Центральний процесор (ЦП, або центральний процесорний пристрій - ЦПУ; англ. central processing unit, скорочено - CPU, дослівно - центральний обробний пристрій) - мікросхема, виконавець машинних інструкцій (код програм), головна частина апаратного забезпеченнякомп'ютера чи програмованого логічного контролера. Іноді називають мікропроцесором чи просто процесором.

Історія розвитку технології виробництва процесорів відповідає історії розвитку технології виробництва елементної бази.

Першим етапом, що торкнувся період із сорокових до кінця п'ятдесятих років, було створення процесорів з використанням електромеханічних реле, феритових сердечників (пристроїв пам'яті) та вакуумних ламп. Вони встановлювалися у спеціальні роз'єми на модулях, зібраних стійки. Багато таких стійок, з'єднаних провідниками, у сумі представляли процесор. Відмінною особливістю була низька надійність, низька швидкодія та велике тепловиділення.

Другим етапом, із середини п'ятдесятих до середини шістдесятих, стало використання транзисторів. Транзистори монтувалися вже на близькі до сучасних платів, що встановлюються у стійки. Як і раніше, у середньому процесор складався з кількох таких стійок. Зросла швидкодія, підвищилася надійність, зменшилось енергоспоживання.

Третім етапом, що настав у середині шістдесятих років, стало використання мікросхем. Спочатку використовувалися мікросхеми низького ступеня інтеграції, що містять прості транзисторні та резисторні зборки, потім у міру розвитку технології стали використовуватися мікросхеми, що реалізують окремі елементи цифрової схемотехніки (спочатку елементарні ключі та логічні елементи, потім складніші елементи - елементарні регістри, лічильники) з'явилися мікросхеми, що містять функціональні блоки процесора - мікропрограмний пристрій, арифметико-логічний пристрій, регістри, пристрої роботи з шинами даних та команд.

Четвертим етапом стало створення мікропроцесора, при якому на одній мікросхемі фізично були розташовані всі основні елементи та блоки процесора. Фірма Intel у 1971 році створила перший у світі 4-х розрядний мікропроцесор 4004, призначений для використання у мікрокалькуляторах. Поступово майже всі процесори стали випускатися у форматі мікропроцесорів. Винятком довгий час залишалися лише малосерійні процесори, апаратно оптимізовані для вирішення спеціальних завдань (наприклад, суперкомп'ютери або процесори для вирішення ряду військових завдань), або процесори, до яких пред'являлися особливі вимоги щодо надійності, швидкодії або захисту від електромагнітних імпульсів та іонізуючої радіації. Поступово, з здешевленням та поширенням сучасних технологій ці процесори також починають виготовлятися у форматі мікропроцесора.

Першим загальнодоступним мікропроцесором був 4-розрядний Intel 4004. Його змінили 8-розрядний Intel 8080 та 16-розрядний 8086, що заклали основи архітектури всіх сучасних настільних процесорів. Але через поширеність 8-розрядних модулів пам'яті було випущено 8088, клон 8086 з 8-розрядною шиною пам'яті. Потім пройшла його модифікація 80186. У процесорі 80286 з'явився захищений режим із 24-бітною адресацією, що дозволяв використовувати до 16 Мб пам'яті. Процесор Intel 80386 з'явився в 1985 році і приніс покращений захищений режим, 32-бітну адресацію, що дозволила використовувати до 4 Гб оперативної пам'ятіта підтримку механізму віртуальної пам'яті. Ця лінійка процесорів побудована на регістровій обчислювальній моделі.

Паралельно розвиваються мікропроцесори, які взяли за основу стікову обчислювальну модель.

У сучасних комп'ютерахпроцесори виконані у вигляді компактного модуля (розмірами близько 5×5×0,3 см), що вставляється в ZIF-сокет. Більшість сучасних процесорів реалізована як одного напівпровідникового кристала, що містить мільйони, і з недавнього часу навіть мільярди транзисторів. У перших комп'ютерах процесори були громіздкими агрегатами, які займали часом цілі шафи і навіть кімнати, і були виконані на великій кількості окремих компонентів.

Спочатку перед розробниками ставиться технічне завдання, з якого приймається рішення, яка буде архітектура майбутнього процесора, його внутрішній пристрій, технологія виготовлення. Перед різними групами поставлено завдання розробки відповідних функціональних блоків процесора, забезпечення їхньої взаємодії, електромагнітної сумісності. У зв'язку з тим, що процесор фактично є цифровим автоматом, який повністю відповідає принципам булевої алгебри, за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення, що працює на іншому комп'ютері, будується віртуальна модель майбутнього процесора. На ній проводиться тестування процесора, виконання елементарних команд, значних обсягів коду, відпрацьовується взаємодія різних блоків пристрою, оптимізується, шукаються неминучі при проекті такого рівня помилки.

Після цього з цифрових базових матричних кристалів та мікросхем, що містять елементарні функціональні блоки цифрової електроніки, будується фізична модель процесора, на якій перевіряються електричні та часові характеристики процесора, тестується архітектура процесора, продовжується виправлення знайдених помилок, уточнюються питання електромагнітної сумісності (наприклад, при практично рядовій тактовій частоті 10 ГГц відрізки провідника довжиною в 7 мм вже працюють як випромінюючі або приймаючі антени).

