0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает процессор и что важно знать

Как работает процессор и что важно знать?

Процессор — сердце любого компьютера. Мы знаем, как он выглядит снаружи. Но интересно же — как он выглядит изнутри?

Intel® Core™ i7-1065G7, Ice Lake (10-е поколение), техпроцесс — 10 нм

Процессор состоит из миллиардов транзисторов сопоставимых по размеру с молекулой ДНК. Действительно размер молекулы ДНК составляет 10 нм. И это не какая-то фантастика! Каждый день процессоры помогают нам решать повседневные задачи. Но вы когда-нибудь задумывались, как они это делают? И как вообще люди заставили кусок кремния производить за них вычисления?

Сегодня мы разберем базовые элементы процессора и на практике проверим за что они отвечают. В этом нам поможет красавец-ноутбук — Acer Swift 7 с процессором Intel на борту.

Ядро процессора

Модель нашего процессора i7-1065G7. Он четырёхядерный и ядра очень хорошо видны на фотографии.

Каждое ядро процессора содержит в себе все необходимые элементы для вычислений. Чем больше ядер, тем больше параллельных вычислений процессор может выполнять. Это полезно для многозадачности и некоторых ресурсоемких задач типа 3D-рендеринга.

Например, для теста мы одновременно запустили четыре 4К-видео. Нагрузка на ядра рспределяется более менее равномерно: мы загрузили процессор на 68%. В итоге больше всего пришлось переживать за то хватит ли Интернет-канала. Современные процессоры отлично справляются с многозадачностью.

Почему это важно? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте разберемся — как же работает ядро?

По своей сути ядро — это огромный конвейер по преобразованию данных. На входе загружаем одно, на выходе получаем другое. В его основе лежат транзисторы. Это миниатюрные переключатели, которые могут быть в всего в двух состояниях: пропускать ток или нет. Эти состояния компьютер интерпретирует как нули и единицы, поэтому все данные в компьютере хранятся в двоичном коде.

Можно сказать, что компоненты внутри компьютера общаются между собой при помощи подобия Азбуки Морзе, которая тоже является примером двоичного кода. Только компьютер отстукивает нам не точки и тире, а нолики и единички. Казалось бы, вот есть какой-то переключатель, и что с ним можно сделать? Оказывается очень многое!

Если по хитрому соединить несколько транзисторов между собой, то можно создать логические вентили. Это такие аналоговые эквиваленты функции “если то”, ну как в Excel. Если на входе по обоим проводам течет ток, то на выходе тоже будет течь или не будет или наоборот, вариантов не так уж и много — всего семь штук.

Но дальше комбинируя вентили между собой в сложные аналоговые схемы, мы заставить процессор делать разные преобразования: складывать, умножать, сверять и прочее.

Поэтому ядро процессора состоит из множества очень сложных блоков, каждый из которых может сделать с вашими данными что-то своё.

Прям как большой многостаночный завод, мы загружаем в него сырье — наши данные. Потом всё распределяем по станкам и на выходе получаем результат.

Но как процессор поймёт, что именно нужно делать с данными? Для этого помимо данных, мы должны загрузить инструкции. Это такие команды, которые говорят процессору:

  • это надо сложить,
  • это перемножить,
  • это просто куда-нибудь отправить.

Инструкций очень много и для каждого типа процессора они свои. Например, в мобильных процессорах используется более простой сокращённый набор инструкций RISC — reduced instruction set computer.

А в ПК инструкции посложнее: CISC — complex instruction set computer.

Поэтому программы с мобильников не запускаются на компах и наоборот, процессоры просто не понимают их команд. Но чтобы получить от процессора результат недостаточно сказать — вот тебе данные, делай то-то. Нужно в первую очередь сказать, откуда брать эти данные и куда их, собственно, потом отдавать. Поэтому помимо данных и инструкций в процессор загружаются адреса.

Память

Для выполнения команды ядру нужно минимум два адреса: откуда взять исходные данные и куда их положить.

Всю необходимую информацию, то есть данные, инструкции и адреса процессор берёт из оперативной памяти. Оперативка очень быстрая, но современные процессоры быстрее. Поэтому чтобы сократить простои, внутри процессора всегда есть кэш память. На фото кэш — это зелёные блоки. Как правило ставят кэш трёх уровней, и в редких случаях четырёх.

