Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Диагностика процессора

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………………

1. Основные принципы работ процессора……………………………………….

1.1 Логика и арифметика процессора…………………..

1.2 Структурная схема…………………………………….

1.3 Временная диаграмма…………………………………

2. Характеристики процессора………………………………………

3. Обозначение процессора в розничной торговле………………..

3.1 Маркировка процессора линейки Inel…………………..

3.2 Маркировка процессора линейки AMD…………………

4. Причины неисправности процессора…………………………….

4.1 Способы устранения неполадок…………………

4.2 Меры по предупреждению неисправностей процессора ……

5. Программная проверка процессора…………………………………….

Заключение…………………………………………………………

Список литературы……………………………………………………….

Введение

Одним из основных устройств современного персонального компьютера является процессор (или центральный процессор, ЦП). Который, на первый взгляд, просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако этот кристалл содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать».

История создания микропроцессора началась еще в 50-х годах, когда на смену электронным лампам пришли компактные «электронные переключатели» - транзисторы, затем – интегральные схемы, в которых впервые удалось объединить на одном кристалле кремния сотни крохотных транзисторов. Но все-таки отсчет летоисчисления компьютерной эры ведут с 1971 года, с момента появления первого микропроцессора.

За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, процессоры сильно изменились. Современный процессор это не просто набор транзисторов, а целая система множества важных устройств.

Целью данной курсовой работы является рассмотрение назначения, основных функций процессора, его основные особенности, а также описать структуры и его функционирования.

Основные принципы работы процессора

Центральный процессор (ЦП), или CPU, или процессор ПК – это специальный чип, который выполняет все основные вычислительные операции и осуществляет обработку информации. Процессор ПК исполняет программный код – последовательность команд (инструкций), каждая из которых закодирована и размещена в памяти.

В общем случае каждая команда содержит операционную и операндную части. Первая содержит сведения о действиях, которые процессор должен выполнить, а вторая указывает процессору операнды – то, над чем должен «трудится» процессор. Операндная часть описывает до двух операндов инструкции. Это могут быть значения операндов, явные или неявные ссылки на регистры процессора, хранящие операнды, адрес ячейки памяти, регистры процессора и т. д. длина инструкции выражается в байтах.

Логический адрес исполняемой команды (инструкции) хранится в регистре Instruction Pointer (указатель инструкции) – счетчике команд. После исполнения значение счетчика увеличивается на длину инструкции, указывая на начало следующей инструкции.

Существует два типа инструкций:

- линейные. Выполняются в соответствии с их размещением в памяти по нарастанию адреса;

- передачи управления. К ним относятся инструкции переходов и вызовов процедур, которые содержат адрес следующей исполняемой инструкции.

Несмотря на то, что последовательность исполнения инструкций четко предписывается командным кодом, она может быть нарушена исключениями и прерываниями. Исключения – это особые ситуации, возникающие при выполнении инструкций (управляются ОС). Аппаратные прерывания представляют собой вызовы процедур по электрическим сигналам в специальных контактах процессора. Источниками аппаратных прерываний являются, например, контроллеры устройств, системы управления питанием. Кроме того, последовательность инструкций может изменяться по сигналу перезапуска процессора.

1.2 Логика и арифметика процессора

При выполнении инструкции процессор извлекает из указанных в ней мест (регистр, память, константа) два двоичных числа, а результат действия над ними записывает на место одного из них. Процессор выполняет арифметические функции (сложение, вычитание, умножение, деление) над целочисленными данными (знаковыми и беззнаковыми, двоичными и двоично-десятичными).

Работа над числами с плавающей точкой (в виде мантиссы и порядка) возлагается на математический сопроцессор. Это набор 80 – битных регистров и арифметическое устройство, которое кроме четырех арифметических действий вычисляет значение квадратного корня, логарифмов, степеней чисел и тригонометрических функций.