Потім починається етап спільної роботи інженерів-схемотехніків та інженерів-технологів, які за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення перетворять електричну схему, що містить архітектуру процесора, на топологію кристала. Сучасні системиавтоматичного проектування дозволяють, в загальному випадку, електричної схемибезпосередньо одержати пакет трафаретів для створення масок. На цьому етапі технологи намагаються реалізувати технічне рішення, Закладені схемотехніками, з урахуванням наявної технології. Цей етап є одним із найдовших і найскладніших у розробці і іноді вимагає компромісів з боку схемотехніків щодо відмови від деяких архітектурних рішень. Слід зазначити, що ряд виробників рекомендованих мікросхем (foundry) пропонує розробникам (дизайн-центру або fabless) компромісне рішення, при якому на етапі конструювання процесора використовуються представлені ними стандартизовані відповідно до наявної технології бібліотеки елементів і блоків (Standard cell). Це вводить ряд обмежень на архітектурні рішення, зате етап технологічного припасування фактично зводиться до гри в конструктор «Лего». У загальному випадку, виготовлені за індивідуальними проектами мікропроцесори є більш швидкими, порівняно з процесорами, створеними на підставі наявних бібліотек.

Наступним етапом є створення прототипу кристала мікропроцесора. Під час виготовлення сучасних надвеликих інтегральних схем використовується метод літографії. При цьому на підкладку майбутнього мікропроцесора (тонке коло з монокристалічного кремнію або сапфіру) через спеціальні маски, що містять прорізи, по черзі наносяться шари провідників, ізоляторів і напівпровідників. Відповідні речовини випаровуються у вакуумі та осаджуються крізь отвори маски на кристалі процесора. Іноді використовують травлення, коли агресивна рідина роз'їдає не захищені маскою ділянки кристала. Одночасно на підкладці формується близько сотні процесорних кристалів. У результаті з'являється складна багатошарова структура, що містить сотні тисяч до мільярдів транзисторів. Залежно від підключення транзистор працює у мікросхемі як транзистор, резистор, діод чи конденсатор. Створення цих елементів на мікросхемі окремо, у випадку, не вигідно. Після закінчення процедури літографії підкладка розпилюється на елементарні кристали. До сформованих ними контактних майданчиків (із золота) припаюються тонкі золоті провідники, є перехідниками до контактних майданчиків корпусу мікросхеми. Далі, у загальному випадку, кріпиться тепловідведення кристала та кришка мікросхеми.

Потім починається етап тестування прототипу процесора, коли перевіряється його відповідність заданим характеристикам, шукаються помилки, що залишилися непоміченими. Тільки після цього мікропроцесор запускається у виробництво. Але навіть під час виробництва триває постійна оптимізація процесора, пов'язана з удосконаленням технології, новими конструкторськими рішеннями, виявленням помилок.

Слід зазначити, що паралельно з розробкою універсальних мікропроцесорів розробляються набори периферійних схем ЕОМ, які будуть використовуватися з мікропроцесором та на основі яких створюються Материнські плати. Розробка мікропроцесорного набору (chipset) представляє завдання, щонайменше складну, ніж створення мікросхеми мікропроцесора.

Останні кілька років намітилася тенденція перенесення частини компонентів чіпсету (контролер пам'яті, контролер шини PCI Express) до складу процесора. Докладніше Система на кристалі.

На початку 1970-х років завдяки прориву в технології створення ВІС та НВІС (великих і надвеликих інтегральних схем, відповідно), мікросхем, стало можливим розмістити всі необхідні компоненти ЦП в одному напівпровідниковому пристрої. З'явилися звані мікропроцесори. Зараз слова мікропроцесор і процесор практично стали синонімами, але тоді це було не так, тому що звичайні (великі) та мікропроцесорні ЕОМ мирно співіснували ще принаймні 10-15 років, і лише на початку 1980-х років мікропроцесори витіснили своїх старших побратимів. Треба сказати, що перехід до мікропроцесорів дозволив потім створити персональні комп'ютери, які тепер проникли майже у кожну оселю.

Перший мікропроцесор Intel 4004 був представлений 15 листопада 1971 корпорацією Intel. Він містив 2300 транзисторів, працював на тактовій частоті 92,6 кГц (у документі йдеться, що цикл інструкції триває 10,8 мікросекунд, а рекламних матеріалах Intel - 108 кГц) і коштував 300 дол.

За роки існування технології мікропроцесорів було розроблено безліч різних їх архітектур. Багато з них (у доповненому та вдосконаленому вигляді) використовуються й досі. Наприклад, Intel x86, що розвинулася спочатку в 32-бітну IA-32, а пізніше в 64-бітову x86-64 (яка в Intel називається EM64T). Процесори архітектури x86 спочатку використовувалися тільки в персональних комп'ютерах компанії IBM (IBM PC), але в даний час все активніше використовуються у всіх областях комп'ютерної промисловості, від суперкомп'ютерів до рішень, що вбудовуються. Також можна перерахувати такі архітектури як Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC-архітектури) та IA-64 (EPIC-архітектура).

Більшість процесорів, що використовуються в даний час, є Intel-сумісними, тобто мають набір інструкцій та інтерфейси програмування, реалізовані процесорами компанії Intel.