Самая быстрая память — это кэш первого уровня, обозначается как L1 cache. Обычно он всего несколько десятков килобайт. Дальше идёт L2 кэш он уже может быть 0,5-1 мб. А кэш третьего уровня может достигать размера в несколько мегабайт.

Правило тут простое. Чем больше кэша, тем меньше процессор будет обращаться к оперативной памяти, а значит меньше простаивать.

В нашем процессоре кэша целых 8 мб, это неплохо.

Думаю тут всё понятно, погнали дальше.

Тактовая частота

Если бы данные в процессор поступали хаотично, можно было бы легко запутаться. Поэтому в каждом процессоре есть свой дирижёр, который называется тактовый генератор. Он подает электрические импульсы с определенной частотой, которая называется тактовой частотой. Как вы понимаете, чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор.

Занимательный факт. По-английски, тактовая частота — это clock speed. Это можно сказать буквальный термин. В компьютерах установлен реальный кристалл кварца, который вибрирует с определенной частотой. Прямо как в наручных кварцевых часах кристалл отсчитывает секунды, так и в компьютерах кристалл отсчитывает такты.

Обычно частота кристалла где-то в районе 100 МГц, но современные процессоры работают существенно быстрее, поэтому сигнал проходит через специальные множители. И так получается итоговая частота.

Современные процессоры умеют варьировать частоту в зависимости от сложности задачи. Например, если мы ничего не делаем и наш процессор работает на частоте 1,3 ГГц — это называется базовой частотой. Но, к примеру, если архивируем папку и мы видим как частота сразу увеличивается. Процессор переходит в турбо-режим, и может разогнаться аж до 3,9 ГГц. Такой подход позволяет экономить энергию, когда процессор простаивает и лишний раз не нагреваться.

А еще благодаря технологии Intel Hyper-threading, каждое ядро делится на два логических и мы получаем 8 независимых потоков данных, которые одновременно может обрабатывать компьютер.

Что прикольно, в новых процессорах Intel скорость частот регулирует нейросеть. Это позволяет дольше держать турбо-частоты при том же энергопотреблении.

Вычислительный конвейер

Так как ядро процессора — это конвейер, все операции через стандартные этапы. Их всего четыре штуки и они очень простые. По-английски называются: Fetch, Decode, Execute, Write-back.

  1. Fetch — получение
  2. Decode — раскодирование
  3. Execute — выполнение
  4. Write-back — запись результата

Сначала задача загружается, потом раскодируется, потом выполняется и, наконец, куда-то записывается результат.

Чем больше инструкций можно будет загрузить в конвейер и чем меньше он будет простаивать, тем в итоге будет быстрее работать компьютер.

Предсказатель переходов

Чтобы конвейер не переставал работать, инженеры придумали массу всяких хитростей. Например, такую штуку как предсказатель переходов. Это специальный алгоритм, который не дожидаясь пока в процессор поступит следующая инструкция её предугадать. То есть это такой маленький встроенный оракул. Вы только дали какую-то задачу, а она уже сделана.

Читать еще:  Что такое чипсет и как он работает?

Такой механизм позволяет многократно ускорить систему в массе сценариев. Но и цена ошибки велика, поэтому инженеры постоянно оптимизируют этот алгоритм.

Микроархитектура

Все компоненты ядра, как там всё организовано, всё это называется микроархитектурой. Чем грамотнее спроектирована микроархитектура, тем эффективнее работает конвейер. И тем больше инструкций за такт может выполнить процессор. Этот показатель называется IPC — Instruction per Cycle.

А это значит, если два процессора будут работать на одинаковой тактовой частоте, победит тот процессор, у которого выше IPC.

В процессорах Ice Lake, Intel использует новую архитектуру впервые с 2015 года. Она называется Sunny Cove.

Показатель IPC в новой архитектуре аж на 18% на выше чем в предыдущей. Это большой скачок. Поэтому при выборе процессора обращаете внимание, на поколение.

Система на чипе

Естественно, современные процессоры — это не только центральный процессор. Это целые системы на чипе с множеством различных модулей.

