Конспект урока: Процессор, его основные характеристики. 10 класс

Актуализация знаний:

1. Архитектура ПК, что это?

2. Магистрально- модульный принцип ПК?

3. Основные модули  их назначение?

4. Устройство материнской платы- северные и южные мосты, назначение, функции?

5. ШИНЫ – виды, назначение.

6. Пропускная способность шины, От чего зависит, единицы измерения?

7. Шины AGP, PCI

8. Шина  ATA

9. Шина USB

Новый материал:

Процессор является основной микросхемой компьютера и представляет собой  небольшую плоскую полупроводниковую пластину  размером 5*5 см,  на которой размещается около 10 млн. функциональных элементов. У компьютеров четвертого поколения  функции процессора выполняет микропроцессор - сверхбольшая интегральная схема, реализованная в едином полупроводниковом кристалле  (кремния или германия) площадью меньше 0,1 см*см, На таком кристалле размещается до 5,5 млн. транзисторов. Эти элементы  образуют  сложную структуру и позволяют процессору производить обработку информации с очень высокой скоростью. Кристалл- пластина помещается в пластмассовый корпус и присоединяется золотыми проводками к материнской плате.

Назначение микропроцессора:

1. Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти.

2. Координировать работу всех устройств компьютера.

В состав процессора обязательно входят:

1. Устройство управления –УУ (Координирует  работу всех устройств компьютера);

2. Арифметико-логическое устройство – АЛУ (выполняет команды программы находящейся в оперативной памяти);

3. Регистры памяти (ячейки, в которые по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения);

4. Шины данных, команд, адресов (по этим магистралям происходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему)

Характеристики процессора:

1. Регистры процессора.

Регистр - это ячейка, в которой хранится машинное слово. Машинное слово- это некоторое число или команда, которые записаны в двоичном коде. Регистры различаются по размеру и по назначению. Бывают регистры 8-64 разрядные, это означает что в регистр  помещается соответственно 8 -64 бита двоичной информации. Размер регистра определяет  разрядность процессора.

Разрядность процессора - это число одновременно обрабатываемых процессором битов, поэтому процессор может быть 8- 64 разрядным.

Чем больше разрядность, тем больше информации он может обработать.

Кроме размера регистры отличаются назначением:

- регистры общего назначения (используются для операций с данными);

- адресные регистры(используются для хранения адресов, по которым процессор находит данные в памяти).

- Флаговые регистры (включаются и выключаются в особых случаях).
2. Тактовая частота обработки информации.

Сердцем компьютера является генератор тактовой частоты, он вырабатывает эл.  импульсы и направляет их по проводам . Т.е.  информация в виде эл. Сигналов предается от  одного устройства к другому, ед. измерения МГц.

Таким образом тактовая частота это и есть скорость передачи информации, чем она выше тем процессор быстрее выполняет все операции (тактовая частота у первых ПК составляла 3-5 Мгц, а сейчас до 4 ГГц).

3. Адресное пространство.

Как уже говорилось процессор управляет  работой всех устройств компьютера и в частности одной из его функций является организация обмена данных между внешней памятью и оперативной памятью. Для того чтобы в оперативной памяти найти нужные данные, процессор должен знать их адрес. Адрес к процессору передается по адресной шине. Если шина является N – разрядной , то по ней можно передать 2 в степени N двоичных чисел. Именно такое количество адресов можно передать по этой шине. Следовательно, 2 в степени N- это количество  ячеек оперативной памяти, к которым используя адресную шину может обратиться процессор.

Величина 2 в степени N- это объем адресного пространства процессора, т.е. объем оперативной памяти, физически адресуемой процессором.

Зная разрядность адресной шины  можно легко вычислить величину адресного пространства процессора. Например, адресная шина 24- разрядная, следовательно, адресное пространство 2 в  степени 24= 16 Мбайт, т.е. процессор, имеет адресуемый доступ к 16 МБайтам оперативной памяти.

Задание 1.

