Сьогодні в будинках переважної більшості жителів розвинених країн є по кілька комп'ютерів, а також планшетів та інших мобільних пристроїв. «Серцем» будь-якого з них є процесор (ЦП або CPU). Він має складну будову. Щоб зрозуміти, як працює ПК, слід дізнатися, що входить до складу процесора.

Призначення і функції

Перш ніж вивчати пристрої, що входять до складу процесора, слід дізнатися, для чого він призначений. Отже, процесор — центральний пристрій ПК. Його призначення — це:

керувати роботою ЕОМ, дотримуючись заданої програмі;

виконувати операції обробки інформації.

Пристрої, що входять до складу процесора

На даний момент ЦП являє собою спеціальну інтегральну мікросхему. Пристрої, що входять до складу процесора, - це:

регістр;

кеш-пам'ять;

шини даних і адреси;

АЛП (арифметико-логічний пристрій);

математичний співпроцесор.

Регістр

Це блок комірок пам'яті, які утворюють надшвидку оперативну пам'ять усередині ПРОЦЕСОРА. Він використовується ним самим і недоступний програмістам. Об'єм пам'яті становить всього кілька сотень байт. Регістри ЦП діляться на 2 типу: загального призначення та спеціальні. Регістри 1-го типу використовуються, коли виконуються операції логічного і арифметичного типу або операції таких додаткових наборів інструкцій, як SSE, MMX і пр. У регістрах другого типу містяться системні дані, потрібні для роботи процесора. До них належать регістри управління, системних адрес, налагодження та ін. Доступ до них жорстко регламентований. Крім того, до таких пристроїв відноситься лічильник команд, що містить адресу команди, до виконання якої ЦП приступить на наступному такті роботи.

Кеш-пам'ять

Пристрої, що входять до складу процесора, досить різноманітні. До них відноситься і кеш. Він являє собою сверхоперативную пам'ять. Мета її використання — прискорити роботу ПК. Для цього при доступі ЦП в пам'ять насамперед проводиться перевірка, зберігаються в кеш запитувані дані. З цією метою порівнюють адресу надійшов запит зі значеннями всіх тегів кешу, де можуть зберігатися ці дані. Збіги кеш-лінії з тегом називається попаданням (cache hit). У зворотному ж випадку фіксується кеш-промах. Cache hit дозволяє процесору негайно провести читання або здійснити запис даних в лінії з збіглася тегом. Мірою ефективності cache для вибраного алгоритму (програми) є відношення числа вдалих звернень до кешу до загальної кількості запитів процесора до пам'яті, зване рейтингом влучень.

ALU

Хоча деякі пристрої, що входять до складу процесора, мають власну пам'ять, АЛП являє собою спеціальну комбінаційну схему без елементів власної пам'яті. Її призначенням є реалізація найважливіших операцій процесу обробки даних:

приймає на 2 входи 2 операнда (вміст 2 регістрів тощо);

формує і видає на вихід результат операції.

Вона полягає у виконанні набору простих арифметичних операцій (АТ), що підрозділяються на 3 основні категорії: логічні, арифметичні операції над бітами. АТ — це процедури обробки даних (віднімання, додавання, множення або ділення), аргументи і результат яких представляють собою числа. Вони відрізняються від логічних операцій. Під ними розуміються процедури, що здійснюють побудову складних висловлювань (І, АБО).
Арифметико-логічний пристрій складається з регістрів, елемента керування і суматора з логічними схемами. Воно функціонує у відповідності з кодами операцій, виконуваних над змінними, які поміщаються в регістри.

Шини даних і адреси

Ці пристрої, що входять до складу процесора, представляють собою набір провідників. Перше з них призначений для передачі адреси комірки пам'яті, в якої пересилаються дані. По кожному з них передається 1 біт. Він відповідає 1 цифрі в адресі. Збільшення кількості провідників, використовуваних для формування адреси, дає можливість маркувати більша кількість осередків. Розрядністю шини визначається максимальний обсяг пам'яті, який може бути адресуємо процесором. Якщо шину даних порівняти з автострадою і вважати її розрядність з кількістю смуг руху, тоді шина адреси асоціюється з нумерацією вулиць або будинків. Кількість ліній дорівнює кількості цифр (символів) у номері будинку. Таким чином, якщо на конкретній вулиці номера будинків складаються більш ніж з 2 десяткових цифр, то число розташованих на ній будинків не може перевищувати 100 (тобто 102). При 3-значних номерах кількість можливих адрес зростає до 103. Шини адреси і даних є незалежні, і розробники мікросхем самі вибирають їх розрядність на свій розсуд. У той же час чим шині даних більше розрядів, тим їх більше і в шині адреси. Їх розрядність — показник можливостей конкретного процесора. Зокрема, в шині даних нею визначається здатність процесора в питанні обміну інформацією, а розрядність шини адреси вказує на обсяг пам'яті, з яким у неї є можливість працювати.

Математичний співпроцесор

Продовжуючи розглядати, що входить до складу процесора комп'ютера, не можна не сказати кілька слів і про це пристрої. Воно призначено для розширення можливостей ЦП і забезпечення його функціональності за допомогою модуля так званих операцій з плаваючою комою, для процесорів, які не мають інтегрованого модуля.
Математичний співпроцесор не належить до числа обов'язкових елементів ПК, і від нього можна відмовитися. Раніше багато виробників так і робили, виходячи з міркувань економії. Однак при вирішенні завдань, що вимагають виконання безлічі математичних обчислень (при наукових або інженерних розрахунках), довелося вирішувати питання про підвищення продуктивності ПК. Якщо раніше модуль математичного співпроцесора встановлювали на материнську плату в якості окремого чіпа, то в сучасних персональних комп'ютерах використання цього пристрою в такому форматі не потрібно, так як воно спочатку вбудоване в процесор.

Інші пристрої ПК

Персональний комп'ютер — це складна і злагоджено працює система. Всі можливі пристрої, що входять до складу комп'ютера, перерахувати в двох словах неможливо. Крім процесора, ПК включає в себе також:

материнську плату з роз'ємом підключення ЦП;

накопичувачі на жорсткому і гнучкому магнітних дисках;

блок живлення;

оперативну пам'ять;

накопичувачі на компакт - і dvd-дисках;

роз'єми (порти) для додаткових пристроїв та ін.

Крім того, використовуються різні периферійні пристрої, такі як:

комп'ютерна миша;

клавіатура;

мікрофон;

динаміки та ін.

Тепер ви знаєте, що всі можливі пристрої, що входять до складу комп'ютера, — це частини складної системи, керованої процесором. Його роль важко переоцінити, оскільки від його нормального функціонування залежить робота ПК. На даний момент фахівці прогнозують, що в найближчі десятиліття матеріальна частина процесорів зазнає істотні зміни. Це пов'язано з тим, що технологічний процес застаріє, на зміну звичним ПК прийдуть квантові, біологічні та інші комп'ютери.