Устройство компьютера выполняющее обработку информации исполняющее машинные инструкции код программ

В статье расскажем о том, что такое ЦП (центральный процессор), рассмотрим функции процессора и разберем как он работает.

Процессор – это устройство, отвечающее за обработку информации. Его называют по-разному: центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ) или central processing unit (CPU), но все эти термины обозначают элемент, который является “мозгом” вычислительного устройства (смартфона, телевизора, компьютера, планшета, фотоаппарата, сервера).

Процессор представляет собой квадратную пластину со стороной около 5 сантиметров, с одной стороны которой находятся, похожие на ножки, коннекторы. С их помощью он прикрепляется к материнской плате – специальному элементу для установки дополнительных расширений.

Мощность процессора отвечает за скорость обработки команд и сказывается на продуктивности работы.

Что делает процессор

Зачем нужен процессор в устройствах? Он осуществляет управление всеми вычислительными операциями и элементами. Функции, которые выполняет ЦП:

  • выполняет операции с данными оперативной памяти.
  • создает команды и обрабатывает запросы от внутренних компонентов или внешних устройств.
  • временное хранит данные о проделанных операциях или отданных командах.
  • выполняет логические и арифметические операции с полученной информацией.
  • передает итоги обработки информации внешним устройствам.

Из чего состоит процессор

Центральный процессор это не конечная деталь. Он состоит из трех составных частей:

  1. Ядро процессора.

Ядро отвечает за большую часть всех функций CPU. Оно выполняет расшифровку, чтение, отправку инструкций другим элементам или принимает инструкции от них. Одномоментно ядро способно выполнять только одну команду, происходит это за сотые доли секунд. Таким образом, наличие одного ядра говорит о том, что ПК или сервер будет выполнять все инструкции поочередно. Современное оборудование редко использует одноядерные процессоры, так как в этом случае оно работает очень медленно.

Ядро в свою очередь состоит еще из двух частей:

  • Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно осуществляет выполнение арифметических и логических операций.
  • Устройство управления (УУ). Оно координирует работу всех частей процессора, его взаимодействие с внешним оборудованием. Происходит это с помощью электрических сигналов.
  1. Запоминающее устройство.

Это небольшая память процессора, в которой хранится информация о текущих командах и промежуточных результатах. Она состоит из кеша и регистров. Регистры отвечают за “запоминание” информации, а кеш хранит часто выполняемые инструкции. Обращение в кеш происходит быстрее, чем к оперативной памяти, поэтому объем кеш-память процессора влияет на скорость работы ЦПУ.

  1. Шины

Это каналы для передачи команд внутри процессора.

Основные характеристики процессоров

  1. Сокет (Socket)

Это разъем для установки процессора на материнскую плату. Существует множество видов сокетов, поэтому при выборе ЦП нужно обратить внимание, чтобы его сокет подходил к материнской плате. Например, если на материнской плате разъем LGA 1151, то нужно выбирать процессор с таким же сокетом, иначе его нельзя будет установить.

  1. Тактовая частота

Этот параметр показывает количество обрабатываемых операций (тактов) в секунду. Измеряется в в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц) Чем выше показатель тактовой частоты, тем выше производительность процессора.

Например, процессор с частотой 1 МГц обрабатывает 1 миллион операций в секунду, а процессор с частотой 1 ГГц – 1 миллиард операций.

  1. Количество ядер

Как было сказано выше, ядро – самая главная часть процессора и чем больше ядер, тем больше команд одновременно сможет обрабатывать ЦПУ. Чем больше ядер в процессоре, тем выше его производительность и скорость выполнения операций.

  1. Число потоков

Показывает сколько потоков информации может обрабатывать одно ядро. Поток это технология, которая позволяет разделить производительность ядра, то есть физически ядро одно, а фактически оно может одновременно обрабатывать два процесса. На текущий момент не все процессоры обладают дополнительными потоками.

  1. Кэш

Кэш состоит из трех уровней памяти: L1, L2, L3. Чем больше памяти, тем лучше работает процессор.

Кэш первого уровня L1 — содержит те данные, которые могут потребоваться программе для выполнения инструкции,

Кэш второго уровня L2 — медленнее, в сравнении с кэшем первого уровня, но больше по размеру. Кэш L2 содержит информацию, которая может потребоваться в будущем.

Кэш третьего уровня L3 — самый большой и при этом самый медленный кэш. Его объем варьируется от 4 до 50 мегабайт.

  1. Разрядность процессора

Это количество бит информации, которые процессор может обрабатывать за один такт (операцию). Например, размер данных за такт равен 1 байту, процессор считает восьмиразрядным (8 bit), если размер данных 2 байта, то ЦПУ шестнадцатиразрядный (16 bit), при размере 4 байта – процессор тридцатидвухразрядный (32 bit), в случае с 8-байтовым размером данных процессор считается шестидесятичетырехразрядный (64 bit).

Чем больше размер обрабатываемых данных, тем выше производительность процессора.

Как работает процессор

ЦУ обрабатывает команды на языке двоичного кода, говоря простым языком: 0 – это “нет”, 1 – это “да”. Каждый запрос, приходящий процессору состоит из комбинаций двух чисел 0 и 1.

Все операции внутри процессора это повторяющийся цикл, который не останавливается, пока работает компьютер или сервер: взять инструкцию из памяти, прочитать и расшифровать команду, осуществить действия.

Рассмотрим как работает процессор компьютера более подробно:

  • Блок управления процессора забирает из оперативной памяти, где находится программа, определенные данные и команды, которые требуется выполнить. Вся эта информация загружаются в кэш-память.
  • Получив данные из кэша, процессор записывает их в регистры. При этом инструкции отправляются в регистры команд, а значения помещаются в регистры данных.
  • После считывания инструкций и данных, арифметико-логическое устройство выполняет эти команды.
  • Результаты выполнения команд записываются в регистры. Если вычисления завершены, то они записываются также в буферную память процессора. Так как число регистров небольшое, промежуточные результаты хранятся в кэш-памяти.
  • Если цикл вычислений завершен, результат сохраняется в оперативной памяти компьютера, чтобы освободить место в буферной памяти ЦП для новых вычислений. Если кэш-память переполнена, то неиспользуемая информация отправляется в кэш нижнего уровня или в оперативную память.

Виды процессоров

Существуют процессоры для мелкой техники, такой как ноутбуки компьютеры, телефоны,их можно назвать настольные ЦП. Второй вид процессоров – серверные, предназначены для оборудования, работающего с огромными массивами данных.

Основные функции настольных процессоров – это выполнения функций домашних компьютеров: запуск нескольких программ, перемещение информации, работа с браузерами, запись данных на различные накопители, запуск игр, обработка фото- и видеоматериалов. Им не требуется большое число ядер, но необходима высокая тактовая частота.

Серверные процессоры могут работать с несколькими подключенными клиентами, поэтому им требуется большее число ядер, высокий объем кэш-памяти и поддержка больших объемов оперативной памяти.

Также различают типы процессоров по принципу выполнения команд:

  • CISC (Complete Instruction Set Computing) – этот тип процессора с полным набором команд. Они характеризуется:

– большим количеством различных машинных команд, каждая команда выполняется за несколько тактов ЦП

– небольшим количеством регистров общего назначения

– различными форматами команд с разными длинами

– преобладанием множественной адресацией

  • RICS (Restricted Instruction Set Computer) – процессор, повышение работоспособности которого происходит за счет упрощения инструкций. В ЦП с RISC-архитектурой применяется ограниченный набор быстрых команд.

Каждая команда выполняется за за один такт. В таких процессорах требуется меньшее число транзисторов, что снижает их энергопотребление и стоимость. Архитектура RISC использует наиболее простейшие команды, что упрощает процесс их выполнения. Более сложные команды обрабатываются как составные из “простых” команд.

  • VLIW (Very Long Instruction Word) – процессоров, работающие через объединение простых команд в “связку”. Эти команды должны быть независимы друг от друга и осуществляться параллельно.

Архитектура VLIW известна с начала 80-х годов. Она основана на том, что задача эффективного параллельного выполнения команд возлагается на «разумный» компилятор (программу, переводящую команды в машинный код). Компилятор первоначально делает анализ всей инструкции, выбирает команды, которые могут быть выполнены одновременно. Затем объединяет такие команды в связки, которые рассматриваются как сверхдлинные команды. В результате получается несколько сверхдлинных команд, которые исполняются одновременно.

Как выбрать процессор

На рынке процессоров известны две крупные компании-производителя: AMD и Intel. Они находятся в тесной конкуренции друг с другом, хотя AMD стремится создать нишевый продукт с низкой ценой, а Intel нацелена на топовые, производительные процессоры с высокой эффективностью и низкой энергопотребляемостью.

Основные характеристики по которым необходимо выбирать процессор это: скорость работы (ГГЦ), количество ядер, объем кэш-памяти, тактовая частота (МГЦ или ГГЦ).

Прежде чем приступить к выбору CPU, необходимо определить для чего нужен процессор, какие задачи стоят перед оборудованием, на котором будет стоять ЦП.

Если вам требуется выполнения обычных задач (работа в поисковых системах, в Word и Excel, чтение почты) на ноутбуке или ПК, то вам достаточно встроенных процессоров, со стандартными параметрами.

Предположим, что вы хотите купить ноутбук для сетевых игр или для монтирования видеоматериалов. В этом случае вам потребуется более мощные характеристики оборудования. ПК для игр, обработки фото или видео лучше выбирать с процессорами у которых не менее четырех ядер.

Восьмиядерный ЦПУ потребуется для мощного персонального компьютера, например, под использование профессиональных программ (3ds Max, Adobe Lightroom Classic, SiSoftware Sandra 2020, Adobe Premiere Pro, AutoCAD) или для профессиональных геймеров.

Еще один важный показатель при выборе CPU – тактовая частота. У простых двухъядерных процессоров она 3,5 ГГц – это средний класс компьютеров. Чем выше уровень тактовой, тем быстрее работает процессор. Например, для игрового ноутбука желательно выбирать ЦП с частотой не менее 4 ГГц.

Выбор процессора для сервера это отдельная задача, которую лучше всего доверить специалисту. Кратко отметим, что стоит учитывать ряд параметров: характеристики CPU, структура и состав сервера, на какое количество пользователей он будет рассчитан, какой тип задач будет на нем выполняться (объемные вычисления, хранение данных, размещение программ с постоянным доступом к ним и т.д.). Также стоит учитывать бюджет, в рамках которого требуется приобрести оборудование.

Так как нагрузки на вычислительные системы быстро растут (появляются новые приложения и программы, которые обрабатывают больше информации), то при выборе процессора лучше сделать запас производительности примерно на 20-30% с перспективой на будущее.

Заключение

Назначение процессора – это обработка информации и выполнение различных команд. Без ЦПУ компьютер не будет работать, он выполняет абсолютно все задачи, даже самые простые. Процессор в оборудовании – как мозг внутри человека.

Мощность ПК и серверного оборудования зависит от процессора. При выборе устройств всегда отталкивайтесь от задач, которые вы планируете выполнять, также делайте запас производительности на случай увеличения нагрузки на оборудование.

Мощность процессора отвечает за скорость обработки команд и сказывается на продуктивности работы.

Что делает процессор

Зачем нужен процессор в устройствах? Он осуществляет управление всеми вычислительными операциями и элементами. Функции, которые выполняет ЦП:

  • выполняет операции с данными оперативной памяти.
  • создает команды и обрабатывает запросы от внутренних компонентов или внешних устройств.
  • временное хранит данные о проделанных операциях или отданных командах.
  • выполняет логические и арифметические операции с полученной информацией.
  • передает итоги обработки информации внешним устройствам.

Из чего состоит процессор

Центральный процессор это не конечная деталь. Он состоит из трех составных частей:

  1. Ядро процессора.

Ядро отвечает за большую часть всех функций CPU. Оно выполняет расшифровку, чтение, отправку инструкций другим элементам или принимает инструкции от них. Одномоментно ядро способно выполнять только одну команду, происходит это за сотые доли секунд. Таким образом, наличие одного ядра говорит о том, что ПК или сервер будет выполнять все инструкции поочередно. Современное оборудование редко использует одноядерные процессоры, так как в этом случае оно работает очень медленно.

Ядро в свою очередь состоит еще из двух частей:

  • Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно осуществляет выполнение арифметических и логических операций.
  • Устройство управления (УУ). Оно координирует работу всех частей процессора, его взаимодействие с внешним оборудованием. Происходит это с помощью электрических сигналов.
  1. Запоминающее устройство.

Это небольшая память процессора, в которой хранится информация о текущих командах и промежуточных результатах. Она состоит из кеша и регистров. Регистры отвечают за “запоминание” информации, а кеш хранит часто выполняемые инструкции. Обращение в кеш происходит быстрее, чем к оперативной памяти, поэтому объем кеш-память процессора влияет на скорость работы ЦПУ.

  1. Шины

Это каналы для передачи команд внутри процессора.

Основные характеристики процессоров

  1. Сокет (Socket)

Это разъем для установки процессора на материнскую плату. Существует множество видов сокетов, поэтому при выборе ЦП нужно обратить внимание, чтобы его сокет подходил к материнской плате. Например, если на материнской плате разъем LGA 1151, то нужно выбирать процессор с таким же сокетом, иначе его нельзя будет установить.

  1. Тактовая частота

Этот параметр показывает количество обрабатываемых операций (тактов) в секунду. Измеряется в в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц) Чем выше показатель тактовой частоты, тем выше производительность процессора.

Например, процессор с частотой 1 МГц обрабатывает 1 миллион операций в секунду, а процессор с частотой 1 ГГц – 1 миллиард операций.

  1. Количество ядер

Как было сказано выше, ядро – самая главная часть процессора и чем больше ядер, тем больше команд одновременно сможет обрабатывать ЦПУ. Чем больше ядер в процессоре, тем выше его производительность и скорость выполнения операций.

  1. Число потоков

Показывает сколько потоков информации может обрабатывать одно ядро. Поток это технология, которая позволяет разделить производительность ядра, то есть физически ядро одно, а фактически оно может одновременно обрабатывать два процесса. На текущий момент не все процессоры обладают дополнительными потоками.

  1. Кэш

Кэш состоит из трех уровней памяти: L1, L2, L3. Чем больше памяти, тем лучше работает процессор.

Кэш первого уровня L1 — содержит те данные, которые могут потребоваться программе для выполнения инструкции,

Кэш второго уровня L2 — медленнее, в сравнении с кэшем первого уровня, но больше по размеру. Кэш L2 содержит информацию, которая может потребоваться в будущем.

Кэш третьего уровня L3 — самый большой и при этом самый медленный кэш. Его объем варьируется от 4 до 50 мегабайт.