Структурная схема

     Процессор выполняет каждую команду за несколько шагов:
    1. вызывает команду из памяти и переносит ее в регистр команд;
    2. меняет положение счетчика команд, который теперь должен указывать на следующую команду;
    3. определяет тип вызванной команды;
    4. если команда использует данные из памяти, определяет место нахождение данных;
    5. переносит данные в регистр процессора;
    6. выполняет команду;
    7. переходит к 1 шагу, что бы начать выполнение следующей команды.

Эта последовательность шагов (выборка – декодирование – исполнение) является основой работы для всех процессоров. Ее можно проследить на упрощенной структурной схеме процессора.

Рис.1 Структурная схема процессора.

РК - регистр команд

СчК - счетчик команд

РП – регистр процессора

АЛУ - арифметическо-логическое устройство

УС - указатель стека

РОН – регистр общего назначения

УБ - управляющий блок

РА – регистр адреса

РР - регистр результата

Временная диаграмма

Все команды состоят из последовательности машинных циклов. Каждый из этих машинных циклов продолжается от 3 до 6 тактов и может быть удлинён путём введения дополнительных тактов Tn (время ожидания), если скорость ЦП ограничивается быстродействием внешнего устройства.

Рис.2 Временная диаграмма цикла выполнения команд.

На рис.2 видно, что команды, состоят из 3 машинных циклов. Первый
машинный цикл каждой команды - это цикл извлечения кода операции, который длится 4, 5 или 6 тактов синхронизации , в цикле M1 из памяти
извлекается код команды, которая потом выполняется. В последующих машинных циклах осуществляется передача данных между ЦП и памятью или устройством ввода-вывода. Эти цикли продолжаются от 3 до 6 тактов.

Характеристики процессора

К основным характеристикам процессора относятся:

Быстродействие процессора — довольно простой параметр. Оно измеряется в мегагерцах (МГц); 1 МГц равен миллиону тактов в секунду. Чем выше быстродействие, тем лучше (тем быстрее процессор).
Разрядность процессора — параметр более сложный. В процессор входит три важных устройства, основной характеристикой которых является разрядность:

шина ввода и вывода данных;
внутренние регистры;
шина адреса памяти.
Разрядность шины данных - одна из самых общих характеристик процессора. Когда говорят о шине процессора, чаще всего имеют в виду шину данных, представленную как набор соединений (или выводов) для передачи или приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных передается по ней за определенный интервал времени и тем быстрее она работает. Разрядность шины данных подобна количеству полос движения на скоростной автомагистрали; точно так же, как увеличение количества полос позволяет увеличить поток машин по трассе, увеличение разрядности позволяет повысить производительность.

Тактовая частота - это частота появления тактовых импульсов. Тактовая частота:
- определяется временем между активными переходами сигнала с одного значения на другое;
- измеряется в герцах, определяющих число активных переходов в секунду.
Тактовая частота характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то есть количество выполняемых операций в секунду. Однако, системы с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным системам может требоваться различное количество тактов (обычно от долей такта до десятков тактов), а кроме того, системы, использующие конвейерную и параллельную обработку, могут на одних и тех же тактах выполнять одновременно несколько операций.

Разрядность процессора и его тактовая частота - это основные характеристики процессора, от которых зависит производительность компьютера. Чем выше разрядность и тактовая частота, тем выше производительность процессора. Производительность процессора измеряется миллиардами операций в секунду.

3.Обозначение процессора в розничной торговле.

В торговле процессор обозначается сокращенно CPU (central processing unit, т.е. центральное процессорное устройство). Ведущее место в мире по производству процессоров занимают фирмы Intel и AMD.

В настоящий момент технологическим лидером является фирма Intel, но по соотношению «цена/производительность» выигрывает продукция AMD.
Процессоры фирмы Intel работают быстрее, чем аналогичные ЦП производства AMD, хотя процессоры AMD Phenom в среднем ценовом диапазоне тоже весьма достойны.

