Опишите назначение компонентов процессора уу алу зу гтч во время вычислительной работы компьютера

Процессор

Процессор
— центральное устройство компьютера.
Микропроцессор
(МП) — это сверхбольшая интегральная
схема, которая реализует функции
процессора ПК. Микропроцессор создается
на полупроводниковом кристалле (или
нескольких кристаллах) путем применения
сложной микроэлектронной технологии.

Возможности
компьютера как универсального исполнителя
по работе с информацией определяются
системой команд процессора. Эта система
команд представляет собой язык машинных
команд (ЯМК). Из команд ЯМК составляются
программы управления работой компьютера.
Отдельная команда определяет отдельную
операцию (действие) компьютера. В ЯМК
существуют команды, по которым выполняются
арифметические и логические операции,
операции управления последовательностью
выполнения команд, операции передачи
данных из одних устройств памяти в
другие и пр.

В
состав процессора входят следующие
устройства: устройство
управления
(УУ), арифметико-логическое
устройство
(АЛУ), регистры
процессорной памяти.

УУ
управляет работой всех устройств
компьютера по заданной программе.
(Функцию устройства управления можно
сравнить с работой дирижера, управляющего
оркестром. Своеобразной «партитурой»
для УУ является программа.)

АЛУ
— вычислительный инструмент процессора;
это устройство выполняет арифметические
и логические операции по командам
программы.

Регистры
— это внутренняя
память
процессора.
Каждый из регистров служит своего рода
черновиком, используя который процессор
выполняет расчеты и сохраняет промежуточные
результаты. У каждого регистра есть
определенное назначение. В регистр —
счетчик команд (СчК) помещается адрес
той ячейки памяти ЭВМ, в которой хранится
очередная исполняемая команда программы.
В регистр команд (РК) помещается эта
команда на время ее исполнения. Есть
регистры, в которые помещаются исходные
данные и результаты выполнения команды.
Полученный результат может быть переписан
из регистра в ячейку ОЗУ.

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, 450 МГц и др.

2.
Разрядность процессора.

Разрядностью
называют максимальное количество
разрядов двоичного кода, которые могут
обрабатываться 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 (8х2); если 4 байта, то
32, если 8 байтов, 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 2 = 4 Гб.

Примеры
характеристик микропроцессоров:

1)
МП Intel-80386: адресное пространство — 232
байта = 4 Гб, разрядность — 32, тактовая
частота — от 25 до 40 МГц;

2)
МП Pentium: адресное пространство — 232 байта
= 4 Гб, разрядность — 64 Гб, тактовая
частота — от 60 до 100 МГц.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Ирина Песцова

Эксперт по предмету «Информатика»

Задать вопрос автору статьи

Описание и назначение процессоров

Определение 1

Центральный процессор (ЦП) – основной компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет процессом вычислений и координирует работу всех устройств ПК.

Чем мощнее процессор, тем выше быстродействие ПК.

Замечание

Центральный процессор часто называют просто процессором, ЦПУ (Центральное Процессорное Устройство) или CPU (Central Processing Unit), реже – кристаллом, камнем, хост-процессором.

Современные процессоры являются микропроцессорами.

Микропроцессор имеет вид интегральной схемы – тонкой пластинки из кристаллического кремния прямоугольной формы площадью в несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы с миллиардами транзисторов и каналов для прохождения сигналов. Кристалл-пластинка помещен в пластмассовый или керамический корпус и соединен золотыми проводками с металлическими штырьками для подсоединения к системной плате ПК.

Сделаем домашку
с вашим ребенком за 380 ₽

Уделите время себе, а мы сделаем всю домашку с вашим ребенком в режиме online

Рисунок 1. Микропроцессор Intel 4004 (1971 г.)

Рисунок 2. Микропроцессор Intel Pentium IV (2001 г.). Слева – вид сверху, справа – вид снизу

ЦП предназначен для автоматического выполнения программы.

Устройство процессора

Основными компонентами ЦП являются:

арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет основные математические и логические операции;
управляющее устройство (УУ), от которого зависит согласованность работы компонентов ЦП и его связь с другими устройствами;
шины данных и адресные шины;
регистры, в которых временно хранится текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результаты вычислений АЛУ);
счетчики команд;
кэш-память хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш-память гораздо быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем она больше, тем выше быстродействие ЦП.

«Процессор и его компоненты» 👇

Рисунок 3. Упрощенная схема процессора

Принципы работы процессора

ЦП работает под управлением программы, которая находится в оперативной памяти.

АЛУ получает данные и выполняет указанную операцию, записывая результат в один из свободных регистров.

Текущая команда находится в специальном регистре команд. При работе с текущей командой значение так называемого счетчика команд увеличивается, который затем указывает на следующую команду (исключением может быть только команда перехода).

Команда состоит из записи операции (которую нужно выполнить), адресов ячеек исходных данных и результата. По указанным в команде адресам берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала помещается в регистр, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.

Характеристики процессора

Тактовая частота указывает частоту, на которой работает ЦП. За $1$ такт выполняется несколько операций. Чем выше частота, тем выше быстродействие ПК. Тактовая частота современных процессоров измеряется в гигагерцах (ГГц): $1$ ГГц = $1$ миллиард тактов в секунду.

Для повышения производительности ЦП стали использовать несколько ядер, каждое из которых фактически является отдельным процессором. Чем больше ядер, тем выше производительность ПК.

Процессор связан с другими устройствами (например, с оперативной памятью) через шины данных, адреса и управления. Разрядность шин кратна 8 (т.к. имеем дело с байтами) и отличается для разных моделей, а также различна для шины данных и шины адреса.

Разрядность шины данных указывает на количество информации (в байтах), которое можно передать за $1$ раз (за $1$ такт). От разрядности адресной шины зависит максимальный объем оперативной памяти, с которым может работать ЦП.

От частоты системной шины зависит количество данных, которые передаются за отрезок времени. Для современных ПК за $1$ такт можно передать несколько бит. Важна также и пропускная способность шины, равная частоте системной шины, умноженной на количество бит, которые можно передать за $1$. Если частота системной шины равна $100$ Мгц, а за $1$ такт передается $2$ бита, то пропускная способность равна $200$ Мбит/сек.

Пропускная способность современных ПК исчисляется в гигабитах (или десятках гигабит) в секунду. Чем выше этот показатель, тем лучше.
На производительность ЦП влияет также объем кэш-памяти.

Данные для работы ЦП поступают из оперативной памяти, но т.к. память медленнее ЦП, то он может часто простаивать. Во избежание этого между ЦП и оперативной памятью располагают кэш-память, которая быстрее оперативной. Она работает как буфер. Данные из оперативной памяти посылаются в кэш, а затем в ЦП. Когда ЦП требует следующее данное, то при наличии его в кэш-памяти оно берется из него, иначе происходит обращение к оперативной памяти. Если в программе выполняется последовательно одна команда за другой, то при выполнении одной команды коды следующих команд загружаются из оперативной памяти в кэш. Это сильно ускоряет работу, т.к. ожидание ЦП сокращается.