  1. Разрядность процессора

Это количество бит информации, которые процессор может обрабатывать за один такт (операцию). Например, размер данных за такт равен 1 байту, процессор считает восьмиразрядным (8 bit), если размер данных 2 байта, то ЦПУ шестнадцатиразрядный (16 bit), при размере 4 байта – процессор тридцатидвухразрядный (32 bit), в случае с 8-байтовым размером данных процессор считается шестидесятичетырехразрядный (64 bit).

Чем больше размер обрабатываемых данных, тем выше производительность процессора.

Как работает процессор

ЦУ обрабатывает команды на языке двоичного кода, говоря простым языком: 0 – это “нет”, 1 – это “да”. Каждый запрос, приходящий процессору состоит из комбинаций двух чисел 0 и 1.

Все операции внутри процессора это повторяющийся цикл, который не останавливается, пока работает компьютер или сервер: взять инструкцию из памяти, прочитать и расшифровать команду, осуществить действия.

Рассмотрим как работает процессор компьютера более подробно:

  • Блок управления процессора забирает из оперативной памяти, где находится программа, определенные данные и команды, которые требуется выполнить. Вся эта информация загружаются в кэш-память.
  • Получив данные из кэша, процессор записывает их в регистры. При этом инструкции отправляются в регистры команд, а значения помещаются в регистры данных.
  • После считывания инструкций и данных, арифметико-логическое устройство выполняет эти команды.
  • Результаты выполнения команд записываются в регистры. Если вычисления завершены, то они записываются также в буферную память процессора. Так как число регистров небольшое, промежуточные результаты хранятся в кэш-памяти.
  • Если цикл вычислений завершен, результат сохраняется в оперативной памяти компьютера, чтобы освободить место в буферной памяти ЦП для новых вычислений. Если кэш-память переполнена, то неиспользуемая информация отправляется в кэш нижнего уровня или в оперативную память.

Виды процессоров

Существуют процессоры для мелкой техники, такой как ноутбуки компьютеры, телефоны,их можно назвать настольные ЦП. Второй вид процессоров – серверные, предназначены для оборудования, работающего с огромными массивами данных.

Основные функции настольных процессоров – это выполнения функций домашних компьютеров: запуск нескольких программ, перемещение информации, работа с браузерами, запись данных на различные накопители, запуск игр, обработка фото- и видеоматериалов. Им не требуется большое число ядер, но необходима высокая тактовая частота.

Серверные процессоры могут работать с несколькими подключенными клиентами, поэтому им требуется большее число ядер, высокий объем кэш-памяти и поддержка больших объемов оперативной памяти.

Также различают типы процессоров по принципу выполнения команд:

  • CISC (Complete Instruction Set Computing) – этот тип процессора с полным набором команд. Они характеризуется:

– большим количеством различных машинных команд, каждая команда выполняется за несколько тактов ЦП

– небольшим количеством регистров общего назначения

– различными форматами команд с разными длинами

– преобладанием множественной адресацией

  • RICS (Restricted Instruction Set Computer) – процессор, повышение работоспособности которого происходит за счет упрощения инструкций. В ЦП с RISC-архитектурой применяется ограниченный набор быстрых команд.

Каждая команда выполняется за за один такт. В таких процессорах требуется меньшее число транзисторов, что снижает их энергопотребление и стоимость. Архитектура RISC использует наиболее простейшие команды, что упрощает процесс их выполнения. Более сложные команды обрабатываются как составные из “простых” команд.

  • VLIW (Very Long Instruction Word) – процессоров, работающие через объединение простых команд в “связку”. Эти команды должны быть независимы друг от друга и осуществляться параллельно.

Архитектура VLIW известна с начала 80-х годов. Она основана на том, что задача эффективного параллельного выполнения команд возлагается на «разумный» компилятор (программу, переводящую команды в машинный код). Компилятор первоначально делает анализ всей инструкции, выбирает команды, которые могут быть выполнены одновременно. Затем объединяет такие команды в связки, которые рассматриваются как сверхдлинные команды. В результате получается несколько сверхдлинных команд, которые исполняются одновременно.

Как выбрать процессор

На рынке процессоров известны две крупные компании-производителя: AMD и Intel. Они находятся в тесной конкуренции друг с другом, хотя AMD стремится создать нишевый продукт с низкой ценой, а Intel нацелена на топовые, производительные процессоры с высокой эффективностью и низкой энергопотребляемостью.

Основные характеристики по которым необходимо выбирать процессор это: скорость работы (ГГЦ), количество ядер, объем кэш-памяти, тактовая частота (МГЦ или ГГЦ).

Прежде чем приступить к выбору CPU, необходимо определить для чего нужен процессор, какие задачи стоят перед оборудованием, на котором будет стоять ЦП.

Если вам требуется выполнения обычных задач (работа в поисковых системах, в Word и Excel, чтение почты) на ноутбуке или ПК, то вам достаточно встроенных процессоров, со стандартными параметрами.

Предположим, что вы хотите купить ноутбук для сетевых игр или для монтирования видеоматериалов. В этом случае вам потребуется более мощные характеристики оборудования. ПК для игр, обработки фото или видео лучше выбирать с процессорами у которых не менее четырех ядер.

Восьмиядерный ЦПУ потребуется для мощного персонального компьютера, например, под использование профессиональных программ (3ds Max, Adobe Lightroom Classic, SiSoftware Sandra 2020, Adobe Premiere Pro, AutoCAD) или для профессиональных геймеров.

Еще один важный показатель при выборе CPU – тактовая частота. У простых двухъядерных процессоров она 3,5 ГГц – это средний класс компьютеров. Чем выше уровень тактовой, тем быстрее работает процессор. Например, для игрового ноутбука желательно выбирать ЦП с частотой не менее 4 ГГц.

Выбор процессора для сервера это отдельная задача, которую лучше всего доверить специалисту. Кратко отметим, что стоит учитывать ряд параметров: характеристики CPU, структура и состав сервера, на какое количество пользователей он будет рассчитан, какой тип задач будет на нем выполняться (объемные вычисления, хранение данных, размещение программ с постоянным доступом к ним и т.д.). Также стоит учитывать бюджет, в рамках которого требуется приобрести оборудование.

Так как нагрузки на вычислительные системы быстро растут (появляются новые приложения и программы, которые обрабатывают больше информации), то при выборе процессора лучше сделать запас производительности примерно на 20-30% с перспективой на будущее.

Заключение

Назначение процессора – это обработка информации и выполнение различных команд. Без ЦПУ компьютер не будет работать, он выполняет абсолютно все задачи, даже самые простые. Процессор в оборудовании – как мозг внутри человека.

Мощность ПК и серверного оборудования зависит от процессора. При выборе устройств всегда отталкивайтесь от задач, которые вы планируете выполнять, также делайте запас производительности на случай увеличения нагрузки на оборудование.

A central processing unit (CPU)—also called a central processor or main processor—is the most important processor in a given computer. Its electronic circuitry executes instructions of a computer program, such as arithmetic, logic, controlling, and input/output (I/O) operations. This role contrasts with that of external components, such as main memory and I/O circuitry,[1] and specialized coprocessors such as graphics processing units (GPUs).

The form, design, and implementation of CPUs have changed over time, but their fundamental operation remains almost unchanged. Principal components of a CPU include the arithmetic–logic unit (ALU) that performs arithmetic and logic operations, processor registers that supply operands to the ALU and store the results of ALU operations, and a control unit that orchestrates the fetching (from memory), decoding and execution (of instructions) by directing the coordinated operations of the ALU, registers, and other components.

Most modern CPUs are implemented on integrated circuit (IC) microprocessors, with one or more CPUs on a single IC chip. Microprocessor chips with multiple CPUs are multi-core processors. The individual physical CPUs, processor cores, can also be multithreaded to create additional virtual or logical CPUs.[2]

An IC that contains a CPU may also contain memory, peripheral interfaces, and other components of a computer; such integrated devices are variously called microcontrollers or systems on a chip (SoC).

Array processors or vector processors have multiple processors that operate in parallel, with no unit considered central. Virtual CPUs are an abstraction of dynamically aggregated computational resources.[3]

History[edit]

EDVAC, one of the first stored-program computers

Early computers such as the ENIAC had to be physically rewired to perform different tasks, which caused these machines to be called «fixed-program computers».[4] The «central processing unit» term has been in use since as early as 1955.[5][6] Since the term «CPU» is generally defined as a device for software (computer program) execution, the earliest devices that could rightly be called CPUs came with the advent of the stored-program computer.

The idea of a stored-program computer had been already present in the design of J. Presper Eckert and John William Mauchly’s ENIAC, but was initially omitted so that it could be finished sooner.[7] On June 30, 1945, before ENIAC was made, mathematician John von Neumann distributed a paper entitled First Draft of a Report on the EDVAC. It was the outline of a stored-program computer that would eventually be completed in August 1949.[8] EDVAC was designed to perform a certain number of instructions (or operations) of various types. Significantly, the programs written for EDVAC were to be stored in high-speed computer memory rather than specified by the physical wiring of the computer.[9] This overcame a severe limitation of ENIAC, which was the considerable time and effort required to reconfigure the computer to perform a new task.[10] With von Neumann’s design, the program that EDVAC ran could be changed simply by changing the contents of the memory. EDVAC was not the first stored-program computer; the Manchester Baby, which was a small-scale experimental stored-program computer, ran its first program on 21 June 1948[11] and the Manchester Mark 1 ran its first program during the night of 16–17 June 1949.[12]

Early CPUs were custom designs used as part of a larger and sometimes distinctive computer.[13] However, this method of designing custom CPUs for a particular application has largely given way to the development of multi-purpose processors produced in large quantities. This standardization began in the era of discrete transistor mainframes and minicomputers, and has rapidly accelerated with the popularization of the integrated circuit (IC). The IC has allowed increasingly complex CPUs to be designed and manufactured to tolerances on the order of nanometers.[14] Both the miniaturization and standardization of CPUs have increased the presence of digital devices in modern life far beyond the limited application of dedicated computing machines. Modern microprocessors appear in electronic devices ranging from automobiles[15] to cellphones,[16] and sometimes even in toys.[17][18]

While von Neumann is most often credited with the design of the stored-program computer because of his design of EDVAC, and the design became known as the von Neumann architecture, others before him, such as Konrad Zuse, had suggested and implemented similar ideas.[19] The so-called Harvard architecture of the Harvard Mark I, which was completed before EDVAC,[20][21] also used a stored-program design using punched paper tape rather than electronic memory.[22] The key difference between the von Neumann and Harvard architectures is that the latter separates the storage and treatment of CPU instructions and data, while the former uses the same memory space for both.[23] Most modern CPUs are primarily von Neumann in design, but CPUs with the Harvard architecture are seen as well, especially in embedded applications; for instance, the Atmel AVR microcontrollers are Harvard-architecture processors.[24]

Relays and vacuum tubes (thermionic tubes) were commonly used as switching elements;[25][26] a useful computer requires thousands or tens of thousands of switching devices. The overall speed of a system is dependent on the speed of the switches. Vacuum-tube computers such as EDVAC tended to average eight hours between failures, whereas relay computers—such as the slower but earlier Harvard Mark I—failed very rarely.[6] In the end, tube-based CPUs became dominant because the significant speed advantages afforded generally outweighed the reliability problems. Most of these early synchronous CPUs ran at low clock rates compared to modern microelectronic designs. Clock signal frequencies ranging from 100 kHz to 4 MHz were very common at this time, limited largely by the speed of the switching devices they were built with.[27]

Transistor CPUs[edit]

IBM PowerPC 604e processor

The design complexity of CPUs increased as various technologies facilitated the building of smaller and more reliable electronic devices. The first such improvement came with the advent of the transistor. Transistorized CPUs during the 1950s and 1960s no longer had to be built out of bulky, unreliable, and fragile switching elements, like vacuum tubes and relays.[28] With this improvement, more complex and reliable CPUs were built onto one or several printed circuit boards containing discrete (individual) components.

In 1964, IBM introduced its IBM System/360 computer architecture that was used in a series of computers capable of running the same programs with different speeds and performances.[29] This was significant at a time when most electronic computers were incompatible with one another, even those made by the same manufacturer. To facilitate this improvement, IBM used the concept of a microprogram (often called «microcode»), which still sees widespread usage in modern CPUs.[30] The System/360 architecture was so popular that it dominated the mainframe computer market for decades and left a legacy that is still continued by similar modern computers like the IBM zSeries.[31][32] In 1965, Digital Equipment Corporation (DEC) introduced another influential computer aimed at the scientific and research markets—the PDP-8.[33]

Fujitsu board with SPARC64 VIIIfx processors

Transistor-based computers had several distinct advantages over their predecessors. Aside from facilitating increased reliability and lower power consumption, transistors also allowed CPUs to operate at much higher speeds because of the short switching time of a transistor in comparison to a tube or relay.[34] The increased reliability and dramatically increased speed of the switching elements, which were almost exclusively transistors by this time; CPU clock rates in the tens of megahertz were easily obtained during this period.[35] Additionally, while discrete transistor and IC CPUs were in heavy usage, new high-performance designs like single instruction, multiple data (SIMD) vector processors began to appear.[36] These early experimental designs later gave rise to the era of specialized supercomputers like those made by Cray Inc and Fujitsu Ltd.[36]

Small-scale integration CPUs[edit]

CPU, core memory and external bus interface of a DEC PDP-8/I, made of medium-scale integrated circuits

During this period, a method of manufacturing many interconnected transistors in a compact space was developed. The integrated circuit (IC) allowed a large number of transistors to be manufactured on a single semiconductor-based die, or «chip». At first, only very basic non-specialized digital circuits such as NOR gates were miniaturized into ICs.[37] CPUs based on these «building block» ICs are generally referred to as «small-scale integration» (SSI) devices. SSI ICs, such as the ones used in the Apollo Guidance Computer, usually contained up to a few dozen transistors. To build an entire CPU out of SSI ICs required thousands of individual chips, but still consumed much less space and power than earlier discrete transistor designs.[38]

IBM’s System/370, follow-on to the System/360, used SSI ICs rather than Solid Logic Technology discrete-transistor modules.[39][40] DEC’s PDP-8/I and KI10 PDP-10 also switched from the individual transistors used by the PDP-8 and PDP-10 to SSI ICs,[41] and their extremely popular PDP-11 line was originally built with SSI ICs, but was eventually implemented with LSI components once these became practical.