3.1 Маркировка процессора линейки Inel.

Начиная с 2004 года маркировка процессоров Intel для настольных персональных компьютеров осуществляется в соответствии с описанными ниже правилами.

Процессоры Intel Celeron Processor содержат трехзначный цифровой индекс.
Первая цифра индекса 300 принадлежит микропроцессорам Intel Celeron М Processor.
Первая цифра индекса 400 принадлежит микропроцессорам Intel Celeron Processor.

Остальные цифры индекса отображают такие показатели, как архитектура, размер кэша, частота процессора, тип шины FSB.Процессоры Intel Pentium Processor содержат маркировку, состоящую из трех цифровых символов или пяти элементов — буквенного префикса и следующего за ним четырехзначного цифрового индекса.

Начинать расшифровку пятисимвольной маркировки процессоров Intel следует с буквенного префикса, который характеризует мощность рассеяния процессора — TDP. Если буква X, то свыше 75 Вт, E 50Вт и выше, T 25-49 Вт, L 15-24 Вт, U 14 и меньше.

Первые цифры маркировки означают принадлежность микропроцессора к следующим семействам.

Е2000 — Intel Pentium Dual-Core Processor.
900 и 800 — Intel Pentium Processor Extreme Edition.
900 и 800 — Intel Pentium D Processor.
600 и 500 — Intel Pentium 4 Processor.

Вторая цифра обозначает линейку модели в семействе. Чем больше цифра, тем производительнее микропроцессор. Остальные цифры индекса отображают такие показатели, как архитектуру, кэш, частоту, тип шины FSB. Чем большее четырехзначное число представлено маркировкой процессора, тем большей производительностью и мощностью рассеяния он характеризуется.

3.2 Маркировка процессора линейки AMD.

Маркировка процессоров AMD называется OPN (Ordering Part Number). Например, процессор AMD Sempron 3000+ (ядро Manila) маркируется как SDA3000IAA3CN. На первый взгляд, маркировка достаточно сложна и больше похожа на некий шифр, хотя, если в ней разобраться, то можно получить достаточно подробную информацию об их основных технических параметр характеристиках:

Первые две буквы обозначают тип процессора:

AX - Athlon XP (0,18 мкм);
AD - Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2;
SD - Sempron.

Третья буква обозначает TDP процессора:

A - 89-125 Вт;
O - 65 Вт;
D - 35 Вт;
H - 45 Вт;
X - 125 Вт.

Для процессоров Sempron третья буква имеет несколько другой смысл:

A - Desktop;
D - Energy Efficient.

Четыре следующие цифры - рейтинг процессора (тот самый, который указывается во всех прайсах наряду с типом процессора, например, Athlon 64 4000+) или, говоря иначе, номер модели (Model Number). Он представляет собой число, которое (с точки зрения AMD) характеризует производительность данного CPU в абстрактных условных единицах. Хотя не обошлось без исключений - в процессорах Athlon 64 FX, например, вместо цифр рейтинга указан буквенный индекс "FX (индекс модели)".
Первая буква трехбуквенного индекса обозначает тип корпуса процессора:

A - Socket 754;
D - Socket 939;
C - Socket 940;
I - Socket AM2;
G - Socket F.

Вторая буква трехбуквенного индекса обозначает напряжение питания ядра процессора:

A - 1,35-1,4 В
С - 1,55 В;
Е - 1,5 В;
I - 1,4 В;
K - 1,35 B;
M - 1,3 B;
Q - 1,2 B;
S - 1, 15 В.

Третья буква трехбуквенного индекса обозначает максимальную температуру ядра процессора:

A - 71° C;
K - 65° C;
M - 67° C;
O - 69° C;
P - 70° C;
X - 95° C.

Последующая цифра обозначает размер кэша второго уровня (суммарный для двухъядерных процессоров):

2 - 128 Кб;
3 - 256 Кб;
4 - 512 Kб;
5 - 1024 Kб;
6 - 2048 Kб.