Замечание 1

Существует кэш-память трех видов:

Кэш-память $1$-го уровня самая быстрая, находится в ядре ЦП, поэтому имеет небольшие размеры ($8–128$ Кб).
Кэш-память $2$-го уровня находится в ЦП, но не в ядре. Она быстрее оперативной памяти, но медленнее кэш-памяти $1$-го уровня. Размер от $128$ Кбайт до нескольких Мбайт.
Кэш-память $3$-го уровня быстрее оперативной памяти, но медленнее кэш-памяти $2$-го уровня.

От объема этих видов памяти зависит скорость работы ЦП и соответственно компьютера.

ЦП может поддерживать работу только определенного вида оперативной памяти: $DDR$, $DDR2$ или $DDR3$. Чем быстрее работает оперативная память, тем выше производительность работы ЦП.

Следующая характеристика – сокет (разъем), в который вставляется ЦП. Если ЦП предназначен для определенного вида сокета, то его нельзя установить в другой. Между тем, на материнской плате находится только один сокет для ЦП и он должен соответствовать типу этого процессора.

Типы процессоров

Основной компанией, выпускающей ЦП для ПК, является компания Intel. Первым процессором для ПК был процессор $8086$. Следующей моделью была $80286$, далее $80386$, со временем цифру $80$ стали опускать и ЦП стали называть тремя цифрами: $286$, $386$ и т.д. Поколение процессоров часто называют семейством $x86$. Выпускаются и другие модели процессоров, например, семейства Alpha, Power PC и др. Компаниями-производителями ЦП также являются AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments.

В названии процессора часто можно встретить символы $X2$, $X3$, $X4$, что означает количество ядер. Например в названии Phenom $X3$ $8600$ символы $X3$ указывают на наличие трех ядер.

Итак, основными типами ЦП являются $8086$, $80286$, $80386$, $80486$, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III и Pentium IV. Celeron является урезанным вариантом процессора Pentium. После названия обычно указывается тактовая частота ЦП. Например, Celeron $450$ обозначает тип ЦП Celeron и его тактовую частоту – $450$ МГц.

Процессор нужно устанавливать на материнскую плату с соответствующей процессору частотой системной шины.

В последних моделях ЦП реализован механизм защиты от перегрева, т.е. ЦП при повышении температуры выше критической переходит на пониженную тактовую частоту, при которой потребляется меньше электроэнергии.

Определение 2

Если в вычислительной системе несколько параллельно работающих процессоров, то такие системы называются многопроцессорными.

Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу

Поиск по теме

Источник

Одним из важнейших устройств компьютера является центральный процессор (CPU — англ, central processing unit, что переводится как «центральное вычислительное устройство»). Именно от типа процессора и его характеристик в первую очередь зависит производительность компьютерной системы в целом.

Центральный процессор — это устройство компьютера, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными, а также координации работы всех устройств компьютера.

Современные центральные процессоры для персональных компьютеров выполняются в виде отдельных микросхем и называются микропроцессорами. В дальнейшем будем считать понятия «микропроцессор» и «процессор» равнозначными.

Схема состава микропроцессора показана на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема состава микропроцессора

Основным элементом микропроцессора является ядро, от которого зависит большинство характеристик самого процессора. Ядро представляет собой часть микропроцессора, содержащую его основные функциональные блоки и осуществляющую выполнение одного потока команд.

Современные процессоры могут иметь более одного ядра, т.е. могут быть многоядерными. Многоядерные процессоры способны выполнять одновременно несколько потоков команд. Основная причина перехода к многоядерным процессорам была вызвана тем, что повышение производительности микропроцессоров путем дальнейшего наращивания тактовой частоты достигло физического предела в связи с очень высоким уровнем тепловыделения и энергопотребления. Производительность многоядерного процессора увеличивается за счет распараллеливания обработки данных между несколькими ядрами. Визуальное представление процессора показано на рисунке 2.

Рисунок 2 — Процессор

Ядро процессора помещается в корпус (пластмассовый или керамический) и соединяется проводками с металлическими ножками (выводами), с помощью которых процессор присоединяется к системной плате компьютера. Количество выводов и их расположение определяют тип процессорного интерфейса (разъема). Каждая системная плата ориентирована на один определенный тип разъема

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет все математические и логические операции.

Управляющее устройство (УУ) обеспечивает выполнение процессором последовательности команд программы.

Набор регистров — ячейки памяти внутри процессора, используемые для размещения команд программы и обрабатываемых данных.

Кэш-память (кэш) — сверхбыстрая память, хранящая содержимое наиболее часто используемых ячеек оперативной памяти, а также части программы, к которым процессор обратится с наибольшей долей вероятности. Процессор в первую очередь пытается найти нужные данные именно в кэш-памяти, а если их там не оказывается, обращается к более медленной оперативной памяти. Кэш-память делится на два или три уровня, которые обозначаются LI, L2 и L3 (чаще всего уровней два).

Сопроцессор — элемент процессора, выполняющий действия над числами с плавающей запятой.

Характеристики микропроцессора Тактовая частота. Для каждой выполняемой процессором команды требуется строго определенное количество единиц времени (тактов). Тактовые импульсы формируются генератором тактовой частоты, установленным на системной плате. Чем чаще они генерируются, тем больше команд процессор выполняет за единицу времени, т. е. тем выше его быстродействие. Тактовая частота обычно выражается в мегагерцах. 1 МГц равен 1 миллиону тактов в секунду. Первые модели процессоров Intel (i8008x) работали с тактовыми частотами, меньшими 5 МГц. Сегодня тактовая частота последних процессоров превышает 3 ГГц (1 ГГц = 1000 МГц). Внутренняя архитектура процессора, как и тактовая частота, также влияет на работу процессора, поэтому два CPU с одинаковой тактовой частотой не обязательно будут тратить одинаковое время на выполнение одной команды. Если, например, микропроцессору Intel 80286 требовалось 20 тактов, чтобы выполнить команду умножения двух чисел, то Intel 80486 или старше мог выполнить это же действие за один такт. Некоторые процессоры способны выполнять более одной команды за 1 такт. Их называют суперскалярными. Различают внутреннюю и внешнюю тактовую частоту. Внешняя тактовая частота — это частота, с которой процессор обменивается данными с оперативной памятью компьютера. Как уже было сказано выше, она формируется генератором тактовых импульсов (кварцевым резонатором).

Внутренняя тактовая частота — это частота, с которой происходит работа внутри процессора. Именно это значение указывается в прайс-листах фирм, продающих процессоры.

Источник

Департамент образования Ямало-Ненецкого автономного округа

Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Ноябрьский колледж профессиональных и информационных технологий»
Ямало-Ненецкого автономного округа

УТВЕРЖДАЮ

И.о. директора, к.п.н.

В.А. Яровенко

Методические рекомендации для обучающихся

по выполнению практических занятий по учебной дисциплине

ОП.08 Архитектура электронно-вычислительных машин

и вычислительные системы

по специальности СПО

09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям)

(базовая подготовка, очная форма обучения)

2015 г.

