Структура центрального процессора: 19. Общая структура центрального процессора.

Содержание

Устройство процессора и его назначение

Описание и назначение процессоров

На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием.

Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году.

Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов.

Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы. Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера.

Устройство процессора

Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления. От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами.

В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова.

Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.

Схема процессора

Работа процессора

Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти.

(Работа процессора сложнее, чем это изображено на схеме выше. Например, данные и команды попадают в кэш не сразу из оперативной памяти, а через блок предварительной выборки, который не изображен на схеме. Также не изображен декодирующий блок, осуществляющий преобразование данных и команд в двоичную форму, только после чего с ними может работать процессор.)

Блок управления помимо прочего отвечает за вызов очередной команды и определение ее типа.

Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров.

Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд. В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемого счетчика команд, который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или останова).

Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.

Характеристики процессора

Тактовая частота

процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду.

Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины.

Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адресазависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще.

На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти.

Продукты: Центральный процессор системы МПЦ RAIL LOCK 500

СОСТАВ

В состав центрального процессора входят два промышленных компьютера, один из которых постоянно находится в горячем резерве и при сбое в работе основного компьютера может приступить к выполнению его функций без прерывания работы МПЦ. Для обеспечения безопасности функционирования обработка ответственных данных в каждом компьютере центрального процессора системы МПЦ выполняется в двух каналах по схеме «2 из 2». В безопасных вычислительных каналах используются процессоры с разной архитектурой, разные операционные системы и диверсифицированное прикладное программное обеспечение.

За время каждого цикла обработки данных центральный процессор собирает и обрабатывает все данные о состоянии напольных объектов, передает эту информацию в виде индикации на АРМ, обрабатывает все данные о зависимостях, сравнивает на соответствие выходные данные, сопоставляет и передает приказы управления объектами.

В системе МПЦ могут быть использованы центральные процессоры R3 и R4 разных модификаций, что позволяет подобрать оптимальное техническое решение для каждого конкретного проекта. При необходимости в систему МПЦ может быть установлено несколько центральных процессоров.

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР R4 НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Высокопроизводительный центральный процессор R4 нового поколения рассчитан на управление крупными станциями и целыми участками. В зону его действия может входить более 2000 логических объектов. Для связи с концентраторами системы передачи данных МПЦ центральный процессор R4 использует дублированную сеть Ethernet и стандартные протоколы TCP/IP. Высокопроизводительная сеть Ethernet и протоколы TCP/IP используются также для связи между платами процессорных устройств основного и резервного компьютера центрального процессора R4 с целью сравнения результатов обработки данных.

МОДЕРНИЗИРОВАННЫЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР R4N

Отличительными особенностями устройства R4N являются высокая производительность (2000 логических объектов) и способность выполнять функции не только центрального процессора, но и центра радиоблокировки. Этот центральный процессор имеет модульную структуру и высокую ремонтопригодность, не требует внутренних систем охлаждения.

Система способна взаимодействовать с большинством систем автоматики вышестоящего уровня и адаптироваться для подключения к существующей напольной инфраструктуре рельсовых цепей. Номенклатура приемников и генераторов минимальна — один приемник и один генератор вне зависимости от частоты.

МОДЕРНИЗИРОВАННЫЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР В ЗАЩИЩЕННОМ ИСПОЛНЕНИИ R4M

Центральный процессор R4M специально разработан для эксплуатации в самых жестких условиях окружающей среды. Он совершенно неприхотлив к условиям размещения, имеет герметичный корпус, может устанавливаться в помещении любого типа, а также в напольном климатическом шкафу, обеспечивающем диапазон температур от —20 до +70 °C, не требует внутренних и внешних систем охлаждения и вентиляции. Центральный процессор R4M обеспечивает управление и контроль до 1000 логических объектов.

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР R3

Каждый комплект центрального процессора R3 может управлять 150 логическими объектами. Это многократно проверенное на практике недорогое устройство для внедрения МПЦ на небольших станциях. На более крупных станциях в систему МПЦ может быть включено несколько центральных процессоров R3.

