в каком коде процессор обрабатывает информацию
Задания с выборочным ответом:
1. Процессор обрабатывает информацию, представленную:
1. в десятичной системе счисления
2. на английском языке
3. на русском языке
4. на машинном языке (в двоичном коде)
2. При несоблюдении санитарно-гигиенических требований компьютера вредное влияние на здоровье человека может оказывать следующее устройство компьютера:
1. принтер
2. монитор
3. системный блок
4. мышь
3. В целях сохранения информации жесткие магнитные диски необходимо оберегать от:
1. пониженной температуры
2. перепадов атмосферного давления
3. света
4. ударов при установке
4. В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо оберегать от:
1. пониженной температуры
2. магнитных полей
3. света
4. перепадов атмосферного давления
5. В целях сохранения информации лазерные диски необходимо оберегать от:
1. пониженной температуры
2. магнитных полей
3. загрязнений
4. света
6. Компьютерная программа может управлять работой компьютера, если она находится:
1. в оперативной памяти
2. на гибком диске
3. на CD-диске
4. на жестком диске
7. Файл – это:
1. данные в оперативной памяти
2. программы или данные на диске, имеющие имя
3. программа в оперативной памяти
4. текст, распечатанный на принтере
8. При быстром форматировании гибкого диска:
1. стираются все данные
2. производится дефрагментация диска
3. производится проверка поверхности диска
4. производится очистка каталога диска
9. При полном форматировании гибкого диска:
1. стираются все данные
2. производится очистка каталога диска
3. диск становится системным
4. производится дефрагментация диска
10. В процессе дефрагментации диска каждый файл записывается:
1. в нечетных секторах
2. в произвольных секторах
3. обязательно в последовательно расположенных секторах
4. в четных секторах
11. При выключении компьютеров вся информация теряется:
1. на гибком диске
2. на жестком диске
3. на CD-диске
4. в оперативной памяти
12. Системный диск необходим для:
1. загрузки операционной системы
2. хранения важных файлов
3. систематизации файлов
4. лечения компьютеров от вирусов
13. В процессе загрузки операционной системы происходит:
1. копирование файлов операционной системы с гибкого диска на жесткий диск
2. копирование файлов операционной системы с CD-диска на жесткий диск
3. последовательная загрузка файлов операционной системы в оперативную память
4. копирование содержимого оперативной памяти на жесткий диск
14. Драйвер – это:
1. устройство компьютера
2. программа, обеспечивающая работу устройства
3. язык программирования
4. прикладная программа
15. Вершиной иерархической системы папок графического интерфейса Windows является папка:
1. рабочий стол
2. корневого каталога диска
3. мой компьютер
4. сетевое окружение
16. Растровые графические изображения формируются из:
1. линий
2. окружностей
3. прямоугольников
4. пикселей
17. Векторные графические изображения хорошо поддаются масштабированию (изменению размеров) так как:
1. используется высокое пространственное разрешение
2. они формируются из графических примитивов (линий, окружностей, прямоугольников, так далее)
3. они формируются из пикселей
4. используется палитра с большим количеством цветов.
Ответы:
Автор: Дуракова Людмила Васильевна
МБОУ «Ключевская СОШ»
Cкачать материалы урока
Как работает CPU: интерактивный урок для начинающих
Simple CPU — маленький урок, который знакомит новичка с ключевыми понятиями информатики. Хотя урок далеко не полный и предназначен для «самых маленьких», но даже образованному человеку приятно видеть, насколько доступно и элегантно можно изложить сложный материал.
Урок состоит из 8 интерактивных примеров.
2. Логические операции на примере штриха Шеффера (NAND gate).
Штрих Шеффера (NAND gate)
3. Триггер. Демонстрирует, как хранится информация в компьютере. Верхний переключатель изменяет значение бита, а нижний включает/отключает хранение.
D-триггер (триггер задержки)
Восемь триггеров сохраняют 1 байт информации.
4. Логические операции AND, OR, XOR. Щёлкая мышкой по входящим значениям, можно наглядно посмотреть, как они работают.
Что делать с числами, которые мы храним в памяти?
5. На схеме показано устройство под названием сумматор, которое складывает два бита. Если нужно сложить несколько бит, то последовательно используется несколько сумматоров: вход одного (carry in) подключается к выходу другого (carry out).
Опять же, это интерактивная схема.
Далее, как из калькулятора сделать компьютер?
