▷ Procesoriaus dalys išorėje ir viduje: pagrindinės sąvokos?

Tikrai visi žinome, kas yra centrinis procesorius, bet ar tikrai žinome, kas yra procesoriaus dalys ? Kiekvienas iš pagrindinių, būtinų tam, kad šis nedidelis silicio kvadratas galėtų apdoroti didelius informacijos kiekius, galėtų perkelti žmoniją į epochą, kur be elektroninių sistemų būtų visiška nesantaika.

Perdirbėjai jau yra mūsų kasdienio gyvenimo dalis, ypač žmonių, kurie gimė per pastaruosius 20 metų. Daugelis jų visiškai susimaišė su technologijomis, jau nekalbant apie mažuosius, kurie po ranka nešiojasi išmanųjį telefoną, o ne kepalą… Visuose šiuose įrenginiuose yra bendras elementas, vadinamas procesoriumi, kuris yra atsakingas už „intelekto“ suteikimą mašinos aplink mus. Jei šio elemento neegzistuotų, taip pat nebūtų kompiuterių, mobiliųjų telefonų, robotų ir surinkimo linijų, trumpai tariant, visi turėtų darbą… tačiau nuvykti ten, kur juos pagaminome, vis dar nėra tokio pasaulio kaip „Matrix“, bet viskas eis.

Turinio rodyklė

Kas yra procesorius ir kodėl jis toks svarbus

Visų pirma, mes turime žinoti, kad ne tik kompiuteryje yra procesorius. Visuose elektroniniuose įrenginiuose yra elementas, veikiantis kaip procesorius, nesvarbu, ar tai būtų skaitmeninis laikrodis, programuojamas automatas ar išmanusis telefonas.

Bet, be abejo, mes taip pat turime žinoti, kad, atsižvelgiant į jų galimybes ir pagal tai, iš ko jie gaminami, procesoriai gali būti daugiau ar mažiau sudėtingi, pradedant tiesiog dvejetainių kodų eilės atlikimu, uždegant LED skydelį, baigiant tvarkymu didžiuliuose kiekiuose. informacija, įskaitant mokymąsi iš jų (mašinų mokymasis ir dirbtinis intelektas).

CPU arba centrinis procesorius ispanų kalba yra elektroninė grandinė, galinti vykdyti užduotis ir instrukcijas, esančias programoje. Šios instrukcijos yra labai supaprastintos ir numato pagrindinius aritmetinius skaičiavimus (sudėjimas, atimtis, daugyba ir padalijimas), logines operacijas (IR, ARBA, NE, NE, NE, NANDAS) ir įvesties / išvesties (I / O) valdymą. prietaisų.

Tada procesorius yra elementas, atsakingas už visų operacijų, kurios sudaro programos instrukcijas, atlikimą. Jei atsidurtume mašinos požiūriu, šios operacijos būtų sumažintos iki paprastų nulių ir grandinių, vadinamų bitais, grandinių, kurios žymi esamą / ne dabartinę būsenas, tokiu būdu sudarydamos dvejetaines logines struktūras, į kurias sugeba net žmogus. suprasti ir programuoti mašininiu kodu, surinkėju ar aukštesnio lygio programavimo kalba.

Tranzistoriai, visko kaltininkai

Perdirbėjai neegzistuotų, bent jau tokie maži, jei ne tranzistoriai. Jie yra pagrindinis bet kurio procesoriaus ir integruotos grandinės mazgas. Tai yra puslaidininkinis įtaisas, kuris uždaro arba atidaro elektros grandinę arba sustiprina signalą. Tokiu būdu mes galime sukurti tuos ir nulius, dvejetainę kalbą, kurią supranta CPU.

Šie tranzistoriai buvo sukurti kaip vakuuminiai vožtuvai, didžiuliai į lemputes panašūs įtaisai, galintys atlikti tranzistoriaus komutacijas, tačiau turintys mechaninius elementus vakuume. Kompiuteriai, tokie kaip ENIAC ar EDVAC, vietoj tranzistorių turėjo vakuuminius vožtuvus. Jie buvo be galo dideli ir praktiškai sunaudojo mažo miesto energiją. Šios mašinos buvo pirmosios su Von Neumanno architektūra.