Двухбуквенный индекс обозначает тип ядра процессора:

AX, AW - Newcastle;
AP, AR, AS, AT - Clawhammer;
AK - Sledge Hammer;
BI - Winchester;
BN - San Diego;
BP, BW - Venice;
BV - Manchester;
CD - Toledo;
CS, CU - Windsor F2;
CZ - Windsor F3;
CN, CW - Orleans, Manila;
DE - Lima;
DD, DL - Brisbane;
DH - Orleans F3
AX - Paris (для Sempron);
BI - Manchester (для Sempron);
BA, BO, AW, BX, BP, BW - Palermo (для Sempron).

Причины неисправностей процессора

В нормальных условиях процессор работает долго и без сбоев. Однако многие пользователи, стремясь повысить производительность системы, разгоняют процессор. Это, естественно, негативно влияет на стабильность его работы и, к тому же, в несколько раз сокращает ресурс его работоспособности.

Главная причина выхода из строя этого устройства – перегрев или неполадки с питанием. Поэтому при разгоне процессора обязательно необходимо следит, чтобы температура поверхности устройства не превышала норму.

Отремонтировать процессор невозможно, поэтому нужно внимательно относиться к этому устройству и без особой нужды не совершайть с ним никаких действий.

3.1 Способы устранения неполадок

Самым простым решением, при обнаружении неисправности процессора, является его замена другим, заведомо исправным процессором. Если таким образом удалось решить проблему, значит, замененный процессор был неисправен; если нет — следовательно, причина кроется в неполадке других устройств.

3.2 Меры по предупреждению неисправностей процессора.

        Перегрев процессора, как уже сказано выше — это главный его враг (даже при его нормальной работе), поэтому основной задачей является поддержание температурного режима. Некоторые рекомендации приведены далее:

■     Использование системы радиатор/вентилятор, которая с запасом обеспечивает охлаждение микропроцессора.

■     Использование тонкого слоя теплопроводяшей пасты для улучшения теплообмена между корпусом процессора и радиатором.

■     Для охлаждения сильно нагревающегося процессора используется устройство охлаждения на элементах Пельтье или аналогичные устройства.

■     Рекомендуется выбирать вентиляторы с шариковыми подшипниками с увеличенным сроком службы.

■     Рекомендуется убирать кабели из области циркуляции охлаждающего воздуха (вблизи центрального процессора). И устранять все препятствия свободному прохождению воздуха вблизи процессора.

■      Убеждаться в наличии надежного контакта между корпусом центрального микропроцессора и радиатором системы охлаждения (при необходимости используйте специальную пасту). Если такого контакта не удается добиться, то заменить систему охлаждения.

■      Использовать систему охлаждения с автоматическим предупреждением о выходе из строя вентилятора или перегреве процессора.

■      Хотя бы раз в год очищать от пыли и грязи лопасти вентилятора, систему его крепления, вентиляционное отверстие источника питания системного блока. В этом деле хорошо помогает баллончик со сжатым воздухом или чистящая насадка пылесоса.

■      Увеличивать циркуляцию воздуха внутри и вне корпуса системного блока с помощью дополнительного вентилятора.

Программная проверка процессора.

На сегодняшний день существует масса утилит для программной проверки работы процессора. В данной курсовой работе я рассмотрю программную проверку на примере двух из них CPU-Z и RightMark Clock Utility. Опишу и проанализирую их работу.

CPU-Z — это прикладная программа для отображения технической информации о персональном компьютере пользователя, работающая под ОС Microsoft Windows начиная с версии Windows 98 (включая Windows 7). В частности, программа определяет технические характеристики центрального процессора, видеокарты, материнской платы и оперативной памяти.