С точки зрения CPU, программа не отличается от данных в том смысле, что здесь такой же двоичный код. Но он воспринимаются как инструкции. Например:
| Инструкция | Код |
| «Добавить одно число к другому» | 00000001 |
| «Вычесть одно число из другого» | 00000010 |
У каждого байта в памяти есть свой адрес, так что мы можем обратиться к CPU и попросить сделать что-то с конкретным байтом. Например, если нужно обратиться к ячейке памяти № 5, то мы указываем её адрес 00000101.
Таким образом, команда «Сложить число в ячейке памяти № 5 с числом в ячейке памяти № 7 транслируется в машинный код:
00000001 00000101 00000111
(сложить)(адрес № 5)(адрес № 7)
Здесь автор предлагает поиграться с простым эмулятором процессора, указывая инструкции в отдельных ячейках памяти. При этом инструкции меняют значение других ячеек, где тоже хранятся инструкции. Можно придумать забавные рекурсии. Компьютер понимает три инструкции: сложение, вычитание и перемещение данных из одной ячейки в другую.
# факты | Как работает процессор компьютера?
Вы читаете эти строки со смартфона, планшета или компьютера. Любое из этих устройств основано на микропроцессоре. Микропроцессор является «сердцем» любого компьютерного устройства. Существует много типов микропроцессоров, но все они решают одни и те же задачи. Сегодня мы поговорим о том, как процессор работает и какие задачи он выполняет. На первый взгляд все это представляется очевидным. Но очень многим пользователям было бы интересно углубить свои знания о важнейшем компоненте, обеспечивающем работу компьютера. Мы узнаем о том, как технология, основанная на простой цифровой логике, позволяет вашему компьютеру не только решать математические задачи, но и быть развлекательным центром. Как всего две цифры — единица и ноль — преобразуются в красочные игры и фильмы? Этот вопрос многие неоднократно задавали себе и будут рады получить на него ответ. Ведь даже в основе недавно рассмотренного нами процессора AMD Jaguar, на котором базируются новейшие игровые приставки, лежит та же древняя логика.
В англоязычной литературе микропроцессор часто называют CPU (central processing unit, [единым] модулем центрального процессора). Причина такого названия кроется в том, что современный процессор представляет собою единый чип. Первый микропроцессор в истории человечества был создан корпорацией Intel в далеком 1971 году.
Роль Intel в истории микропроцессорной индустрии
Первым микропроцессором для домашних компьютеров стал представленный в 1974 году Intel 8080. Вся вычислительная мощность 8-битного компьютера помещалась в одном чипе. Но по-настоящему большое значение имел анонс процессора Intel 8088. Он появился в 1979 году и с 1981 года стал использоваться в первых массовых персональных компьютерах IBM PC.
Далее процессоры начали развиваться и обрастать мощью. Каждый, кто хоть немного знаком с историей микропроцессорной индустрии, помнит, что на смену 8088 пришли 80286. Затем настал черед 80386, за которым следовали 80486. Потом были несколько поколений «Пентиумов»: Pentium, Pentium II, III и Pentium 4. Все это «интеловские» процессоры, основанные на базовой конструкции 8088. Они обладали обратной совместимостью. Это значит, что Pentium 4 мог обработать любой фрагмент кода для 8088, но делал это со скоростью, возросшей примерно в пять тысяч раз. С тех пор прошло не так много лет, но успели смениться еще несколько поколений микропроцессоров.
Существует непосредственная связь между тактовой частотой, а также количеством транзисторов и числом операций, выполняемых процессором за одну секунду. Например, тактовая частота процессора 8088 достигала 5 МГЦ, а производительность: всего 0,33 миллиона операций в секунду. То есть на выполнение одной инструкции требовалось порядка 15 тактов процессора. В 2004 году процессоры уже могли выполнять по две инструкции за один такт. Это улучшение было обеспечено увеличением количества процессоров в чипе.
Чип также называют интегральной микросхемой (или просто микросхемой). Чаще всего это маленькая и тонкая кремниевая пластинка, в которую «впечатаны» транзисторы. Чип, сторона которого достигает двух с половиной сантиметров, может содержать десятки миллионов транзисторов. Простейшие процессоры могут быть квадратиками со стороной всего в несколько миллиметров. И этого размера достаточно для нескольких тысяч транзисторов.