Tačiau nuo 1950 iki 1960 metų buvo pradėti kurti pirmieji tranzistoriniai procesoriai - iš tikrųjų tai buvo IBM 1958 m., Kai ji sukūrė savo pirmąjį puslaidininkių tranzistoriais paremtą aparatą su IBM 7090. Nuo tada evoliucija buvo įspūdinga, tokie gamintojai kaip „ Intel“ ir vėliau „ AMD“, dėka „ Intel 8086“ procesoriaus, pradėjo kurti pirmuosius stalinių kompiuterių procesorius, įgyvendindami revoliucinę x86 architektūrą. Tiesą sakant, net ir šiandien mūsų darbalaukio procesoriai remiasi šia architektūra, vėliau pamatysime x86 procesoriaus dalis.

Po to architektūra tapo vis sudėtingesnė, atsirado mažesnių mikroschemų, taip pat pirmą kartą įvedus daugiau branduolių, o po to - su branduoliais, specialiai skirtais grafikos apdorojimui. Šių mažų lustų viduje buvo įdiegti net labai spartūs atminties bankai, vadinami talpyklos atmintimi, ir jungties magistralė su pagrindine atmintimi - RAM.

Išorinės procesoriaus dalys

Peržiūrėję šią trumpą procesorių istorijos apžvalgą, kol mūsų diena nebus, pamatysime, kokius išorinius elementus turi dabartinis procesorius. Mes kalbame apie fizinius elementus, kuriuos galima paliesti ir kurie yra skirti vartotojui. Tai padės mums geriau suprasti fizinius procesoriaus ir ryšio poreikius.

Lizdas

CPU lizdas arba lizdas yra elektromechaninė sistema, pritvirtinta prie pagrindinės plokštės ir atsakinga už procesoriaus sujungimą su kitais plokštės elementais ir kompiuteriu. Rinkoje yra keletas pagrindinių lizdų tipų, taip pat su daugybe skirtingų konfigūracijų. Jūsų vardu ar pavadinime yra trys elementai, kurie privers mus suprasti, apie kurį mes kalbame:

Asmeninių kompiuterių gamintojas gali būti „Intel“ arba „AMD“. Tai suprasti yra paprasta. Kalbant apie ryšio tipą, mes turime tris skirtingus tipus:

• LGA: (tinklo kontaktų masyvas) reiškia, kad kontaktiniai kaiščiai yra įmontuoti pačiame lizde, o centriniame procesoriuje yra tik plokščias kontaktų rinkinys. PGA: (kaiščių masyvo tinklelis), jis yra visiškai priešingas ankstesniam, būtent procesorius turi kaiščius ir lizdus, ​​kad būtų galima juos įkišti. BGA: (rutulinių tinklelių masyvas), šiuo atveju procesorius yra tiesiogiai litavęs prie pagrindinės plokštės.

Kalbant apie paskutinį numerį, jis nurodo paskirstymo tipą arba jungčių kaiščių skaičių, kurį CPU turi su lizdu. Jų yra be galo daug tiek „Intel“, tiek „AMD“.

Pagrindas

Pagrindas iš esmės yra PCB, kuriame sumontuota silicio mikroschema, kurioje yra šerdžių elektroninė grandinė, vadinama DIE. Šiandienos procesoriuose gali būti daugiau nei vienas iš šių elementų, įdiegtų atskirai.

Be to, šioje mažoje plokštėje yra visa jungčių kaiščių su pagrindinės plokštės lizdu matrica, beveik visada paauksuota, kad būtų lengviau perduoti elektros energiją, ir apsaugota nuo perkrovų ir srovės viršįtampių kondensatorių pavidalu.

DIE

DIE yra būtent kvadratas arba lustas, kuriame yra visi integruotos grandinės ir vidiniai procesoriaus komponentai. Vizualiai jis vertinamas kaip mažas juodas elementas, išsikišęs iš pagrindo ir liečiantis su šilumos išsklaidymo elementu.

Kadangi visa perdirbimo sistema yra jos viduje, DIE pasiekia neįtikėtinai aukštą temperatūrą, todėl ją turi apsaugoti kiti elementai.

IHS

Taip pat vadinamas DTS arba integruotu šiluminiu difuzoriumi, o jo funkcija yra užfiksuoti visą procesoriaus šerdžių temperatūrą ir perkelti ją į radiatorių, kurį šis elementas įdiegė. Jis pagamintas iš vario arba aliuminio.

Šis elementas yra lakštas arba kapsulė, apsauganti DIE nuo išorės ir turinti tiesioginį kontaktą su juo terminės pastos pagalba arba tiesiogiai suvirinant. Naudodami įprastą žaidimų įrangą, vartotojai pašalina šią IHS, kad šilumines medžiagas tiesiogiai kontaktuotų su DIE, naudodamiesi šilta pasta skysto metalo junginyje. Šis procesas vadinamas Delidding ir jo tikslas yra iš esmės pagerinti procesoriaus temperatūrą.

Heatsink

Galutinis elementas, atsakingas už kiek įmanoma daugiau šilumos sugavimą ir jos perdavimą į atmosferą. Tai yra maži arba dideli blokai, pagaminti iš aliuminio ir vario pagrindo, su ventiliatoriais, kurie padeda atvėsinti visą paviršių priverstinės oro srovės dėka per pelekus.

Kiekvienam kompiuterio procesoriui reikalinga šilumnešis, kad jis galėtų veikti ir kontroliuoti savo temperatūrą.

Na, tai yra procesoriaus dalys išorėje, dabar mes matysime labiausiai techninę dalį, jos vidinius komponentus.

Von Neumanno architektūra

Šiandienos kompiuteriai yra pagrįsti Von Neumanno, kuris buvo matematikas, atsakingas už gyvybės suteikimą pirmiesiems kompiuteriams istorijoje 1945 m., Architektūra, žinote, ENIAC ir kiti jo dideli draugai. Ši architektūra iš esmės yra kompiuterio elementų ar komponentų paskirstymo būdas, kad būtų galima jį valdyti. Jį sudaro keturios pagrindinės dalys:

• Programos ir duomenų atmintis: tai elementas, kuriame saugomos instrukcijos, kurias reikia vykdyti procesoriuje. Jį sudaro saugojimo diskai arba standieji diskai, laisvosios kreipties RAM ir programos, kuriose yra pačios instrukcijos. Centrinis procesorius arba procesorius: tai yra procesorius, blokas, valdantis ir apdorojantis visą informaciją, gaunamą iš pagrindinės atminties ir įvesties įrenginių. Įvesties ir išvesties blokas: leidžia susisiekti su periferiniais įrenginiais ir komponentais, kurie yra prijungti prie centrinio bloko. Fiziškai galėtume juos identifikuoti kaip pagrindinės plokštės lizdus ir prievadus. Duomenų magistralės: tai takeliai, takeliai ar kabeliai, kurie fiziškai sujungia elementus. CPU jie yra suskirstyti į valdymo magistralę, duomenų magistralę ir adresų magistralę.

Daugiagysliai procesoriai

Prieš pradėdami išvardyti procesoriaus vidinius komponentus, labai svarbu žinoti, kas yra procesoriaus šerdys ir kokia jų funkcija jame.

Procesoriaus branduolys yra integruota grandinė, atsakinga už būtinų skaičiavimų atlikimą su per jį pereinančia informacija. Kiekvienas procesorius veikia tam tikru dažniu, matuojamu MHz, o tai rodo operacijų, kurias jis gali atlikti, skaičių. Na, dabartiniai procesoriai turi ne tik šerdį, bet ir kelis iš jų, visus su tais pačiais vidiniais komponentais ir gebančius vienu metu vykdyti ir spręsti instrukcijas kiekviename laikrodžio cikle.

Taigi, jei pagrindinis procesorius gali vykdyti vieną nurodymą kiekviename cikle, jei jis turėjo 6, jis gali vykdyti 6 šias instrukcijas tame pačiame cikle. Tai yra dramatiškas našumo patobulinimas, ir būtent tai daro šiuolaikiniai procesoriai. Bet mes ne tik turime branduolius, bet ir apdorojame gijas, kurios yra tarsi tam tikri loginiai branduoliai, per kuriuos cirkuliuoja programos gijos.

Apsilankykite mūsų straipsnyje apie: kas yra procesoriaus gijos? Skirtumai su branduoliais, kad daugiau žinotumėte šia tema.