В новый Intel больше всего места занимает графический процессор. Он работает по таким же принципам, что и центральный процессор. В нём тоже есть ядра, кэш, он тоже выполняет инструкции. Но в отличие от центрального процессора, он заточен под только под одну задачу: отрисовывать пиксели на экране.

Поэтому в графический процессорах ядра устроены сильно проще. Поэтому их даже называют не ядрами, а исполнительными блоками. Чем больше исполнительных блоков тем лучше.

В десятом поколении графика бывает нескольких типов от G1 до G7. Это указывается в названии процессора.

А исполнительных блоков бывает от 32 до 64. В прошлом поколении самая производительная графика была всего с 24 блоками.

Также для графики очень важна скорость оперативки. Поэтому в новые Intel завезли поддержку скоростной памяти DDR4 с частотой 3200 и LPDDR4 с частотой 3733 МГц.

У нас на обзоре ноутбук как раз с самой топовой графикой G7. Поэтому, давайте проверим на что она способна! Мы проверили его в играх: CS:GO, Dota 2 и Doom Eternal.

Что удобно — Intel сделали портал gameplay.intel.com, где по модели процессора можно найти оптимальные настройки для большинства игр.

В целом, в Full HD разрешении можно комфортно играть в большинство игр прямо на встроенной графике.

Thunderbolt

Но есть в этом процессоре и вишенка на торте — это интерфейс Thunderbolt. Контроллер интерфейса расположен прямо на основном кристалле, вот тут.

Такое решение позволяет не только экономить место на материнской плате, но и существенно сократить задержки. Проверим это на практике.

Подключим через Thunderbolt внешнюю видеокарту и монитор. И запустим те же игры. Теперь у нас уровень производительности ноутбука сопоставим с мощным игровым ПК.

Но на этом приколюхи с Thunderbolt не заканчиваются. К примеру, мы можем подключить SSD-диск к монитору. И всего лишь при помощи одного разъёма на ноуте мы получаем мощный комп для игр, монтажа и вообще любых ресурсоемких задач.

Мы запустили тест Crystalmark. Результаты вы видите сами.

Но преимущества Thunderbolt на этом не заканчиваются. Через этот интерфейс мы можем подключить eGPU, монитор, и тот же SSD и всё это через один кабель, подключенный к компу.

Надеюсь, мы помогли вам лучше разобраться в том, как работает процессор и за что отвечают его компоненты.

Что такое процессор компьютера

Вся суть в том, что центральный процессор (его полное название) – как говорят, самое настоящее сердце и одновременно мозг компьютера. Пока он работает, работают и все остальные составляющие системного блока и подключенная к нему периферия. Он отвечает за обработку потоков различных данных, а также регулирует работу частей системы.

Более техническое определение можно найти в Википеди:

Центральный процессор — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.

В жизни ЦПУ имеет вид небольшой квадратной платы размером со спичечный коробок толщиной в несколько миллиметров, верхняя часть которого как, как правило, прикрыта металлической крышкой (в настольных версиях), а на нижней расположено множество контактов. Собственно, дабы не распинаться, посмотрите следующие фотографии:

Без команды, отданной процессором, не может быть произведена даже такая простая операция, как сложение двух чисел, или запись одного мегабайта информации. Все это требует немедленного обращения к ЦП. Что уж до более сложных задач, таких как запуск игры, или обработка видео.

К словам выше стоит добавить, что процессоры могут выполнять и функции видеокарты. Дело в том, что в современных чипах отведено место для видеоконтроллера, который выполняет все необходимые от нее функции, а как видеопамять использует ОЗУ. Не стоит думать, что встроенные графические ядра способны конкурировать с видеокартами хотя бы среднего класса, это больше вариант для офисных машин, где мощная графика не нужна, но все же потянуть что-то слабое им по зубам. Главным же достоинством интегрированной графики является цена — все же отдельную видеокарту покупать не нужно, а это существенная экономия.

Новости IT компаний
Обсуждения, Форум

  1. Главная
  2. Статьи
  3. Как работает процессор: коротко о главном

Процессор, также известный как микропроцессор (CPU), является сердцем и/или мозгом компьютера. Давайте углубимся в суть компьютера, чтобы помочь нам эффективно писать компьютерные программы.

