Конспект лекций по информатике и информационным технологиям

57 разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру. Совре­ менные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью ши­ ны данных, а разрядностью командной шины). В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных ча­ сах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружин­ ный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур, задающий такты строго определенной частоты. В персональном компьютере тактовые импульсы задает од­ на из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Пер­ вые процессоры х86 могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня рабочие час­ тоты, некоторых процессоров уже превосходят 500 миллионов тактов в секунду (500 МГц). Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня ее предел составляет 100-133 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и более. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем об­ мен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы умень­ шить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нуж­ ных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок дан­ ных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удач­ ные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем вы­ ше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры ком­ плектуют повышенным объемом кэш-памяти. Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш память первого и вто­ рого уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора. Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы. 4.3.3. Микросхема ПЗУ и система BIOS В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего — ни дан­ ных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзаряд­ ки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в пер­ вый момент после включения. Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стар­ товый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Про­ цессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам. Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти — постоянное запоминающее устройст­ во {ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда