5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 [1 Голос]

Аппаратные средства ПК: что такое ЦПУ?

Центральное процессорное устройство (ЦПУ) - сердце любой вычислительной системы. Все вычисления совершаются внутри ЦПУ. Большинство устройств, составляющих персональный компьютер (PC), предназначены для того чтобы поддерживать работу ЦПУ. В этой статье термины ЦПУ, процессор и микропроцессор будут использоваться как синонимы для описания этого основного элемента вычислительной машины.

В IBM PC и IBM-совместимых PC используется семейство процессоров Intel 80 х86. Это семейство объединяет процессоры, отличающиеся по производительности на несколько порядков, — от 8088, который использовался в оригинальном PC, до архаичной «суперЭВМ» 80486. Все представители этого семейства имеют общее наследство — процессор 8086. Каждый новый процессор совместим с предыдущим поколением процессоров. Это означает, что код, написанный для процессора 8088, будет выполняться без модификации на процессоре 80486, но только быстрее. Однако код, написанный с учетом всех возможностей нового процессора, не будет выполняться на более старом.

Совместимость по коду — это одновременно и благословение, и проклятие. Совместимость хороша тем, что старое программное обеспечение будет работать, когда PC заменяется на новый, более быстрый. Недостатком такой совместимости является то, что все прикладные программы написаны главным образом для процессора 8088 и поэтому не используют преимущества более нового поколения процессоров. Например, старая версия WordStar стабильно работала на процессоре 80386 (PS/2, модель 70). То, что программа выполняется без проблем на новом процессоре, является положительным моментом. Но, с другой стороны, хотя она и работает быстрее, ее возможности не расширяются пропорционально производительности нового процессора. Например, размер буфера для текста не изменяется при работе на новом процессоре.

В последнее время немалую популярность получил чат - рулетка, уникальный способ общения, когда ваш визави подбирается случайным образом из множества находящихся в текущий момент на сайте людей онлайн. Узнать дополнительную информацию о сервисе можно на веб - ресурсе chatrulet-ru.com

Использование операционной системы, работающей в «реальном режиме», PC-DOS (два разных термина PC-DOS и MS-DOC мы будем использовать как синонимы) является еще одной причиной, почему на новом процессоре не доступны новые возможности. Эта операционная система разрабатывалась для процессоров 8088/86, установленных на оригинальном PC. Когда работает MS-DOS, она предполагает, что базовым является процессор типа 8088 и поэтому не инициализирует новый процессор на работу в режиме собственной, более эффективной системы команд. Существует множество различных версий PC-DOS/MS-DOS, начиная с оригинальной версии 1.0 до новейшей 4.1. В различных версиях этой очень распространенной операционной системы было сделано много усовершенствований. Однако ни одна из этих версий не работает в режиме, отличающемся от «реального».

Более новые операционные системы, такие, как UNIX, AIX и OS/2, имеют преимущество в том, что используют предусмотренную для более современных процессоров собственную систему команд. Эти операционные системы могут предоставить больше возможностей и функций прикладным программам, написанным специально для работы в них.

Они обеспечивают:

  1. поддержку аппаратными средствами многозадачного режима;
  2. защиту памяти при локализации ошибочной задачи и отладке;
  3. расширенное адресное пространство для программных команд и данных.

Эти операционные системы предоставляют большие возможности с одним ограничением — они не могут работать на старых процессорах 8088/8086. Для работы этих систем необходим, как минимум, процессор Intel 80286. Выпущенная позднее версия OS/2 (с названием OS/2 386 или OS/3), которая будет работать только на процессорах 80386/486. Она будет использовать те возможности процессора 80386, которых нет даже у процессора 80286.

Из-за широкого распространения и применения операционной системы MS-DOS все представленные далее программы подойдут для этой системы. Это не только вынуждает процессор работать в режиме 8088/86 (в «реальном режиме»), но также накладывает некоторые ограничения на имеющиеся ресурсы для наших программ создания изображений:

  1. суммарный объем памяти, который может быть адресован в рамках прикладной программы, составляет 640 Кбайт. Это является существенным недостатком, так как отдельные изображения занимают объем 300 Кбайт;
  2. недоступен многозадачный режим работы.

Существуют способы устранения этих ограничений, однако, они в некоторой степени специфичны для прикладной программы и мы не будем обсуждать их. Для упрощения обучения, в задачах обработки изображений будем использовать только операционную систему MS-DOS. Было бы бесполезно давать другие версии программ для других операционных систем до тех пор, пока мы не перейдем к более сложным заданиям.

Процессор 8088/86, выбор которого обусловлен использованием MS-DOS, можно охарактеризовать следующим образом:

  1. ЦПУ способно адресовать 1М байт памяти в сегментах по 64К;
  2. для управления архитектурой памяти с сегментной организацией используются четыре специальных регистра сегментов: Data Segment (DS) предназначенный для данных, Code Segment (CS) для хранения кода, SS-регистр, называемый сегментом стека, и последний, ES-регистр — добавочный регистр сегментов;
  3. сегменты начинаются на границах параграфа. Параграф имеет длину 16 байт. Границей параграфа является любой адрес, который делится на 16 без остатка;
  4. системой обозначения, которая используется для определения участка памяти служит пара <сегмент: смещение>. Сегмент указывает на начало области памяти, а смещение содержит разность между начальным адресом сегмента и текущим адресом. Так как сегменты могут перекрываться, каждая область памяти может определяться более чем одной парой <сегмент: смещение>. Другими словами, каждая пара <сегмент:смещение> определяет единственный в своем роде участок памяти; в свою очередь, другая пара <сегмент: смещение> также может определять тот же участок. Так, как длина смещения составляет 16 бит, максимальная длина любого сегмента будет 64К.;
  5. д) Все четыре регистра сегментов могут отмечать одну и ту же область памяти. Примером этого является крошечная модель памяти в Turbo С, которая будет вкратце рассмотрена ниже.

В действительности, архитектура сегментной организации памяти процессоров Intel (при работе в «реальном режиме») далеко не идеально соответствует обработке графических изображений. Некоторые изображения, полученные с помощью цифрового видеопреобразователя, занимают больше памяти, чем может содержаться в одном сегменте данных. Для получения данных, выходящих за границы одного сегмента, требуется дополнительная команда. Эта дополнительная команда — то «наказание» за использование процессоров Intel, которое проявляется в снижении производительности. Процессоры серии Motorola 68000 с большим линейным адресным пространством более пригодны для обработки изображений. Тем не менее мы будем использовать для своих целей только процессоры Intel, так как они наиболее широко распространены.

Замечание по быстродействию процессора

Обработка изображений — это процесс, включающий огромное количество операций с числами. Большие объемы обработки могут потребовать подключения для решения этой задачи нескольких PC.

Разработано для Disqus