Логика микропроцессора
Микропроцессор способен выполнять определенный набор машинных инструкций (команд). Оперируя этими командами, процессор выполняет три основные задачи:
Поскольку информация достаточно сложна, будем исходить из того, что ширина обеих шин — и адресной и шины данных — составляет всего 8 бит. И кратко рассмотрим компоненты этого сравнительно простого микропроцессора:
На данной диаграмме не отображены линии управления дешифратора команд, которые можно выразить в виде следующих «приказов»:
В дешифратор команд поступают биты данных из тестового регистра, канала синхронизации, а также из регистра команд. Если максимально упростить описание задач дешифратора инструкций, то можно сказать, что именно этот модуль «подсказывает» процессору, что необходимо сделать в данный момент.
Память микропроцессора
Выше мы писали о шинах (адресной и данных), а также о каналах чтения (RD) и записи (WR). Эти шины и каналы соединены с памятью: оперативной (ОЗУ, RAM) и постоянным запоминающим устройством (ПЗУ, ROM). В нашем примере рассматривается микропроцессор, ширина каждой из шин которого составляет 8 бит. Это значит, что он способен выполнять адресацию 256 байт (два в восьмой степени). В один момент времени он может считывать из памяти или записывать в нее 8 бит данных. Предположим, что этот простой микропроцессор располагает 128 байтами ПЗУ (начиная с адреса 0) или 128 байтами оперативной памяти (начиная с адреса 128).
Модуль постоянной памяти содержит определенный предварительно установленный постоянный набор байт. Адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, который следует передать шине данных. Когда канал чтения (RD) меняет свое состояние, модуль ПЗУ предоставляет запрошенный байт шине данных. То есть в данном случае возможно только чтение данных.
Из оперативной памяти процессор может не только считывать информацию, он способен также записывать в нее данные. В зависимости от того, чтение или запись осуществляется, сигнал поступает либо через канал чтения (RD), либо через канал записи (WR). К сожалению, оперативная память энергозависима. При отключении питания она теряет все размещенные в ней данные. По этой причине компьютеру необходимо энергонезависимое постоянное запоминающее устройство.
Более того, теоретически компьютер может обойтись и вовсе без оперативной памяти. Многие микроконтроллеры позволяют размещать необходимые байты данных непосредственно в чип процессора. Но без ПЗУ обойтись невозможно. В персональных компьютерах ПЗУ называется базовой системой ввода и вывода (БСВВ, BIOS, Basic Input/Output System). Свою работу при запуске микропроцессор начинает с выполнения команд, найденных им в BIOS.
Команды BIOS выполняют тестирование аппаратного обеспечения компьютера, а затем они обращаются к жесткому диску и выбирают загрузочный сектор. Этот загрузочный сектор является отдельной небольшой программой, которую BIOS сначала считывает с диска, а затем размещает в оперативной памяти. После этого микропроцессор начинает выполнять команды расположенного в ОЗУ загрузочного сектора. Программа загрузочного сектора сообщает микропроцессору о том, какие данные (предназначенные для последующего выполнения процессором) следует дополнительно переместить с жесткого диска в оперативную память. Именно так происходит процесс загрузки процессором операционной системы.
Инструкции микропроцессора
Приведем список слов-команд языка ассемблера для условного простого процессора, который мы рассматриваем в качестве примера к нашему повествованию:
Английские слова, обозначающие выполняемые действия, в скобках приведены неспроста. Так мы можем видеть, что язык ассемблера (как и многие другие языки программирования) основан на английском языке, то есть на привычном средстве общения тех людей, которые создавали цифровые технологии.
Работа микропроцессора на примере вычисления факториала
факториал от 5 = 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120
На языке программирования C этот фрагмент кода, выполняющего данное вычисление, будет выглядеть следующим образом:
Когда эта программа завершит свою работу, переменная f будет содержать значение факториала от пяти.