Он выполняет инструкции, которые ему предоставлены. Его основная задача — выполнять арифметические и логические операции и организовывать все команды вместе. Прежде чем углубляться в основные части, давайте начнем с рассмотрения основных компонентов ЦП и их ролей:

Два основных компонента процессора: блок управления — CU, арифметико-логический блок — ALU

Блок управления CU является частью CPU, которая помогает организовать выполнение инструкций. Он говорит, что делать. Согласно инструкции, это помогает активировать провода, соединяющие ЦП с другими частями компьютера, включая ALU . Блок управления является первым компонентом ЦП, получившим инструкцию для обработки.

Арифметико-логический блок ALU, как следует из названия, выполняет все арифметические и логические вычисления. ALU выполняет операции, такие как сложение, вычитание и т.д.

Основная задача CPU — выполнять предоставленные ему инструкции. Чтобы обрабатывать эти инструкции большую часть времени, нужны данные. Некоторые данные являются промежуточными, некоторые являются входными данными, а другие — выходными.

Регистры

Регистрация — это небольшой набор мест, где можно хранить данные. Регистр представляет собой комбинацию защелок. Защелки, также известные как триггеры, представляют собой комбинации логических элементов, в которых хранится 1 бит информации.

Защелка имеет два входных провода, провод записи и ввода и один выходной провод. Мы можем активировать провод записи для внесения изменений в сохраненные данные. Когда провод записи отключен, выход всегда остается неизменным.

CPU имеет регистры для хранения данных вывода. Отправка в основную память (RAM) будет медленной, поскольку это промежуточные данные. Эти данные отправляются в другой регистр, который подключен через шину. Регистр может хранить инструкции, выходные данные, адрес хранения или любые другие данные.

Оперативная память (RAM)

Ram — это набор регистров, организованных и оптимизированных таким образом, что они могут хранить большее количество данных. ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) нестабильно, и его данные теряются, когда мы выключаем питание. Поскольку ОЗУ представляет собой набор регистров для чтения / записи данных, ОЗУ принимает ввод 8-битного адреса, ввод данных для фактических данных, которые должны быть сохранены, и, наконец, активатор чтения и записи, который работает так же, как и для защелок.

Инструкции

Инструкция — это детальное вычисление уровня, которое может выполнить компьютер. Существуют различные типы команд, которые процессор может обрабатывать.

Читать еще:  Как проверить оперативную память компьютера?

Инструкции предоставляются компьютеру на ассемблере, генерируются компилятором или интерпретируются на некоторых языках высокого уровня.

Эти инструкции встроены в процессор. ALU содержит арифметическое и логическое значение, в котором поток управления управляется CU.

Группа инструкций, которые может выполнять компьютер, называется набором инструкций .

Тактовая частота процессора

Тактовый цикл

Скорость компьютера определяется его тактовым циклом. Это количество тактов в секунду, на котором работает компьютер. Одиночные такты очень малы, около 250 * 10 * -12 сек. Чем выше такт, тем быстрее процессор.

Цикл тактовой частоты процессора измеряется в ГГц (гигагерц). 1 ГГц равен 10 Гц (герц). Герц означает секунду. Таким образом, 1 гигагерц означает 10 циклов в секунду.

Чем быстрее тактовый цикл, тем больше инструкций может выполнять процессор .

Clock cycle = 1/clock rate

CPU Time = number of clock cycle / clock rate

Это означает, что для увеличения времени процессора мы можем увеличить тактовую частоту или уменьшить количество тактов, оптимизируя инструкции, которые мы предоставляем процессору. Некоторые процессоры предоставляют возможность увеличить тактовый цикл, но, поскольку это физические изменения, может произойти перегрев и даже дым / возгорание.

Как выполняется инструкция

Инструкции хранятся в оперативной памяти в последовательном порядке. Для гипотетического CPU инструкция состоит из кода OP (операционного кода) и адреса памяти или регистра .

В регистре команд блока управления (IR) есть два регистра, которые загружают код операции инструкции и регистр адреса инструкции, который загружает адрес текущей исполняемой команды. Внутри ЦП имеются другие регистры, в которых хранится значение, хранящееся в адресе последних 4 битов инструкции.