Найбільш популярні процесори сьогодні виробляють фірми Intel, AMD та IBM. Серед процесорів від Intel: 8086, i286 (у комп'ютерному сленгу називається "двійка", "двушка"), i386 ("трійка", "трійка"), i486 ("четвірка"), Pentium ("пень", "пеньок", "другий пень", "третій пень" і т. д. Спостерігається також повернення назв: Pentium III називають "трійкою", Pentium 4 - "четвіркою"), Pentium II, Pentium III, Celeron (спрощений варіант Pentium), Pentium 4, Core 2 Quad, Core i7, Xeon (серія процесорів для серверів), Itanium, Atom (серія процесорів для вбудованої техніки) та ін. Duron, Sempron) та x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron та ін.). Процесори IBM (POWER6, POWER7, Xenon, PowerPC) використовуються в суперкомп'ютерах, відеоприставках 7го покоління, вбудовуваної техніки; раніше використовувалися у комп'ютерах фірми Apple.

За даними компанії IDC, за підсумками 2009 р. на ринку мікропроцесорів для ПК, ноутбуків та серверів частка корпорації Intel склала 79,7%, частка AMD – 20,1%.

У найближчі 10-20 років, швидше за все, зміниться матеріальна частина процесорів через те, що технологічний процесдосягне фізичних меж виробництва. Можливо, це будуть:

Оптичні комп'ютери - у яких замість електричних сигналів обробці піддаються потоки світла (фотони, а чи не електрони).

Квантові комп'ютери, робота яких повністю базується на квантових ефектах. В даний час ведуться роботи над створенням робочих версій квантових процесорів.

Молекулярні комп'ютери - обчислювальні системи, що використовують обчислювальні можливості молекул (переважно органічних). Молекулярними комп'ютерами використовується ідея обчислювальних можливостей розташування атомів у просторі.

Розробкою мікропроцесорів у Росії займаються ЗАТ «МЦСТ» та НИИСИ РАН. Також розробку спеціалізованих мікропроцесорів, орієнтованих створення нейронних систем і цифрову обробку сигналів, ведуть НТЦ «Модуль» і ГУП НВЦ «ЭЛВИС». Ряд серій мікропроцесорів виробляє ВАТ «Ангстрем».

НІІСІ розробляє процесори серії Комдив на основі архітектури MIPS. Техпроцес – 0.5 мкм, 0.3 мкм; КНІ.

КОМДІВ32, 1890ВМ1Т, у тому числі у варіанті КОМДІВ32-С (5890ВЕ1Т), стійким до впливу факторів космічного простору (іонізуючого випромінювання)

КОМДІВ64, КОМДІВ64-СМП

Арифметичний співпроцесор КОМДІВ128

НТЦ Модуль розробив та пропонує мікропроцесори сімейства NeuroMatrix:

1998, 1879ВМ1 (NM6403) - високопродуктивний спеціалізований мікропроцесор цифрової обробкисигналів із векторно-конвеєрною VLIW/SIMD архітектурою. Технологія виготовлення – КМОП 500 нм, частота 40 МГц.

2007 рік, 1879ВМ2 (NM6404) - модифікація 1879ВМ1 із збільшеною до 80 МГц тактовою частотою та 2Мбітним ОЗУ, розміщеним на кристалі процесора. Технологія виготовлення – 250 нм КМОП.

2009 рік, 1879ВМ4 (NM6405) – високопродуктивний процесор цифрової обробки сигналів з векторно-конвеєрною VLIW/SIMD архітектурою на базі запатентованого 64-розрядного процесорного ядра NeuroMatrix. Технологія виготовлення – 250 нм КМОП, тактова частота 150 МГц.

Завдяки ряду апаратних особливостей мікропроцесори цієї серії можуть бути використані не тільки як спеціалізовані процесори цифрової обробки сигналів, але і для створення нейронних мереж.

ГУП НВЦ ЕЛВІС розробляє та виробляє мікропроцесори серії «Мультикор», відмінністю яких є несиметрична багатоядерність. При цьому фізично в одній мікросхемі містяться одне CPU RISC-ядро з архітектурою MIPS32, що виконує функції центрального процесора системи, та одне або більше ядер спеціалізованого процесора-акселератора для цифрової обробки сигналів з плаваючою/фіксованою точкою ELcore-xx (ELcore = Elvees's core), заснованого на "гарвардській" архітектурі. CPU-ядро є провідним у конфігурації мікросхеми та виконує основну програму. Для CPU-ядра забезпечено доступ до ресурсів DSP-ядра, що є веденим стосовно CPU-ядра. CPU мікросхеми підтримує ядро ​​ОС Linux 2.6.19 чи ОС жорсткого реального часу QNX 6.3 (Neutrino).

2004 рік, 1892ВМ3Т (MC-12) – однокристальна мікропроцесорна системаіз двома ядрами. Центральний процесор – MIPS32, сигнальний співпроцесор – SISD ядро ​​ELcore-14. Технологія виготовлення – КМОП 250 нм, частота 80 МГц. Пікова продуктивність 240 MFLOPs (32 біти).

2004, 1892ВМ2Я (MC-24) - однокристальна мікропроцесорна система з двома ядрами. Центральний процесор – MIPS32, сигнальний співпроцесор – SIMD ядро ​​ELcore-24. Технологія виготовлення – КМОП 250 нм, частота 80 МГц. Пікова продуктивність 480 MFLOPs (32 біти).

