, znamená to, že je schopna přenášet elektrické signály přes třicet dva kanálů současně. Je tu jeden trik. Faktem je, že sběrnice jakékoli deklarované šířky (8, 16, 32, 64) má ve skutečnosti větší počet kanálů. To znamená, že pokud vezmeme stejnou 32bitovou sběrnici, pak je 32 kanálů přiděleno pro samotný přenos dat a další kanály jsou určeny pro přenos specifických informací.
Rychlost přenosu dat
Název tohoto parametru mluví sám za sebe. Vypočítá se podle vzorce:
rychlost hodin * bitová hloubka = přenosová rychlost
Vypočítejme rychlost přenosu dat pro 64bitovou systémovou sběrnici pracující na taktovací frekvenci 100 MHz.
100 * 64 = 6400 Mbps 6400 / 8 = 800 Mbps
Výsledné číslo ale není reálné. V životě pneumatiky ovlivňuje spousta různých faktorů: neefektivní vodivost materiálů, interference, konstrukční a montážní chyby a mnoho dalšího. Podle některých zpráv může být rozdíl mezi teoretickou rychlostí přenosu dat a praktickou až 25 %.
Provoz každé sběrnice je monitorován vyhrazenými ovladači. Jsou součástí logické sady systému ( čipová sada).
autobus isa
Systémová sběrnice ISA (Industry Standard Architecture) se používá již od procesoru i80286. Slot pro rozšiřující kartu obsahuje 64pinový primární konektor a 36pinový sekundární konektor. Sběrnice je 16bitová, má 24 adresních řádků a poskytuje přímý přístup k 16 MB RAM. Počet hardwarových přerušení je 16, DMA kanálů je 7. Je možné synchronizovat provoz sběrnice a procesoru s různými taktovacími frekvencemi. Frekvence hodin - 8 MHz. Maximální rychlost přenosu dat je 16 MB/s.
PCI. (Sběrnice pro připojení periferních komponent - sběrnice pro připojení periferních komponent)
V červnu 1992 se objevil na jevišti nový standard– PCI, jehož mateřskou společností byl Intel, respektive jím organizovaná Special Interest Group. Začátkem roku 1993 se objevila modernizovaná verze PCI. Ve skutečnosti tento autobus není místní. Dovolte mi připomenout, že místní sběrnice je sběrnice, která je přímo připojena k systémové sběrnici. PCI využívá k připojení Host Bridge (hlavní most) a také Peer-to-Peer Bridge (most peer-to-peer), který je určen k propojení dvou sběrnic PCI. PCI je mimo jiné sám o sobě mostem mezi ISA a procesorovou sběrnicí.
Takt PCI může být buď 33 MHz nebo 66 MHz. Bitová hloubka – 32 nebo 64. Rychlost přenosu dat – 132 MB/s nebo 264 MB/s.
Standard PCI poskytuje tři typy karet v závislosti na zdroji napájení:
1. 5 V – pro stolní počítače
2. 3,3 V – pro přenosné počítače
3. Univerzální desky, které mohou fungovat v obou typech počítačů.
Velkou výhodou PCI sběrnice je, že splňuje specifikaci Zástrčka a Hrát si -. Navíc na sběrnici PCI probíhá jakýkoli přenos signálu paketovým způsobem, kdy je každý paket rozdělen na fáze. Paket začíná adresovou fází, po které obvykle následuje jedna nebo více datových fází. Počet datových fází v paketu může být neurčitý, ale je omezen časovačem, který určuje maximální dobu, po kterou může být zařízení využíváno sběrnicí. Každé připojené zařízení má takový časovač a jeho hodnotu lze nastavit během konfigurace. K organizaci práce při přenosu dat se používá arbitr. Faktem je, že na sběrnici mohou být dva typy zařízení - master (iniciátor, master, master) sběrnice a slave. Master převezme kontrolu nad sběrnicí a zahájí přenos dat do cíle, tedy podřízeného. Jakékoli zařízení připojené ke sběrnici může být master nebo slave a tato hierarchie se neustále mění v závislosti na tom, které zařízení si vyžádalo povolení od arbitra sběrnice k přenosu dat a komu. Bezkonfliktní provoz PCI sběrnice má na svědomí čipset, respektive North Bridge. U PCI se ale život nezastavil. Neustálé zlepšování grafických karet vedlo k tomu, že fyzické parametry sběrnice PCI se staly nedostačujícími, což vedlo ke vzniku AGP.
Ze všech technická charakteristika Mezi uživateli nejznámější rychlost procesoru je rychlost hodin. Ale jen málo laiků plně chápe, co to je. Více detailní informace to pomůže lépe porozumět fungování výpočetních systémů. Zejména při použití vícejádrových procesorů, které mají určité provozní vlastnosti, které nejsou každému známé, ale které je třeba vzít v úvahu při provozu počítače.
Po dlouhou dobu bylo hlavní úsilí vývojářů zaměřeno právě na zvýšení taktovací frekvence. Teprve v poslední době se objevuje tendence vyvíjet a zdokonalovat architekturu počítačů, zvyšovat množství vyrovnávací paměti a počet procesorových jader. Bez povšimnutí však nezůstává ani takt procesoru.
Jaký je tento parametr - takt procesoru?
Zkusme zjistit, co je to „rychlost procesoru“. Tato hodnota charakterizuje počet výpočtů, které může procesor provést za jednu sekundu. Procesor s vyšší taktovací frekvencí má následně i vyšší výkon, tzn. schopný provést větší počet operací v určitém časovém období.
Většina moderních procesorů má takt mezi 1 a 4 GHz. Tato hodnota je definována jako součin základní frekvence a určitého koeficientu. Zejména procesor Intel Core i7 920 má vlastní taktovací frekvenci 2660 Hz, kterou získává díky základní frekvenci sběrnice 133 MHz a faktoru 20. Někteří výrobci vyrábějí procesory, které lze přetaktovat na vyšší výkon. Například Black Edition od AMD a řada K Intel. Stojí za zmínku, že i přes důležitost této charakteristiky není při výběru počítače rozhodující. Takt ovlivňuje výkon procesoru jen částečně.
Jednojádrové procesory prakticky upadly v zapomnění a v moderních výpočetních zařízeních se používají jen zřídka. Je to způsobeno rozvojem IT průmyslu, jehož pokrok nepřestává udivovat. I mezi odborníky můžete občas narazit na mylnou představu o tom, jak vypočítat takt procesoru se dvěma a více jádry. Častou mylnou představou je, že takt se musí násobit počtem jader. Například 4jádrový procesor s taktovací frekvencí 3 GHz bude mít integrovanou frekvenci 12 GHz, tzn. 4x3=12. Ale to není pravda.
Pojďme si to vysvětlit na jednoduchý příklad . Vezměme chodce kráčejícího rychlostí 4 km/h – jedná se o jednojádrový procesor s frekvencí 4 GHz. 4jádrový procesor s taktem 4 GHz jsou již 4 chodci kráčející stejnou rychlostí 4 km/h. Rychlost chodců se totiž v tomto případě nesčítá a nelze říci, že by se pohybovali rychlostí 16 km/h. Jednoduše mluvíme o čtyřech chodcích, kteří spolu jdou rychlostí 4 km/h každý. Stejnou analogii lze použít vícejádrový procesor. Můžeme tedy říci, že 4jádrový procesor s taktem 4 GHz má jednoduše čtyři jádra, z nichž každé má stejnou frekvenci – 4 GHz. Z toho plyne jednoduchý a logický závěr: počet jader procesoru ovlivňuje pouze jeho výkon a nezvyšuje celkovou taktovací frekvenci výpočetního zařízení.