2.2. Микропроцессор и память
Микропроцессор. Диапазон устройств, в которых могут применяться микропроцессоры, весьма широк от бытовых приборов, до космических аппаратов. Существующие модификации IBM PC совместимых компьютеров различаются между собой, прежде всего, типом микропроцессора. Для пользователя наибольшее значение имеют две характеристики микропроцессора: быстродействие и разрядность. Быстродействие в значительной степени зависит от тактовой частоты МП.
1.Тактовая частота.
Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. Генератор 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, в значительной степени влияет на производительность компьютера. Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. В марте 2000 года выпущен первый микропроцессор с тактовой частотой 1 Гигагерц (Гц) (фирма АМД, затем фирма INTEL)
2. Разрядность процессора.
Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода (4,8,16,32,64 – целая степень числа 2), которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. От разрядности зависит производительность и максимальный объем внутренней памяти, с которым может работать машина
Память.
Важную роль в повышении быстродействия систем играет скорость работы памяти. Наиболее важные характеристики памяти – ее емкость (объем хранимой информации) и время доступа.
Внутренняя память ПК обладает двумя основными свойствами: дискретностью и адресуемостью.
Память дискретна — это значит, что память состоит из некоторых «частиц». «Частица» памяти называется бит (так же как единица информации). Один бит — это двоичный разряд памяти. Он хранит двоичный код (0 или 1). Слово «бит» — сокращение от английского «binary digit» — двоичная цифра. Итак, память компьютера — это упорядоченная последовательность двоичных разрядов (бит). Эта последовательность делится на группы по 8 разрядов; каждая такая группа образует байт памяти. Следовательно, слова «бит» и «байт» обозначают не только названия единиц измерения количества информации, но и структурные единицы памяти ЭВМ.
Объем памяти ЭВМ измеряется в килобайтах (1 Кбайт (Кб) = 1024 байта), мегабайтах (1 Мбайт (Мб) = 1024 Кбайт), гигабайтах (1 Гбайт (Гб) = 1024 Мбайт), Например, оперативная память современных персональных компьютеров серии IBM PC — от 256 Мб и более. Один байт, как правило, кодирует один символ, одна страница текста формата (А4) занимает около 2Кбайт.
Ячейка памяти — это группа последовательных байтов внутренней памяти, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Обычно, разрядность ячейки памяти и размер машинного слова в битах равны разрядности процессора.
У разных типов компьютеров размер машинного слова бывает разным. У самых простых типов компьютеров (бытовых, учебных) машинное слово равно 1 байту (8 бит). У машин типа IBM PC машинное слово, как правило равно, 4 байтам (32 бита) и даже 8 байтам (64 бита).
Байты внутренней памяти пронумерованы. Нумерация начинается с нуля. Порядковый номер байта называется адресом байта (подобно тому, как номер квартиры в доме есть адрес этой квартиры). Принцип адресуемости памяти означает то, что любая информация заносится в память и извлекается из нее по адресам.
В современных ПК есть быстрая память еще одного вида, имеющая специальное назначение. Это видеопамять. Видеопамять хранит код изображения, выводимого на дисплей. В IBM PC видеопамять является компонентой контроллера (видеоадаптера, видеокарты), управляющего работой дисплея.
Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое кэш-памятью. Кэш-память — это «сверхоперативная» память сравнительно небольшого объема (обычно сотни Кбайт). В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной памяти, то среднее время доступа к памяти уменьшается.