Компилятор C транслирует (то есть переводит) этот код в набор инструкций языка ассемблера. В рассматриваемом нами процессоре оперативная память начинается с адреса 128, а постоянная память (которая содержит язык ассемблера) начинается с адреса 0. Следовательно, на языке данного процессора эта программа будет выглядеть так:
// Предположим, что a по адресу 128// Предположим, что F по адресу 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // if a > 5 the jump to 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // loop back to if17 STOP
Теперь возникает следующий вопрос: а как же все эти команды выглядят в постоянной памяти? Каждая из этих инструкций должна быть представлена в виде двоичного числа. Чтобы упростить понимание материала, предположим, что каждая из команд языка ассемблера рассматриваемого нами процессора имеет уникальный номер:
Будем считать эти порядковые номера кодами машинных команд (opcodes). Их еще называют кодами операций. При таком допущении, наша небольшая программа в постоянной памяти будет представлена в таком виде:
// Предположим, что a по адресу 128// Предположим, что F по адресу 129Addr машинная команда/значение0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 12823 12824 3 // CONB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430 831 18 // STOP
Как вы заметили, семь строчек кода на языке C были преобразованы в 18 строчек на языке ассемблера. Они заняли в ПЗУ 32 байта.
Декодирование
Дешифратор команд нужен для того, чтобы перевести каждый машинный код в набор сигналов, приводящих в действие различные компоненты микропроцессора. Если упростить суть его действий, то можно сказать, что именно он согласует «софт» и «железо».
Рассмотрим работу дешифратора команд на примере инструкции ADD, выполняющей действие сложения:
Каждая команда может быть представлена в виде набора последовательно выполняемых операций, которые в определенном порядке манипулируют компонентами микропроцессора. То есть программные инструкции ведут ко вполне физическим изменениям: например, изменению положения защелки. Некоторые инструкции могут потребовать на свое выполнение двух или трех тактовых циклов процессора. Другим может потребоваться даже пять или шесть циклов.
Микропроцессоры: производительность и тенденции
Многие транзисторы поддерживают технологию конвейеризации. В рамках конвейерной архитектуры происходит частичное наложение выполняемых инструкций друг на друга. Инструкция может требовать на свое выполнение все тех же пяти циклов, но если процессором одновременно обрабатываются пять команд (на разных этапах завершенности), то в среднем на выполнение одной инструкции потребуется один цикл тактовой частоты процессора.
Во многих современных процессорах дешифратор команд не один. И каждый из них поддерживает конвейеризацию. Это позволяет выполнять более одной инструкции за один такт процессора. Для реализации этой технологии требуется невероятное множество транзисторов.
64-битные процессоры
Основная причина, по которой процессорам нужна 64-битность, состоит в том, что данная архитектура расширяет адресное пространство. 32-битные процессоры могут получать доступ только к двум или четырем гигабайтам оперативной памяти. Когда-то эти цифры казались гигантскими, но миновали годы и сегодня такой памятью никого уже не удивишь. Несколько лет назад память обычного компьютера составляла 256 или 512 мегабайт. В те времена четырехгигабайтный лимит мешал только серверам и машинам, на которых работают большие базы данных.
Но очень быстро оказалось, что даже обычным пользователям порой не хватает ни двух, ни даже четырех гигабайт оперативной памяти. 64-битных процессоров это досадное ограничение не касается. Доступное им адресное пространство в наши дни кажется бесконечным: два в шестьдесят четвертой степени байт, то есть что-то около миллиарда гигабайт. В обозримом будущем столь гигантской оперативной памяти не предвидится.
64-битная адресная шина, а также широкие и высокоскоростные шины данных соответствующих материнских плат, позволяют 64-битным компьютерам увеличить скорость ввода и вывода данных в процессе взаимодействия с такими устройствами, как жесткий диск и видеокарта. Эти новые возможности значительно увеличивают производительность современных вычислительных машин.
Но далеко не все пользователи ощутят преимущества 64-битной архитектуры. Она необходима, прежде всего, тем, кто занимается редактированием видео и фотографий, а также работает с различными большими картинками. 64-битные компьютеры по достоинству оценены ценителями компьютерных игр. Но те пользователи, которые с помощью компьютера просто общаются в социальных сетях и бродят по веб-просторам да редактируют текстовые файлы никаких преимуществ этих процессоров, скорее всего, просто не почувствуют.
Урок 3. Как работает компьютер
Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает.
В этом IT-уроке узнаем, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).
Во втором уроке мы разобрались, что компьютер нужен для обработки информации, её хранения и передачи. Посмотрим же, как происходит обработка информации.
Как хранится информация на компьютере
Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», то есть используется двоичный код и двоичная система счисления.
Например, десятичное число «9» он видит как двоичное число «1001».
В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые необходимо обработать, и все программы, которые руководят процессом обработки.