Vidinės procesoriaus dalys (x86)

Yra daugybė skirtingų mikroprocesorių architektūrų ir konfigūracijų, tačiau tai, kas mus domina, yra ta, kuri yra mūsų kompiuterių viduje, ir neabejotinai ji gauna x86 pavadinimą. Galėjome tai pamatyti tiesiogiai fiziškai ar schematiškai, kad būtų šiek tiek aiškiau, žinome, kad visa tai yra DIE viduje.

Turime nepamiršti, kad valdymo blokas, aritmetinis-loginis blokas, registrai ir FPU bus kiekviename procesoriaus branduolyje.

Pirmiausia pažvelkime į pagrindinius vidinius komponentus:

Valdymo blokas

Anglų kalba vadinamas „ Conrol Unit“ arba CU, jis yra atsakingas už procesoriaus darbą. Tai daroma išleidžiant komandas valdymo signalų pavidalu į RAM, aritmetinį-loginį bloką ir įvesties bei išvesties įrenginius, kad jie žinotų, kaip valdyti informaciją ir instrukcijas, kurios siunčiamos procesoriui. Pavyzdžiui, jie renka duomenis, atlieka skaičiavimus ir saugo rezultatus.

Šis blokas užtikrina, kad likę komponentai veiktų sinchronizuodami laikrodžio ir laiko signalus. Beveik visi procesoriai turi šį įrenginį viduje, bet tarkime, kad jis yra ne toje, kas yra paties apdorojimo pagrindas. Savo ruožtu mes galime atskirti šias dalis:

• Laikrodis (CLK): jis yra atsakingas už kvadratinio signalo, sinchronizuojančio vidinius komponentus, generavimą. Yra ir kiti laikrodžiai, atsakingi už šią elementų sinchroniškumą, pavyzdžiui, daugiklis, kurį pamatysime vėliau. Programų skaitiklis (CP): jame yra kitos vykdomosios instrukcijos atminties adresas. Instrukcijų registras (RI): išsaugo vykdomą komandą Sequencer and Decoder: aiškina ir vykdo komandas komandomis

Aritmetinis-loginis vienetas

Jūs tikrai tai žinosite pagal santrumpą „ALU“. ALU yra atsakingas už visų aritmetinių ir loginių skaičiavimų atlikimą su sveikaisiais skaičiais bitų lygyje. Šis įrenginys veikia tiesiogiai su instrukcijomis (operandais) ir su operacija, kurią valdymo blokas nurodė jam atlikti (operatoriui).

Operandai gali būti gauti iš procesoriaus vidinių registrų arba tiesiogiai iš RAM atminties. Jie gali būti sugeneruoti pačiame ALU kaip kitos operacijos rezultatas. Tai bus rezultatas operacijos rezultatas, tai yra kitas žodis, kuris bus saugomas registre. Tai yra pagrindinės jo dalys:

• Įėjimo registrai (REN): juose yra vertinami operandai. Operacijos kodas: CU siunčia operatoriui, kad operacija būtų atlikta. Akumuliatorius arba rezultatas: operacijos rezultatas išeina iš ALU kaip dvejetainis žodis Status register (Flag): jame saugomos skirtingos sąlygos, į kurias reikia atsižvelgti operacijos metu.

Slankiojo kablelio blokas

Jūs žinosite tai kaip FPU arba „ Floating Point Unit“. Iš esmės tai yra naujosios kartos procesorių atliekamas atnaujinimas, kurio specializacija yra slankiojo kablelio operacijų apskaičiavimas naudojant matematinį bendro procesoriaus duomenis. Yra vienetų, kurie netgi gali atlikti trigonometrinius ar eksponentinius skaičiavimus.

Iš esmės tai yra pritaikymas padidinti grafikos apdorojimo procesorių našumą, kai atliekami skaičiavimai yra daug sunkesni ir sudėtingesni nei įprastose programose. Kai kuriais atvejais FPU funkcijas vykdo pats ALU, naudodamas nurodomąjį mikro kodą.

Įrašai

Šiandienos procesoriai turi savo saugojimo sistemą, taip sakant, o mažiausias ir greičiausias vienetas yra registrai. Iš esmės tai yra nedidelis sandėlis, kuriame saugomos apdorojamos instrukcijos ir iš jų gauti rezultatai.