Программа позволяет получать следующие сведения:

О процессоре:

Название процессора
Архитектура
Сокет
Техпроцесс
Напряжение питания ядра
Семейство
Степпинг и Ревизия
Поддерживаемые наборы инструкций
Тактовая частота
Множитель процессора
Объём кэша всех уровней
Физическая организация кэша
Количество процессоров и процессорных ядер

Рис 3. Окно программы. Вкладка CPU

О материнской плате:

Производитель
Модель
Чипсет и его ревизия
Южный мост
Версия BIOS
Графический интерфейс и количество линий (для PCI-Express)

Рис4.Окно программы. Вкладка «Материнская плата»

Об оперативной памяти:

Тип
Объём
Тактовая частота и Тайминги
Количество каналов памяти
Полная информация содержащаяся в SPD

Рис 5. Окно программы. Вкладка «Память»

Видеокарта

Название видеокарты
Степпинг и Ревизия
Техпроцесс
Тип, объём видеопамяти
частоты видеочипа, видеопамяти, шейдерного домена

Рис.6 Окно программы. Вкладка «Видеокарта»

Кроме того программа позволяет создавать подробные отчёты в форматах .txt и .html, а также производить т. н. Валидацию (англ. Validation): выкладывать информацию о системе (в формате .cvf) на специальный сайт CPU-Z Validator содержащий базу данных о тактовых частотах компонентов и другую информацию.

Начиная с версии 1.51 программа распространяется также в виде установочного пакета. В версии 1.52 появилась закладка «Graphics», в которой предоставляется информация о видеокарте. Также CPU-Z поддерживает горячие клавиши.

Right Mark Clock Utility - небольшая утилита, осуществляющая мониторинг тактовой частоты, троттлинга, загрузки процессора, напряжения и температуры процессорного ядра в реальном времени. Она также способна управлять уровнем производительности и потребляемой мощности процессоров, поддерживающих функции управления энергопотреблением. В режиме автоматического управления она постоянно отслеживает уровень загрузки процессора и автоматически изменяет его тактовую частоту, напряжение процессорного ядра или уровень троттлинга в соответствии с концепцией "производительность по требованию".

Основные возможности
1. Определение частоты и уровня загрузки процессора/ОС в реальном времени (с возможностью сохранения результатов в файл).
2. Определение практически любых форм троттлинга процессора.
3. Динамическое переключение состояний производительности процессора (изменение множителя процессора (FID) или его питающего напряжения (VID) в реальном времени) "по запросу".
4. Динамическое переключение уровней троттлинга (модуляции тактовой частоты) процессора "по запросу".
5. Тонкая настройка специфических функций энергопотребления/производительности процессоров семейства AMD K7, AMD K8, Intel Pentium M/платформы Centrino, Intel Pentium 4/Xeon, Intel Core Solo/Core Duo/платформы Centrino Duo, , Intel Core 2, VIA C7, Transmeta Crusoe/Efficeon.
6. Полноценная поддержка многопроцессорных систем (SMP/HT/multicore).
7. Управление настройками энергопотребления Windows и яркостью LCD-панели (при наличии соответствующей поддержки).
8. Отображение информации о батареях (общей и отдельно для каждой батареи), включая отображение времени работы от батареи, уровня заряда, скорости зарядки/разрядки и т.п.
9. Отображение температуры ядра процессора (для процессоров семейств AMD K8, Intel Core и Intel Core 2).

Рис. 7 Окно программы. Вкладка «Информация о CPU»

Рис.8 Окно программы. Вкладка «Мониторинг»

Рис.9 Окно программы. Вкладка «Настройки»

Вывод: проведя сравнительный анализ двух утилит, я определила что CPU-Z только отображает полную информацию о процессоре и периферийных устройствах компьютера, а Right Mark Clock Utility помимо отображения информации проводит полный мониторинг процессора. А также отображает его графически, поддерживает функции управления энергопотреблением.

Заключение

Диагностика процессора 📙 Курсовая → 🆔 71778