2006, 1892ВМ5Я (MC-0226) - однокристальна мікропроцесорна система з трьома ядрами. Центральний процесор - MIPS32, 2 сигнальні співпроцесори - MIMD ядро ​​ELcore-26. Технологія виготовлення – КМОП 250 нм, частота 100 МГц. Пікова продуктивність 1200 MFLOPs (32 біти).

2008 рік, NVCom-01 («Навіком») – однокристальна мікропроцесорна система з трьома ядрами. Центральний процесор - MIPS32, 2 сигнальні співпроцесори - MIMD DSP-кластер DELCore-30 (Dual ELVEES Core). Технологія виготовлення – КМОП 130 нм, частота 300 МГц. Пікова продуктивність 3600 MFLOPs (32 біти). Розроблений як телекомунікаційний мікропроцесор, містить вбудовану функцію 48-канальної ГЛОНАСС/GPS навігації.

Як перспективний проект НВЦ ЕЛВІС представлений MC-0428 - процесор MultiForce - однокристальна мікропроцесорна система з одним центральним процесором та чотирма спеціалізованими ядрами. Технологія виготовлення – КМОП 130 нм, частота до 340 МГц. Пікова продуктивність очікується не менше 8000 MFLOPs (32 біти).

ВАТ «Ангстрем (компанія)» виробляє (не розробляє) такі серії мікропроцесорів:

1839 - 32-розрядний VAX-11/750-сумісний мікропроцесорний комплект із 6 мікросхем. Технологія виготовлення – КМОП, тактова частота 10 МГц.

1836ВМ3 – 16-розрядний LSI-11/23-сумісний мікропроцесор. Програмно сумісний із PDP-11 фірми DEC. Технологія виготовлення – КМОП, тактова частота 16 МГц.

1806ВМ2 – 16-розрядний LSI/2-сумісний мікропроцесор. Програмно сумісний з LCI-11 фірми DEC. Технологія виготовлення – КМОП, тактова частота 5 МГц.

Л1876ВМ1 32-розрядний RISC мікропроцесор. Технологія виготовлення – КМОП, тактова частота 25 МГц.

З розробок Ангстрема можна назвати однокристальную 8-разрядную RISC микроЭВМ Тесей.

Компанією МЦСТ розроблено та впроваджено у виробництво сімейство універсальних SPARC-сумісних RISC-мікропроцесори з проектними нормами 130 і 350 нм та частотами від 150 до 500 МГц (докладніше див. статтю про серію - МЦСТ-R та про обчислювальні комплекси на їх основі ). Також розроблений VLIW-процесор Ельбрус з оригінальною архітектурою ELBRUS, що використовується в комплексах Ельбрус-3М1). Основні споживачі вітчизняних мікропроцесорів - підприємства ВПК.

У радянський час одним із найбільш затребуваних через його безпосередню простоту та зрозумілість, став задіяний у навчальних цілях МПК КР580 - набір мікросхем, аналогічних набору мікросхем Intel 82xx. Використовувався у вітчизняних комп'ютерах, таких як Радіо 86РК, ЮТ-88, Мікроша тощо.

Сучасні ЦП, що виконуються у вигляді окремих мікросхем (чіпів), що реалізують всі особливості, притаманні такого роду пристроям, називають мікропроцесорами. З середини 1980-х останніх практично витіснили інші види ЦП, унаслідок чого термін став дедалі частіше сприйматися як звичайний синонім слова «мікропроцесор». Тим не менш, це не так: центральні процесорні пристрої деяких суперкомп'ютерів навіть сьогодні є складними комплексами, побудованими на основі мікросхем великого (ВІС) і надвеликого (СВІС) ступеня інтеграції.

Спочатку термін центральний процесорний пристрій описував спеціалізований клас логічних машин, призначених для виконання складних комп'ютерних програм. Внаслідок досить точної відповідності цього призначення функцій існуючих на той час комп'ютерних процесорів, він природним чином було перенесено на самі комп'ютери. Початок застосування терміна та його абревіатури по відношенню до комп'ютерних систем було покладено у 1960-ті роки. Пристрій, архітектура і реалізація процесорів з того часу неодноразово змінювалися, проте їх основні функції залишилися тими ж, що й раніше.

Більшість сучасних процесорів для персональних комп'ютерів загалом ґрунтуються на тій чи іншій версії циклічного процесу послідовної обробки даних, винайденого Джоном фон Нейманом.

Дж. фон Нейман вигадав схему будівництва комп'ютера в 1946 році.

Найважливіші етапи цього процесу наведені нижче. У різних архітектурах та для різних командможуть знадобитися додаткові етапи. Наприклад, для арифметичних команд можуть знадобитися додаткові звернення до пам'яті, під час яких здійснюється зчитування операндів та запис результатів. Відмінною особливістю архітектури фон Неймана є те, що інструкції та дані зберігаються в одній пам'яті.

Етапи циклу виконання:

– процесор виставляє число, що зберігається у регістрі лічильника команд, на шину адреси та віддає пам'яті команду читання;

- Виставлене число є для пам'яті адресою; пам'ять, отримавши адресу та команду читання, виставляє вміст, що зберігається за цією адресою, на шину даних та повідомляє про готовність.