Large-scale integration CPUs[edit]

Lee Boysel published influential articles, including a 1967 «manifesto», which described how to build the equivalent of a 32-bit mainframe computer from a relatively small number of large-scale integration circuits (LSI).[42][43] The only way to build LSI chips, which are chips with a hundred or more gates, was to build them using a metal–oxide–semiconductor (MOS) semiconductor manufacturing process (either PMOS logic, NMOS logic, or CMOS logic). However, some companies continued to build processors out of bipolar transistor–transistor logic (TTL) chips because bipolar junction transistors were faster than MOS chips up until the 1970s (a few companies such as Datapoint continued to build processors out of TTL chips until the early 1980s).[43] In the 1960s, MOS ICs were slower and initially considered useful only in applications that required low power.[44][45] Following the development of silicon-gate MOS technology by Federico Faggin at Fairchild Semiconductor in 1968, MOS ICs largely replaced bipolar TTL as the standard chip technology in the early 1970s.[46]

As the microelectronic technology advanced, an increasing number of transistors were placed on ICs, decreasing the number of individual ICs needed for a complete CPU. MSI and LSI ICs increased transistor counts to hundreds, and then thousands. By 1968, the number of ICs required to build a complete CPU had been reduced to 24 ICs of eight different types, with each IC containing roughly 1000 MOSFETs.[47] In stark contrast with its SSI and MSI predecessors, the first LSI implementation of the PDP-11 contained a CPU composed of only four LSI integrated circuits.[48]

Microprocessors[edit]

Inside of a laptop, with the CPU removed from socket

Since microprocessors were first introduced they have almost completely overtaken all other central processing unit implementation methods. The first commercially available microprocessor, made in 1971, was the Intel 4004, and the first widely used microprocessor, made in 1974, was the Intel 8080. Mainframe and minicomputer manufacturers of the time launched proprietary IC development programs to upgrade their older computer architectures, and eventually produced instruction set compatible microprocessors that were backward-compatible with their older hardware and software. Combined with the advent and eventual success of the ubiquitous personal computer, the term CPU is now applied almost exclusively[a] to microprocessors. Several CPUs (denoted cores) can be combined in a single processing chip.[49]


Previous generations of CPUs were implemented as discrete components and numerous small integrated circuits (ICs) on one or more circuit boards.[50] Microprocessors, on the other hand, are CPUs manufactured on a very small number of ICs; usually just one.[51] The overall smaller CPU size, as a result of being implemented on a single die, means faster switching time because of physical factors like decreased gate parasitic capacitance.[52][53] This has allowed synchronous microprocessors to have clock rates ranging from tens of megahertz to several gigahertz. Additionally, the ability to construct exceedingly small transistors on an IC has increased the complexity and number of transistors in a single CPU many fold. This widely observed trend is described by Moore’s law, which had proven to be a fairly accurate predictor of the growth of CPU (and other IC) complexity until 2016.[54][55]

While the complexity, size, construction and general form of CPUs have changed enormously since 1950,[56] the basic design and function has not changed much at all. Almost all common CPUs today can be very accurately described as von Neumann stored-program machines.[57][b] As Moore’s law no longer holds, concerns have arisen about the limits of integrated circuit transistor technology. Extreme miniaturization of electronic gates is causing the effects of phenomena like electromigration and subthreshold leakage to become much more significant.[59][60] These newer concerns are among the many factors causing researchers to investigate new methods of computing such as the quantum computer, as well as to expand the usage of parallelism and other methods that extend the usefulness of the classical von Neumann model.

Operation[edit]

The fundamental operation of most CPUs, regardless of the physical form they take, is to execute a sequence of stored instructions that is called a program. The instructions to be executed are kept in some kind of computer memory. Nearly all CPUs follow the fetch, decode and execute steps in their operation, which are collectively known as the instruction cycle.

After the execution of an instruction, the entire process repeats, with the next instruction cycle normally fetching the next-in-sequence instruction because of the incremented value in the program counter. If a jump instruction was executed, the program counter will be modified to contain the address of the instruction that was jumped to and program execution continues normally. In more complex CPUs, multiple instructions can be fetched, decoded and executed simultaneously. This section describes what is generally referred to as the «classic RISC pipeline», which is quite common among the simple CPUs used in many electronic devices (often called microcontrollers). It largely ignores the important role of CPU cache, and therefore the access stage of the pipeline.

Some instructions manipulate the program counter rather than producing result data directly; such instructions are generally called «jumps» and facilitate program behavior like loops, conditional program execution (through the use of a conditional jump), and existence of functions.[c] In some processors, some other instructions change the state of bits in a «flags» register. These flags can be used to influence how a program behaves, since they often indicate the outcome of various operations. For example, in such processors a «compare» instruction evaluates two values and sets or clears bits in the flags register to indicate which one is greater or whether they are equal; one of these flags could then be used by a later jump instruction to determine program flow.

Fetch[edit]

Fetch involves retrieving an instruction (which is represented by a number or sequence of numbers) from program memory. The instruction’s location (address) in program memory is determined by the program counter (PC; called the «instruction pointer» in Intel x86 microprocessors), which stores a number that identifies the address of the next instruction to be fetched. After an instruction is fetched, the PC is incremented by the length of the instruction so that it will contain the address of the next instruction in the sequence.[d] Often, the instruction to be fetched must be retrieved from relatively slow memory, causing the CPU to stall while waiting for the instruction to be returned. This issue is largely addressed in modern processors by caches and pipeline architectures (see below).

Decode[edit]

The instruction that the CPU fetches from memory determines what the CPU will do. In the decode step, performed by binary decoder circuitry known as the instruction decoder, the instruction is converted into signals that control other parts of the CPU.

The way in which the instruction is interpreted is defined by the CPU’s instruction set architecture (ISA).[e] Often, one group of bits (that is, a «field») within the instruction, called the opcode, indicates which operation is to be performed, while the remaining fields usually provide supplemental information required for the operation, such as the operands. Those operands may be specified as a constant value (called an immediate value), or as the location of a value that may be a processor register or a memory address, as determined by some addressing mode.

In some CPU designs the instruction decoder is implemented as a hardwired, unchangeable binary decoder circuit. In others, a microprogram is used to translate instructions into sets of CPU configuration signals that are applied sequentially over multiple clock pulses. In some cases the memory that stores the microprogram is rewritable, making it possible to change the way in which the CPU decodes instructions.

Execute[edit]

After the fetch and decode steps, the execute step is performed. Depending on the CPU architecture, this may consist of a single action or a sequence of actions. During each action, control signals electrically enable or disable various parts of the CPU so they can perform all or part of the desired operation. The action is then completed, typically in response to a clock pulse. Very often the results are written to an internal CPU register for quick access by subsequent instructions. In other cases results may be written to slower, but less expensive and higher capacity main memory.

For example, if an instruction that performs addition is to be executed, registers containing operands (numbers to be summed) are activated, as are the parts of the arithmetic logic unit (ALU) that perform addition. When the clock pulse occurs, the operands flow from the source registers into the ALU, and the sum appears at its output. On subsequent clock pulses, other components are enabled (and disabled) to move the output (the sum of the operation) to storage (e.g., a register or memory). If the resulting sum is too large (i.e., it is larger than the ALU’s output word size), an arithmetic overflow flag will be set, influencing the next operation.

Structure and implementation[edit]

Block diagram of a basic uniprocessor-CPU computer. Black lines indicate data flow, whereas red lines indicate control flow; arrows indicate flow directions.

Hardwired into a CPU’s circuitry is a set of basic operations it can perform, called an instruction set. Such operations may involve, for example, adding or subtracting two numbers, comparing two numbers, or jumping to a different part of a program. Each instruction is represented by a unique combination of bits, known as the machine language opcode. While processing an instruction, the CPU decodes the opcode (via a binary decoder) into control signals, which orchestrate the behavior of the CPU. A complete machine language instruction consists of an opcode and, in many cases, additional bits that specify arguments for the operation (for example, the numbers to be summed in the case of an addition operation). Going up the complexity scale, a machine language program is a collection of machine language instructions that the CPU executes.

The actual mathematical operation for each instruction is performed by a combinational logic circuit within the CPU’s processor known as the arithmetic–logic unit or ALU. In general, a CPU executes an instruction by fetching it from memory, using its ALU to perform an operation, and then storing the result to memory. Besides the instructions for integer mathematics and logic operations, various other machine instructions exist, such as those for loading data from memory and storing it back, branching operations, and mathematical operations on floating-point numbers performed by the CPU’s floating-point unit (FPU).[61]

Control unit[edit]

The control unit (CU) is a component of the CPU that directs the operation of the processor. It tells the computer’s memory, arithmetic and logic unit and input and output devices how to respond to the instructions that have been sent to the processor.

It directs the operation of the other units by providing timing and control signals. Most computer resources are managed by the CU. It directs the flow of data between the CPU and the other devices. John von Neumann included the control unit as part of the von Neumann architecture. In modern computer designs, the control unit is typically an internal part of the CPU with its overall role and operation unchanged since its introduction.[62]

Arithmetic logic unit[edit]

Symbolic representation of an ALU and its input and output signals

The arithmetic logic unit (ALU) is a digital circuit within the processor that performs integer arithmetic and bitwise logic operations. The inputs to the ALU are the data words to be operated on (called operands), status information from previous operations, and a code from the control unit indicating which operation to perform. Depending on the instruction being executed, the operands may come from internal CPU registers, external memory, or constants generated by the ALU itself.

When all input signals have settled and propagated through the ALU circuitry, the result of the performed operation appears at the ALU’s outputs. The result consists of both a data word, which may be stored in a register or memory, and status information that is typically stored in a special, internal CPU register reserved for this purpose.

Address generation unit[edit]

The address generation unit (AGU), sometimes also called the address computation unit (ACU),[63] is an execution unit inside the CPU that calculates addresses used by the CPU to access main memory. By having address calculations handled by separate circuitry that operates in parallel with the rest of the CPU, the number of CPU cycles required for executing various machine instructions can be reduced, bringing performance improvements.

While performing various operations, CPUs need to calculate memory addresses required for fetching data from the memory; for example, in-memory positions of array elements must be calculated before the CPU can fetch the data from actual memory locations. Those address-generation calculations involve different integer arithmetic operations, such as addition, subtraction, modulo operations, or bit shifts. Often, calculating a memory address involves more than one general-purpose machine instruction, which do not necessarily decode and execute quickly. By incorporating an AGU into a CPU design, together with introducing specialized instructions that use the AGU, various address-generation calculations can be offloaded from the rest of the CPU, and can often be executed quickly in a single CPU cycle.

Capabilities of an AGU depend on a particular CPU and its architecture. Thus, some AGUs implement and expose more address-calculation operations, while some also include more advanced specialized instructions that can operate on multiple operands at a time. Some CPU architectures include multiple AGUs so more than one address-calculation operation can be executed simultaneously, which brings further performance improvements due to the superscalar nature of advanced CPU designs. For example, Intel incorporates multiple AGUs into its Sandy Bridge and Haswell microarchitectures, which increase bandwidth of the CPU memory subsystem by allowing multiple memory-access instructions to be executed in parallel.

Memory management unit (MMU)[edit]

Many microprocessors (in smartphones and desktop, laptop, server computers) have a memory management unit, translating logical addresses into physical RAM addresses, providing memory protection and paging abilities, useful for virtual memory. Simpler processors, especially microcontrollers, usually don’t include an MMU.

Cache[edit]

A CPU cache[64] is a hardware cache used by the central processing unit (CPU) of a computer to reduce the average cost (time or energy) to access data from the main memory. A cache is a smaller, faster memory, closer to a processor core, which stores copies of the data from frequently used main memory locations. Most CPUs have different independent caches, including instruction and data caches, where the data cache is usually organized as a hierarchy of more cache levels (L1, L2, L3, L4, etc.).

All modern (fast) CPUs (with few specialized exceptions[f]) have multiple levels of CPU caches. The first CPUs that used a cache had only one level of cache; unlike later level 1 caches, it was not split into L1d (for data) and L1i (for instructions). Almost all current CPUs with caches have a split L1 cache. They also have L2 caches and, for larger processors, L3 caches as well. The L2 cache is usually not split and acts as a common repository for the already split L1 cache. Every core of a multi-core processor has a dedicated L2 cache and is usually not shared between the cores. The L3 cache, and higher-level caches, are shared between the cores and are not split. An L4 cache is currently uncommon, and is generally on dynamic random-access memory (DRAM), rather than on static random-access memory (SRAM), on a separate die or chip. That was also the case historically with L1, while bigger chips have allowed integration of it and generally all cache levels, with the possible exception of the last level. Each extra level of cache tends to be bigger and be optimized differently.

Other types of caches exist (that are not counted towards the «cache size» of the most important caches mentioned above), such as the translation lookaside buffer (TLB) that is part of the memory management unit (MMU) that most CPUs have.

Caches are generally sized in powers of two: 2, 8, 16 etc. KiB or MiB (for larger non-L1) sizes, although the IBM z13 has a 96 KiB L1 instruction cache.[65]

Clock rate[edit]

Most CPUs are synchronous circuits, which means they employ a clock signal to pace their sequential operations. The clock signal is produced by an external oscillator circuit that generates a consistent number of pulses each second in the form of a periodic square wave. The frequency of the clock pulses determines the rate at which a CPU executes instructions and, consequently, the faster the clock, the more instructions the CPU will execute each second.

To ensure proper operation of the CPU, the clock period is longer than the maximum time needed for all signals to propagate (move) through the CPU. In setting the clock period to a value well above the worst-case propagation delay, it is possible to design the entire CPU and the way it moves data around the «edges» of the rising and falling clock signal. This has the advantage of simplifying the CPU significantly, both from a design perspective and a component-count perspective. However, it also carries the disadvantage that the entire CPU must wait on its slowest elements, even though some portions of it are much faster. This limitation has largely been compensated for by various methods of increasing CPU parallelism (see below).

However, architectural improvements alone do not solve all of the drawbacks of globally synchronous CPUs. For example, a clock signal is subject to the delays of any other electrical signal. Higher clock rates in increasingly complex CPUs make it more difficult to keep the clock signal in phase (synchronized) throughout the entire unit. This has led many modern CPUs to require multiple identical clock signals to be provided to avoid delaying a single signal significantly enough to cause the CPU to malfunction. Another major issue, as clock rates increase dramatically, is the amount of heat that is dissipated by the CPU. The constantly changing clock causes many components to switch regardless of whether they are being used at that time. In general, a component that is switching uses more energy than an element in a static state. Therefore, as clock rate increases, so does energy consumption, causing the CPU to require more heat dissipation in the form of CPU cooling solutions.