Вы работаете консультантом в компьютерном магазине. Компьютеры, с каким процессором вы бы порекомендовали  покупателю в следующих ситуациях:

Intel Pentium MMX 233MГц, Intel Pentium II 400MГц, Intel Celeron 800MГц, Intel Pentium IV 3.5 MГц, Intel Pentium IV 2 ГГц.

Как ускорить работу процессора?

Проблемная ситуация:

Вы работаете в рабочей группе, которая необходимо как можно быстрее решить какую- то  задачу. Вы можете работать только в помещении 1, а исходные данные и условие задачи находится в помещении 2, причем выдача  необходимой информации происходит достаточно медленно, и за этой информацией может ходить только один человек.

Ваша работа должна выполняться по следующему плану:

1. Человек идет в помещение 2 за порцией данных, необходимых для решения задачи.

2. Приносит их в помещение 1.

3. Рабочая группа быстро решает задачу и посылает за следующей информацией.  При этом она бездействует в ее ожидании.

4. Человек идет в помещение 2 за следующей порцией информации.

5. Приносит их в помещение 1.

6. Рабочая группа быстро решает задачу и посылает за следующей информацией. При этом она бездействует в ее ожидании.

7. И т.д. до тех пор, пока задача не будет решена.

8. Результат решения показывает заказчику.

Подумайте и скажите, каким образом можно ускорить процесс, если вы обрабатываете информацию  быстрее, чем вам ее приносят из помещения 2, в результате чего вы теряете много времени.

Наводящие вопросы:

1. Можно ли поручить решение более «умной группе», которая решит ее гораздо быстрее.

2. Можно ли информацию из помещения 2 частично перенести в помещение 1?

3. Можно ли посылать за информацией не одного, а нескольких человек?

ИТОГ:

Только что мы смоделировали процесс ускорения работы процессора. Помещение 1- это процессор, 2- оперативная память. Главная задача ученых сделать процессоры более производительными,  достигается это за счет:

- Повышение  тактовой частоты (более умная рабочая группа), это саамы й очевидный путь повышения производительности;

- Повышение разрядности процессора (поручить приносить информацию из помещения 2 не одному , а нескольким людям). Чем выше разрядность (количество человек) тем больше байт  он может обработать за один такт.

- Кэширование памяти.  Процессор по отношению к оперативной памяти является более быстрым устройством, поэтому он вынужден постоянно простаивать, ожидая медленно работающую память.  Поэтому чтобы процессор реже обращался к оперативной памяти , внутри него создают небольшой участок памяти размером (256 или 512 кбайт). Эта сверхоперативная память получила название кэш.  В кэш памяти процессор записывает те  данные, которые  получил их из оперативной памяти, и если эти данные понадобятся еще раз, то он возьмет их из кэш. Т.о. работа процессора происходит быстрее.

Процессор является одним из тех устройств, которые  должны все время работать. Процессор ПК не может быть выключен.  Даже если нам кажется, что процессор ничего не делает, он на самом деле выполняет какую-нибудь программу.

Процессор работает, по сравнению с другими устройствами  комп-ра с наибольшей скоростью. И самыми медленными по сравнению с ним являются внешние устройства, даже человек. Например, работая с клавой, человек отправляет в среднем  один  байт в секунду (1 клавиша в секунду). Процессор обрабатывает такую информацию за 0,000001 сек. А что же делает процессор в остальное время, если он не может выключаться? А в остальное время он может получать сигналы от других устройств (мыши, др. ПК, дисков и т.д.). Он успевает несколько раз в течение секунды подзарядить оперативную память, обслужить внутренние часы ПК, отдать распоряжение как правильно отображать информацию на экране, и выполнить множество прочих дел.

Практическое задание провести тестирование кэш-памяти процессора. С помощью программы CPU-Z.

Запишите характеристики:

1. кэш-память  данных 1-го уровня

2. кэш-память  команд 1-го уровня

3. кэш-память  2-го уровня

Практическое задание провести тестирование системной платы. С помощью программы EasyTune.

Д/з провести тестирование своего ПК при помощи данных программ.