Центральный процессор (ЦП) — GeeksforGeeks

ЦП — это мозг компьютера. Все виды операций по обработке данных и все важные функции компьютера выполняются центральным процессором. Это помогает устройствам ввода и вывода взаимодействовать друг с другом и выполнять соответствующие операции. Он также хранит входные данные, промежуточные результаты между обработками и инструкции.

Теперь ЦП состоит из 3 основных блоков, а именно:

Модуль памяти или хранения
Блок управления
АЛУ (Арифметико-логическое устройство)

Давайте теперь посмотрим на блок-схему компьютера:

Здесь, на этой диаграмме, также показаны три основных компонента. Итак, давайте обсудим эти основные компоненты:

Блок памяти или хранения

Как следует из названия, этот блок может хранить инструкции, данные и промежуточные результаты. Блок памяти отвечает за передачу информации другим блокам компьютера, когда это необходимо. Он также известен как внутреннее запоминающее устройство, или основная память, или первичная память, или оперативная память (ОЗУ), поскольку все это устройства хранения.

Его размер влияет на скорость, мощность и производительность. В компьютере есть два типа памяти: первичная память и вторичная память. Некоторые основные функции блоков памяти перечислены ниже:

Данные и инструкции хранятся в блоках памяти, которые необходимы для обработки.
Он также сохраняет промежуточные результаты любых вычислений или задач, когда они находятся в процессе.
Окончательные результаты обработки сохраняются в блоках памяти до того, как эти результаты будут переданы на устройство вывода для предоставления вывода пользователю.
Все виды входов и выходов передаются через блок памяти.

Блок управления

Как следует из названия, блок управления управляет работой всех частей компьютера, но не выполняет никаких операций по обработке данных. Для выполнения уже сохраненных инструкций он инструктирует компьютер, используя электрические сигналы для инструктирования компьютерной системы. Он берет инструкции из блока памяти, а затем декодирует инструкции, после чего выполняет эти инструкции. Таким образом, он контролирует работу компьютера. Его основная задача — поддерживать поток информации через процессор. Некоторые основные функции блока управления перечислены ниже:

Управление данными и передача данных и инструкций осуществляется блоком управления среди других частей компьютера.
Блок управления отвечает за управление всеми блоками компьютера.
Основной задачей блока управления является получение инструкций или данных, которые вводятся из блока памяти, интерпретация их, а затем управление работой компьютера в соответствии с ними.
Блок управления отвечает за связь с устройствами ввода и вывода для передачи данных или результатов из памяти.
Блок управления не несет ответственности за обработку данных или их хранение.

АЛУ (арифметико-логическое устройство)

АЛУ (арифметико-логическое устройство) отвечает за выполнение арифметических и логических функций или операций. Он состоит из двух подразделов, а именно:

Арифметический раздел
Логический раздел

Теперь дайте нам знать об этих подразделах:

Арифметический раздел: Под арифметическими операциями мы подразумеваем такие операции, как сложение, вычитание, умножение. и деление, и все эти операции и функции выполняет АЛУ. Кроме того, все сложные операции выполняются путем многократного использования упомянутых операций АЛУ.

Секция логики: Под логическими операциями мы подразумеваем такие операции или функции, как выбор, сравнение, сопоставление и объединение данных, и все они выполняются АЛУ.

Примечание. ЦП может содержать более одного АЛУ, и АЛУ можно использовать для обслуживания таймеров, которые помогают запускать компьютерную систему.

Примеры вопросов

Вопрос 1. Какие из следующих компонентов являются основными компонентами ЦП?

(A) Блок памяти или хранения

(b) Блок управления

(c) Alu (арифметическая логическая единица)

(D) Все вышеперечисленное

Решение:

. Правильный вариант d, д.е. Все вышеперечисленное
ЦП состоит из 3 основных блоков: блока памяти или хранения, блока управления, АЛУ (арифметико-логического блока).

Вопрос 2. Всевозможные входы и выходы передаются через ___________.

(a) Блок памяти

(b) Alu

(c) Блок управления

(D) Ни один из вышеупомянутых

Решение:

. Правильный вариант. , т. е. блок памяти.
Все виды входов и выходов передаются через блок памяти.

