О работе процессора компьютера: часть 2
Начало здесь
Рассмотрим важные моменты, касающиеся того, как работает процессор компьютера. Начнем с того, чем отличаются процессоры?
Различные процессоры могут иметь отличающийся набор команд, которые они могут исполнять. Чем больше команд может исполнять процессор, тем быстрее он обрабатывает информацию.Если же система команд более «бедная», то такой процессор должен делать бОльшее число более простых операций, чтобы выполнить обработку данных, по сравнению с процессором с более «богатой» системой команд.
Процессоры, у которых система команд отличается в большую сторону от остальных, называют процессорами с расширенной системой команд.
Важно понимать, что процессор является совершенно «бездушным» механизмом, который совершенно не отдает себе отчета в том, что он делает. Процессор выполняет свою работу шаг за шагом, обрабатывает команду за командой, и он абсолютно «не видит» связи между этими шагами и командами.
Если следующая команда отменяет предыдущую (к примеру, первая команда позволяет записать данные в регистр, а вторая команда удаляет данные из этого же регистра), то процессор будет выполнять такие команды, нисколько «не задумываясь» над бессмысленностью своих действий.
Или, например, если программа будет написана неправильно, и не будет иметь конца, то процессор будет ее обрабатывать непрерывно, и никогда сам не «примет решения» о прекращении работы. Остановить такую «зацикленную» программу можно только путем вмешательства извне.
Еще хуже, если программа будет направлена не на созидание (обработку данных), а на разрушение (например, на удаление важных и нужных данных, или на выгрузку этих данных несанкционированным образом), то процессор безупречно и без всяких «угрызений совести» в точности выполнит все инструкции на уничтожение или кражу важных данных.
Этим пользуются разработчики вирусных программ. Создавая программы, направленные на выполнение несанкционированных действий (удаление или банальное воровство данных, внесение помех в обработку данных и т.п.), разработчики вирусов стремятся к тому, чтобы их программы были записаны в оперативную память компьютера, и чтобы процессору был дан сигнал на обработку записанной в памяти последовательности команд.
В этом состоит их главная задача: обойти все виды контроля перед помещением программы в оперативную память. Остальное доделает процессор, выполнив все команды злоумышленников.
Наиболее просто попасть в оперативную память могут вирусы, записанные в файлах с расширением .exe, так как в них хранится набор команд практически пригодный без особой предварительной обработки или анализа для выполнения процессором.
Тогда как команды из других типов файлов требуется предварительно обработать специальными программами, соответственно, при обработке можно выявить факт наличия вирусов и вредоносных программ. А .exe файлы можно сразу записать в память и отправить на обработку процессором, не распознав в них вирусов.
Именно поэтому разработчики вирусов так любят формат .exe файлов, а разработчики антивирусных программ, наоборот, не любят эти файлы и проверяют их самым тщательным образом.
Следует всегда помнить, что допуская выполнение .exe файлов, полученных из непроверенных источников, мы открываем доступ к самому сердцу нашего компьютера, к процессору, и позволяем ему делать то, что может навредить компьютеру и нашим данным, которые мы ему доверили. И тогда процессор из нашего помощника превратится в саморазрушителя.
В заключение следует отметить, что процессор выдерживает высокие нагрузки, может постоянно работать на полную мощность и непрерывно, если при этом работает система его охлаждения. Очень важно, чтобы эта система была исправна, иначе процессор может выйти из строя из-за перегрева.
В принципе, ничего другого с процессором произойти не может, устроен он достаточно надежно, если, конечно, по нему не стучать молотком, проверяя на прочность! Однако если процессор выйдет из строя из-за перегрева, то его отремонтировать невозможно в силу конструктивных особенностей. Неисправный процессор можно только заменить на другой, новый и исправный.
Поэтому в ПК имеются системы безопасности, автоматически отключающие электрическое питание компьютера, если температура процессора поднимается до предельной величины или выше нее. Такое аварийное выключение, как правило, происходит внезапно и без какого-либо предупреждения: щелк и ПК выключился.