Например, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):
Так человек видит изображение:
Компьютер видит набор «0» и «1»
(первые две строчки файла):
0000 0000 0001 0000 0100 1010 0100 0110
0100 1001 0100 0110 0000 0000 0000 0001
0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0001
0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000
1111 1111 1101 1011 0000 0000 0100 0011
0000 0000 0000 0011 0000 0010 0000 0010
0000 0011 0000 0010 0000 0010 0000 0011
А текст для компьютера выглядит так:
Человек видит текст:
Компьютер опять видит набор «0» и «1»:
0111 0010 0110 1111 0110 1011 0110 1001
0010 1110 0111 0010 0111 0101
Сегодня мы не будем разбираться в тонкостях вычислений и преобразований, посмотрим на процесс в общем.
Где хранится информация
Когда информация занесена в компьютер (записана), то она хранится на специальном устройстве – накопителе данных. Обычно накопитель данных – это жесткий диск (винчестер).
Жестким диском это устройство называется из-за конструкции. Внутри его корпуса находится один или несколько твердых блинов (металлических или стеклянных), на которых и хранятся все данные (текстовые документы, фотографии, фильмы и т.д.) и установленные программы (операционная система, прикладные программы, как Word, Excel, и др.).
Жесткий диск (накопитель данных) хранит программы и данные
Информация на жестком диске хранится и после выключения компьютера.
Подробнее об устройстве жесткого диска мы узнаем в одном из следующих IT-уроков.
Что обрабатывает всю информацию в компьютере
Основная задача компьютера – обрабатывать информацию, то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор. Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).
Процессор – обрабатывает информацию
Что в данный момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные необходимо обработать и что с ними нужно сделать.
Схема обработки данных
Программы и данные загружаются с накопителя (жесткого диска).
Но жесткий диск – относительно медленное устройство, и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.
Не оставим процессор без дела
Поэтому между процессором и жестким диском установили более быстрое запоминающее устройство – оперативную память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это небольшая печатная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.
Оперативная память – ускоряет доступ процессора к программам и данным
В оперативную память заранее считываются с жёсткого диска все необходимые программы и данные. Во время работы процессор обращается к оперативной памяти, считывает команды программы, которая говорит какие данные нужно взять и как именно их обработать.
При выключении компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется в ней (в отличие от жесткого диска).
Процесс обработки информации
Итак, теперь мы знаем, какие устройства участвуют в обработке информации. Посмотрим теперь на весь процесс вычислений.
Анимация процесса обработки информации компьютером (IT-uroki.ru)
Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жестком диске. При включении компьютера и запуске программы, происходит следующее:
1. Программа с жесткого диска заносится в оперативную память и сообщает процессору, какие загрузить данные в оперативную память.
2. Процессор поочередно выполняет команды программы, порциями обрабатывая данные, взяв их из оперативной памяти.
3. Когда данные обработаны, результат вычислений процессор возвращает в оперативную память и берет следующую порцию данных.
4. Результат работы программы возвращается на жесткий диск и сохраняется.
Описанные шаги показаны красными стрелками на анимации (эксклюзивно от сайта IT-uroki.ru).
Ввод и вывод информации
Чтобы компьютер получил информацию для обработки, её нужно ввести. Для этого используются устройства ввода данных:
Для вывода результата обработки информации используются устройства вывода данных:
Кроме того, мы можем вводить и выводить данные на другие устройства с помощью:
Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то получится вот такая диаграмма:
Ввод, обработка и вывод данных
То есть компьютер работает с ноликами и единичками, а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в привычные нам образы (изображение, звук).
Подводим итог
Итак, сегодня мы вместе с сайтом IT-uroki.ru узнали, как работает компьютер. Если кратко, то компьютер получает данные с устройств ввода (клавиатура, мышь и т.д.), заносит их на жесткий диск, затем передает в оперативную память и обрабатывает с помощью процессора. Результат обработки возвращается сначала в оперативную память, затем либо на жесткий диск, либо сразу на устройства вывода (например, монитор).
Если появились вопросы, можно задать их в комментариях к этой статье.
Обо всех перечисленных в сегодняшнем уроке устройствах Вы можете узнать подробнее из последующих уроков на сайте IT-уроки. Чтобы не пропустить новые уроки – подпишитесь на новости сайта.
Копирование запрещено
Напомню, что на сайте IT-уроки есть постоянно обновляемые справочники:
Видео-дополнение
Сегодня небольшое познавательное видео о производстве процессоров.