Вопрос 3. __________ не несет ответственности за обработку или хранение данных.

(А) Блок памяти

(b) ALU

(c) Блок управления

(D) Ни один из вышеуказанных

Решение:

. Правильная опция C, I.E. Блок управления не несет ответственности за обработку или хранение данных.

Вопрос 4. Операция сравнения, какой тип операции?

(A) Арифметический

(B) Логический

(В) и а, и б

(г) Ничего из перечисленного

Решение:

Правильный вариант Б, т.е. такие как выбор, сравнение, сопоставление и объединение данных, и все это выполняется ALU.

Вопрос 5. ______________ отвечает за связь с устройствами ввода и вывода для передачи данных или результатов из памяти.

(a) Блок памяти

(b) Alu

(c) Блок управления

(D) Нет из приведенного выше

раствор:

699922

61119922

. это C, т.е. Блок управления

Блок управления отвечает за связь с устройствами ввода и вывода для передачи данных или результатов из памяти.

Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функции

Опубликовано: 23 июля 2020 г. | | на Дэвид Бот (выпускники Sudoer)

Изображение
^{Изображение Michael Schwarzenberger с сайта Pixabay}
Наследие более ранних разработок, таких как разностная машина Бэббиджа и перфокартные системы 1970-х годов, оказывают значительное влияние на современные компьютерные системы. В своей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсудил несколько предшественников современного компьютера и перечислил характеристики, определяющие то, что мы сегодня называем компьютером.
В этой статье я расскажу о центральном процессоре (ЦП), включая его компоненты и функциональные возможности. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочитайте ее, если вы еще этого не сделали.
Центральный процессор (ЦП)
ЦП современных компьютеров является воплощением «мельницы» в разностной машине Бэббиджа. Термин
центральный процессор возник еще в тумане компьютерных времен, когда один массивный шкаф содержал схемы, необходимые для интерпретации программных инструкций машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными. Центральный процессор также завершил всю обработку всех подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабаны и дисководы. Современные периферийные устройства сами обладают значительной вычислительной мощностью и разгружают некоторые задачи обработки с ЦП. Это освобождает ЦП от задач ввода-вывода, так что его мощность применяется к основной задаче под рукой.
[ Узнайте, как добиться успеха в управлении средой Linux. ]
Ранние компьютеры имели только один ЦП и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин ЦП, но теперь он относится к корпусу процессора на типичной материнской плате. На рис. 1 показан стандартный пакет процессоров Intel.
Изображение
Рисунок 1: Пакет процессора Intel Core i5 (Джуд МакКрени через Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).
Здесь действительно не на что смотреть, кроме самого пакета процессора. Пакет процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор(ы), запечатанную внутри металлического контейнера и установленную на небольшой печатной плате (ПК). Пакет просто вставляется в гнездо ЦП на материнской плате и фиксируется с помощью фиксирующего рычага. Процессорный кулер крепится к корпусу процессора. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому, если вы собираете свои собственные компьютеры, очень важно подобрать правильный корпус, подходящий для разъема материнской платы.