Давайте рассмотрим пример набора инструкций, который добавляет два числа. Ниже приведены инструкции вместе с описанием:

ШАГ 1 — LOAD_A 8

Инструкция изначально сохраняется в оперативной памяти, скажем, . Первые 4 бита — это код операции. Это определяет инструкцию. Эта инструкция извлекается в IR блока управления. Команда декодируется как load_A, что означает, что она должна загрузить данные в адрес 1000, который является последним 4-битным битом инструкции для регистрации A.

ШАГ 2 — LOAD_B 2

Как и выше, это загружает данные с адреса памяти 2 (0010) в регистр ЦП В.

ШАГ 3 — ADD ВА

Теперь следующая инструкция — добавить эти два числа. Здесь CU говорит ALU выполнить операцию добавления и сохранить результат обратно в регистр A.

ШАГ 4 — STORE_A 23

Это очень простой набор инструкций, который помогает добавить два числа.

BUS (шина)

Все данные между процессором, регистром, памятью и устройством ввода-вывода передаются по шине. Чтобы загрузить данные в только что добавленную память, ЦП помещает адрес памяти в шину адреса, а результат суммирования в шину данных и включает правильный сигнал в шине управления. Таким образом, данные загружаются в память с помощью шины.

CPU также имеет механизм предварительной загрузки инструкции в кеширование. Как мы знаем, существуют миллионы инструкций, которые процессор может выполнить за секунду. Это означает, что при извлечении инструкции из ОЗУ будет больше времени, чем при их выполнении. Таким образом, кэш ЦП предварительно выбирает некоторые инструкции, а также данные, чтобы ускорить выполнение.

Если данные в кеше и оперативной памяти отличаются, данные помечаются как грязный бит.

Современный ЦП использует конвейеризацию команд для распараллеливания при выполнении команд Fetch, Decode, Execute. Когда одна инструкция находится в фазе декодирования, CPU может обработать другую инструкцию для фазы выборки.

Производительность процессора определяется его временем выполнения.

скажем, для выполнения программы требуется 20 мс. Производительность процессора составляет 1/20 = 0,05 мс

Фактором, который учитывается для производительности процессора, является время выполнения команды и тактовая частота процессора. Таким образом, чтобы увеличить производительность программы, нам нужно либо увеличить тактовую частоту, либо уменьшить количество инструкций в программе. Скорость процессора ограничена, и современные компьютеры с многоядерным процессором могут поддерживать миллионы команд в секунду. Но если у написанной нами программы много инструкций, это снизит общую производительность.

В CPU много оптимизации, чтобы он работал быстрее. При написании любой программы нам нужно учитывать, как сокращение количества инструкций, которые мы предоставляем процессору, увеличит производительность компьютерной программы.

Подытожим

Байткод — саааамый низкий язык, который понимает процессор.

Машинный код — цепочка числовых команд. Все числовые команды процессора создают архитектуру процессора, заложенную инженерами при проектировании. У разных производителей процессоров могут отличаться номера одних и тех же команд.

Ассемблер — инструмент, который преобразует ассемблированный код в машинный. Программы на ассемблированном языке писать проще, чем машинный код, но все равно гемор.

Компилятор и Интерпретатор — инструменты, преобразующие код высшего уровня в код, понятный процессору.

Язык высшего уровня — это сказка, позволяющая создавать большие программы с помощью простых и понятных функций.

Я надеюсь, что теперь вы лучше представляете, как работает ваш компьютер или смартфон и будете терпеливее относится к их затупам 🙂 Ведь железка не виновата, что тупит, а виноват горе-программист, который написал плохой код.

Если вы с чем-то не согласны, у вас есть вопросы или просто хотите сказать спасибо — прошу в комментарии. Пообщаемся 🙂

Тактирование процессора

Быстродействие компьютера определяется тактовой частотой его процессора. Тактовая частота — количество тактов (соответственно и исполняемых команд) за секунду.

Частота нынешних процессоров измеряется в ГГц (Гигагерцы). 1 ГГц = 10⁹ Гц — миллиард операций в секунду.

Чтобы уменьшить время выполнения программы, нужно либо оптимизировать (уменьшить) её, либо увеличить тактовую частоту. У части процессоров есть возможность увеличить частоту (разогнать процессор), однако такие действия физически влияют на процессор и нередко вызывают перегрев и выход из строя.

Характеристики процессора.