Процесор отримує число із шини даних, інтерпретує його як команду (машинну інструкцію) зі своєї системи команд та виконує її.

Якщо остання команда не є командою переходу, процесор збільшує на одиницю (припущення, що довжина кожної команди дорівнює одиниці) число, що зберігається в лічильнику команд; у результаті там утворюється адреса наступної команди.

Даний цикл виконується незмінно, і саме він називається процесом (звідки і походить назва пристрою).

Під час процесу процесор зчитує послідовність команд, які у пам'яті, і виконує їх. Така послідовність команд називається програмою і є алгоритмом роботи процесора. Черговість зчитування команд змінюється у разі, якщо процесор зчитує команду переходу, тоді адреса наступної команди може виявитися іншою. Іншим прикладом зміни процесу може бути випадок отримання команди зупинки або перемикання в режим обробки переривання.

Команди центрального процесора є найнижчим рівнем управління комп'ютером, тому виконання кожної команди неминуче та безумовно. Не проводиться жодної перевірки на допустимість виконуваних дій, зокрема, не перевіряється можлива втрата цінних даних. Щоб комп'ютер виконував лише допустимі дії, команди повинні бути належним чином організовані у вигляді потрібної програми.

Швидкість переходу від одного етапу циклу до іншого визначається тактовим генератором. Тактовий генератор виробляє імпульси, що є ритмом для центрального процесора. Частота тактових імпульсів називається тактовою частотою.

Конвеєрна архітектура (pipelining) була введена у центральний процесор з метою підвищення швидкодії. Зазвичай для виконання кожної команди потрібно здійснити кілька однотипних операцій, наприклад: вибірка команди з ОЗУ, дешифрування команди, адресація операнда в ОЗУ, вибірка операнда з ОЗУ, виконання команди, запис результату в ОЗУ. Кожну з цих операцій зіставляють одного ступеня конвеєра. Наприклад, конвеєр мікропроцесора з архітектурою MIPS-I містить чотири стадії:

– отримання та декодування інструкції,

- адресація та вибірка операнда з ОЗУ,

- Виконання арифметичних операцій,

- Збереження результату операції.

Після звільнення k-го ступеняконвеєра вона відразу розпочинає роботу над наступною командою. Якщо припустити, що кожен ступінь конвеєра витрачає одиницю часу на свою роботу, виконання команди на конвеєрі довжиною в n ступенів займе n одиниць часу, проте в самому оптимістичному випадку результат виконання кожної наступної команди буде виходити через кожну одиницю часу.

Справді, за відсутності конвеєра виконання команди займе n одиниць часу (оскільки виконання команди як і раніше необхідно виконувати вибірку, дешифрування тощо. буд.), й у виконання m команд знадобиться одиниць часу; при використанні конвеєра (в самому оптимістичному випадку) для виконання m команд знадобиться лише n + m одиниць часу.

Чинники, що знижують ефективність конвеєра:

– простий конвеєр, коли деякі щаблі не використовуються (наприклад, адресація та вибірка операнда з ОЗП не потрібні, якщо команда працює з регістрами);

– очікування: якщо наступна команда використовує результат попередньої, то остання не може почати виконуватися до виконання першої (це долається при використанні позачергового виконання команд – out-of-order execution);

– очищення конвеєра при попаданні до нього команди переходу (цю проблему вдається згладити, використовуючи передбачення переходів).

Деякі сучасні процесоримають більше 30 ступенів у конвеєрі, що збільшує продуктивність процесора, проте призводить до великого часу простою (наприклад, у разі помилки у передбаченні умовного переходу). Не існує єдиної думки щодо оптимальної довжини конвеєра: різні програми можуть мати суттєво різні вимоги.

Суперскалярна архітектура – ​​здатність виконання кількох машинних інструкцій за такт процесора шляхом збільшення числа виконавчих пристроїв. Поява цієї технології призвела до суттєвого збільшення продуктивності. У той же час існує певна межа зростання числа виконавчих пристроїв, при перевищенні якого продуктивність практично перестає зростати, а виконавчі пристрої простоюють. Частковим вирішенням цієї проблеми є, наприклад, технологія Hyper Threading.

CISC-процесори - комплексний instruction set computer - обчислення зі складним набором команд. Процесорна архітектура, що базується на ускладненому наборі команд. Типовими представниками CISC є мікропроцесори сімейства x86 (хоча вже багато років ці процесори є CISC тільки по зовнішньої системикоманд: на початку процесу виконання складні команди розбиваються на простіші мікрооперації (МОП'и), що виконуються RISC-ядром).

RISC-процесори - Reduced instruction set computer - обчислення зі спрощеним набором команд (у літературі слово "reduced" нерідко помилково перекладають як "скорочений"). Архітектура процесорів, побудована з урахуванням спрощеного набору команд, характеризується наявністю команд фіксованої довжини, великої кількості регістрів, операцій типу регістр-регістр, і навіть відсутністю непрямої адресації. Концепція RISC розроблена Джоном Коком (John Cocke) з IBM Research, назва придумана Девідом Паттерсоном (David Patterson).

Спрощення набору команд покликане скоротити конвеєр, що дозволяє уникнути затримок на операціях умовних та безумовних переходів. Однорідний набір регістрів спрощує роботу компілятора при оптимізації програмного коду, що виконується. Крім того, RISC-процесори відрізняються меншим енергоспоживанням та тепловиділенням.