One method of dealing with the switching of unneeded components is called clock gating, which involves turning off the clock signal to unneeded components (effectively disabling them). However, this is often regarded as difficult to implement and therefore does not see common usage outside of very low-power designs. One notable recent CPU design that uses extensive clock gating is the IBM PowerPC-based Xenon used in the Xbox 360; that way, power requirements of the Xbox 360 are greatly reduced.[66]

Clockless CPUs[edit]

Another method of addressing some of the problems with a global clock signal is the removal of the clock signal altogether. While removing the global clock signal makes the design process considerably more complex in many ways, asynchronous (or clockless) designs carry marked advantages in power consumption and heat dissipation in comparison with similar synchronous designs. While somewhat uncommon, entire asynchronous CPUs have been built without using a global clock signal. Two notable examples of this are the ARM compliant AMULET and the MIPS R3000 compatible MiniMIPS.[67]

Rather than totally removing the clock signal, some CPU designs allow certain portions of the device to be asynchronous, such as using asynchronous ALUs in conjunction with superscalar pipelining to achieve some arithmetic performance gains. While it is not altogether clear whether totally asynchronous designs can perform at a comparable or better level than their synchronous counterparts, it is evident that they do at least excel in simpler math operations. This, combined with their excellent power consumption and heat dissipation properties, makes them very suitable for embedded computers.[68]

Voltage regulator module[edit]

Many modern CPUs have a die-integrated power managing module which regulates on-demand voltage supply to the CPU circuitry allowing it to keep balance between performance and power consumption.

Integer range[edit]

Every CPU represents numerical values in a specific way. For example, some early digital computers represented numbers as familiar decimal (base 10) numeral system values, and others have employed more unusual representations such as ternary (base three). Nearly all modern CPUs represent numbers in binary form, with each digit being represented by some two-valued physical quantity such as a «high» or «low» voltage.[g]

A six-bit word containing the binary encoded representation of decimal value 40. Most modern CPUs employ word sizes that are a power of two, for example 8, 16, 32 or 64 bits.

Related to numeric representation is the size and precision of integer numbers that a CPU can represent. In the case of a binary CPU, this is measured by the number of bits (significant digits of a binary encoded integer) that the CPU can process in one operation, which is commonly called word size, bit width, data path width, integer precision, or integer size. A CPU’s integer size determines the range of integer values it can directly operate on.[h] For example, an 8-bit CPU can directly manipulate integers represented by eight bits, which have a range of 256 (28) discrete integer values.

Integer range can also affect the number of memory locations the CPU can directly address (an address is an integer value representing a specific memory location). For example, if a binary CPU uses 32 bits to represent a memory address then it can directly address 232 memory locations. To circumvent this limitation and for various other reasons, some CPUs use mechanisms (such as bank switching) that allow additional memory to be addressed.

CPUs with larger word sizes require more circuitry and consequently are physically larger, cost more and consume more power (and therefore generate more heat). As a result, smaller 4- or 8-bit microcontrollers are commonly used in modern applications even though CPUs with much larger word sizes (such as 16, 32, 64, even 128-bit) are available. When higher performance is required, however, the benefits of a larger word size (larger data ranges and address spaces) may outweigh the disadvantages. A CPU can have internal data paths shorter than the word size to reduce size and cost. For example, even though the IBM System/360 instruction set architecture was a 32-bit instruction set, the System/360 Model 30 and Model 40 had 8-bit data paths in the arithmetic logical unit, so that a 32-bit add required four cycles, one for each 8 bits of the operands, and, even though the Motorola 68000 series instruction set was a 32-bit instruction set, the Motorola 68000 and Motorola 68010 had 16-bit data paths in the arithmetic logical unit, so that a 32-bit add required two cycles.

To gain some of the advantages afforded by both lower and higher bit lengths, many instruction sets have different bit widths for integer and floating-point data, allowing CPUs implementing that instruction set to have different bit widths for different portions of the device. For example, the IBM System/360 instruction set was primarily 32 bit, but supported 64-bit floating-point values to facilitate greater accuracy and range in floating-point numbers.[30] The System/360 Model 65 had an 8-bit adder for decimal and fixed-point binary arithmetic and a 60-bit adder for floating-point arithmetic.[69] Many later CPU designs use similar mixed bit width, especially when the processor is meant for general-purpose usage where a reasonable balance of integer and floating-point capability is required.

Parallelism[edit]

Model of a subscalar CPU, in which it takes fifteen clock cycles to complete three instructions

The description of the basic operation of a CPU offered in the previous section describes the simplest form that a CPU can take. This type of CPU, usually referred to as subscalar, operates on and executes one instruction on one or two pieces of data at a time, that is less than one instruction per clock cycle (IPC < 1).

This process gives rise to an inherent inefficiency in subscalar CPUs. Since only one instruction is executed at a time, the entire CPU must wait for that instruction to complete before proceeding to the next instruction. As a result, the subscalar CPU gets «hung up» on instructions which take more than one clock cycle to complete execution. Even adding a second execution unit (see below) does not improve performance much; rather than one pathway being hung up, now two pathways are hung up and the number of unused transistors is increased. This design, wherein the CPU’s execution resources can operate on only one instruction at a time, can only possibly reach scalar performance (one instruction per clock cycle, IPC = 1). However, the performance is nearly always subscalar (less than one instruction per clock cycle, IPC < 1).

Attempts to achieve scalar and better performance have resulted in a variety of design methodologies that cause the CPU to behave less linearly and more in parallel. When referring to parallelism in CPUs, two terms are generally used to classify these design techniques:

  • instruction-level parallelism (ILP), which seeks to increase the rate at which instructions are executed within a CPU (that is, to increase the use of on-die execution resources);
  • task-level parallelism (TLP), which purposes to increase the number of threads or processes that a CPU can execute simultaneously.

Each methodology differs both in the ways in which they are implemented, as well as the relative effectiveness they afford in increasing the CPU’s performance for an application.[i]

Instruction-level parallelism[edit]

Basic five-stage pipeline. In the best case scenario, this pipeline can sustain a completion rate of one instruction per clock cycle.

One of the simplest methods for increased parallelism is to begin the first steps of instruction fetching and decoding before the prior instruction finishes executing. This is a technique known as instruction pipelining, and is used in almost all modern general-purpose CPUs. Pipelining allows multiple instruction to be executed at a time by breaking the execution pathway into discrete stages. This separation can be compared to an assembly line, in which an instruction is made more complete at each stage until it exits the execution pipeline and is retired.

Pipelining does, however, introduce the possibility for a situation where the result of the previous operation is needed to complete the next operation; a condition often termed data dependency conflict. Therefore pipelined processors must check for these sorts of conditions and delay a portion of the pipeline if necessary. A pipelined processor can become very nearly scalar, inhibited only by pipeline stalls (an instruction spending more than one clock cycle in a stage).

A simple superscalar pipeline. By fetching and dispatching two instructions at a time, a maximum of two instructions per clock cycle can be completed.

Improvements in instruction pipelining led to further decreases in the idle time of CPU components. Designs that are said to be superscalar include a long instruction pipeline and multiple identical execution units, such as load–store units, arithmetic–logic units, floating-point units and address generation units.[70] In a superscalar pipeline, instructions are read and passed to a dispatcher, which decides whether or not the instructions can be executed in parallel (simultaneously). If so, they are dispatched to execution units, resulting in their simultaneous execution. In general, the number of instructions that a superscalar CPU will complete in a cycle is dependent on the number of instructions it is able to dispatch simultaneously to execution units.

Most of the difficulty in the design of a superscalar CPU architecture lies in creating an effective dispatcher. The dispatcher needs to be able to quickly determine whether instructions can be executed in parallel, as well as dispatch them in such a way as to keep as many execution units busy as possible. This requires that the instruction pipeline is filled as often as possible and requires significant amounts of CPU cache. It also makes hazard-avoiding techniques like branch prediction, speculative execution, register renaming, out-of-order execution and transactional memory crucial to maintaining high levels of performance. By attempting to predict which branch (or path) a conditional instruction will take, the CPU can minimize the number of times that the entire pipeline must wait until a conditional instruction is completed. Speculative execution often provides modest performance increases by executing portions of code that may not be needed after a conditional operation completes. Out-of-order execution somewhat rearranges the order in which instructions are executed to reduce delays due to data dependencies. Also in case of single instruction stream, multiple data stream—a case when a lot of data from the same type has to be processed—, modern processors can disable parts of the pipeline so that when a single instruction is executed many times, the CPU skips the fetch and decode phases and thus greatly increases performance on certain occasions, especially in highly monotonous program engines such as video creation software and photo processing.

When just a fraction of the CPU is superscalar, the part that is not suffers a performance penalty due to scheduling stalls. The Intel P5 Pentium had two superscalar ALUs which could accept one instruction per clock cycle each, but its FPU could not. Thus the P5 was integer superscalar but not floating point superscalar. Intel’s successor to the P5 architecture, P6, added superscalar abilities to its floating-point features.

Simple pipelining and superscalar design increase a CPU’s ILP by allowing it to execute instructions at rates surpassing one instruction per clock cycle. Most modern CPU designs are at least somewhat superscalar, and nearly all general purpose CPUs designed in the last decade are superscalar. In later years some of the emphasis in designing high-ILP computers has been moved out of the CPU’s hardware and into its software interface, or instruction set architecture (ISA). The strategy of the very long instruction word (VLIW) causes some ILP to become implied directly by the software, reducing the CPU’s work in boosting ILP and thereby reducing design complexity.

Task-level parallelism[edit]

Another strategy of achieving performance is to execute multiple threads or processes in parallel. This area of research is known as parallel computing.[71] In Flynn’s taxonomy, this strategy is known as multiple instruction stream, multiple data stream (MIMD).[72]

One technology used for this purpose was multiprocessing (MP).[73] The initial flavor of this technology is known as symmetric multiprocessing (SMP), where a small number of CPUs share a coherent view of their memory system. In this scheme, each CPU has additional hardware to maintain a constantly up-to-date view of memory. By avoiding stale views of memory, the CPUs can cooperate on the same program and programs can migrate from one CPU to another. To increase the number of cooperating CPUs beyond a handful, schemes such as non-uniform memory access (NUMA) and directory-based coherence protocols were introduced in the 1990s. SMP systems are limited to a small number of CPUs while NUMA systems have been built with thousands of processors. Initially, multiprocessing was built using multiple discrete CPUs and boards to implement the interconnect between the processors. When the processors and their interconnect are all implemented on a single chip, the technology is known as chip-level multiprocessing (CMP) and the single chip as a multi-core processor.

It was later recognized that finer-grain parallelism existed with a single program. A single program might have several threads (or functions) that could be executed separately or in parallel. Some of the earliest examples of this technology implemented input/output processing such as direct memory access as a separate thread from the computation thread. A more general approach to this technology was introduced in the 1970s when systems were designed to run multiple computation threads in parallel. This technology is known as multi-threading (MT). This approach is considered more cost-effective than multiprocessing, as only a small number of components within a CPU is replicated to support MT as opposed to the entire CPU in the case of MP. In MT, the execution units and the memory system including the caches are shared among multiple threads. The downside of MT is that the hardware support for multithreading is more visible to software than that of MP and thus supervisor software like operating systems have to undergo larger changes to support MT. One type of MT that was implemented is known as temporal multithreading, where one thread is executed until it is stalled waiting for data to return from external memory. In this scheme, the CPU would then quickly context switch to another thread which is ready to run, the switch often done in one CPU clock cycle, such as the UltraSPARC T1. Another type of MT is simultaneous multithreading, where instructions from multiple threads are executed in parallel within one CPU clock cycle.

For several decades from the 1970s to early 2000s, the focus in designing high performance general purpose CPUs was largely on achieving high ILP through technologies such as pipelining, caches, superscalar execution, out-of-order execution, etc. This trend culminated in large, power-hungry CPUs such as the Intel Pentium 4. By the early 2000s, CPU designers were thwarted from achieving higher performance from ILP techniques due to the growing disparity between CPU operating frequencies and main memory operating frequencies as well as escalating CPU power dissipation owing to more esoteric ILP techniques.

CPU designers then borrowed ideas from commercial computing markets such as transaction processing, where the aggregate performance of multiple programs, also known as throughput computing, was more important than the performance of a single thread or process.

This reversal of emphasis is evidenced by the proliferation of dual and more core processor designs and notably, Intel’s newer designs resembling its less superscalar P6 architecture. Late designs in several processor families exhibit CMP, including the x86-64 Opteron and Athlon 64 X2, the SPARC UltraSPARC T1, IBM POWER4 and POWER5, as well as several video game console CPUs like the Xbox 360’s triple-core PowerPC design, and the PlayStation 3’s 7-core Cell microprocessor.

Data parallelism[edit]

A less common but increasingly important paradigm of processors (and indeed, computing in general) deals with data parallelism. The processors discussed earlier are all referred to as some type of scalar device.[j] As the name implies, vector processors deal with multiple pieces of data in the context of one instruction. This contrasts with scalar processors, which deal with one piece of data for every instruction. Using Flynn’s taxonomy, these two schemes of dealing with data are generally referred to as single instruction stream, multiple data stream (SIMD) and single instruction stream, single data stream (SISD), respectively. The great utility in creating processors that deal with vectors of data lies in optimizing tasks that tend to require the same operation (for example, a sum or a dot product) to be performed on a large set of data. Some classic examples of these types of tasks include multimedia applications (images, video and sound), as well as many types of scientific and engineering tasks. Whereas a scalar processor must complete the entire process of fetching, decoding and executing each instruction and value in a set of data, a vector processor can perform a single operation on a comparatively large set of data with one instruction. This is only possible when the application tends to require many steps which apply one operation to a large set of data.

Most early vector processors, such as the Cray-1, were associated almost exclusively with scientific research and cryptography applications. However, as multimedia has largely shifted to digital media, the need for some form of SIMD in general-purpose processors has become significant. Shortly after inclusion of floating-point units started to become commonplace in general-purpose processors, specifications for and implementations of SIMD execution units also began to appear for general-purpose processors.[when?] Some of these early SIMD specifications – like HP’s Multimedia Acceleration eXtensions (MAX) and Intel’s MMX – were integer-only. This proved to be a significant impediment for some software developers, since many of the applications that benefit from SIMD primarily deal with floating-point numbers. Progressively, developers refined and remade these early designs into some of the common modern SIMD specifications, which are usually associated with one instruction set architecture (ISA). Some notable modern examples include Intel’s Streaming SIMD Extensions (SSE) and the PowerPC-related AltiVec (also known as VMX).[k]

Hardware performance counter[edit]

Many modern architectures (including embedded ones) often include hardware performance counters (HPC), which enables low-level (instruction-level) collection, benchmarking, debugging or analysis of running software metrics.[74][75] HPC may also be used to discover and analyze unusual or suspicious activity of the software, such as return-oriented programming (ROP) or sigreturn-oriented programming (SROP) exploits etc.[76] This is usually done by software-security teams to assess and find malicious binary programs.

