Одним из главных компонентов компьютера является, безусловно, процессор. Именно здесь выполняются все основные вычисления. Чем более мощный процессор, тем быстрее работа компьютера. Рассмотрим устройство и принцип работы процессора.
Для того чтобы самому обычному пользователю стал понятен принцип действия центрального процессора ПК, необходимо рассмотреть, из чего он состоит. Это блок управления, регистры данных и команд, арифметико-логические устройства, выполняющие арифметические и логические операции, операционный блок, буферная память (кэш) первого и второго уровней, а также для хранения промежуточных результатов, интерфейс системной шины.
Последовательность работы процессора можно представить следующим образом.
Блок управления берет из оперативной памяти, куда загружена программа, определенные данные и команды, которые требуется выполнить. Затем данные загружаются в кэш-память. Из буферной памяти (кэша) инструкции и данные записываются в регистры. После этого значения помещаются в регистры данных, а инструкции — в регистры команд.
Далее инструкции и данные из соответствующих регистров считывает арифметико-логическое устройство и выполняет команды над полученными числами. Результаты вносятся в регистры, а если вычисления окончены, то результаты сохраняются в буферной памяти.
Новые данные и команды загружаются всегда в кэш более высокого уровня, а данные, которые не были использованы, — в кэш нижнего уровня.
По окончании цикла вычислений результат вносится в оперативную память, чтобы освободить место в буферной памяти для новых вычислений. Аналогичный процесс происходит, когда кэш-память переполняется данными: те данные, которые не были задействованы, перемещаются в оперативную память или кэш нижнего уровня.
Такая последовательность всех операций образует так называемый операционный поток.
Для того чтобы повысить скорость работы ЦП и оптимизировать производительность вычислений зеркальный распашной шкаф на заказ , разрабатываются все более совершенные архитектурные решения, которые позволяют постоянно улучшать основные принципы работы процессора и увеличивать КПД. Это и конвейерное осуществление операций, и трассировка — возможность предвидеть дальнейшие операции, которые должна будет выполнить программа, и параллельное отрабатывание инструкций, и многопоточность, и многоядерность.
Архитектура многоядерного процессора предусматривает наличие нескольких вычислительных ядер (несколько арифметико-логических блоков, блоков вычислений и регистров) и кэш первого уровня, каждый из которых объединяются в свое ядро, имеющее свою буферную память второго и третьего уровней. Именно многоядерностью, а соответственно, необходимостью работы с большим объемом буферной памяти, которая дает возможность сохранять промежуточные результаты вычислений, и была вызвана необходимость появления кэш-памяти третьего уровня.
Принцип работы многоядерного процессора позволяет запускать на одном и том же компьютере несколько ресурсоемких процессов без потери производительности. Следует также особо сказать о возможности функционирования такой машины одновременно с разными программами. Если говорить о производительности одной программы, то она остается прежней, и скорость при этом не изменяется. Такая особенность предусмотрена изначально при определении принципа работы ядер и их взаимодействия с ПО. Следует также обратить особое внимание на то, что многие программы, которые существовали еще прежде, чем появились двух- и четырехъядерные процессоры, написаны, естественно, под одно ядро, а следовательно, в этом случае распараллелить процесс не удастся. Поэтому на казуальном ПО многоядерный процессор будет функционировать как обычный одноядерный.
Скорость обработки данных процессором зависит прежде всего от основных показателей, таких как тактовая частота, число вычислительных ядер, длина конвейера, объем кэша памяти. Для того чтобы повысить характеристики производительности, не обходимо сменить процесор.
При разработке программного обеспечения учитывается прежде всего возможность распараллеливания процессов на определенное количество ядер. Вследствие этого программа, которая написана с расчетом на два и более ядер, дает возможность процессору выполнять сложные процессы с более высокой скоростью.