1.Тактовая частота.
Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты (ГТЧ). ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри компьютера. В ритме этого метронома работает процессор. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт — это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если «метроном стучит» быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в мегагерцах — МГц. Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. Вот некоторые характерные тактовые частоты микропроцессоров: 40 МГц, 66 МГц, 100 МГц,130 МГц и др.

2.Разрядность процессора.
Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут образовываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например, если регистр имеет размер 2 байта, то разрядность процессора равна 16(8*2); если 4 байта, то 32, если 8 байт, то 64. Ячейка — это группа последовательных байтов ОЗУ, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Очевидно, размер ячейки памяти и машинного слова равен разрядности процессора. Обмен информацией между процессором и внутренней памятью производится машинными словами. Адрес ячейки памяти равен адресу младшего байта (байта с наименьшим номером), входящего в ячейку. Адресация как байтов, так и ячеек памяти начинается с нуля. Адреса ячеек кратны количеству байтов в машинном слове (изменяются через 2, или через 4, или через 8). Еще раз подчеркнем: ячейка — это вместилище информации, машинное слово — это информация в ячейке.

3.Адресное пространство.
По адресной шине процессор передает адресный код — двоичное число, обозначающее адрес ячейки памяти или внешнего устройства, куда направляется информация по шине данных. Адресное пространство — это диапазон адресов (множество адресов), к которым может обратиться процессор, используя адресный код. Если адресный код содержит n бит, то размер адресного пространства равен 2n байтов. Обычно размер адресного кода равен количеству линий в адресной шине (разрядности адресной шины). Например, если компьютер имеет 16-разрядную адресную шину, то адресное пространство его процессора равно 216=64 Кб, а при 32-разрядной адресной шине адресное пространство равно 232=4 Гб.

Читать еще:  Как войти в BIOS: все модели компьютеров

Когда нужна асинхронность

Чаще всего асинхронность нужна в программах с графическим интерфейсом. В них основная логика и работа с изображением помещены в разные потоки. Поэтому, когда логика занята, вы всё ещё можете пользоваться приложением.

Если же всё это выполняется в одном потоке, то приложение будет подвисать, когда выполняется сложная инструкция. В ОС Windows часто можно заметить, что, когда приложение что-то делает, а вы кликаете на него, то в заголовке окна можно увидеть словосочетание «Не отвечает».

Это не всегда означает, что приложение зависло. Возможно, оно просто занято решением какой-то сложной задачи, которая выполняется в том же потоке.

Возможная причина проигрыша

Тестирование Core i9-10885H проводилось в составе ноутбука Dell Precision 3551 стоимостью в пределах $2100 (162,3 тыс. руб. по курсу ЦБ на 15 октября 2020 г.). Параметры тестового стенда для i7-10875H в NotebookCheck не раскрыли.

По мнению специалистов, на более низкие результаты старшего Core i9-10885H повлияло именно его использование в составе ноутбука, в котором, они полагают, установлена недостаточно производительная для него система охлаждения. Тем не менее, в полностью готовом к использованию потребительском устройстве, которое по умолчанию не требует установки дополнительных кулеров, этот процессор при 100-процентной загрузке сумел выдать частоту лишь 2,7 ГГц. Это всего на 0,3 МГц больше минимальной заявленной, тогда как пиковая частота этого чипа составляет 5,3 ГГц.

Урок 3. Как работает компьютер

Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает.

В этом IT-уроке узнаем, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).

Во втором уроке мы разобрались, что компьютер нужен для обработки информации, её хранения и передачи. Посмотрим же, как происходит обработка информации.

Как хранится информация на компьютере

Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», то есть используется двоичный код и двоичная система счисления.

Например, десятичное число «9» он видит как двоичное число «1001».

В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые необходимо обработать, и все программы, которые руководят процессом обработки.

Например, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):

Так человек видит изображение:

Компьютер видит набор «0» и «1»

(первые две строчки файла):

А текст для компьютера выглядит так:

Человек видит текст:

Компьютер опять видит набор «0» и «1»:

Сегодня мы не будем разбираться в тонкостях вычислений и преобразований, посмотрим на процесс в общем.

Где хранится информация

Когда информация занесена в компьютер (записана), то она хранится на специальном устройстве – накопителе данных. Обычно накопитель данных – это жесткий диск (винчестер).