Many major vendors (such as IBM, Intel, AMD, and Arm etc.) provide software interfaces (usually written in C/C++) that can be used to collected data from CPUs registers in order to get metrics.[77] Operating system vendors also provide software like perf (Linux) to record, benchmark, or trace CPU events running kernels and applications.

Virtual CPUs[edit]

[icon]

This section needs expansion. You can help by adding to it. (September 2016)

Cloud computing can involve subdividing CPU operation into virtual central processing units[78] (vCPUs[79]).

A host is the virtual equivalent of a physical machine, on which a virtual system is operating.[80] When there are several physical machines operating in tandem and managed as a whole, the grouped computing and memory resources form a cluster. In some systems, it is possible to dynamically add and remove from a cluster. Resources available at a host and cluster level can be partitioned out into resources pools with fine granularity.

Performance[edit]

The performance or speed of a processor depends on, among many other factors, the clock rate (generally given in multiples of hertz) and the instructions per clock (IPC), which together are the factors for the instructions per second (IPS) that the CPU can perform.[81]
Many reported IPS values have represented «peak» execution rates on artificial instruction sequences with few branches, whereas realistic workloads consist of a mix of instructions and applications, some of which take longer to execute than others. The performance of the memory hierarchy also greatly affects processor performance, an issue barely considered in MIPS calculations. Because of these problems, various standardized tests, often called «benchmarks» for this purpose‍—‌such as SPECint‍—‌have been developed to attempt to measure the real effective performance in commonly used applications.

Processing performance of computers is increased by using multi-core processors, which essentially is plugging two or more individual processors (called cores in this sense) into one integrated circuit.[82] Ideally, a dual core processor would be nearly twice as powerful as a single core processor. In practice, the performance gain is far smaller, only about 50%, due to imperfect software algorithms and implementation.[83] Increasing the number of cores in a processor (i.e. dual-core, quad-core, etc.) increases the workload that can be handled. This means that the processor can now handle numerous asynchronous events, interrupts, etc. which can take a toll on the CPU when overwhelmed. These cores can be thought of as different floors in a processing plant, with each floor handling a different task. Sometimes, these cores will handle the same tasks as cores adjacent to them if a single core is not enough to handle the information.

Due to specific capabilities of modern CPUs, such as simultaneous multithreading and uncore, which involve sharing of actual CPU resources while aiming at increased utilization, monitoring performance levels and hardware use gradually became a more complex task.[84] As a response, some CPUs implement additional hardware logic that monitors actual use of various parts of a CPU and provides various counters accessible to software; an example is Intel’s Performance Counter Monitor technology.[2]

See also[edit]

  • Addressing mode
  • AMD Accelerated Processing Unit
  • Complex instruction set computer
  • Computer bus
  • Computer engineering
  • CPU core voltage
  • CPU socket
  • Data processing unit
  • Digital signal processor
  • Graphics processing unit
  • Comparison of instruction set architectures
  • Protection ring
  • Reduced instruction set computer
  • Stream processing
  • True Performance Index
  • Tensor Processing Unit
  • Wait state

Notes[edit]

  1. ^ Integrated circuits are now used to implement all CPUs, except for a few machines designed to withstand large electromagnetic pulses, say from a nuclear weapon.
  2. ^ The so-called «von Neumann» memo expounded the idea of stored programs,[58] which for example may be stored on punched cards, paper tape, or magnetic tape.
  3. ^ Some early computers, like the Harvard Mark I, did not support any kind of «jump» instruction, effectively limiting the complexity of the programs they could run. It is largely for this reason that these computers are often not considered to contain a proper CPU, despite their close similarity to stored-program computers.
  4. ^ Since the program counter counts memory addresses and not instructions, it is incremented by the number of memory units that the instruction word contains. In the case of simple fixed-length instruction word ISAs, this is always the same number. For example, a fixed-length 32-bit instruction word ISA that uses 8-bit memory words would always increment the PC by four (except in the case of jumps). ISAs that use variable-length instruction words increment the PC by the number of memory words corresponding to the last instruction’s length.
  5. ^ Because the instruction set architecture of a CPU is fundamental to its interface and usage, it is often used as a classification of the «type» of CPU. For example, a «PowerPC CPU» uses some variant of the PowerPC ISA. A system can execute a different ISA by running an emulator.
  6. ^ A few specialized CPUs, accelerators or microcontrollers do not have a cache. To be fast, if needed/wanted, they still have an on-chip scratchpad memory that has a similar function, while software managed. In e.g. microcontrollers it can be better for hard real-time use, to have that or at least no cache, as with one level of memory latencies of loads are predictable.
  7. ^ The physical concept of voltage is an analog one by nature, practically having an infinite range of possible values. For the purpose of physical representation of binary numbers, two specific ranges of voltages are defined, one for logic ‘0’ and another for logic ‘1’. These ranges are dictated by design considerations such as noise margins and characteristics of the devices used to create the CPU.
  8. ^ While a CPU’s integer size sets a limit on integer ranges, this can (and often is) overcome using a combination of software and hardware techniques. By using additional memory, software can represent integers many magnitudes larger than the CPU can. Sometimes the CPU’s instruction set will even facilitate operations on integers larger than it can natively represent by providing instructions to make large integer arithmetic relatively quick. This method of dealing with large integers is slower than utilizing a CPU with higher integer size, but is a reasonable trade-off in cases where natively supporting the full integer range needed would be cost-prohibitive. See Arbitrary-precision arithmetic for more details on purely software-supported arbitrary-sized integers.
  9. ^ Neither ILP nor TLP is inherently superior over the other; they are simply different means by which to increase CPU parallelism. As such, they both have advantages and disadvantages, which are often determined by the type of software that the processor is intended to run. High-TLP CPUs are often used in applications that lend themselves well to being split up into numerous smaller applications, so-called «embarrassingly parallel problems». Frequently, a computational problem that can be solved quickly with high TLP design strategies like symmetric multiprocessing takes significantly more time on high ILP devices like superscalar CPUs, and vice versa.
  10. ^ Earlier the term scalar was used to compare the IPC count afforded by various ILP methods. Here the term is used in the strictly mathematical sense to contrast with vectors. See scalar (mathematics) and vector (geometric).
  11. ^ Although SSE/SSE2/SSE3 have superseded MMX in Intel’s general-purpose processors, later IA-32 designs still support MMX. This is usually done by providing most of the MMX functionality with the same hardware that supports the much more expansive SSE instruction sets.

References[edit]