Методические рекомендации для обучающихся по выполнению практических занятий разработаны на основе Федерального государственного образовательного стандарта, рабочей программы учебной дисциплины ОП.08 Архитектура электронно-вычислительных машин и вычислительные системы

по специальности СПО 09.02.05 Прикладная информатика (базовая подготовка).

Разработчик: Каргин Ю.Н. — преподаватель высшей квалификационной категории ГБПОУ ЯНАО «Ноябрьский колледж профессиональных и информационных технологий»

Рекомендованы методической кафедрой информатики и вычислительной техники ГБПОУ ЯНАО «Ноябрьский колледж профессиональных и информационных технологий»

Содержание

стр.

Введение

Общие методические указания по выполнению практических занятий

Требования к результатам выполнения практических занятий

Перечень практических занятий

Практическое занятие № 1. Структура персонального компьютера (4 час)

Практическое занятие № 2. Файловая система компьютера (6 час)

Практическое занятие № 3. Система команд процессора (6 час)

Практическое занятие № 4 Перевод чисел из одной СС в другую. Арифметические операции в двоичной СС (6 час)

Практическое занятие № 5. Логические операции. Базовые логические элементы (6 час)

Практическое занятие № 6. Сумматор двоичных чисел. Битовый процессор. Память (триггер) (6 час)

Практическое занятие № 7. Центральный процессор ПК (6 час)

Практическое занятие № 8. Материнская плата ПК (4 час)

Практическое занятие № 9. Устройства памяти ПК (4 час)

Практическое занятие № 10. Сканирование и распознавание текста (4 час)

Список литературы

Контроль и оценка результатов выполнения практических занятий

Введение

Методические рекомендации для обучающихся по выполнению практических занятий по дисциплине составлены в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом, рабочим учебным планом, рабочей программой и календарно-тематическим планом учебной дисциплины ОП.08 Архитектура электронно-вычислительных машин и вычислительные системы по специальности среднего профессионального образования 09.02.05 Прикладная информатика (базовая подготовка).

Цель: формирование практических умений, необходимых в последующем в профессиональной и учебной деятельности.

Задачи: научиться

иллюстрировать приёмы цифрового кодирования и декодирования информации;
иллюстрировать принципы работы компьютерной системы и её компонентов;
проектировать и строить арифметико-логические модели узлов ЭВМ;
получать и анализировать сведения об аппаратных и программных средствах компьютера, получать информацию о параметрах компьютерной системы;
подключать дополнительное оборудование и настраивать связь между элементами компьютерной системы;
производить инсталляцию и настройку программного обеспечения компьютерных систем;

К общим задачам следует отнести развитие у будущих специалистов интеллектуальных умений, выработка при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.

Общие методические указания по выполнению практических занятий

О проведении практической работы обучающимся сообщается заблаговременно: когда предстоит практическая работа, какие вопросы нужно повторить, чтобы ее выполнить. Просматриваются задания, оговаривается ее объем и время ее выполнения. Критерии оценки сообщаются перед выполнением каждой практической работы.

Обучающиеся получают распечатанный или электронный вид с описанием этапов выполнения работы.

Перед выполнением практической работы повторяются правила техники безопасности.

При выполнении практической работы обучающийся придерживается следующего алгоритма:

Записать дату, тему и цель работы.
Ознакомиться с ЗУН, правилами и условиями выполнения практического задания.
Повторить теоретические задания, необходимые для рациональной работы и других практических действий.
Выполнить работу по предложенному алгоритму действий.
Обобщить результаты работы, сформулировать выводы по работе.
Записать ответы на контрольные вопросы.

Задания обучающимися выполняются в электронном виде. Все выполненные работы нумеруются, в соответствии с номером практического задания, и сохраняются в отдельной папке.

Требования к результатам выполнения практических занятий по дисциплине ОП.08 Архитектура аппаратных средств

В процессе подготовки и выполнения практических занятий, обучающиеся должны овладеть следующими умениями:

— определять оптимальную конфигурацию оборудования и характеристик устройств для конкретных задач;

— идентифицировать основные узлы персонального компьютера, разъемы для подключения внешних устройств;

— обеспечивать совместимость аппаратных и программных средств вычислительной техники;

знаниями:

— построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

— принципы работы основных логических блоков системы;

— параллелизм и конвейеризацию вычислений;

— классификацию вычислительных платформ;

— принципы вычислений в многопроцессорных и многоядерных системах;

— принципы работы кэш-памяти;

— методы повышения производительности многопроцессорных и многоядерных систем;

— основные энергосберегающие технологии.

Перечень практических занятий

Таблица 1

№ занятия

Тема

Количество часов

Структура персонального компьютера

Файловая система компьютера.

Система команд процессора.

Перевод чисел из одной СС в другую. Арифметические операции в двоичной СС

Логические операции. Базовые логические элементы.

Сумматор двоичных чисел. Битовый процессор. Память (триггер)

Центральный процессор ПК

Материнская плата ПК.

Устройства памяти ПК

10.

Сканирование и распознавание текста

Итого:

Практическая работа № 1

Структура персонального компьютера

Цель: систематизировать базовые представления о структуре и принципах функционирования ПК

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

Структуру персонального компьютера (ПК) можно представить в виде схемы (рис. 1.1):

Рис. 1.1.

Задания:

1. Дополните содержание таблиц;

2. Заполните пустые места таблиц;

3. В каждую таблицу допишите и заполните дополнительно 2 – 3 строки.

1. Основные аппаратные средства

Название

Назначение

Технические характеристики

Физическое исполнение

Процессор

Обработка информации

Тактовая частота:ГГц

Разрядность: бит

микроэлектроника

ПЗУ

ОЗУ

Дисплей

Вывод зрительной информации

Размер экрана: дюйм

Разрешение: 1024768 пикселей

ЭЛТ, ЖК,

Клавиатура

2. Периферийные аппаратные средства

Название

Назначение

Технические характеристики

Физическое исполнение

Принтер

Вывод информации на бумагу

Производительность: листов/мин

Лазерный прожиг порошка;

Струйный впрыск краски

Камера

Ввод оцифрованной видеоинформации

Разрешение:

10 МПикселей

Сканер

3. Системное программное обеспечение

Название

Назначение

Примеры

Операционная система

Распределение ресурсов ПК и организация работы других программ

MS-Dos

Windows

Unix

Языки программирования

Средства создания программ

Basic

Pascal

Архиваторы

WinRar

WinZip

Антивирусные программы

4. Прикладное программное обеспечение

Название

Назначение

Примеры

Текстовый процессор

Создание, редактирование и оформление текстовых документов

MS Word

Блокнот

Табличный процессор

Обработка данных в табличной форме

MS Excel

1С: Бухгалтерия

Средства коммуникаций

Игры, развлечения

Контрольные вопросы:

1. Объясните различия в применении понятий «динамическая» и «статическая» память.

2. Объясните принцип работы сенсорного монитора.

3. Какое устройство называют контроллером?

4. Объясните различия в принципах работы компилятора и интерпретатора.

5. Опишите принципы работы ЭВМ с позиций классической архитектуры Неймана.

Домашнее задание: Подготовить ответы на контрольные вопросы, выполнить упражнения и оформить отчёт по практическому занятию.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

1. Горнец, Н. Н., Рощин А.Г., Соломенцев В.В. и др. Организация ЭВМ и систем: учебн. пособие для студ. высш. учебн. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 320 с.

2. Киселёв С.В., Алексахин С.В., Остроух А.В. и др. Аппаратные средства персонального компьютера — М.: Академия, 2013.

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 2

Файловая система компьютера

Цель: Повторить и уточнить содержание понятий: а) файл, тип файла и его расширение; б) файловая система; путь к файлу, операции над файлами. Описать свойства файлов

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

Повторить теоретический материал по видам, назначению, характеристикам и взаимодействию компонентов компьютера: процессор, магистраль, память, устройства ввода-вывода информации.
Повторить теоретический материал по файловой системе компьютера.
Выполнить задания:

— с помощью редактора Paint создать 3 растровых графических файла размером 100×100: а) символ; б) фигура из окрашенных геометрических примитивов; б) многоцветный рисунок;

— каждый из файлов сохранить в разных форматах: BMP (с разным количеством цветов), PNG, TIFF, GIF, JPEG;

— с помощью текстового редактора Word создать документ (имя – Лаб.раб.1,гр….,фамилия автора), в котором заполнить таблицу по образцу

№ рисунка

Рисунок

Расширение

Используемая память

Описание качества рисунка

BMP,

256 — цветный рисунок

11 КБ

(при оценке качества рисунка удобно сопоставлять его с исходным рисунком, можно изменять масштаб рисунка);

— по анализу данных таблицы сделать выводы относительно достоинств и недостатков исследуемых графических форматов;

— по возможности распечатать таблицу (желательно с разными качествами печати), проанализировать и описать качество распечатанных рисунков.

Контрольные вопросы:

1. Выберите любой созданный Вами рисунок. Укажите полный путь к этому файлу.

2. Укажите свойства этого графического файла.

3. Рассчитайте объём файла (по числу пикселей и глубине цвета) и сравните результат с экспериментальным.

4. Какой из исследуемых в работе форматов обеспечивает наилучшую степень сжатия?

5. Какой из форматов обеспечивает наименьшие потери качества изображения?

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 3

Система команд процессора

Цель: систематизировать теоретические знания о системе команд процессора

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

Командой называется элементарное действие, которое может выполнить процессор без дальнейшей детализации. Команды кодируются двоичными словами, размещаются в памяти ЭВМ, последовательно выполняются командным циклом, состоящим из действий:

1. Извлечение из памяти кода команды (по счётчику) и размещение его в регистре команд (чтение команды).

2. Увеличение счётчика на единицу.

3. Формирование адреса операндов (данных).

4. Извлечение операндов из памяти.

5. Выполнение заданной команды.

6. Размещение результата в памяти.

7. Переход к пункту 1.

Пункты 1, 2, 7 обязательно выполняются в каждом командном цикле. При запуске машины начинает выполняться нулевая команда счётчика. Прекращение командных циклов может произойти только при выполнении специальной команды «СТОП».

Система команд процессора (определённый производителем набор команд) должна обладать свойствами функциональной полноты и эффективности и характеризуется тремя свойствами: форматом, способом адресации, системой операций.

На рисунке 3.1. схематически приведены форматы команд – от трехадресной до безадресной:

Рис 3.1.

Здесь, КОП – тип операции в команде, А – адрес ячейки памяти.

По способу адресации выделяют следующие:

— прямая – обращение к регистру;

— непосредственная – в поле адреса размещается сам операнд (например постоянное число);

— косвенная – операнд определяется адресом ячейки памяти;

— безадресная, например обращаясь к стековой памяти.

Систему операций делят на 5 классов:

1. Арифметико-логические и специальные команды.

2. Пересылки и загрузки (между процессором и памятью).

3. Ввода – вывода (между процессором и периферийными устройствами) .

4. Передача управления (переход, вызов подпрограмм, возврат, …).

5. Системные (прерывания, защиты, …).

Приведём пример двухадресной (двухоперандной) команды:

биты

15 — 12

11 — 6

5 — 0

содержание

Команда

Источник

Приёмник

Четырёхбитный КОП (биты 15-12) кодирует ряд двухоперандных операций, примеры которых приведены ниже. Биты (11-6) и (5-0) определяют адреса источника и приёмника данных.

Примеры кодирования двухадресных команд четырёхбитным кодом:

КОП

Обозначение

Комментарий

0001

0010

0110

1110

MOV

CMP

ADD

SUB

Передача данных

Сравнение

Сложение

Вычитание

Задание 1. Приведите возможные варианты трёхадресных и одноадресных команд. Приведите возможные варианты распределения 16 бит на эти команды.

Задание 2. Приведите примеры операций, реализуемые трёхадресными и одноадресными командами.

Задание 3. Поясните действия двухадресных команды, записанных в четверичной системе счисления: 01001333; 12002123.

Задание 4. Некоторые системы команд современных процессоров составляют более 200 операций. Разрядность процессора составляет 32 бита. Какое максимальное число адре сов памяти выделено для адресации операндов?

Контрольные вопросы:

1. Что такое система команд?

2. На сколько типов подразделяют систему команд?

3. Какие операции выполняют команды пересылки данных? Приведите примеры таких команд.

4. Какие операции выполняют арифметические команды данных? Приведите примеры таких команд.

5. Какие операции выполняют команды переходов? Приведите примеры таких команд.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

2. Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ. – СПб.Ж БХВ-Петербург, 2008.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 4

Перевод чисел из одной СС в другую.

Арифметические операции в двоичной СС.

Часть 1.

Цель: Повторить и уточнить понятия о системах счисления, научиться применять алгоритм перевода чисел из одной системы счисления в другую

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

1. Повторить основные понятия позиционной системы счисления: алфавит СС, основание СС, правила составления.

2. Проверить выполнение алгоритма перевода десятичного целого числа в число другой системы счисления (в примере, двоичное) [4, Лист1 — Перевод чисел]:

1 шаг. Исходное десятичное целое число А (делимое) делим углом на основание Р другой СС (делитель), получаем целое частное В и остаток С_n_-1, где n – порядок использования 1 шага алгоритма;

2 шаг. Если целое частное В = 0, то переходим к 3 шагу. Иначе, за А принимаем В (А:=В) и переходим к шагу 1.

3 шаг. Выписываем остатки С_n в обратном порядке С_{К — 1}С_{К — 2}…С₀, где к – число выполнения шага 1. Записываем результат: А₁₀ → С_{К — 1}С_{К — 2}…С_{0 Р}.

Например, десятичное число 6 записать в двоичном виде:

4 шаг. Проверяем результат по формуле: А = С_{К — 1} ·Р ^{К — 1}+ С_{К — 2} ·Р ^{К — 2} + С₀.

Для нашего примера (к = 3, Р = 2)): 6 = 1·2²+ 1·2¹+ 0 = 6 — верно.

3. Проверить выполнение алгоритма перевода десятичной дроби в дробь другой системы счисления (в примере, дробь двоичной СС):

1 шаг. Исходную десятичную дробь А умножаем на основание Р другой системы счисления, получаем дробь вида С_—_n,В, где С_—_n – целая часть полученного произведения, В – дробная часть полученного произведения, n – порядок использования 1 шага алгоритма.

2 шаг. Если В = 0 или n > к , где к – требуемое количество знаков после запятой (требуемая точность), то переходим к 3 шагу. Иначе, за А принимаем В (А:=В) и переходим к шагу 1.

3 шаг. Последовательно, после запятой, выписываем числа С_—_n и получаем результат: А₁₀ → 0,С_-1С_-2…С_{-К Р}.

Например, десятичную дробь 0,8 записать в двоичном виде с точностью до 3 – х знаков после запятой:

4 шаг. Проверяем результат по формуле: А = С_{— 1} ·Р ^{— 1}+ С_{— 2} ·Р ^{— 2} + …+ С_{— К} ·Р ^{— К} .

Для нашего примера (Р = 2)): 0,8 ≈ 1·2^-1+ 1·2^-2+ 0·2^-3 = 1/2 + 1/4 + 0 =0,75 — верно.

4. Составить программу перевода десятичного двухзначного целого числа в двоичную систему счисления (на листе Excel электронной книги[4]). Составить программу перевода десятичного дробного числа в двоичную систему счисления с точностью до 4 – х знаков после запятой (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Фрагмент рабочего листа «Перевод чисел»

Часть 2.

Цель: Повторить правила арифметических действий с десятичными числами и научиться использовать их для чисел в других системах счисления.

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

1. Повторить правила арифметических действий (сложение, вычитание, умножение, деление) для десятичных чисел. Представить эти правила в виде алгоритмов.2. Проверить выполнение алгоритма сложения двоичных чисел [4, Лист2 – Арифметические операции]:

1 шаг. Исходные десятичные числа–слагаемые переводим в двоичный вид и записываем друг под другом (для сложения «столбиком»), выравнивая по цифрам низшего (первого). Под слагаемыми проводим черту, для записи результата.

2 шаг. Проводим сложение с учётом переноса единицы в старший разряд при переполнения суммы в текущем разряде. Переполнение наступает тогда, когда величина суммы становится больше или равна основанию системы счисления – 2.

3 шаг. Полученный результат переводим в десятичное число и проверяем с результатом десятичного сложения.3. Проверить выполнение алгоритма вычитания двоичных чисел с использованием дополнительного кода.

1 шаг. Из двух вычитаемых чисел запоминаем знак наибольшего по модулю числа (это первое число, его знак будет у результата). Числа (без учёта знака) переводим в двоичный вид.

2 шаг. Двоичный код наименьшего по модулю числа (это второе число) переводим в число с дополнительным кодом, для этого, инвертируем двоичный код исходного числа (получаем обратный код) и к результату прибавляем 1. Инвертировать двоичное число, значит заменить 1 на 0, и наоборот – 0 на 1.

3 шаг. Складываем первое двоичное число с дополнительным кодом второго числа, у результата отбрасываем единицу в старшем разряде. Получили модуль результата вычитания в двоичном виде.

4 шаг. К результату приписываем запомненный в шаге 1 знак.

5 шаг. Окончательный результат переводим в десятичное число и проверяем с результатом десятичного вычитания.

4. Просмотреть таблицу сложения одноразрядных двоичных чисел с учётом переноса и убедиться в эквивалентной работе устройства «сложения», изображённого на схеме.

5. Составить программу сложения однозначных десятичных чисел в двоичной системе счисления (на листе Excel электронной книги[4]).

Рис. 4.2. Фрагмент рабочего листа «Арифметические операции»

Контрольные вопросы:

1. Перечислите известные Вам системы счисления. Какие из них полные и почему?

2. Перечислите свойства позиционной системы счисления.

3. Укажите свойства основания позиционной системы счисления.

4. Покажите на любом примере алгоритмы перевода десятичного числа в другую систему счисления и обратно.

5. Перечислите правила сложения, вычитания и умножения для одноразрядных двоичных чисел.

6. Приведите алгоритм сложения двоичных чисел.

7. Приведите алгоритм вычитания двоичных чисел с использованием дополнительного кода.

8. Какой смысл в использовании дополнительного кода?

9. Как в компьютере осуществляется перевод десятичных чисел в двоичные. Какие блоки осуществляют арифметические операции с двоичными числами.

10. Покажите на примерах операции сложения и вычитания (с использование дополнительного кода) двоичных чисел.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 5

Логические операции. Базовые логические элементы.

Часть 1.

Цель: Повторить основные положения математической логики и рассмотреть принципы их применения в компьютере.

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

1. Повторить основные понятия математической логики и алгебры высказываний: высказывание; значение высказывания; таблицы истинности для основных логических операций — отрицание, логические сложение, умножение и равенство.

2. Рассмотреть действия и свойства основных логических операций, используемых в организации работы компьютера: инверсия, дизъюнкция, конъюнкция. Для этого на электронном листе «Логические операции» [4]:

— рассмотреть действие логического элемента «НЕ» (инверсия) и составить программу, демонстрирующую это действие;

— рассмотреть действие логического элемента «ИЛИ» (дизъюнкция) и составить программу, демонстрирующую это действие;

— рассмотреть действие логического элемента «И» (конъюнкция) и составить программу, демонстрирующую это действие;

3. Рассмотреть действия и свойства дополнительных логических операций, используемых в организации работы компьютера: множественные дизъюнкция и конъюнкция, эквиваленция и их отрицания. Для этого на электронном листе «Логические операции» [4]:

— рассмотреть действие логического элемента «ИЛИ» для группы высказываний и составить программу, демонстрирующую это действие;

— рассмотреть действие логического элемента «И» для группы высказываний и составить программу, демонстрирующую это действие;

— рассмотреть действие логических элементов «↔» (эквиваленция), «НЕ — ↔» и составить программу, демонстрирующую эти действия.

Рис.5.1. Фрагмент первый рабочего листа «Логические операции»

Рис.5.2. Фрагмент второй рабочего листа «Логические операции»

Часть 2.

Цель: Познакомиться с принципом работы транзистора, как элементной основы компьютера. Рассмотреть физические принципы работы элемента «ключ» и усвоить свойства основных логических элементов.

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

1. Рассмотреть принцип работы транзисторного инвертора и его схематического аналога — «КЛЮЧ». Убедиться в том, что действие этого технического устройства эквивалентно действию логического элемента «НЕ». Составить программу действия логического элемента «НЕ».

2. Рассмотреть параллельное и последовательное соединение устройств «КЛЮЧ». Составить программы действия логических элементов «НЕ-И», «НЕ-ИЛИ».

3. Рассмотреть работу составленных из ключей схем, эквивалентных действиям логических элементов «И», «ИЛИ», «НЕ — ↔», составить соответствующие программы.4. Разработать схему ключей, осуществляющую действие эквивалентное логическому равенству «↔», составить соответствующую программу.

Рис.5.3. Фрагмент первый рабочего листа «Логические элементы»

Рис.5.4. Фрагмент второй рабочего листа «Логические элементы»

Рис.5.5. Фрагмент третий рабочего листа «Логические элементы»

Контрольные вопросы:

1. Перечислите свойства унарной логической операции «НЕ», запишите таблицу истинности, приведите примеры её использования.

2. Перечислите свойства бинарных логических операций «ИЛИ», «И», запишите таблицы истинности, приведите примеры их использования

3. Объясните назначение электродов (вход-выход) и физические основы работы транзистора. Опишите условия и режимы работы транзистора.

4. Объясните отличия ЭВМ второго и третьего поколений с позиций компоновки базовых элементов компьютера.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 6

Сумматор двоичных чисел. Битовый процессор.

Часть 1.

Цель: Познакомиться с принципом конструирования узлов процессора. Рассмотреть и изучить алгоритм разработки сумматора

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

1. Рассмотреть алгоритм проектирования полусумматора (на электронном листе «Сумматор» [4]), состоящий в следующих шагах:

а) составить таблицу сложения одноразрядных двоичных чисел с записью суммы F и учётом переноса Р знака в более высокий разряд;

б) для функций F и Р записать логические операции или функции основных логических операций;

в) построить схему соединения основных логических элементов, реализующую заданной действие (одноразрядное сложение).

2. Рассмотреть алгоритм проектирования сумматора, состоящий в следующих шагах:

а) составить таблицу сложения одноразрядных двоичных чисел с учётом входа и выхода переноса Р и записью суммы F;

б*) для функций F и выход Р записать логические операции или функции основных логических операций, зависящих от входных значений;

в) построить схему соединения основных логических элементов, осуществляющую заданной действие (одноразрядное сложение с учётом переносов).

3. Составить программы действия полусумматора и сумматора.

Рис.6.1. Фрагмент рабочего листа «Сумматор»

Часть 2.

Цель: Познакомиться с принципом работы АЛУ процессора и его узлов

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

1. Проанализировать схему битового процессора (на электронном листе «АЛУ» [4]), для чего:

— укажите участки ввода данных и опишите смысл входящих значений;

— укажите участок ввода управляющей команды и опишите смысл входящих значений;

— укажите участок вывода данных и опишите смысл выходящих значений;

— укажите блок декодирования управляющей команды, его функциональное назначение и способ выполнения указанных функций;

— укажите блок выполнения логических операций и способ решения этой задачи;

— укажите блок выполнения арифметического сложения и способ решения этой задачи.

2. По электронной программе, имитирующей работу процессора, проверьте результат выполнения и прокомментируйте выполнение АЛУ следующих задач:

— логическое отрицание ввода данного В = 1;

— логическое сложение данных А = 1 и В = 0;

— логическое умножения данных А = 0 и В = 1;

— арифметическое сложение данных А = 1, В = 0, вход Р = 0;

— арифметическое сложение данных А = 1, В = 1, вход Р = 1.

Рис.6.2. Фрагмент рабочего листа «Однобитный процессор»

Контрольные вопросы:

1. Объясните правила составления таблиц полусумматора и сумматора.

2. Объясните работу схем полусумматора и сумматора.

3. Запишите и объясните схему умножения одноразрядных двоичных чисел.

4. Какие функции выполняет в компьютере процессора? Опишите его основные блоки и их назначения в решении общих задач процессора

5. Опишите конструктивные характеристики и технические возможности современного процессора ПК.

6. Рассмотрите имитационную схему битового процессора и укажите его общие черты с реальным процессором ПК.

7. Укажите на схеме битового процессора линии разрешения на выполнение той или иной команды. Объясните их назначение и принцип работы.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 7

Центральный процессор ПК

Цель: Изучить свойства процессора (компьютера, на котором работает обучающийся)

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

Центральный процессор – это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. В состав процессора входят:

— устройство управления (УУ);

— арифметико-логическое устройство (АЛУ);

— запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора;

— генератор тактовой частоты (ГТЧ).

К основным характеристикам процессора относятся:

— быстродействие;

— тактовая частота;

— разрядность.

В практике следует учитывать и другие дополнительные показатели:

— количество ядер;

— размер кэша;

— скорость системной шины;

— разъём (сокет);

— систему охлаждения.

Задание 1. Опишите назначение компонентов процессора (УУ, АЛУ, ЗУ, ГТЧ) во время вычислительной работы компьютера.

2. Определите основные характеристики процессора ПК, на котором работаете. Опишите смысл полученных величин.

3. С помощью тестирующего программно обеспечения (например, комплекта тестирования everest) или справочной информации определите дополнительные показатели процессора ПК, опишите смысл полученных данных.

Контрольные вопросы:

1. какие компоненты можно выделить в процессоре ПК?

2. Что такое архитектура процессора ПК?

3. Что такое ядро процессора?

4. Что такое кэш процессора?

5. Что такое разъём процессора?

6. Как выбрать процессор для компьютера?

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 8

Материнская плата ПК.

Цель: Познакомиться с комплексом тестирования ПК, изучить основные компоненты материнской платы.

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы, комплект тестирования «Everest».

Содержание и порядок выполнения работы

1. Повторите наименования и назначения основных устройств ПК.

2. Кратко познакомьтесь с устройствами ПК на котором Вы работаете, для чего:

а) запустите программу everest;

б) познакомьтесь с возможностями и правилами работы с ней, полистайте разделы и подразделы, допускающие просмотр информации о ПК.

3. Установите характеристики процессора по программе тестирования, результаты записывайте в таблицу:

а) изучите организацию системы его охлаждения, маркировку процессора и фирму-изготовителя;

б) изучите принципиальную схему материнскую плату, установите название (системной) материнской платы, а также названия северного и южного моста;

в) изучите местоположение микросхемы BIOS. Установите производителя системы BIOS. Изучите его назначение;

г) установите местоположение разъемов для установки модулей оперативной памяти. Выясните их количество и тип используемых модулей (DIMM или SIMM), установите количество контактов;

д) установите местоположение слотов для установки плат расширения. Выясните их количество и тип (ISA, PCI, AGP), по программе тестирования, установите количество контактов;

е) изучите местоположение микросхем системной платы (чипсета). Найдите маркировку всех вышеперечисленных устройств на материнской плате.

Наименование

Материнская плата

Модель

Форм-фактор

Частота системной шины

Частота шины памяти

Разъемы

Встроенные устройства

Чипсет (северный мост)

Чипсет (южный мост)

Система BIOS

Количество разъемов модулей оперативной памяти

Количество слотов для установки плат расширения

SIMM

DIMM

ISA

PCI

AGP

Размер ОЗУ

Тип

Разъем шины

Цвет

Размер

ISA

Белый, черный, коричневый

Средний, длинный, короткий

PCI

AGP

Контрольные вопросы:

1. Назовите и опишите основные характеристики материнской платы.

2. Назовите устройства, расположенные на материнской плате, их назначения и характеристики.

3. Опишите тип и свойства системных шин.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 9

Память ПК.

Цель: Систематизировать теоретические знания принципов организации памяти ЭВМ. Рассмотреть работу триггера при хранении 1 бита информации оперативной памяти.

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы, комплект тестирования «Everest».

Содержание и порядок выполнения работы

Многоуровневая структура памяти ЭВМ призвана удовлетворять трём основным требованиям к ней: объём, быстродействие и стоимость. Эти требования взаимно-противоречивы. Отсюда и различные типы ЗУ, обеспечивающие приемлемые характеристики для каждого конкретного применения. В современной ЭВМ можно выделить три уровня организации памяти: сверхоперативная (СОЗУ), оперативная (ОЗУ) и внешняя (ВЗУ). Если СОЗУ участвует в работе процессора и размещается на кристалле процессорной БИС, то ОЗУ обеспечивает эту работу доставкой необходимых данных по системному интерфейсу. С данными ВЗУ процессор непосредственно не работает. Для обращения к ним их необходимо предварительно переписать в ОЗУ.

Различные требования к компонентам памяти определяют и технические походы к их реализации. Если высокоскоростные компоненты памяти (СОЗУ и ОЗУ) имеют достаточно дорогую электронную основу, то в реализации компонентов ВЗУ иногда используют и более дешевые (и менее скоростные) накопители (магнитные, оптические) с электромеханическим приводом.

Задание 1. Повторите назначение памяти и её компонентов в работе ЭВМ, выделите основные свойства памяти. Заполните таблицу (допишите свободные ячейки, дополните или подкорректируйте содержание заполненных ячеек):

Тип

Принятые обозначения

Объём

Быстродействие (время обращения к байту информации)

Стоимость Мбайта

Сверхоперативная память

СОЗУ

Единицы Мбайт

Единицы нс

Оперативная память

ОЗУ (RAM)

Единицы Гбайт

Десятки нс

Электронные ВЗУ

Флеш-память

До 1 руб./Мбайт

ВЗУ на магнитных носителях

НМД (HDD)

Сотни Гбайт

Десятки мс

ВЗУ на оптических носителях

CD, DVD

Десятые доли мс

Задание 2. Рассмотреть принцип работы триггера (на электронном листе «Память») и убедиться в его возможности хранения бита информации.

Рис.10.1. Фрагмент рабочего листа «Память»

Задание 3. Составить программу реализующую работу триггера.

Задание 4. Определите тип и характеристики устройств памяти вашего компьютера (например, с применением комплекта тестирования «Everest»).

Контрольные вопросы:

1. Объясните значение памяти в ЭВМ. Какой смысл в разработке многоуровневой архитектуры памяти.

2. В работе СОЗУ выделяют два способа доступа к информации – прямой и ассоциативный. В чём отличия, какие задачи решают эти виды доступа к информации? Как называют эти компоненты памяти?

3. Кратко опишите известные вам виды памяти ЭВМ, их назначения, отличительные особенности, технологические решения при создании технические и потребительские характеристики.

4. Приведите известные вам электронные схемы и решения, осуществляющие функции хранения информации. В чём отличия динамической памяти от статической?

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Практическая работа № 10

Сканер

Цель: начиться работать со сканером и программами распознавания текста.

Средства обучения: ПК, Интернет ресурсы.

Содержание и порядок выполнения работы

Сканером называется устройство ввода в ЭВМ изображений. Наибольшее распространение получили устройства ввода изображений с бумажного носителя (листов). Сканер используют при копировании, размножении документов, для их редактирования, а также в системах хранения и поиска изображений.

Сканеры характеризуются:

1. Разрешающей способностью (разрешением).

2. Количеством воспринимаемых оттенков.

3. Возможностью ввода цветных изображений.

4. Быстродействием.

5. Размером обрабатываемых изображений.

6. Стоимостью.

Для распознавания сканированного текста используют специальные программные средства, преобразующие изображения текста в файлы текстовых форматов. Популярным примером таких программ является отечественная разработка FineReader. Одним из основных показателей качества такой системы является точность идентификации вводимых символов (или вероятность ошибок при вводе).

Задание 1. Определите характеристики предложенного сканера: разрешение, количество воспринимаемых оттенков, возможность ввода цветных изображений, быстродействие, размер обрабатываемых изображений. Поясните смысл полученных величин.

Задание 2. Подключите сканер, установите соответствующее ПО. Введите ввод двух изображений: однотипного стандартного текста и разнообразного документа (текста с рисунками, таблицами и др.). Для ввода изображений используйте разные параметры работы сканера. Подберите оптимальные параметры (с учётом качества изображения и времени сканирования). Объясните свой выбор.

Задание 3. Распознайте оба изображения с применением программы FineReader. Распознавание следует проводить с учётом настроек программы. Приведите выбранные настройки. Опишите качества распознанных документов.

Контрольные вопросы:

1. Объясните различия в принципах работы планшетного и роликового сканеров.

2. Кратко объясните принцип работы сканера

3. Приведите и объясните режимы работы сканера.

4. Объясните назначение и возможности программы FineReader.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

Дополнительная:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 736 с.

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Критерии оценивания работы обучающихся на практическом занятии

Оценка «отлично» ставится, если обучающийся:

— самостоятельно и правильно выполнил все задания;

— правильно, с обоснованием сделал выводы по выполненной работе;

— правильно и доказательно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «хорошо» ставится в том случае, если:

— правильно выполнил все задания;

— сделал выводы по выполненной работе;

— правильно ответил на все контрольные вопросы.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— правильно выполнил задание, возможно кроме одного;

— сделал поверхностные выводы по выполненной работе;

— ответил не на все контрольные вопросы.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если обучающийся:

— неправильно выполнил задания;

— не сделал или сделал неправильные выводы по работе;

— не ответил на контрольные вопросы.

Список литературы

Нормативная литература и источники:

1. Федеральный государственный образовательный стандарт по специальности СПО 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям) (утверждён приказом Министерства образования и науки РФ 13.08.2014г. № 1001)

2. Рабочая программа учебной дисциплины ОП.08 Архитектура электронно-вычислительных машин и вычислительных систем по специальности СПО 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям)

Основная литература:

3. Сидоров В.Д., Струмпэ Н.В. Аппаратное обеспечение ЭВМ. — М.: Академия, 2013.

4. Советов Б.Я., Водяхо А.И., Дубенецкий В.А. и др. Архитектура информационных систем. — М.: Академия, 2013. – 288 с.

Дополнительная литература:

1. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – М.: ИНФРА-М, 2013. – 736 с.

2. Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ. – СПб.Ж БХВ-Петербург, 2012.

Мультимедиа:

1. комплекс тестирования ПК «everest» с приложениями.

2. Электронный практикум «Алгебра компьютера» (авторский).

Сайты в сети Интернет:

1. Онлайн библиотека [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.vbbooks.ru.

2. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] – Режим доступа: http: //www.intuit.ru.

3. Компьютерные электронные книги [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.compebook.ru.

Контроль и оценка результатов выполнения практических занятий

Результаты обучения

(освоенные умения, усвоенные знания)

Формы и методы контроля и оценки результатов обучения

Умения

— определять оптимальную конфигурацию оборудования и характеристик устройств для конкретных задач;

— идентифицировать основные узлы персонального компьютера, разъемы для подключения внешних устройств;

— обеспечивать совместимость аппаратных и программных средств вычислительной техники;

Наблюдение и анализ выполнения практических работ.

Анализ выполнения самостоятельной работы.

Анализ отчётов по практическим работам

Устный опрос.

Знания:

— построение цифровых вычислительных систем и их архитектурные особенности;

— принципы работы основных логических блоков системы;

— параллелизм и конвейеризацию вычислений;

— классификацию вычислительных платформ;

— принципы вычислений в многопроцессорных и многоядерных системах;

— принципы работы кэш-памяти;

— методы повышения производительности многопроцессорных и многоядерных систем;

— основные энергосберегающие технологии.

Наблюдение и анализ выполнения практических работ.

Анализ выполнения самостоятельной работы.

Анализ отчётов по практическим работам

Устный опрос.

Источник

Инструмент проще, чем машина. Зачастую инструментом работают руками, а машину приводит в действие паровая сила или животное.

Компьютер тоже можно назвать машиной, только вместо паровой силы здесь электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.

Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Его основное назначение — арифметические и логические операции, и прежде чем погрузиться в дебри процессора, нужно разобраться в его основных компонентах и принципах их работы.

Два основных компонента процессора

Устройство управления

Устройство управления (УУ) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. УУ сообщает компонентам, что именно нужно делать. В соответствии с инструкциями он координирует работу с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции вначале поступают именно на устройство управления.

Существует два типа реализации УУ:

УУ на жёсткой логике (англ. hardwired control units). Характер работы определяется внутренним электрическим строением — устройством печатной платы или кристалла. Соответственно, модификация такого УУ без физического вмешательства невозможна.
УУ с микропрограммным управлением (англ. microprogrammable control units). Может быть запрограммирован для тех или иных целей. Программная часть сохраняется в памяти УУ.

УУ на жёсткой логике быстрее, но УУ с микропрограммным управлением обладает более гибкой функциональностью.

Арифметико-логическое устройство

Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, например сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т. п. АЛУ состоит из логических элементов, которые и выполняют эти операции.

Большинство логических элементов имеют два входа и один выход.

Ниже приведена схема полусумматора, у которой два входа и два выхода. A и B здесь являются входами, S — выходом, C — переносом (в старший разряд).

Схема арифметического полусумматора

Хранение информации — регистры и память

Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.

Регистры

Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.

Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.

По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:

RS-триггер: сохраняет своё состояние при нулевых уровнях на обоих входах и изменяет его при установке единице на одном из входов (Reset/Set — Сброс/Установка).
JK-триггер: идентичен RS-триггеру за исключением того, что при подаче единиц сразу на два входа триггер меняет своё состояние на противоположное (счётный режим).
T-триггер: меняет своё состояние на противоположное при каждом такте на его единственном входе.
D-триггер: запоминает состояние на входе в момент синхронизации. Асинхронные D-триггеры смысла не имеют.

Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.

Иллюстрация принципа действия RS-триггера в статье «Как работает процессор?»

Принцип действия RS-триггера

Память (ОЗУ)

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.

Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.

Команды (инструкции)

Команды — это фактические действия, которые компьютер должен выполнять. Они бывают нескольких типов:

Арифметические: сложение, вычитание, умножение и т. д.
Логические: И (логическое умножение/конъюнкция), ИЛИ (логическое суммирование/дизъюнкция), отрицание и т. д.
Информационные: move, input, outptut, load и store.
Команды перехода: goto, if ... goto, call и return.
Команда останова: halt.

Прим. перев. На самом деле все арифметические операции в АЛУ могут быть созданы на основе всего двух: сложение и сдвиг. Однако чем больше базовых операций поддерживает АЛУ, тем оно быстрее.

Инструкции предоставляются компьютеру на языке ассемблера или генерируются компилятором высокоуровневых языков.

В процессоре инструкции реализуются на аппаратном уровне. За один такт одноядерный процессор может выполнить одну элементарную (базовую) инструкцию.

Группу инструкций принято называть набором команд (англ. instruction set).

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.

Выполнение инструкций

Инструкции хранятся в ОЗУ в последовательном порядке. Для гипотетического процессора инструкция состоит из кода операции и адреса памяти/регистра. Внутри управляющего устройства есть два регистра инструкций, в которые загружается код команды и адрес текущей исполняемой команды. Ещё в процессоре есть дополнительные регистры, которые хранят в себе последние 4 бита выполненных инструкций.

Ниже рассмотрен пример набора команд, который суммирует два числа:

LOAD_A 8. Это команда сохраняет в ОЗУ данные, скажем, <1100 1000>. Первые 4 бита — код операции. Именно он определяет инструкцию. Эти данные помещаются в регистры инструкций УУ. Команда декодируется в инструкцию load_A — поместить данные 1000 (последние 4 бита команды) в регистр A.
LOAD_B 2. Ситуация, аналогичная прошлой. Здесь помещается число 2 (0010) в регистр B.
ADD B A. Команда суммирует два числа (точнее прибавляет значение регистра B в регистр A). УУ сообщает АЛУ, что нужно выполнить операцию суммирования и поместить результат обратно в регистр A.
STORE_A 23. Сохраняем значение регистра A в ячейку памяти с адресом 23.

Вот такие операции нужны, чтобы сложить два числа.

Шина

Все данные между процессором, регистрами, памятью и I/O-устройствами (устройствами ввода-вывода) передаются по шинам. Чтобы загрузить в память только что обработанные данные, процессор помещает адрес в шину адреса и данные в шину данных. Потом нужно дать разрешение на запись на шине управления.

Кэш

У процессора есть механизм сохранения инструкций в кэш. Как мы выяснили ранее, за секунду процессор может выполнить миллиарды инструкций. Поэтому если бы каждая инструкция хранилась в ОЗУ, то её изъятие оттуда занимало бы больше времени, чем её обработка. Поэтому для ускорения работы процессор хранит часть инструкций и данных в кэше.

Если данные в кэше и памяти не совпадают, то они помечаются грязными битами (англ. dirty bit).

Поток инструкций

Современные процессоры могут параллельно обрабатывать несколько команд. Пока одна инструкция находится в стадии декодирования, процессор может успеть получить другую инструкцию.

Однако такое решение подходит только для тех инструкций, которые не зависят друг от друга.

Если процессор многоядерный, это означает, что фактически в нём находятся несколько отдельных процессоров с некоторыми общими ресурсами, например кэшем.

Если хотите узнать о процессорах больше, посмотрите, какие бывают популярные архитектуры: CISC, RISC, MISC и другие и виды.

Перевод статьи «How does a CPU work?»

Источник