Тогда как при других неисправностях могут выдаваться, например, предупреждения на экран монитора или в виде звуковых сигналов. Компьютер не удастся включить до тех пор, пока процессор не остынет до приемлемой температуры.
Если компьютер начал автоматически отключаться из-за перегрева процессора, то лучше всего отправить такой компьютер в ремонт для очистки от пыли, мешающей системе охлаждения поддерживать заданную температуру процессора.
Без исправного процессора – нет ПК. Процессор – это своего рода мозг компьютера, делающий его способным к обработке информации, что и обеспечивает выполнение компьютером всех возложенных на него задач.
P.S. Статья закончилась, но можно еще прочитать:
Оперативная память: заключение
Как работает ПК: часть 4. Включение и выключение компьютера
Представление информации в компьютере
Спасибо за ответ, очень интересно. Но я все таки не пойму, если я пишу программу на любом языке программирования, как процессор понимает то, что я ему написал?
В качестве «переводчиков» с языков программирования на язык нулей и единиц, который «понимает» процессор, выступают трансляторы языков программирования, или интерпретаторы языков программирования. Трансляторы и интерпретаторы — это специальные программы, которые буквально переводят с языка программирования на язык процессора. Трансляторы создают предварительно программу, которая затем исполняется процессором, а интерпретаторы одновременно переводят с языка программирования и сразу отправляют машинный код на исполнение процессором.
Создание подобных трансляторов или интерпретаторов — это очень сложная задача, которую делают не одиночки программисты, а целые коллективы, большие фирмы. Это крупные проекты.
В конечном итоге, на каком бы языке программирования не была написана программа, программный код преобразуется в последовательность нулей и единиц, которые «понимает» и обрабатывает процессор.
Любой язык программирования — это синтаксис и семантика. Синтаксис — это правила написания программного кода: алфавит языка (применяемые символы и их значения) и правила написания команд языка. Семантика — это система правил толкования конструкций (команд) языка. Программисты должны знать синтаксис и семантику языка программирования. И транслятор (интерпретатор) должен знать синтаксис и семантику языка программирования. Программист должен это знать, чтобы правильно писать программный код. Транслятор (интерпретатор) языка программирования должен это знать, чтобы правильно переводить написанный программистом код в последовательность нулей и единиц, на язык, понимаемый процессором.
Очень интересные статьи на этом сайте, спасибо вам большое за то, что делитесь информацией.
У меня давно засел вопрос, на который я все ни как не могу ответить, как процессор, который состоит из транзисторов, понимает, что единица, введенная с клавиатуры — это именно единица? Как он вереводит цифру на мониторе в физическую составляющую (я имею ввиду, откуда процессор знает, что 1 это один)?
Процессор считывает данные из своих регистров, и туда же помещает результаты обработки (результаты вычислений). Регистры – это маленькая по объему, но при этом сверхбыстродействующая «оперативная» память, являющаяся как бы частью процессора. В регистры же информация поступает с шины данных ПК, и обратно информация из регистров также поступает на шину данных.
Регистры хранят данные в 8-и, 16-и, 32-х или 64-х разрядном коде. Чем больше разрядность, тем быстрее работает процессор, так как за один такт он может обработать больше информации.
Каждый разряд кода – это двоичное число 0 или 1. Эти нолики и единицы и распознает процессор.
Вообще-то процессор состоит не совсем из транзисторов, а из пар транзисторов. Каждая пара транзисторов – это так называемые триггеры.
Каждый триггер может быть в 2-х состояниях, и может переключаться последовательно из одного состояния в другое по сигналу извне. Каждое состояние соответствует либо значению 0, либо значению 1.
Это и позволяет проводить числовую обработку данных, если объяснять совсем упрощенно: комбинация триггеров (под управлением устройства управления, входящего в состав процессора) позволяет выполнять простейшие операции:
• сложение двоичных чисел по правилам: 0+0=0, 1+0=1, 0+1=1, 1+1=10;
• логические операции «И»(«&») по правилам: 0&0=0, 1&0=0, 0&1=0, 1&1=1;
• «ИЛИ» («!») по правилам: 0!0=0, 1!0=1, 0!1=1, 1!1=1;
• «НЕ» («’») по правилам: ‘0=1, ‘1=0;
• а также «И НЕ» по правилам: 0’&0=1, 1’&0=1, 0’&1=1, 1’&1=0;
• и «ИЛИ НЕ» по правилам: 0’!0=1, 1’!0=0, 0’!1=0, 1’!1=0;
• и т.п.