  1. ^ Kuck, David (1978). Computers and Computations, Vol 1. John Wiley & Sons, Inc. p. 12. ISBN 978-0471027164.
  2. ^ a b Thomas Willhalm; Roman Dementiev; Patrick Fay (December 18, 2014). «Intel Performance Counter Monitor – A better way to measure CPU utilization». software.intel.com. Archived from the original on February 22, 2017. Retrieved February 17, 2015.
  3. ^ Liebowitz, Kusek, Spies, Matt, Christopher, Rynardt (2014). VMware vSphere Performance: Designing CPU, Memory, Storage, and Networking for Performance-Intensive Workloads. Wiley. p. 68. ISBN 978-1-118-00819-5.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ Regan, Gerard (2008). A Brief History of Computing. Springer. p. 66. ISBN 978-1848000834. Retrieved 26 November 2014.
  5. ^ Weik, Martin H. (1955). «A Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems». Ballistic Research Laboratory. Archived from the original on 2021-01-26. Retrieved 2020-11-15.
  6. ^ a b Weik, Martin H. (1961). «A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems». Ballistic Research Laboratory. Archived from the original on 2017-09-11. Retrieved 2005-12-16.
  7. ^ «Bit By Bit». Haverford College. Archived from the original on October 13, 2012. Retrieved August 1, 2015.
  8. ^ «First Draft of a Report on the EDVAC» (PDF). Moore School of Electrical Engineering, University of Pennsylvania. 1945. Archived (PDF) from the original on 2021-03-09. Retrieved 2018-03-31.
  9. ^ Stanford University. «The Modern History of Computing». The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Archived from the original on March 3, 2017. Retrieved September 25, 2015.
  10. ^ «ENIAC’s Birthday». The MIT Press. February 9, 2016. Archived from the original on October 17, 2018. Retrieved October 17, 2018.
  11. ^ Enticknap, Nicholas (Summer 1998), «Computing’s Golden Jubilee», Resurrection, The Computer Conservation Society (20), ISSN 0958-7403, archived from the original on 17 March 2019, retrieved 26 June 2019
  12. ^ «The Manchester Mark 1». The University of Manchester. Archived from the original on January 25, 2015. Retrieved September 25, 2015.
  13. ^ «The First Generation». Computer History Museum. Archived from the original on November 22, 2016. Retrieved September 29, 2015.
  14. ^ «The History of the Integrated Circuit». Nobelprize.org. Archived from the original on May 22, 2022. Retrieved July 17, 2022.
  15. ^ Turley, Jim (11 August 2003). «Motoring with microprocessors». Embedded. Archived from the original on 14 October 2022. Retrieved December 26, 2022.
  16. ^ «Mobile Processor Guide – Summer 2013». Android Authority. 2013-06-25. Archived from the original on 2015-11-17. Retrieved November 15, 2015.
  17. ^ «Section 250: Microprocessors and Toys: An Introduction to Computing Systems». The University of Michigan. Archived from the original on April 13, 2021. Retrieved October 9, 2018.
  18. ^ «ARM946 Processor». ARM. Archived from the original on 17 November 2015.
  19. ^ «Konrad Zuse». Computer History Museum. Archived from the original on October 3, 2016. Retrieved September 29, 2015.
  20. ^ «Timeline of Computer History: Computers». Computer History Museum. Archived from the original on December 29, 2017. Retrieved November 21, 2015.
  21. ^ White, Stephen. «A Brief History of Computing — First Generation Computers». Archived from the original on January 2, 2018. Retrieved November 21, 2015.
  22. ^ «Harvard University Mark — Paper Tape Punch Unit». Computer History Museum. Archived from the original on November 22, 2015. Retrieved November 21, 2015.
  23. ^ «What is the difference between a von Neumann architecture and a Harvard architecture?». ARM. Archived from the original on November 18, 2015. Retrieved November 22, 2015.
  24. ^ «Advanced Architecture Optimizes the Atmel AVR CPU». Atmel. Archived from the original on November 14, 2015. Retrieved November 22, 2015.
  25. ^ «Switches, transistors and relays». BBC. Archived from the original on 5 December 2016.
  26. ^ «Introducing the Vacuum Transistor: A Device Made of Nothing». IEEE Spectrum. 2014-06-23. Archived from the original on 2018-03-23. Retrieved 27 January 2019.
  27. ^ What Is Computer Performance?. The National Academies Press. 2011. doi:10.17226/12980. ISBN 978-0-309-15951-7. Archived from the original on June 5, 2016. Retrieved May 16, 2016.
  28. ^ «1953: Transistorized Computers Emerge». Computer History Museum. Archived from the original on June 1, 2016. Retrieved June 3, 2016.
  29. ^ «IBM System/360 Dates and Characteristics». IBM. 2003-01-23. Archived from the original on 2017-11-21. Retrieved 2016-01-13.
  30. ^ a b Amdahl, G. M.; Blaauw, G. A.; Brooks, F. P. Jr. (April 1964). «Architecture of the IBM System/360». IBM Journal of Research and Development. IBM. 8 (2): 87–101. doi:10.1147/rd.82.0087. ISSN 0018-8646.
  31. ^ Brodkin, John (7 April 2014). «50 years ago, IBM created mainframe that helped send men to the Moon». Ars Technica. Archived from the original on 8 April 2016. Retrieved 9 April 2016.
  32. ^ Clarke, Gavin. «Why won’t you DIE? IBM’s S/360 and its legacy at 50». The Register. Archived from the original on 24 April 2016. Retrieved 9 April 2016.
  33. ^ «Online PDP-8 Home Page, Run a PDP-8». PDP8. Archived from the original on August 11, 2015. Retrieved September 25, 2015.
  34. ^ «Transistors, Relays, and Controlling High-Current Loads». New York University. ITP Physical Computing. Archived from the original on 21 April 2016. Retrieved 9 April 2016.
  35. ^ Lilly, Paul (2009-04-14). «A Brief History of CPUs: 31 Awesome Years of x86». PC Gamer. Archived from the original on 2016-06-13. Retrieved June 15, 2016.
  36. ^ a b Patterson, David A.; Hennessy, John L.; Larus, James R. (1999). Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface (2. ed., 3rd print. ed.). San Francisco: Kaufmann. p. 751. ISBN 978-1558604285.
  37. ^ «1962: Aerospace systems are first the applications for ICs in computers». Computer History Museum. Archived from the original on October 5, 2018. Retrieved October 9, 2018.
  38. ^ «The integrated circuits in the Apollo manned lunar landing program». National Aeronautics and Space Administration. Archived from the original on July 21, 2019. Retrieved October 9, 2018.
  39. ^ «System/370 Announcement». IBM Archives. 2003-01-23. Archived from the original on 2018-08-20. Retrieved October 25, 2017.
  40. ^ «System/370 Model 155 (Continued)». IBM Archives. 2003-01-23. Archived from the original on 2016-07-20. Retrieved October 25, 2017.
  41. ^ «Models and Options». The Digital Equipment Corporation PDP-8. Archived from the original on June 26, 2018. Retrieved June 15, 2018.
  42. ^ Ross Knox Bassett (2007). To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology. The Johns Hopkins University Press. pp. 127–128, 256, and 314. ISBN 978-0-8018-6809-2.
  43. ^ a b Shirriff, Ken. «The Texas Instruments TMX 1795: the first, forgotten microprocessor». Archived from the original on 2021-01-26.
  44. ^ «Speed & Power in Logic Families». Archived from the original on 2017-07-26. Retrieved 2017-08-02..
  45. ^ Stonham, T. J. (1996). Digital Logic Techniques: Principles and Practice. Taylor & Francis. p. 174. ISBN 9780412549700.
  46. ^ «1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs». Computer History Museum. Archived from the original on 2020-07-29. Retrieved 2019-08-16.
  47. ^ Booher, R. K. (1968). MOS GP Computer (PDF). International Workshop on Managing Requirements Knowledge. AFIPS. p. 877. doi:10.1109/AFIPS.1968.126. Archived (PDF) from the original on 2017-07-14.
  48. ^ «LSI-11 Module Descriptions» (PDF). LSI-11, PDP-11/03 user’s manual (2nd ed.). Maynard, Massachusetts: Digital Equipment Corporation. November 1975. pp. 4–3. Archived (PDF) from the original on 2021-10-10. Retrieved 2015-02-20.
  49. ^ Bigelow, Stephen J. (March 2022). «What is a multicore processor and how does it work?». TechTarget. Archived from the original on July 11, 2022. Retrieved July 17, 2022.
  50. ^ Richard Birkby. «A Brief History of the Microprocessor». computermuseum.li. Archived from the original on September 23, 2015. Retrieved October 13, 2015.
  51. ^ Osborne, Adam (1980). An Introduction to Microcomputers. Vol. 1: Basic Concepts (2nd ed.). Berkeley, California: Osborne-McGraw Hill. ISBN 978-0-931988-34-9.
  52. ^ Zhislina, Victoria (2014-02-19). «Why has CPU frequency ceased to grow?». Intel. Archived from the original on 2017-06-21. Retrieved October 14, 2015.
  53. ^ «MOS Transistor — Electrical Engineering & Computer Science» (PDF). University of California. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. Retrieved October 14, 2015.
  54. ^ Simonite, Tom. «Moore’s Law Is Dead. Now What?». MIT Technology Review. Archived from the original on 2018-08-22. Retrieved 2018-08-24.
  55. ^ «Excerpts from A Conversation with Gordon Moore: Moore’s Law» (PDF). Intel. 2005. Archived from the original (PDF) on 2012-10-29. Retrieved 2012-07-25.
  56. ^ «A detailed history of the processor». Tech Junkie. 15 December 2016. Archived from the original on 14 August 2019. Retrieved 14 August 2019.
  57. ^ Eigenmann, Rudolf; Lilja, David (1998). «Von Neumann Computers». Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering. doi:10.1002/047134608X.W1704. ISBN 047134608X. S2CID 8197337.
  58. ^ Aspray, William (September 1990). «The stored program concept». IEEE Spectrum. Vol. 27, no. 9. p. 51. doi:10.1109/6.58457.
  59. ^ Saraswat, Krishna. «Trends in Integrated Circuits Technology» (PDF). Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. Retrieved June 15, 2018.
  60. ^ «Electromigration». Middle East Technical University. Archived from the original on July 31, 2017. Retrieved June 15, 2018.
  61. ^ Ian Wienand (September 3, 2013). «Computer Science from the Bottom Up, Chapter 3. Computer Architecture» (PDF). bottomupcs.com. Archived (PDF) from the original on February 6, 2016. Retrieved January 7, 2015.
  62. ^ «Introduction of Control Unit and its Design». GeeksforGeeks. 2018-09-24. Archived from the original on 2021-01-15. Retrieved 2021-01-12.
  63. ^ Cornelis Van Berkel; Patrick Meuwissen (January 12, 2006). «Address generation unit for a processor (US 2006010255 A1 patent application)». google.com. Archived from the original on April 18, 2016. Retrieved December 8, 2014.[verification needed]
  64. ^ Gabriel Torres (September 12, 2007). «How The Cache Memory Works». Hardware Secrets. Archived from the original on August 1, 2020. Retrieved August 29, 2019.
  65. ^ «IBM z13 and IBM z13s Technical Introduction» (PDF). IBM. March 2016. p. 20. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09.[verification needed]
  66. ^ Brown, Jeffery (2005). «Application-customized CPU design». IBM developerWorks. Archived from the original on 2006-02-12. Retrieved 2005-12-17.
  67. ^ Martin, A.J.; Nystrom, M.; Wong, C.G. (November 2003). «Three generations of asynchronous microprocessors». IEEE Design & Test of Computers. 20 (6): 9–17. doi:10.1109/MDT.2003.1246159. ISSN 0740-7475. S2CID 15164301. Archived from the original on 2021-12-03. Retrieved 2022-01-05.
  68. ^ Garside, J. D.; Furber, S. B.; Chung, S-H (1999). «AMULET3 Revealed». University of Manchester Computer Science Department. Archived from the original on December 10, 2005.
  69. ^ IBM System/360 Model 65 Functional Characteristics (PDF). IBM. September 1968. pp. 8–9. A22-6884-3. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09.
  70. ^ Huynh, Jack (2003). «The AMD Athlon XP Processor with 512KB L2 Cache» (PDF). University of Illinois, Urbana-Champaign. pp. 6–11. Archived from the original (PDF) on 2007-11-28. Retrieved 2007-10-06.
  71. ^ Gottlieb, Allan; Almasi, George S. (1989). Highly parallel computing. Redwood City, Calif.: Benjamin/Cummings. ISBN 978-0-8053-0177-9. Archived from the original on 2018-11-07. Retrieved 2016-04-25.
  72. ^ Flynn, M. J. (September 1972). «Some Computer Organizations and Their Effectiveness». IEEE Trans. Comput. C-21 (9): 948–960. doi:10.1109/TC.1972.5009071. S2CID 18573685.
  73. ^ Lu, N.-P.; Chung, C.-P. (1998). «Parallelism exploitation in superscalar multiprocessing». IEE Proceedings — Computers and Digital Techniques. Institution of Electrical Engineers. 145 (4): 255. doi:10.1049/ip-cdt:19981955.
  74. ^ Uhsadel, Leif; Georges, Andy; Verbauwhede, Ingrid (August 2008). Exploiting Hardware Performance Counters. 2008 5th Workshop on Fault Diagnosis and Tolerance in Cryptography. pp. 59–67. doi:10.1109/FDTC.2008.19. ISBN 978-0-7695-3314-8. S2CID 1897883. Archived from the original on 2021-12-30. Retrieved 2021-12-30.
  75. ^ Rohou, Erven (September 2012). Tiptop: Hardware Performance Counters for the Masses. 2012 41st International Conference on Parallel Processing Workshops. pp. 404–413. doi:10.1109/ICPPW.2012.58. ISBN 978-1-4673-2509-7. S2CID 16160098. Archived from the original on 2021-12-30. Retrieved 2021-12-30.
  76. ^ Herath, Nishad; Fogh, Anders (2015). «CPU Hardware Performance Counters for Security» (PDF). USA: Black Hat. Archived (PDF) from the original on 2015-09-05.
  77. ^ DeRose, Luiz A. (2001), Sakellariou, Rizos; Gurd, John; Freeman, Len; Keane, John (eds.), «The Hardware Performance Monitor Toolkit», Euro-Par 2001 Parallel Processing, Lecture Notes in Computer Science, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, vol. 2150, pp. 122–132, doi:10.1007/3-540-44681-8_19, ISBN 978-3-540-42495-6, archived from the original on 2023-03-01, retrieved 2021-12-30
  78. ^
    Anjum, Bushra; Perros, Harry G. (2015). «1: Partitioning the End-to-End QoS Budget to Domains». Bandwidth Allocation for Video Under Quality of Service Constraints. Focus Series. John Wiley & Sons. p. 3. ISBN 9781848217461. Retrieved 2016-09-21. […] in cloud computing where multiple software components run in a virtual environment on the same blade, one component per virtual machine (VM). Each VM is allocated a virtual central processing unit […] which is a fraction of the blade’s CPU.
  79. ^
    Fifield, Tom; Fleming, Diane; Gentle, Anne; Hochstein, Lorin; Proulx, Jonathan; Toews, Everett; Topjian, Joe (2014). «Glossary». OpenStack Operations Guide. Beijing: O’Reilly Media, Inc. p. 286. ISBN 9781491906309. Retrieved 2016-09-20. Virtual Central Processing Unit (vCPU)[:] Subdivides physical CPUs. Instances can then use those divisions.
  80. ^ «VMware Infrastructure Architecture Overview- White Paper» (PDF). VMware. 2006. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09.
  81. ^ «CPU Frequency». CPU World Glossary. CPU World. 25 March 2008. Archived from the original on 9 February 2010. Retrieved 1 January 2010.
  82. ^ «What is (a) multi-core processor?». Data Center Definitions. SearchDataCenter.com. Archived from the original on 5 August 2010. Retrieved 8 August 2016.
  83. ^ «Quad Core Vs. Dual Core». 8 April 2010. Archived from the original on 4 July 2019. Retrieved 7 November 2019.
  84. ^ Tegtmeier, Martin. «CPU utilization of multi-threaded architectures explained». Oracle. Archived from the original on July 18, 2022. Retrieved July 17, 2022.

External links[edit]

  • How Microprocessors Work at HowStuffWorks.
  • 25 Microchips that shook the world – an article by the Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

1

(Материал из Википедии — свободной энциклопедии)

Центра́льный проце́ссор (ЦП; также центральное процессорное устройство ЦПУ; central processing unit, CPU, дословно —

центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Каждая инструкция выполняет определённое (обычное элементарное) действие, такое как операция с данными (например, сложение или копирование; в регистре или в памяти) или переход к другому участку кода (изменение порядка исполнения; при этом переход может быть безусловным или условным, зависящим от результатов предыдущих инструкций). Каждая исполнимая программа состоит из последовательности таких атомарных инструкций.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

2

Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме. Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов.

Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

программное управление работой устройств компьютера.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

3

Машинный код (платформенно-ориентированный код), машинный язык

— система команд (набор кодов операций) конкретной вычислительной машины, которая интерпретируется непосредственно процессором или микропрограммами этой вычислительной машины.

Вобщем случае, команда содержит следующую информацию: код выполняемой операции; указания по определению операндов (или их адресов);

указания по размещению получаемого результата.

Взависимости от количества операндов, команды бывают:

одноадресные; двухадресные; трехадресные; переменноадресные.

Способы указания адресов переменных весьма разнообразны.

В адресной части команды может быть указан, например:

сам операнд (число или символ);

адрес операнда (номер байта, начиная с которого расположен операнд);

адрес адреса операнда (косвенная адресация);

явное (или неявное) указание внутреннего регистра процессора, участвующего в выполнении операции.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

4

Рассмотрим, для примера, несколько возможных вариантов команды сложения (англ. add — сложение), при этом вместо цифровых кодов и адресов будем пользоваться условными обозначениями:

одноадресная команда add x

(содержимое x сложить с

содержимым сумматора, а результат оставить в сумматоре);

add

x

(сложить

двухадресная команда

add x, y

содержимое ячеек x и y, а результат поместить в x)

add

x

y

(содержимое x

трехадресная команда

add x, y, z

сложить с содержимым y, сумму поместить в z)

add x y z

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

5

Как пpавило, этот процесс разбивается на следующие этапы:

из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда; содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длину команды;

выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;

устройство управления расшифровывает адресное поле команды;

по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;

УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;

результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;

все предыдущие этапы повторяются до достижения команды «стоп».

Синхронизация последовательности обработки команды осуществляется с помощью импульсов так называемого тактового генератора.

Для увеличения быстродействия используется конвейерная обработка команд.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

6

Конве́йер — способ организации вычислений, используемый в современных процессорах и контроллерах с целью повышения их производительности (увеличения числа инструкций, выполняемых в единицу времени).

Идея заключается в разделении обработки компьютерной инструкции на последовательность независимых стадий с сохранением результатов в конце каждой стадии.

Простой пятиуровневый конвейер в RISC-процессорах

На иллюстрации справа показан простой пятиуровневый конвейер в RISCпроцессорах. Здесь:

IF ( Instruction Fetch) — получение инструкции,

ID (Instruction Decode) — раскодирование инструкции,

EX (Execute) — выполнение,

MEM (Memory access) — доступ к памяти,

WB (Register write back) — запись в регистр.

Вертикальная ось — последовательные независимые инструкции, горизонтальная — время. Зелёная колонка описывает состояние процессора в один момент времени, в ней самая ранняя, верхняя инструкция уже находится в состоянии записи в регистр, а самая последняя, нижняя инструкция только в процессе чтения.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

7

При отсутствии конвейера выполнение команды займёт n единиц времени (так как для выполнения команды по-прежнему необходимо выполнять выборку, дешифровку и т. д.), и для исполнения m команд понадобится n*m единиц времени; при использовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения команд понадобится всего лишь n+m единиц времени.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

Простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (например, адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами).

Ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд — out-of-order execution).

Очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что повышает производительность процессора, но, однако, приводит к увеличению длительности простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода). Не существует единого мнения по поводу оптимальной длины конвейера: различные программы могут иметь существенно различные требования.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

8

Способность выполнения нескольких машинных инструкций за

один такт процессора путем увеличения числа исполнительных устройств. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности, в то же время существует определенный предел роста числа исполнительных устройств, при превышении которого производительность практически перестает расти, а исполнительные устройства простаивают. Частичным решением этой проблемы являются, например, технология

Hyper-threading.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

9

Hyper-threading ( Hyper-threading — Гиперпоточность, официальное название Hyper-Threading Technology (HTT)) — торговая марка компании

Intel для разработанной ею реализации технологии «одновременной мультипоточности» ( Simultaneous multithreading) в процессорах на микроархитектуре NetBurst. Расширенная форма суперпоточности (Superthreading), впервые появившаяся в процессорах Intel Xeon и позднее добавленная в процессоры Pentium 4.

Эта технология увеличивает производительность процессора при определённых рабочих нагрузках путём предоставления «полезной работы» ( useful work) исполнительным устройствам (execution units), которые иначе

будут бездействовать; к примеру, в случаях кэш-промаха. Процессоры Pentium 4 (с одним физическим ядром) с включённым Hyper-threading операционная система определяет как два разных процессора вместо одного.

В процессорах Core 2 Duo поддержка технологии Hyper-threading не была реализована. В процессорах Core i3 и Core i7 снова используется Hyperthreading, при этом каждое физическое ядро процессора определяется операционной системой как два логических. Также эта технология присутствует в некоторых процессорах серии Atom.

Кузьменко В.Г., март 2013 г.

10

ИКТ компетентность пед. работников

Укажите Ваш email, мы отправим отчет о прохождении олимпиады со всеми вопросами и правильными ответами в письме на вашу почту.

Компетентность работников педагогического состава российских школ имеет огромное значение. Ведь именно педагогам вверено будущее их учеников, их гармоничное интеллектуальное и социальное развитие. По сути, основы компетентности учителей известны многим. Но для подтверждения своих знаний мы рекомендуем вам пройти несложное онлайн-тестирование по ФГОС «ИКТ компетентность педагогических работников».

Что это за тестирование?

Любая отрасль знаний требует периодического обновления и проверки актуальных познаний. Особенно это касается образовательной сферы, так как учителя оказывают большое влияние на становление личности несовершеннолетних учеников.

Тест по ИКТ компетентности педагогических работников представляет собой дистанционный блиц-опрос, нацеленный на проверку знаний учителей по данному предмету. Опрос проходит в режиме онлайн и содержит 15 заданий, сложность которых увеличивается с каждым последующим вопросом.