Жестким диском это устройство называется из-за конструкции. Внутри его корпуса находится один или несколько твердых блинов (металлических или стеклянных), на которых и хранятся все данные (текстовые документы, фотографии, фильмы и т.д.) и установленные программы (операционная система, прикладные программы, как Word, Excel, и др.).

Жесткий диск (накопитель данных) хранит программы и данные

Информация на жестком диске хранится и после выключения компьютера.

Подробнее об устройстве жесткого диска мы узнаем в одном из следующих IT-уроков.

Что обрабатывает всю информацию в компьютере

Основная задача компьютера – обрабатывать информацию, то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор. Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).

Процессор – обрабатывает информацию

Что в данный момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные необходимо обработать и что с ними нужно сделать.

Схема обработки данных

Программы и данные загружаются с накопителя (жесткого диска).

Но жесткий дискотносительно медленное устройство, и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.

Не оставим процессор без дела

Поэтому между процессором и жестким диском установили более быстрое запоминающее устройство – оперативную память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это небольшая печатная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.

Оперативная память – ускоряет доступ процессора к программам и данным

В оперативную память заранее считываются с жёсткого диска все необходимые программы и данные. Во время работы процессор обращается к оперативной памяти, считывает команды программы, которая говорит какие данные нужно взять и как именно их обработать.

При выключении компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется в ней (в отличие от жесткого диска).

Процесс обработки информации

Итак, теперь мы знаем, какие устройства участвуют в обработке информации. Посмотрим теперь на весь процесс вычислений.

Анимация процесса обработки информации компьютером (IT-uroki.ru)

Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жестком диске. При включении компьютера и запуске программы, происходит следующее:

1. Программа с жесткого диска заносится в оперативную память и сообщает процессору, какие загрузить данные в оперативную память.

2. Процессор поочередно выполняет команды программы, порциями обрабатывая данные, взяв их из оперативной памяти.

3. Когда данные обработаны, результат вычислений процессор возвращает в оперативную память и берет следующую порцию данных.

4. Результат работы программы возвращается на жесткий диск и сохраняется.

Описанные шаги показаны красными стрелками на анимации (эксклюзивно от сайта IT-uroki.ru).

Ввод и вывод информации

Чтобы компьютер получил информацию для обработки, её нужно ввести. Для этого используются устройства ввода данных:

  • Клавиатура (с помощью неё мы вводим текст и управляем компьютером);
  • Мышь (с помощью мыши мы управляем компьютером);
  • Сканер (заносим изображение в компьютер);
  • Микрофон (записываем звук) и т.д.

Для вывода результата обработки информации используются устройства вывода данных:

  • Монитор (выводим изображение на экран);
  • Принтер (выводим текст и изображение на бумагу);
  • Акустические системы или «колонки» (слушаем звуки и музыку);

Кроме того, мы можем вводить и выводить данные на другие устройства с помощью:

  • Внешних накопителей(с них мы копируем уже имеющиеся данные в компьютер):
    • флэшка,
    • компакт-диск (CD или DVD),
    • переносной жесткий диск,
    • дискета;
  • Компьютерной сети (получаем данные с других компьютеров через Интернет или городскую сеть).

Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то получится вот такая диаграмма:

Ввод, обработка и вывод данных

То есть компьютер работает с ноликами и единичками, а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в привычные нам образы (изображение, звук).

Подводим итог

Итак, сегодня мы вместе с сайтом IT-uroki.ru узнали, как работает компьютер. Если кратко, то компьютер получает данные с устройств ввода (клавиатура, мышь и т.д.), заносит их на жесткий диск, затем передает в оперативную память и обрабатывает с помощью процессора. Результат обработки возвращается сначала в оперативную память, затем либо на жесткий диск, либо сразу на устройства вывода (например, монитор).

Если появились вопросы, можно задать их в комментариях к этой статье.

Обо всех перечисленных в сегодняшнем уроке устройствах Вы можете узнать подробнее из последующих уроков на сайте IT-уроки. Чтобы не пропустить новые уроки – подпишитесь на новости сайта.

Копирование запрещено

Напомню, что на сайте IT-уроки есть постоянно обновляемые справочники:

Видео-дополнение

Сегодня небольшое познавательное видео о производстве процессоров.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector