Микропроцессор и сопроцессор

Микропроцессор (центральный микропорцессор) – основное устройство ПК (его «мозг»). Микропроцессор — небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Микропроцессор умеет выполнять сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel, а также совместимые с ними микропроцессоры других фирм (AMD. Cyrix, IBM и др.).

Основные характеристики микропроцессора – его модель и тактовая частота.

Микропроцессоры фирмы Intel, применяемые в IBM PC-совместимых компьютерах, таковы:

Intel-8088. 80286, 80386 (модификации SX и DX). 80486 (модификации SX. SX2, DX, DX2 и DX4). Pentium и Pentium Pro. они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Разница в производительности этих микропроцессоров очень велика. Так. новейший микропроцессор Pentium Pro быстрее микропроцессора Intel-8088 (на котором были основаны исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT) в несколько тысяч раз!

Замечания.

1. Большинство выпускаемых сейчас компьютеров основано на микропроцессорах Pentium, а наиболее мощные компьютеры — на микропроцессорах Pentium pfo. Лишь самые дешевые модели компьютеров основаны на микропроцессоре 486DX4 и его аналогах (например, AMD 5х86), но они уже снимаются с производства, не выдерживая конкуренции с компьютерами на основе Pentium.

2. Большинство программ для операционной системы DOS.работают с хорошей скоростью на компьютерах с микропроцессором Intel-803861 и даже 80286. При использовании Windows 3.1 или Windows for WorkGroups компьютеры на основе Intel-8038.6 работают довольно медленно, а приличная скорость обеспечивается лишь на компьютерах класса Intel-80486 DX2 или DX4. А современные операционные системы Windows 95, Windows NT, OS/2 Warp и многие рассчитанные на них программы на компьютерах класса Intel-80486 DX2 или DX4 работают медленно, их лучше использовать на компьютерах класса Pentium.

Тактовая частота. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту — чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.

Тактовая частота указывает скорость выполнения элементарных операций внутри микропроцессора. Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же команды (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем более современная (часто говорят, более высокая) модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется микропроцессору для выполнения одних и тех же команд.

Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Например, микропроцессоры Pentium выпускаются с тактовой частотой от 75 до 200 МГц (то есть они отличаются по производительности примерно в два с половиной раза). Часто тактовая частота указывается вслед за моделью микропроцессора, например Pentium/75 МГц.

Замечание.

Микропроцессоры других фирм (AMD, Cyrix) часто имеют маркировку, вводящую в заблуждение. Например, микропроцессору AMD 5х86 аналогичен 486DX4, а не Pentium, поэтому AMD 5х86/133 МГц по производительности схож лишь с Pentium/75 МГц.

Замечание. Все микропроцессоры до 486 не выполняли математические операции над вещественными числами (с плавающей точкой), Для их выполнения ПК комплектовались дополнительными микропроцессорами, которые назывались математическими сопроцессорами. Начиная с 486DX, в микропроцессоры начали встраивать специальные блоки для выполнения операций над вещественными числами, поэтому для них сопроцессоры не требуются.

Память

Внутренняя память ПК состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ или RAM) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ или ROM).

Оперативная память. Очень важным элементом компьютера является оперативная память. Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен. При выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается (за некоторыми исключениями, о которых говорится ниже). Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (random access memory, то есть память с произвольным доступом)..

Количество памяти и возможности компьютера. От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит, с какими программами Вы сможете на нем работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно. Можно привести следующую приблизительную классификацию возможностей компьютера в зависимости от объема оперативной памяти:

1 Мбайт и менее — на компьютере возможна работа только в среде DOS. Такие компьютеры можно использовать для корректировки текстов или ввода данных;

4 Мбайта — на компьютере возможна работа в среде DOS. Windows 3.1 и Windows for Workgroups. Работа в DOS вполне комфортна, а в Windows — нет: некоторые Windows-программы при таком объеме памяти не работают (скажем, Corel Draw 5), а некоторые позволяют обрабатывать лишь небольшие и несложные документы. Одновременный запуск нескольких Windows-программ также может быть затруднен;

8 Мбайт — обеспечивается комфортная работа в среде Windows 3.1. Windows for Workgroups, при этом дальнейшее увеличение объема оперативной памяти уже практически не повышает быстродействие для большинства офисных приложений. Использование более новых операционных систем, как Windows 95 и OS/2 Warp. в принципе возможно, но работать они будут явно медленно;

16 Мбайт — обеспечивается комфортная работа в операционных системах Windows 95 и OS/2, причем дальнейшее увеличение объема оперативной памяти уже практически не повышает быстродействие при выполнении большинства офисных приложений. Возможно использование Windows NT. хотя ей не помешает добавить еще 8-16 Мбайт;

32 Мбайта и более — такой объем оперативной памяти может требоваться для серверов локальных сетей, компьютеров, используемых для обработки фотоизображений или видеофильмов, и в некоторых других приложениях. Полезен он может быть и для компьютеров, работающих под управлением ОС Windows NT.

Стоимость оперативной памяти в последнее время резко упала (с лета 1995 до лета 1996 г. — более чем в четыре раза), поэтому большие запросы многих программ и операционных систем к оперативной памяти стали с финансовой точки зрения гораздо менее обременительными.

Кэш-память. Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

Замечания.

1. Для компьютеров на основе Intel-80386DX или 80486SX размер кэш-памяти в 64 Кбайт является удовлетворительным. 128 Кбайт — вполне достаточным. Компьютеры на основе Intel-80486DX, DX2. DX4 и Pentium обычно оснащаются кэш-памятью емкостью 256 Кбайт, Для систем на базе Pentium с объемом оперативной памяти более 32 Мбайт, использующих многозадачные ОС. может быть целесообразна кэш-память в 512 Кбайт.

2. Микропроцессоры серий 486 и Pentium содержат небольшую внутреннюю кэш-память, поэтому для однозначности терминологии иногда в технической литературе кэш-память, размещаемую на системной плате, называют кэшпамятью второго уровня (level two cache, L2 cache). В микропроцессоре Pentium Pro кэш-память второго уровня содержится в едином корпусе с самим процессором (можно сказать, что она встроена в микропроцессор).

Другие виды памяти. Расскажем также о других видах памяти. содержащихся в компьютере. При первом чтении окончание этого параграфа можно пропустить.

BIOS (постоянная память). В IBM PC-совместимом компьютере имеется также и постоянная память, в которую данные занесены при ее изготовлении. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать. Такой вид памяти обычно называется ROM (read only memory, или память только для чтения), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство).

В IBM PC-совместимом компьютере в постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки операционной системы (ОС) и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто содержимое постоянной памяти называется BIOS (Basic Input-Output System, или базовая система ввода-вывода).

В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет, часто также режимы работы с оперативной памятью, запрос пароля при начальной загрузке и т.д.). Как правило, программа настройки конфигурации вызывается, если пользователь во время начальной загрузки нажмет определенную клавишу или комбинацию клавиш (чаще всего клавишу [Del]).

CMOS (полу постоянная память). Кроме обычной оперативной памяти и постоянной памяти, в компьютере имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS-памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии CMOS (complementary metal-oxide semiconductor), обладающей, низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении электропитания компьютера, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера — SETUP (см. выше).

Видеопамять. Еще один вид памяти в IBM PC-совместимых компьютерах — это видеопамять, то есть память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера — электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран. Мы расскажем о видеоконтроллерах и видеопамяти в следующей главе.