Все вопросы тестирования “ИКТ компетентность педагогических работников” можно условно разделить на представленные ниже категории:

  • Касающиеся роли ЮНЕСКО в данной проблеме;
  • Относящиеся к ситуации с компетентностью школьных преподавательских составов в России;
  • Общие познания и характерная терминология.

На прохождение теста дается полчаса, однако по факту пройти блиц-опрос можно и менее чем за 15 минут. При должных знаниях данное тестирование не представляет особой сложности.

Особенности наших олимпиад, конкурсов и тестов по ФГОС также заключаются в том, что при ответе на задание правильный вариант автоматически выделяется зеленым цветом, а ошибочный — красным. Это помогает сразу оценить свои знания.

Итоги тестирования подводятся сразу же, как только будут решены все поставленные перед респондентом задачи. Следующий этап — получение диплома, который станет подтверждением истинных знаний участника.

Нужна ли специальная подготовка?

Подготовка требуется при любой проверке знаний городского или муниципального масштаба. Онлайн-тестирование по ФГОС «ИКТ компетентность педагогических работников» имеет междугороднее значение, поэтому подготовиться к нему, все-таки, следует.

В рамках подготовки рекомендуется:

  • Изучать положения ЮНЕСКО о педагогической компетентности;
  • Посещать тематические лекции и изучать соответствующую литературу;
  • Прорабатывать правовые документы, в которых говорится о правах и профессиональных обязанностях учителей.

Также мы рекомендуем обратить внимание на ранее пройденные олимпиады и тесты по ИКТ компетентности педагогических работников с ответами.

Как стать участником тестирования?

Для того чтобы принять участие в этом дистанционном тестировании особых усилий не требуется. Тест является бесплатным, и для его прохождения внесения дополнительных личных данных не требуется. Если вы желаете проверить свои знания, нажмите “Начать тест” внизу данной страницы”.

Благодаря тому что тест дистанционный, не имеет значения и ваше местоположение. В тестировании может принять участие любой желающий.

Купили компьютер, что с ним делать.

Что такое компьютер

Компьютер – устройство или система, способное выполнять заданную, чётко определённую изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако, сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой. Согласитесь с одной стороны понятное, с другой — не очень ясное определение слова компьютер. Давайте разберемся, что это и как этим пользоваться.

Основные устройства компьютера, которые предстают перед глазами пользователя после покупки:

Монитор

1. Монитор (устройство, предназначенный для вывода графической, текстовой или звуковой информации на экран), это то устройство на котором Вы будете видеть изображение.

Системный блок

2. Системный блок (физически представляет основу, которая наполнена аппаратным обеспечением для создания компьютера), это сбор комплектующих, которые соединены между собой и обеспечивают работоспособность системного блока и характеризуют его производительность.
 Из чего состоит системный блок

Системный блок состоит из:
 Материнская плата

  • Материнская плата (сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы (компьютера)), это одна из основных деталей на которую устанавливаются основные комплектующие ПК. ( Особенности выбора материнской платы )

Процессор и кулер

  • Процессор и кулер (электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.). Это сердце компьютера, отвечающее за работоспособность, скорость обработки информации и другие процессы компьютера. Кулер, устанавливаемый на процессор служит для его охлаждения, поскольку при нагрузках процессор достигает температур до критических 70-80 градусов, поэтому основной задачей кулера является удержание температуры в рабочем диапазоне.

Оперативная память ОЗУ

  • Оперативная память ОЗУ — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором и называется оперативной памятью.

Жесткий диск компьютера

  • Жесткий диск НЖМД — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.
  • Видеокарта — устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Первые мониторы, построенные на электронно-лучевых трубках, работали по телевизионному принципу сканирования экрана электронным лучом, и для отображения требовался видеосигнал, генерируемый видеокартой.

Видеокарта в компьютере

  • Оптический привод — устройство, имеющее механическую составляющую, управляемую электронной схемой и предназначенное для считывания и (в большинстве современных моделей) записи информации с оптических носителей информации в виде пластикового диска с отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. д.); процесс считывания/записи информации с диска осуществляется при помощи лазера.

Привод CD DVD.

  • Корпус и блок питания — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Корпус и блок питания компьютера

3. Клавиатура — комплект расположенных в определенном порядке клавиш для управления каким-либо устройством или для ввода данных. Как правило, кнопки на клавиатуре, нажимаются пальцами рук.
Клавиатура для компьютера

4. Мышь — механический манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал. В частности, сигнал может быть использован для позиционирования курсора или прокрутки страниц.

Мышь для компьютера

5. Компьютерные колонки – акустика, как правило, активная (с установленным внутри активным усилителем), подключаемая к компьютеру для воспроизведения звучания.

 Колонки для компьютера

В современном мире достаточно сложно представить себе жизнь без компьютера, либо других современных гаджетов. Почему компьютеры на сегодняшний день до сих пор популярны в Беларуси? Не один год, ноутбуки, а так же планшеты пытались вытеснить стационарные компьютеры с рынка, так или иначе, это им не удалось.  Одной из причин является стоимость. На сегодняшний день компьютер, относительно цены на схожие по параметрам ноутбуки сильно выигрывает в ценовой гонке. Судите сами, можно купить, к примеру — популярные конфигурации среднего ценового диапазона ноутбуков (процессор Intel Core i3, оперативная память 4GB, жесткий диск 500Gb и дискретная видеокарта GT840 2048MB.) по цене начиная от  9 500 000 http://pcmarket.by/catalog/noutbuki:

— Ноутбук Acer Aspire E5-572G-36YA (NX.MQ0EU.015) (http://pcmarket.by/products/acer-aspire-e5-572g-36ya)

 — Ноутбук Lenovo Z50-70 (59436363) (http://pcmarket.by/catalog/noutbuki-lenovo)

При этом если сделать выборку по стационарным компьютерам с параметрами процессор Intel Core i3, оперативная память 4GB, жесткий диск 1000Gb и дискретная видеокарта GT740 2048MB — http://pcmarket.by/products/Intel-Core-i3-4130-12003  мы получаем сумму в 7500 000, что на 2000 000 меньше стоимости ноутбука. Согласитесь 2 миллиона это существенная разница, при этом компьютер будет работать куда шустрее, чем ноутбук, жесткий диск при этом будет в 2 раза большего объема, процессор будет мощнее, видеокарта так же будет мощнее. Поэтому цена на компьютеры как раз и делает покупку последнее более привлекательной.

Второй важной причиной купить настольный компьютер, предпочитая его ноутбуку, является возможность модернизации и возможность замены отдельных комплектующих. Тут ситуация разворачивается следующим образом, к примеру: Вы купили компьютер, вышла новая игра, установленный изначально видеоадаптер не справляется с ней. Вы всегда, ну почти всегда, можете купить новую видеокарту, вставить ее в компьютер и наслаждаться новым игровым контентом. При аналогичной ситуации с ноутбуком уже сделать ничего нельзя, так как видеокарта впаяна в саму материнскую плату и официально замене не подлежит. Есть конечно «народные умельцы», которые способны перепаять видеокарту на более мощную, но они не дадут гарантии о работоспособности техники, а так же, как показывает практика зачастую такие видеокарты отказываются работать уже через неделю, две. Это же и касается покупателей у которых есть маленькие дети, представим ситуацию, ребенок разлил жидкость на ноутбук, в ноутбуке, как правило выходит из строя залитая материнская плата на которой завязаны все остальные детали, такая проблема как правило решается полной ее заменой, а это уже близко к стоимости нового ноутбука.  Тоже самое и с экраном, достаточно оставить, что то на корпусе открытого ноутбука, ребенок закроет крышку и все, матрица в дребезги, а полная замена экрана в зависимости от модели, может варьироваться от 2200000 до 3000000 рублей, что опять же может сильно ударить по карману.  Все эти неожиданности в настольном ПК, как правило решаются минимальными вложениями, даже вылитый сок может повредить одну или даже несколько деталей компьютера, при этом достаточно только заменить эти детали и все работает как и было.

Как пользоваться компьютером

В итоге купить компьютер становится не только выгодно, но и неприятности с дефектами, вызванными внешними факторами решаются куда дешевле, чем в ноутбуках, а так же немаловажным фактором остается всё-таки производительность и возможность модернизации настольных компьютеров.

Теперь непосредственно о том, когда покупка компьютера осуществлена. Независимо от конфигурации выбранного товара, что с ним необходимо сделать. Вот компьютер у Вас дома, начинаем с подключения. Любой настольный компьютер, как правило, требует наличие рядом 3-х и более розеток с напряжением в 220 вольт.

Сначала подключаем силовой провод к системному блоку (рис 1.) 
РИСУНОК 1
и вставляем в розетку. Далее вставляем силовой провод в монитор (рис. 2) и вставляем в розетку номер 2.
РИСУНОК 2
Далее необходимо соединить монитор с компьютером, вариаций соединения, как правило, предостаточно, это может быть VGA-VGA, VGA-VGA через переходник DVI, DVI-DVI, HDMI-DHMI и т.д. Но основное соединение, которое используется в компьютерах, купленных в Беларуси на сегодняшний день это VGA-VGA (рис. 3). 

РИСУНОК 3
Тут стоит отметить, что при покупке компьютера, Вам не стоит сильно вникать в тонкости соединения системного блока с монитором, даже если он у Вас совсем старый ЭЛТ, способ подключения с новым компьютером проблемой не станет, так как производители видеокарт в комплекте поставки предусматривают все вариации соединения, как со старыми мониторами, так и с новыми.
Далее необходимо подключить клавиатуру, мышь и колонки. Вариаций соединения клавиатуры и мыши только две. Разъем PS-2 (для мыши зеленого цвета, для клавиатуры фиолетового рис. 4) или USB соединение (рис. 5). 

РИСУНОК 4, 5, 6, 7
Первое что мы делаем, это определяем, какие разъемы в купленной вами мыши и клавиатуре. Если это разъемы PS-2, подключаем каждое гнездо в свое цветовое решение на задней части системного блока (рис. 6), если это соединение USB соответственно  в любой USB разъем.  Обращаем Ваше внимание, что штекеры на клавиатуре и мыши могут комбинироваться, например мышь может быть USB, а клавиатура PS-2, в этом случае подключаем каждое устройство в свой разъем. Колонки, как правило, подключаются в 3-ю свободную розетку с напряжением в 220 вольт – это есть их питание, а штекер mini jack зеленого цвета (рис. 7) подключается к разъему соответствующего цвета в задней части системного блока. Есть еще одна вариации подключения акустической системы к настольному компьютеру, это подключение через USB, такая акустика не имеет провода питания, это самое питание она получает через разъем USB, такую акустику достаточно просто вставить в разъем и она начнет свою работу.

Разъемы в ноутбуке

После того как выполнены все 3 пункта описанные выше, можно приступать к включению компьютера. Обращаем Ваше внимание, что на некоторых блоках питания установленных в компьютер, присутствует кнопка включения питания (рис. 8), 

РИСУНОК 8

Вам необходимо посмотреть на задней части компьютеры, возле силового разъема наличие такой кнопки, если она есть, перевести ее в режим работы, после чего нажатием кнопки включения на лицевой панели корпуса включить компьютер, если ее нет, достаточно просто нажать на кнопку включения компьютера и все должно заработать.

Внимание, компьютеры сконструированы так, что бы, Вы не могли подключить устройства в разъемы не предназначенные для них. Поэтому вероятность ошибки при подключении настольного компьютера фактически нулевая. Однако, все же, пусть лучше подключение осуществляет мастер, который доставляет технику к Вам домой.  В нашей компании работают только квалифицированные курьеры, которые обладают всеми техническими знаниями для подключения и настройки компьютера. Процедура эта при покупке в нашем магазине совершенно бесплатная, поэтому если у Вас нет желания самостоятельно подключать технику, это сделает наш специалист.

Как пользоваться компьютером

Помимо соединения стандартного набора устройств, к компьютеру так же можно подключать и периферийные устройства. Самые популярные на сегодняшний день это: принтеры либо МФУ и сетевая карта Wi-Fi.  
 

Принтеры и МФУ подключаются очень просто, в большинстве случаев имеют силовой кабель и кабель соединения с компьютером.  Силовой как Вы поняли, подключается одной стороной к принтеру, вторая сторона провода — это вилка розетки, которая подключается в сеть с напряжением в 220 вольт. Интерфейс соединения с компьютером принтера либо МФУ, как правило, USB.

Принтер МФУ
Сетевые карты Wi-Fi в Беларуси представлены 2-мя типами интерфейс. USB либо PCI, основным отличием в подключении является то, что USB как правило это внешние сетевые карты Wi-Fi, напоминающие обычную флешь карту, а PCI внутренние, которые устанавливаются путем монтажа в соответствующий разъем материнской платы.  Как правило, внутренние сетевые карты имеют различные вариации работы, могут быть как одно антенными, так и двух, трех антенные, что дает возможность использовать беспроводной интернет с менее мощным сигналом.
Сетевые карты Wi-Fi

Операционная система
Вот мы немного и разобрались с подключением и установкой компьютера. Что же дальше. После включения мы видим загрузку операционной системы (Операционная система — комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами вычислительного устройства и организации взаимодействия с пользователем.).  На сегодняшний день в Беларуси устанавливается на компьютеры, как правило, версии Windows 7 и Windiws 8.1. ( Что такое BIOS БИОС в Windows ) . Но продаются и iMac от компании Apple. Там другая операционная система. Для тех, кто не знает, это та компания, которая производит iPhone.
Операционная система в компьютерах и ноутбукахЕсли Вы новичок в работе с ОС, мы рекомендуем почитать соответствующую литературу по работе с той или иной операционной системой. А так же, в каждой операционной системе, установленной на компьютер, присутствует справочник по работе в ней, вызывается, как правило, клавишей F1, там Вы так же можете читать ту или иную полезную информацию. Вообще сама операционная система Windows, после включения ПК предстаёт перед глазами пользователя в виде рабочего стола. Рабочий стол отображает папки, ярлыки, меню пуск, панель управления. Сама операционная система состоит из окон. Окно – это область, очерченная на экране, которая отображает информацию связанной с этим окном программой. Окна операционно системы могут быть нескольких типов: диалоговые, окна папок, рабочие, справочной системы и т.д.  Для того что бы работать с операционной системой надо понять вообще суть работы этой системы, поэтому все же стоит изучить досконально всю информацию. Что касательно использования ОС в компьютерах в домашних условиях, необходимо отметить, что корректная работа ОС на компьютере, как правило, зависит от грамотности пользователя.  Нельзя просто так взять, купить и начать использовать компьютер, так как операционная система достаточно хрупка, постоянно подвергается вирусным атакам, некорректная работа может привести к выходу операционной системы из строя в считанные минуты.  Основные проблемы, с которыми сталкиваются новички при покупке компьютера с работой в ОС:
 

— Установка игр и программ на системный диск. Вся информация, которая присутствует на компьютере, находится на жестком диске. Буквенное обозначение разделов жесткого диска в системе выглядит так: «С», «D» и т.д. Количество разделов и объем памяти в жестком диске, задаются при установке операционной системе в зависимости от пожелания пользователя. Чаще всего жесткий диск разбивается на 2 раздела: диск C (системный – куда устанавливается ОС и программы), и диск «D» (для хранения и записи информации). Так вот диск «C» — имеет ограниченный объем, и установка игр и дополнительных программ на него не желательна, поскольку память диска C очень быстро заполняется и компьютер начинает работать не корректно. Поэтому. После покупки, устанавливайте игры и программы на диск «D».