Серед перших реалізацій цієї архітектури були мікропроцесори MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. У мобільних пристрояхшироко використовуються ARM-процесори.

MISC-процесори – Minimum instruction set computer – обчислення з мінімальним набором команд. Подальший розвитокідей команди Чака Мура, який вважає, що принцип простоти, початковий для RISC-процесорів, надто швидко відійшов на задній план. У запалі боротьби за максимальну швидкодію, RISC наздогнав і перегнав багато процесорів CISC за складністю. Архітектура MISC будується на стіковій обчислювальної моделі з обмеженою кількістю команд (приблизно 20-30 команд).

VLIW-процесори - Very long instruction word - наддовге командне слово. Архітектура процесорів з явно вираженим паралелізмом обчислень, закладеним у систему команд процесора. Є основою архітектури EPIC. Ключовою відмінністю від суперскалярних CISC-процесорів є те, що для них завантаженням виконавчих пристроїв займається частина процесора (планувальник), на що відводиться досить малий час, у той час як завантаженням обчислювальних пристроїв для VLIW-процесора займається компілятор, на що відводиться значно більше часу (Якість завантаження і, відповідно, продуктивність теоретично повинні бути вищими). Прикладом VLIW-процесора є Intel Itanium.

Багатоядерні процесори містять кілька процесорних ядер в одному корпусі (на одному або декількох кристалах).

Процесори, призначені для роботи однієї копії операційної системина декількох ядрах, є високо інтегрованою реалізацією мультипроцесорності.

Першим багатоядерним мікропроцесоромстав POWER4 від IBM, що з'явився в 2001 і мав два ядра.

У жовтні 2004 року Sun Microsystems випустила двоядерний процесор UltraSPARC IV, який складався із двох модифікованих ядер UltraSPARC III. На початку 2005 року було створено двоядерний UltraSPARC IV+.

14 листопада 2005 року Sun випустила восьмиядерний UltraSPARC T1, кожне ядро ​​якого виконувало 4 потоки.

5 січня 2006 року Intelпредставила перший двоядерний процесор на одному кристалі Core Duo, для мобільної платформи

10 вересня 2007 року було випущено у продаж нативні (у вигляді одного кристала) чотириядерні процесори для серверів AMD Opteron, що мали в процесі розробки кодову назву AMD Opteron Barcelona. 19 листопада 2007 року вийшов у продаж чотириядерний процесор для домашніх комп'ютерів AMD Phenom. Ці процесори реалізують нову мікроархітектуру K8L (K10).

У жовтні 2007 року у продажу з'явилися восьмиядерні UltraSPARC T2, кожне ядро ​​виконувало 8 потоків.

У березні 2010 року компанія AMD випустила перші у світі 12-ядерні серверні процесори Opteron 6100 x86 архітектури.

на Наразімасово доступні дво-, чотири- та шестиядерні процесори, зокрема Intel Core 2 Duo на 65-нм ядрі Conroe (пізніше на 45-нм ядрі Wolfdale) та Athlon 64 X2 на базі мікроархітектури K8. У листопаді 2006 року вийшов перший чотириядерний процесор Intel Core 2 Quad на ядрі Kentsfield, що є збіркою з двох кристалів Conroe в одному корпусі. Нащадком цього процесора став Intel Core 2 Quad на ядрі Yorkfield (45 нм), архітектурно схожому з Kentsfield але має більший обсяг кешу та робочі частоти.

Компанія AMD пішла власним шляхом, виготовляючи чотириядерні процесори єдиним кристалом (на відміну від Intel, перші чотириядерні процесори якої є фактично склеюванням двох двоядерних кристалів). Незважаючи на всю прогресивність подібного підходу, перший «чотирьохядерник» фірми, який отримав назву AMD Phenom X4, вийшов не надто вдалим. Його відставання від сучасних процесорів конкурента становило від 5 до 30 і більше відсотків залежно від моделі і конкретних завдань.

До 1-2 кварталу 2009 року обидві компанії оновили свої лінійки чотириядерних процесорів. Intel представила сімейство Core i7, що складається із трьох моделей, що працюють на різних частотах. Основними родзинками даного процесора є використання триканального контролера пам'яті (типу DDR-3) та технології емулювання восьми ядер (корисно для деяких специфічних завдань). Крім того, завдяки загальній оптимізації архітектури вдалося значно підвищити продуктивність процесора в багатьох типах завдань. Слабкою стороноюплатформи, що використовує Core i7, є її надмірна вартість, тому що для встановлення даного процесора необхідна дорога материнська плата чіпсеті Intel X58 і триканальний набір пам'яті типу DDR3, який також має високу вартість.

Компанія AMD у свою чергу представила лінійку процесорів Phenom II X4. При її розробці компанія врахувала свої помилки: було збільшено обсяг кешу (явно недостатній у першого «Фенома»), а виробництво процесора було переведено на 45-нм техпроцес, що дозволило знизити тепловиділення та значно підвищити робочі частоти. В цілому, AMD Phenom II X4 за продуктивністю стоїть нарівні з процесорами Intel попереднього покоління (ядро Yorkfield) і значно відстає від Intel Core i7. Однак, з виходом AMD Phenom II X6 Black Thuban 1090T ситуація значно змінилося на користь AMD. Цей процесор за ціною стоїть на рівні intel core i7 930, проте може потягатися з лінійкою процесорів intel core i7 щодо продуктивності. Його повноцінних 6 ядер добре підходять для складних багатопотокових завдань.