Talpyklos atmintis

Kitas saugojimo lygis yra talpyklos atmintis, kuri taip pat yra ypač greita atmintis, kur kas daugiau nei RAM atmintis, atsakinga už instrukcijų, kurias netrukus naudos procesorius, saugojimą. Arba bent jau bandysite išsaugoti instrukcijas, kurios, jūsų manymu, bus panaudotos, nes kartais nėra jokio kito pasirinkimo, kaip tik paprašyti jų tiesiai iš RAM.

Dabartinių procesorių talpykla yra integruota į tą patį procesoriaus DIE ir yra padalinta į tris lygius, L1, L2 ir L3:

• 1 lygio talpykla (L1): ji yra mažiausia po žurnalus ir greičiausia iš trijų. Kiekviena apdorojimo šerdis turi savo L1 talpyklą, kuri, savo ruožtu, yra padalinta į dvi dalis: L1 duomenys, atsakingi už duomenų saugojimą, ir L1 instrukcija, kurioje saugomos instrukcijos, kurias reikia atlikti. Paprastai tai yra 32 KB. 2 lygio talpykla (L2) - ši atmintis yra lėtesnė nei L2, bet taip pat didesnė. Paprastai kiekviena šerdis turi savo L2, kuris gali būti apie 256 KB, tačiau šiuo atveju jis nėra tiesiogiai integruotas į šerdies grandinę. 3 lygio talpykla (L3): ji yra lėčiausia iš trijų, nors daug greičiau nei RAM. Jis taip pat yra už branduolių ir yra pasiskirstęs keliuose branduoliuose. Jis svyruoja nuo 8 MB iki 16 MB, nors labai galinguose procesoriuose jis siekia iki 30 MB.

Atvykstantys ir išvykstantys autobusai

Autobusas yra ryšio kanalas tarp skirtingų elementų , kurie sudaro kompiuterį. Tai yra fizinės linijos, per kurias cirkuliuoja duomenys elektros energijos pavidalu, instrukcijos ir visi elementai, reikalingi apdoroti. Šios magistralės gali būti dedamos tiesiai į procesoriaus vidų arba į išorę, į pagrindinę plokštę. Kompiuteryje yra trijų tipų autobusai:

• Duomenų magistralė: tikrai lengviausia suprasti, nes tai yra magistralė, per kurią cirkuliuoja įvairių komponentų siunčiami ir gaunami duomenys į procesorių arba iš jo. Tai reiškia, kad tai yra dvikryptė magistralė ir per ją bus cirkuliuojami 64 bitų ilgio žodžiai, kurių ilgį procesorius sugeba valdyti. Duomenų magistralės pavyzdys yra LANES arba „PCI Express Lines“, kurios perduoda centrinį procesorių su PCI lizdais, pavyzdžiui, dėl vaizdo plokštės. Adresų magistralė: adresų magistralė ne cirkuliuoja duomenis, o atminties adresus, kad nustatytų, kur yra atmintyje saugomi duomenys. RAM yra tarsi didelė duomenų saugykla, padalinta į ląsteles, ir kiekviena iš šių ląstelių turi savo adresą. Tai bus procesorius, kuris paprašys atminties duomenų siųsdamas atminties adresą. Šis adresas turi būti toks didelis, kaip ląstelės turi RAM atmintį. Šiuo metu procesorius gali adresuoti iki 64 bitų atminties adresus, tai yra, mes galime tvarkyti iki 2 ⁶⁴ ląstelių prisiminimus. Valdymo magistralė: valdymo magistralė yra atsakinga už dviejų ankstesnių magistralių valdymą, naudodama valdymo ir laiko signalus, kad sinchronizuotai ir efektyviai naudotųsi visa informacija, cirkuliuojanti procesoriuje arba iš jo. Tai būtų tarsi oro uosto skrydžių valdymo bokštas.