Из подобных простейших операций складывается потом обработка всей информации.
Ссылочка (понятным языком) про триггеры:
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.
Я в восторге от процессора и
автора этой статьи!
Изложено всё просто,умно и
содержатеьно.
Спасибо Надя-Надежда.
С добрыми пожеланиями
Василий.
читайте книгу Ч.Петцольд — Код. Тайный язык информатики
там всё очень простым языком написано
Я понял. Спасибо. Просто думал здесь существует какой-то общий принцип который можно объяснить в двух словах на пальцах, пусть это будет поверхностно и сильно упрощено, но создаст хоть какое-то представление, выходит это не так)))
Здравствуйте!
Очень интересно было бы почитать про материальное воплощение цифровых данных. Все эти картинки на мониторе, цифры, данные ведь наверняка имеют какую-ту материальную природу, которая существует где-то в процессоре, т.е. все что я вижу на экране отражение беготни каких-то атомов в микропроцессоре. Как это работает? Очеь был бы рад если бы вы поделились этим или скинули ссылку на статью. Именно это я искал когда вводил в яндексе «как устроен процессор». Спасибо)
Николай, современные процессоры — это сочетание в одном устройстве множества новых физических принципов, технологий производства, методов обработки информации и т.п. Каждая из этих областей — это не просто набор знаний, а целая наука со своей терминологией, со своими методами исследований, со своими математическими и иными моделями. Описать это в одной статье — утопия. Получится, как в случае попытки объяснить работу трансформатора простыми словами: «У-у-у-у-у».
Если все это изучать глубоко, то нужно понимать принцип p-n переходов, физику твердого тела, радиоэлектронику, технологию напыления в вакууме и множество других узких и широких специальностей.
Процессор — это сотни тысяч транзисторов, изготовленных групповым методом на одной подложке, и соединенные между собой в причудливую схему, с помощью которой моделируется фон Неймановская архитектура, являющаяся основой современной информатики. Внутри транзисторов работают p-n переходы, схемы транзисторов моделируют цифровые элементы («и», «или», «не», «и не» «или не»). А за счет устройства управления, являющегося частью фон Неймановской архитектуры, эти цифровые элементы сочетаются между собой самым причудливым образом. Все это вместе и позволяет получить современные вычислительные мощности. В то же время без программистов (а это уже области математической лингвистики, структурной лингвистики, и т.п.) процессор был бы просто дорогим куском кремния.
Именно поэтому выпуск процессоров является прерогативой стран с развитой экономикой, с фундаментальной и прикладной наукой и т.п.
А Вы хотите узнать про все это в одной или в нескольких статьях. Тут надо все очень фундаментально изучать.
Я и не думал,что можно так доступно объяснить.В общем всё проясняется,когда прочтёш.Спасибо!!!
Большое спасибо! Вы создали очень полезный сайт.
Мы открыли журнал для тинейджеров «Мегабайт» (Узбекистан, на узбекском языке). Разрешите пользоваться информациями с Вашего сайт!
Благодарю Вас!
Ссылочку бы на Ваш сайт — никогда не видела сайт на узбекском языке.
megabyte.uz не открывается.
Если Вы переводите материалы с моего сайта, не забудьте дать ссылку на мой сайт. Спасибо!
спасибо,очень понятно и полезно для меня.
Я хочу добавить, а сколько проклятий сыпятся на головы вирусосоздателей, об этом они не думают. Вселенная точно
распределит всё по адресам. Закон бумеранга — закон Кармы.
Пройдёт 1-3-5лет, но возрат будет обязательно — сам на себе
законы Вселенной испытал. Возврат будет, когда об этом и не
думаете. А потом думаешь, что это, почему, за что… Делать
плохое — легко, а хорошее трудно. Делая боль другим — эта же боль
по вам и ударит. Разума всем и осознания!