Кешування - це використання додаткової швидкодіючої пам'яті (кешу) зберігання копій блоків інформації з основний (оперативної) пам'яті, ймовірність звернення яких найближчим часом велика.

Розрізняють кеші 1-, 2- та 3-го рівнів (позначаються L1, L2 та L3 - від Level 1, Level 2 та Level 3). Кеш 1-го рівня має найменшу латентність (час доступу), але малий розмір, крім того, кеші першого рівня часто робляться багатопортовими. Так, процесори AMD K8 вміли робити одночасно 64-бітові запис і читання, або два 64-бітових читання за такт, AMD K8L може робити два 128-бітові читання або записи в будь-якій комбінації. Процесори Intel Core 2 можуть робити 128-бітні запис та читання за такт. Кеш 2-го рівня зазвичай має значно більшу латентність доступу, але його можна зробити значно більше за розміром. Кеш 3-го рівня найбільший за обсягом і досить повільний, але все ж таки він набагато швидше, ніж оперативна пам'ять.

Гарвардська архітектура відрізняється від архітектури фон Неймана тим, що програмний код та дані зберігаються у різній пам'яті. У такій архітектурі неможливі багато методів програмування (наприклад, програма не може під час виконання змінювати свій код; неможливо динамічно перерозподіляти пам'ять між програмним кодомта даними); зате гарвардська архітектура дозволяє більш ефективно виконувати роботу у разі обмежених ресурсів, тому вона часто застосовується у системах, що вбудовуються.

Паралельна архітектура – ​​архітектура фон Неймана має той недолік, що вона є послідовною. Який би величезний масив даних не потрібно обробити, кожен його байт повинен буде пройти через центральний процесор, навіть якщо над усіма байтами потрібно провести одну і ту ж операцію. Цей ефект називається вузьким шийкою фон Неймана.

Для подолання цього недоліку пропонувалися та пропонуються архітектури процесорів, які називаються паралельними. Паралельні процесори використовують у суперкомп'ютерах.

Можливими варіантами паралельної архітектури можуть бути (за класифікацією Флінна):

SISD – один потік команд, один потік даних;

SIMD – один потік команд, багато потоків даних;

MISD – багато потоків команд, один потік даних;

MIMD – багато потоків команд, багато потоків даних.

Для цифрової обробки сигналів, особливо при обмеженому часі обробки застосовують спеціалізовані високопродуктивні мікропроцесори з паралельною архітектурою.

Перші процесори архітектури x86 споживали мізерну (за сучасними мірками) кількість енергії, що становить частки вата. Збільшення кількості транзисторів та підвищення тактової частоти процесорів призвело до суттєвого зростання даного параметра. Найбільш продуктивні моделі вимагають до 130 і більше ватів. Несуттєвий спочатку фактор енергоспоживання, зараз надає серйозний вплив на еволюцію процесорів:

– вдосконалення технології виробництва зменшення споживання, пошук нових матеріалів зниження струмів витоку, зниження напруги живлення ядра процесора;

- Поява сокетів (роз'ємів для процесорів) з більшим числомконтактів (понад 1000), більшість яких призначені для живлення процесора. Так, у процесорів для популярного сокету LGA775 число контактів основного живлення становить 464 штуки (близько 60 % від загальної кількості);

- Зміна компонування процесорів. Кристал процесора перемістився з внутрішньої на зовнішній бік, для кращого відведення тепла до радіатора системи охолодження;

- інтеграція в кристал температурних датчиків та системи захисту від перегріву, що знижує частоту процесора або взагалі зупиняє його при неприпустимому збільшенні температури;

- Поява в нових процесорахінтелектуальних систем, що динамічно змінюють напругу живлення, частоту окремих блоків і ядер процесора, та відключають не використовувані блоки та ядра;

- Поява енергозберігаючих режимів для «засипання» процесора, при низькому навантаженні.

ЗАВДАННЯ 2

248,615 = 8F.9D70FA (16) = 370. 47270 (8) = 10111000.10011 (2)

248|16

240 15

8

0.615 * 16 =9.84

0.84*16 =13.44

0.44*16= 7.04

0.04*16 = 0.64

0.64*16 = 10.24

248|8

248 31|8

0 24 3

7

0.615*8 =4.92

0.92*8 = 7.36

0.36*8 = 2.88

0.28*8=7.04

0.04*8 = 0.32

248 |2

248 124|2

0 124 62 |2

0 62 31 |2

0 30 15|2

1 14 7|2

1 6 3 |2

1 2 1

0

0.615*2 = 1.23

0.23*2 = 0.46

0.46*2 = 0.92

0.92*2 = 1.84

0.84*2 = 1.68

322.549 =142.8C8B4 (16) =502.43105 (8) =
101000010.10001 (2)