BSB, įvesties / išvesties blokas ir daugiklis

Svarbu žinoti, kad dabartiniai procesoriai neturi tradicinio FSB ar „Front Bus“, kurie tarnavo palaikyti ryšį su centriniu procesoriumi su likusiais pagrindinės plokštės elementais, pavyzdžiui, lustų rinkiniu ir periferiniais įrenginiais per šiaurinį ir pietinį tiltus. Taip yra todėl, kad pati magistralė buvo įdėta į procesorių kaip įvesties ir išvesties (I / O) duomenų valdymo blokas, tiesiogiai perduodantis RAM ryšį su procesoriumi, tarsi tai būtų senasis šiaurinis tiltas. Tokios technologijos kaip AMD „ HyperTransport“ arba „Intel“ HyperThreading yra atsakingos už keitimosi informacija apie didelio našumo procesorius valdymą.

BSB arba užpakalinė magistralė yra magistralė, atsakinga už mikroprocesoriaus prijungimą prie savo talpyklos atminties, paprastai tai yra L2. Tokiu būdu priekinę magistralę galima atlaisvinti nuo gana didelės apkrovos ir taip priartinti talpyklų greitį prie šerdies greičio.

Ir galiausiai turime daugiklius, kurie yra keli elementai, esantys procesoriaus viduje arba išorėje, atsakingi už santykio tarp CPU ir išorinių magistralių laikrodžio matavimą. Šiuo metu mes žinome, kad procesorius per autobusus yra sujungtas su tokiais elementais kaip RAM, mikroschemų rinkiniu ir kitomis periferinėmis priemonėmis. Šių daugintuvų dėka gali būti, kad procesoriaus dažnis yra daug greitesnis nei išorinių magistralių, kad būtų galima apdoroti daugiau duomenų.

Pavyzdžiui, x10 daugiklis leis sistemai, veikiančiai 200 MHz dažniu, dirbti su CPU esant 2000 MHz dažniui. Dabartiniuose procesoriuose galime rasti blokus, kuriuose daugiklis yra atrakintas. Tai reiškia, kad galime padidinti jo dažnį ir tokiu būdu jo apdorojimo greitį. Mes tai vadiname pertekliniu.

IGP arba vidinė vaizdo plokštė

Pabaigoje su procesoriaus dalimis negalime pamiršti integruoto grafikos elemento, kurį kai kurios iš jų nešioja. Prieš tai, kai mes matėme, kas yra FPU, ir šiuo atveju mes susiduriame su kažkuo panašiu, tačiau su daug didesne galia, nes iš esmės tai yra branduolių, galinčių savarankiškai apdoroti mūsų komandos grafiką, serija, kuri matematiniais tikslais yra daugybė slankiojo kablelio skaičiavimų ir grafikos perteikimo, kuris būtų labai reikalingas procesoriui.

IGP atlieka tą pačią funkciją, kaip ir išorinė vaizdo plokštė, tą, kurią įdiegėme per „PCI-Express“ lizdą, tik mažesniu mastu ar galia. Jis vadinamas integruotu grafikos procesoriumi, nes tai yra tame pačiame procesoriuje įdiegta integruota grandinė, atleidžianti centrinį bloką nuo šios sudėtingų procesų serijos. Tai bus naudinga, kai neturime vaizdo plokštės, tačiau kol kas ji neturi našumo, palyginamo su šiais.

Tiek AMD, tiek „Intel“ turi vienetus, integruojančius IGP į centrinį procesorių, todėl jie vadinami APU (Accelerated Processing Unit). To pavyzdys yra beveik visas „i“ šeimos „Intel Core“ kartu su „AMD Athlon“ ir kai kuriais „Ryzen“.

Išvada dėl procesoriaus dalių

Na, mes priėjome prie šio ilgo straipsnio pabaigos, kur daugiau ar mažiau pagrindiniu būdu matome, kas yra procesoriaus dalys tiek išoriniu, tiek vidiniu požiūriu. Tiesa ta, kad tai labai įdomi tema, tačiau velniškai sudėtinga ir ilgai aiškinama, kurios detalės suprantamos beveik visiems iš mūsų, kurie nėra panardinti į šio tipo prietaisų surinkimo linijas ir gamintojus.

Dabar paliksime jums keletą mokymų, kurie gali būti jums įdomūs.

Jei turite klausimų ar norite išsiaiškinti bet kurią straipsnio problemą, kviečiame jį parašyti komentaro laukelyje. Visada gerai turėti kitų nuomonę ir išmintį.