Как работает ЦП
Рассмотрим ЦП более подробно. На рис. 2 представлена концептуальная схема гипотетического ЦП, позволяющая упростить визуализацию компонентов. ОЗУ и системные часы заштрихованы, поскольку они не являются частью ЦП и показаны только для ясности. Кроме того, не используются никакие соединения между часами ЦП и блоком управления и компонентами ЦП. Достаточно сказать, что сигналы часов и блока управления являются неотъемлемой частью любого другого компонента.
Изображение
Рисунок 2: Упрощенная концептуальная схема типичного процессора.
Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Эта цифра достаточна для наших целей, не будучи слишком сложной.
Арифметико-логическое устройство
Арифметико-логическое устройство (ALU) выполняет арифметические и логические функции, которые выполняет компьютер. Регистры A и B содержат входные данные, а аккумулятор получает результат операции. Регистр инструкций содержит команду, которую должен выполнить АЛУ.
Например, при сложении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B. АЛУ выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция является логической, сравниваемые данные помещаются во входные регистры . Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое накопителя затем помещается в ячейку кэша, зарезервированную программой для результата.
Существует еще один тип операций, выполняемых ALU. Результатом является адрес в памяти, и он используется для вычисления нового места в памяти, чтобы начать загрузку инструкций. Результат помещается в регистр указателя инструкций .
Регистр инструкций и указатель
Указатель инструкций указывает место в памяти, содержащее следующую команду, которую должен выполнить ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из ячейки памяти, на которую указывает указатель инструкции.
После загрузки инструкции в регистр инструкций указатель регистра инструкций увеличивается на один адрес инструкции. Приращение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.
Кэш
ЦП никогда не обращается напрямую к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько слоев кэш-памяти . Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные ЦП. Причины этого выходят за рамки этой статьи, но я рассмотрю их подробнее в следующей статье.
Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к центральному процессору, поскольку находится на кристалле процессора. Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции, чтобы ЦП не ждал, пока данные будут извлечены из ОЗУ. Когда центральному процессору нужны данные — а инструкции программы также считаются данными — кэш определяет, имеются ли уже данные, и предоставляет их центральному процессору.
Если запрошенных данных нет в кеше, они извлекаются из ОЗУ и используют алгоритмы прогнозирования для перемещения дополнительных данных из ОЗУ в кеш. Контроллер кэша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из оперативной памяти. Он загружает ожидаемые данные в кеш. Сохраняя некоторые данные ближе к ЦП в кэше, который быстрее, чем ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.
Наш простой ЦП имеет три уровня кэш-памяти. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования того, какие данные и программные инструкции потребуются в следующий раз, для перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их как можно ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо. Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ, в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.
Кэш 1-го уровня находится ближе всего к ЦП. В нашем процессоре есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — кеш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.
Блок управления памятью
Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (ОЗУ) и ЦП. Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.
Часы ЦП и блок управления
Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной совместной работы. 9Блок управления 0251 выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой , и отвечает за управление операциями других блоков с помощью сигналов синхронизации, которые распространяются на ЦП.
Оперативная память (ОЗУ)
Хотя ОЗУ или основная память показаны на этой и следующей диаграмме, на самом деле она не является частью ЦП. Его функция заключается в хранении программ и данных, чтобы они были готовы к использованию, когда они потребуются процессору.
Как это работает
ЦП работают по циклу, который управляется блоком управления и синхронизируется с часами ЦП. Этот цикл называется циклом инструкций ЦП и состоит из ряда компонентов выборки/декодирования/выполнения. Инструкция, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, извлекается и помещается в регистр инструкций. Команда декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B. Инструкция выполняется с использованием регистров A и B, а результат помещается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкций на длину предыдущего и начинает заново.
Базовый цикл команд ЦП выглядит следующим образом.
Изображение
Рисунок 3: Базовый цикл инструкций ЦП.
Потребность в скорости
Хотя базовый ЦП работает хорошо, ЦП, работающие на этом простом цикле, можно использовать еще эффективнее. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и мы рассмотрим здесь две из них.
Ускорение цикла инструкций
Одной из проблем, с которой сталкивались первые разработчики ЦП, была потеря времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности процессора была перекрытие частей цикла команд ЦП для более полного использования различных частей ЦП.