322|8

320 40 |8

2 40 5

0

0.549*8= 4.392

0.392 * 8 = 3.136

0.136 * 8 = 1.088

0.088 * 8 = 0.704

0.704 * 8 = 5.632

322|16

320 20 |16

2 16 1

4

0.549*16 =8.784

0.784 * 16 =12.544

0.544*16 =8.704

0.704*16 =11.264

0.264*16 = 4.224

322 |2

322 161|2

0 160 80 |2

1 80 40 |2

0 40 20 |2

0 20 10 |2

0 10 5 |2

0 4 2 |2

1 2 1

0

0.549 *2 = 1.098

0.098*2 = 0.196

0.196*2 = 0.392

0.392*2 = 0.784

0.784 *2 = 1.568

11001100.10101 = 204.65625 (10) = 314.52 (8) = CC.A8 (16)

11110001.11101 = 241.90625 (10) = 361.72 (8) = F1.E8 (16)

2.462E+03 = 2462

7.355Е-02 = 0,07355

5,526Е+04 = -55260

1,254Е-01 = 0,1254

ЗАВДАННЯ 3

1) усі файли, імена яких починаються на "pr" і містять не більше трьох символів

Шаблон

pr*.

усі файли

*

2) наказ.txt з папки Setup

D:\Setup\наказ.txt

alladdin.exe з папки Games

D:\Мгук\Games\alladdin.exe

ЗАВДАННЯ 4

Для виконання завдання з цього питання необхідно розробити в текстовому процесорі Microsoft Wordрекламний лист на тему. Документ повинен містити:

- Текст;

- Фігурний текст;

- Малюнок;

- Таблицю.

На тему: "Рекламний аркуш книжкового видавництва з бланком для замовлення книг поштою".

Підпишись на безкоштовний каталог та отримай знижку на кожну другу покупку

Купон на щоквартальний безкоштовний каталог

П.І.Б. ___________________________

Вік___________________________

Рід Вашої діяльності____________

Ваші інтереси_____________________

Ваші літературні уподобання______________________________

Найважливіший компонент будь-якого комп'ютера - його процесор (мікропроцесор)- програмно-керований пристрій обробки інформації, виконаний у вигляді однієї або декількох великих або надвеликих інтегральних схем.

До складу процесора входять такі компоненти:

§ пристрій керування- формує та подає у всі елементи ПК у потрібні моменти часу певні сигнали управління (керуючі імпульси), обумовлені специфікою виконуваної операції та результатами попередніх операцій;

§ арифметично-логічний пристрій (АЛУ)- призначено для виконання всіх арифметичних та логічних операційнад числовою та символьною інформацією;

§ співпроцесор- додатковий блок, необхідний для складних математичних обчислень та при роботі з графічними та мультимедійними програмами;

§ регістри загального призначення- швидкодіючі осередки пам'яті, що використовуються в основному як різні лічильники та покажчики на адресний простір ПК, звернення до яких дозволяє значно збільшити швидкодію програми, що виконується;

§ кеш-пам'ять- блок високошвидкісної пам'яті для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, що обробляється в даний момент часу або використовується в обчисленнях. Це дозволяє підвищити продуктивність процесора;

§ шина даних- інтерфейсна система, що реалізує обмін даними з іншими пристроями ПК;

§ генератор тактових сигналів(Імпульсів);

§ контролер переривань;

Основними характеристиками процесора є:

Тактова частота- кількість елементарних операцій (тактів), які процесор виконує за одну секунду. Тактова частота вимірюється в мегагерцях (МГц) чи гігагерцях (ГГц). Чим вища тактова частота, тим швидше працює процесор. Це твердження є правильним для одного покоління процесорів, оскільки в різних моделяхпроцесорів до виконання певних дій треба різну кількість тактів.

Розрядність- кількість двійкових розрядів (бітів) інформації, що обробляється (або передається) за один такт. Розрядність також визначає кількість двійкових розрядів, яка може бути використана в процесорі адресації оперативної пам'яті.

Процесори також характеризуються: типом процесорного "ядра"(технологією виробництва, яка визначається товщиною мінімальних елементів мікропроцесора); частотою шини,де вони працюють; розміром кеш-пам'яті; приналежністю до певної родини(а також поколінню та модифікації); "форм-фактором"(стандартом пристрою та зовнішнього вигляду) та додатковими можливостями (наприклад, наявністю спеціальної системи «мультимедійних команд», призначених для оптимізації роботи з графікою, відео та звуком).

На сьогоднішній день практично всі настільні IBM PC-сумісні комп'ютери мають процесори двох основних виробників (двох сімейств). Intelі AMD.

За всю історію розвитку IBM PC, у сімействі мікропроцесорів Intel змінилося вісім основних поколінь (від i8088 до Pentium IV). Крім того, корпорація Intel випускала та випускає побічні покоління процесорів Pentium (Pentium Pro, Pentium MMX, Intel Celeron та ін.). Покоління мікропроцесорів Intel відрізняються швидкістю роботи, архітектурою, форм-фатором тощо. Причому кожному поколінні випускаються різні модифікації.

Конкурентом мікропроцесорів Intel на сьогоднішній день є сімейство мікропроцесорів AMD: Athlon, Sempron, Opteron (Shanghai), Phenom.

Мікропроцесори Intelі AMD не сумісні (хоча й ті, й інші відповідають IBM PC-сумісності та підтримують одні й самі програми) і вимагають відповідні материнські плати, котрий іноді пам'ять.

Для ПК типу Macintosh (Apple) виробляються власні процесори сімейства Mac.