— Вредоносные программы – вирусы. Компьютер постоянно подвергается вирусным атакам, особенно при использовании компьютера в сети интернет.  Избежать попадания таких программ на компьютер практически не избежать, сдержать их можно только качественными антивирусными программами. Однако установка лицензионного антивируса стоит приличных денег и все равно не дает 100% гарантии от попадания вредоносных программ на ПК. Из рекомендаций можно отметить следующие: постоянное сканирование и удаление вредоносных программ антивирусом, регулярная установка обновлений Вашего антивируса, ну и желательна покупка лицензионной программы.

— Установка обновлений на компьютер. Операционная система постоянно скачивает из сети интернет свежие обновления, хоть этот процесс Вы и не можете пощупать, но он постоянно происходит. После скачивания всех необходимых файлов, операционная система может просить Вас, с помощью всплывающего информационного окна, о том, что требуется установка обновлений, либо может принудительно при выключении компьютера начать устанавливать их самостоятельно.  В этом случае перед нами предстает окно выключения ПК с процессом установки обновлений. На этом этапе нельзя ни в коем случае выключать компьютер. Многие игнорируют эту рекомендацию, после выключения питания в момент установки обновлений, операционная система больше не будет загружаться.  В этом случае поможет либо восстановление ОС либо полная ее переустановка.

— Установка взломанных игр. Все читали в файлах установки игры фразу «перед установкой игры отключить антивирус» — это не с проста. Поскольку купленная игра требует ее взлома, чтобы все желающие могли получить доступ к той или иной программе, антивирус может при установке файл «кряк» (Кряки, представляющие собой патч, зачастую, заменяют лишь байты по определённым адресам, содержащим команды условного перехода, что позволяет избавиться от нежелательных действий со стороны программы, например, запроса регистрации или активации, наличия оригинального диска, переключения в режим ограниченной функциональности и т.д) Также, зачастую, достаточно лишь изменить одну или несколько переменных, отвечающих за информацию о регистрации/активации. Как правило, кряки создаются для того, чтобы все желающие могли получить доступ к той или иной программе.) определить его как вредоносную программу и удалить, вследствие чего взломанная игра не будет запускаться. Хотя отключение антивируса и не всегда связано с удалением «кряка». Антивирус слишком сильно контролирует систему, потому в ряде случаев и при установке легального ПО, например, видеодрайверов, а также игр есть рекомендация отключить антивирус — потому что он может помешать правильной установке.
 

Работа с системным блоком.
 Работа с системным блоком

Системный блок – это сердце компьютера, в котором расположены основные детали. Системный блок с лицевой стороны, как правило, содержит 2 клавиши (включения/выключения и кнопки перезагрузки), а так же 2 или больше разъема USB для подключения различных устройств, выход для наушников и микрофона. По бокам или с одного любого бока чаще всего находятся воздуховоды (как и в ноутбуке), отвечающие за циркуляцию воздуха внутри системного блока. На задней части системного блока в основном располагаются порты, для подключения основных устройств, таких как клавиатура, мышь, акустика, монитор. Сам по себе системный блок требует к себе внимания только со стороны очистки деталей от скопившейся пыли. Чистку требуется проводить постоянно.  Системный блок работает по принципу пылесоса, он постоянно втягивает в себя большое количество воздуха, и соответственно пыли, которая в свою очередь скапливается на кулерах и на остальных деталях. Так как пыль является токопроводящим материалом, в большом количестве находясь на контактных платах, она может вызывать короткое замыкание контактов, а так же попадая на кулер, затрудняет вращение, что вызывает недостаточное охлаждение устройства и может привести системный блок к перегреву. Чистку системного блока выполнить в домашних условиях очень просто, для этого нам понадобится обычный пылесос, ватные палочки, мягкая кисточка, ну и может быть крестовая отвертка.
 Чистка системного блока

  1.  Шаг 1. Снимаем боковую крышку(и) системного блока, снять ее достаточно просто, в зависимости от корпуса она либо может быть прикручена болтами либо открывается механическими защелками.
  2.  Шаг 2. Пылесосом убираем основную пыль, которая скопилась целыми кусками, внимание, если Вы наводите пылесос на кулера, требуется сам вращательный элемент придерживать рукой, что бы он не вращался.
  3.  Шаг 3. Ватной палочкой более тщательно убираем скопившуюся пыль с кулеров, не стоит до блеска пытаться очистить кулер, достаточно удалить максимально большее доступное количество пыли.
  4.  Шаг 4. Мягкой кисточкой проходимся по основным платам, просто аккуратно сметая слой пыли.
  5.  Шаг 5. Устанавливаем крышку корпуса на место. Все. Готово, Можно дальше пользоваться компьютером.

Монитор является устройством, которое выводит для Вас визуальную информацию. Что только не встретишь на экране: пыль, отпечатки пальцев, остатки еды, жирные пятна и т.д.  Необходимо очищать область экрана на мониторе не реже одного раза в неделю, поскольку пыль скопившаяся на экране вредит Вашему здоровью, вы же дышите, а в пыли присутствуют вредные вещества и микроорганизмы. Очищать экран желательно специальными средствами, салфетками, спреями и т.д.  Но если нет возможности купить эти средства можно обойтись теплой водой и безворсовой салфеткой. Внимание, монитор рекомендуется обесточить за 2 часа до начала чистки. В процессе эксплуатации не закрывайте специальные вентиляционные отверстия монитора, что бы обеспечить постоянную циркуляцию воздуха. Чаще всего, именно на монитор устанавливают Web — камеру.
 Мониторы

Мышь. Классическая мышь состоит, как правило, из двух клавиш (левая и правая) и ролик прокрутки (скролл). На экране перед Вами отображается стрелка (курсор) и при перемещении мышь стрелка аналогично передвигается по экрану монитора. Левая кнопка мыши предназначена для выделения, задействования или указывания на элементы, с которыми необходимо выполнить какие-то действия. Правая кнопка служит для вывода на экран списка возможных действий, которые можно произвести с выбранным объектом. Колесико мышки – используется в основном для прокрутки страниц или списков элементов, которые в силу своих размеров не могут отображаться на экране монитора целиком.  Избегайте попадания воды на устройство, так как любая мышь при повреждении влагой может моментально выйти из строя. Использовать современные мыши можно практически на любых поверхностях кроме зеркальных. Использование специального коврика для мыши продлит ее срок службы.

Компьютерная мышь

Клавиатура. Клавиатуры делятся на стандартные и мультимедийные. Основным отличием мультимедийный клавиатур является наличие клавиш быстрого доступа к тем или иным функциям управления программами.  Стандартная клавиатура ПК имеет более 100 клавиш, разделенных на несколько функциональных блоков:

Компьютерная клавиатура

— алфавитно-цифровую

— дополнительную цифровую

— функциональные

— служебные

— управления курсором

Клавиатура, как и мышь подвержена максимальной нагрузке при эксплуатации компьютера. Поэтому требует к себе бережного и внимательного отношения.  Не стоит превращать компьютерный стол в обеденный, так как кусочки пищи могут попадать внутрь клавиатуры, окислять контакты и препятствовать нажатию клавиш. Отсоединять и присоединять клавиатуру рекомендуется только при выключенном питании системного блока – это продлит ее работоспособность, рекомендуем периодически протирать каждую клавишу спиртосодержащими жидкостями, ни в коем случае не допускать попадания жидкостей внутрь устройства.

Основные горячие клавиши Windows:

Общего назначения.

Ctrl + Esc — Открыть меню «Пуск» (Start)

Ctrl + Shift + Esc — Вызов «Диспетчера задач»

Win + E — Запуск «Проводника» (Explore)

Win + R — Отображение диалога «Запуск программы» (Run), аналог «Пуск» — «Выполнить»

Win + D — Свернуть все окна или вернуться в исходное состояние (переключатель)

Win + L — Блокировка рабочей станции

Win + F1 — Вызов справки Windows

Win + Pause — Вызов окна «Свойства системы» (System Properties)

Win + F — Открыть окно поиска файлов

Win + Сtrl + F — Открыть окно поиска компьютеров

Printscreen — Сделать скриншот всего экрана

Alt + Printscreen — Сделать скриншот текущего активного окна

Win + Tab — Выполняет переключение между кнопками на панели задач

F6/Tab — Перемещение между панелями. Например, между рабочим столом и панелью «Быстрый запуск»

Ctrl + A — Выделить всё (объекты, текст)

Ctrl + C — Копировать в буфер обмена (объекты, текст)

Ctrl + X — Вырезать в буфер обмена (объекты, текст)

Ctrl + V — Вставить из буфера обмена (объекты, текст)

Ctrl + N — Создать новый документ, проект или подобное действие. В Internet Explorer это приводит к открытию нового окна с копией содержимого текущего окна.

Ctrl + S — Сохранить текущий документ, проект и т.п.

Ctrl + O — Вызвать диалог выбора файла для открытия документа, проекта и т.п.

Ctrl + P — Печать

Ctrl + Z — Отменить последнее действие

Shift — Блокировка автозапуска CD-ROM (удерживать, пока привод читает только что вставленный диск)

Alt + Enter — Переход в полноэкранный режим и обратно (переключатель; например, в Windows Media Player или в окне командного интерпретатора).

Работа с текстом.

Ctrl + A — Выделить всё

Ctrl + C — Копировать

Ctrl + X — Вырезать

Ctrl + V — Вставить

Shift + Insert —

Ctrl + ←/Ctrl + → — Переход по словам в тексте. Работает не только в текстовых редакторах. Например, очень удобно использовать в адресной строке браузера

Shift + ←/Shift + →/Shift + ↑/Shift + ↓ — Выделение текста

Ctrl + Shift + ←/Ctrl + Shift + → — Выделение текста по словам

Home/End/Ctrl + Home/Ctrl + End — Перемещение в начало-конец строки текста

Ctrl + Home/Ctrl + End — Перемещение в начало-конец документа

Работа с окнами.

Ctrl + A — Выделить всё

Ctrl + C — Копировать

Ctrl + X — Вырезать

Ctrl + V — Вставить

Shift + Insert —

Ctrl + ←/Ctrl + → — Переход по словам в тексте. Работает не только в текстовых редакторах. Например, очень удобно использовать в адресной строке браузера

Shift + ←/Shift + →/Shift + ↑/Shift + ↓ — Выделение текста

Ctrl + Shift + ←/Ctrl + Shift + → — Выделение текста по словам

Home/End/Ctrl + Home/Ctrl + End — Перемещение в начало-конец строки текста

Ctrl + Home/Ctrl + End — Перемещение в начало-конец  документа.

Итог.
Компьютер хоть и сложное устройство, но на сегодняшний день очень востребованное. Ведь практически ни одна задача в мире сегодня не происходит без участия и контроля компьютера. Все больше и больше жителей Беларуси смотрят в сторону покупки именно настольного ПК, поскольку это не только выгодно, но и востребовано современными нормами и требованиями жизни. Уже сложно представить человека, у которого нет компьютера или ноутбука, а с недавнего времени и планшета. Постоянный доступ к интернету, выход в социальные сети, игровой и бизнес формат, все это современные требования и желания каждого человека. Покупка компьютера дело само по себе серьёзное и требует внимания и тщательного выбора. С выбором и покупкой компьютера мы всегда готовы Вам помочь. Специально для наших покупателей, компьютеры разделены на несколько категорий. Мы отобрали самые частые запросы пользователей и постарались четко разграничить компьютеры по функциональному назначению. В нашем каталоге можно купить:

— Компьютер для офиса (этот вид компьютеров построен, как правило, на платформе недорогих процессоров со встроенной видеокартой и основное функциональное назначение этой группы компьютеров, является работа с документами, текстовыми файлами, выходом в интернет и т.д.) Данные конфигурации не подходят для игр и сложных программ, поскольку имеют встроенный (слабый) видеоадаптер.

— Компьютер для дома (эта группа компьютеров, созданы специально для домашних задач. Основные характеристики — это среднего уровня процессоры в сочетании с дискретной видеокартой). На таком компьютере доступны практически любые задачи, учебные, мультимедийные, работа с документами, такие компьютеры, как правило, имею большой объём жесткого диска для хранения информации (фильмы, фотографии), единственное что недоступно для компьютеров данной категории, это запуск серьезных профессиональных программ и очень требовательных игр.

— Компьютер для игр (группа игровых компьютеров в нашем интернет магазине очень широкая, основной отличительной чертой данных конфигураций является использование премиум процессоров с максимальными параметрами, а так же премиальных дискретных видеокарт). Компьютеры игровые способны удовлетворить требования даже самых привередливых покупателей, поскольку вилка невероятно огромная, потенциальному покупателю следует сразу обратить внимание на требования нескольких игр, в которые он планирует играть, дабы подобрать соответствующие комплектующие.

— Компьютер для Wot (отличаются особым подбором свойств необходимых для использования именно  по требованиям разработчика игры). В этой категории техники нашей компании постарались учесть все требования к игре и разработать конфигурации, предназначенные именно для игры World of Tanks, что бы использовать полностью потенциал компьютера не зависимо от настроек игры. Компьютеры этой категории походят так же для игр другого формата, а так же для домашнего использования и профессиональной деятельности.

Специально для наших клиентов мы предлагаем купить компьютер в кредит, рассрочку, не выходя из дома, оформление возможно по телефону, а так же наша компания готова совершенно бесплатно доставить компьютер не только в Минск, Гродно, Витебск, Могилев, Гомель, Брест, но и в любой населенный пункт нашей огромной и прекрасной страны.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Устройство бортовое бу мт 001 инструкция
  • Устройство катушки для спиннинга инструкция
  • Устройство армос инструкция по применению
  • Устройство аппликационное ляпко коврик инструкция по применению
  • Устройство vaporesso xros pod kit инструкция на русском