Например, когда текущая инструкция декодирована, следующая извлекается и помещается в регистр инструкций. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции. Использование перекрывающихся командных циклов показано на рисунке 4.
Изображение
Рис. 4. Цикл инструкций ЦП с перекрытием.
Этот дизайн выглядит красиво и плавно, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие правильных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU находил правильные данные и перемещал их в ЦП, а это может занять некоторое время. Для выполнения некоторых инструкций также требуется больше циклов ЦП, чем для других, что мешает плавному перекрытию.
Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности процессора.
Гиперпоточность
Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — гиперпоточность . Гиперпоточность заставляет одно ядро процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя инструкций и регистра инструкций к нашему гипотетическому ЦП, как показано на рис. 5, заставляет его функционировать как два ЦП, выполняя два отдельных потока команд в течение каждого командного цикла. Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных (опять же, инструкции также являются данными), второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум ЦП по способности обрабатывать инструкции.
Изображение
Рисунок 5: Концептуальная схема процессора с гиперпоточностью.
Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность гораздо сложнее.
Дополнительная терминология
Я сталкивался с множеством различных терминов ЦП. Чтобы более точно определить терминологию, давайте посмотрим на сам ЦП с помощью команды lscpu .
[root@hornet ~]# lscpu Архитектура: x86_64 Режим(ы) работы ЦП: 32-разрядный, 64-разрядный Порядок байтов: Little Endian Размеры адресов: 39бит физический, 48 бит виртуальный ЦП: 12 Список процессоров в сети: 0–11 Количество потоков на ядро: 2 Количество ядер на сокет: 6 Сокет(ы): 1 Узлы NUMA: 1 Идентификатор поставщика: GenuineIntel Семейство ЦП: 6 Модель: 158 Название модели: ЦП Intel(R) Core(TM) i7-8700 @ 3,20 ГГц Шаг: 10 ЦП МГц: 4300,003 Макс. частота ЦП, МГц: 4600.0000 ЦП мин. МГц: 800.0000 BogoMIPS: 6399,96 Виртуализация: VT-x Кэш L1d: 192 КиБ Кэш L1i: 192 КиБ Кэш L2: 1,5 МБ Кэш L3: 12 МБ Процессоры NUMA node0: 0–11
Процессор Intel, показанный выше, представляет собой корпус, который подключается к одному разъему на материнской плате. Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое из них может запускать два одновременных потока, всего 12 процессоров.
[ Бесплатный онлайн-курс: технический обзор Red Hat Enterprise Linux. ]
Мои определения:
Ядро. Ядро — это наименьшая физическая аппаратная единица, способная выполнять задачу обработки. Он содержит одно АЛУ и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и поддерживающих схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер могут быть объединены в один физический пакет.
ЦП — Логический аппаратный блок, способный обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые процессорный пакет способен выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае ЦП и ядро являются синонимами. Процессор Hyper-Threading с одним ядром является функциональным эквивалентом двух процессоров. Процессор Hyper-Threading с восемью ядрами является функциональным эквивалентом 16 процессоров.
Пакет
— физический компонент, содержащий одно или несколько ядер, как показано на рис. 1 выше.
Процессор — 1) Устройство, которое обрабатывает инструкции программы для управления данными. 2) Часто используется как синоним пакета.
Socket — иногда используется как синоним пакета, но более точно относится к физическому разъему на материнской плате, в который вставляется корпус процессора.
Термины сокет , процессор и пакет часто используются взаимозаменяемо, что может вызвать некоторую путаницу. Как мы видим из lscpu результаты команды выше, Intel предоставляет нам свою собственную терминологию, и я считаю, что это авторитетный источник. На самом деле мы все используем эти термины по-разному, но пока мы понимаем друг друга в любой момент времени, это то, что действительно имеет значение.
Обратите внимание, что указанный выше процессор имеет два кэша уровня 1 по 512 КиБ каждый: один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу, разделяя инструкции и данные на этом этапе. Кэши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.
Что все это значит?
Хороший вопрос. На заре мейнфреймов каждый компьютер имел только один ЦП и не мог одновременно запускать более одной программы. Мейнфрейм может выполнять расчет заработной платы, затем учет запасов, затем выставление счетов клиентам и т. д., но одновременно может выполняться только одно приложение. Каждая программа должна была завершиться, прежде чем системный оператор мог запустить следующую.
В некоторых ранних попытках одновременного запуска нескольких программ применялся простой подход, направленный на более эффективное использование одного процессора. Например, программа1 и программа2 были загружены, а программа1 выполнялась до тех пор, пока не была заблокирована в ожидании ввода-вывода. В этот момент программа2 работала до тех пор, пока не была заблокирована. Такой подход назывался многопроцессорной обработкой и помогал полностью использовать ценное компьютерное время.
Ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного процессора между потоками выполнения нескольких задач. Эта практика не является настоящей многозадачностью, как мы ее понимаем, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения.