▷ Kas yra procesorius ir kaip jis veikia

Šiandien apžiūrėsime aparatūrą. Mūsų komandą sudaro daugybė elektroninių komponentų, kurie kartu geba saugoti ir apdoroti duomenis. Procesorius, procesorius ar centrinis procesorius yra jo pagrindinis komponentas. Mes kalbėsime apie tai, kas yra procesorius, kokie jo komponentai ir kaip jis veikia išsamiai.

Pasirengęs? Pradėkime!

Turinio rodyklė

Kas yra procesorius?

Pirmas dalykas, kurį turėsime apibrėžti, yra tai, kas yra mikroprocesorius, kad žinotume visa kita. Mikroprocesorius yra kompiuterio ar kompiuterio smegenys, jis yra sudarytas iš integrinės grandinės, įpakuotos į silicio lustą, sudarytą iš milijonų tranzistorių. Jos funkcija yra apdoroti duomenis, valdyti visų kompiuterio įrenginių, bent jau nemažos jų dalies, veikimą ir svarbiausia: jis yra atsakingas už loginių ir matematinių operacijų atlikimą.

Jei mes tai suvoksime, visi duomenys, cirkuliuojantys per mūsų mašiną, yra elektriniai impulsai, sudaryti iš tų signalų ir nulių, vadinamų bitais. Kiekvienas iš šių signalų yra sugrupuotas į bitų, kurie sudaro instrukcijas ir programas, rinkinį. Mikroprocesorius yra atsakingas už viso to suvokimą, atlikdamas pagrindines operacijas: SUM, SUBTRACT, IR, ARBA, MUL, DIV, OPPOSITE ir INVERSE. Tada mes turime naudotis mikroprocesoriumi:

• Jis iššifruoja ir vykdo programų, įkeltų į pagrindinę kompiuterio atmintį, instrukcijas. Koordinuoja ir kontroliuoja visus komponentus, kurie sudaro kompiuterį, ir prie jo prijungtus periferinius įrenginius, pelę, klaviatūrą, spausdintuvą, ekraną ir kt.

Šiuo metu procesoriai paprastai būna stačiakampio arba stačiakampio formos ir yra ant elemento, vadinamo lizdu, pritvirtintu prie pagrindinės plokštės. Tai bus atsakinga už duomenų paskirstymą tarp procesoriaus ir likusių su juo susijusių elementų.

Kompiuterio architektūra

Tolesniuose skyriuose matysime visą procesoriaus architektūrą.

Von Neumanno architektūra

Nuo mikroprocesorių išradimo iki šių dienų, jie remiasi architektūra, padalijančia procesorių į kelis elementus, kuriuos pamatysime vėliau. Tai vadinama Von Neumanno architektūra. Tai yra architektūra, kurią 1945 m. Išrado matematikas Von Neumann, apibūdinantis skaitmeninio kompiuterio, padalyto į keletą dalių ar elementų, dizainą.

Dabartiniai procesoriai vis dar daugiausia remiasi šia pagrindine architektūra, nors logiškai mąstant, buvo pristatyta daugybė naujų elementų, kol neturėsime nepaprastai išsamių elementų, kuriuos turime šiandien. Kelių skaičių galimybė toje pačioje mikroschemoje, įvairių lygių atminties elementai, įmontuotas grafikos procesorius ir kt.

Vidinės kompiuterio dalys

Pagrindinės kompiuterio dalys pagal šią architektūrą yra šios:

• Atmintis: yra elementas, kuriame saugomos kompiuterio vykdomos instrukcijos ir duomenys, kuriais jos veikia. Šios instrukcijos vadinamos programa. Centrinis procesorius arba centrinis procesorius: tai elementas, kurį anksčiau apibrėžėme. Jis yra atsakingas už instrukcijų, gautų iš atminties, apdorojimą. Įvesties ir išvesties blokas: jis leidžia susisiekti su išoriniais elementais. Duomenų magistralės: tai takeliai, takeliai ar kabeliai, kurie fiziškai sujungia ankstesnius elementus.

Mikroprocesoriaus elementai

Apibrėžęs pagrindines kompiuterio dalis ir supratęs, kaip per ją cirkuliuoja informacija.

• Valdymo blokas (UC): tai elementas, atsakingas už užsakymų pateikimą per valdymo signalus, pavyzdžiui, laikrodį. Jis ieško instrukcijų pagrindinėje atmintyje ir perduoda jas instrukcijų dekoderiui vykdyti. Vidinės dalys:
  1. Laikrodis: generuoja kvadratinę bangą, kad būtų galima sinchronizuoti procesoriaus operacijas. Programos skaitiklis: jame yra kitos vykdomosios instrukcijos atminties adresas. Instrukcijų įrašas: Yra instrukcija, kuri šiuo metu vykdoma. Sequencer: Sukuria elementarias komandas apdorojimui. mokymo. Instrukcijų dekoderis (DI): jis yra atsakingas už gaunamų instrukcijų interpretavimą ir vykdymą, ištraukdamas instrukcijos operacijos kodą.

• Loginis aritmetinis vienetas (ALU): jis yra atsakingas už aritmetinių skaičiavimų (SUM, SUBTRAKTAVIMO, DAUGIAFUNKCIJOS, DIVISIONAVIMO) ir loginių operacijų (IR, ARBA,…) atlikimą. Vidinės dalys.
  1. Darbinė grandinė: juose yra multiplekseriai ir grandinės operacijoms atlikti. Įėjimo registrai: duomenys saugomi ir naudojami prieš įeinant į operacinę grandinę. Akumuliatorius: saugo atliktų operacijų rezultatus Būsenos registras (vėliava): saugo tam tikras sąlygas, į kurias reikia atsižvelgti atliekant kitas operacijas.

• Slankiojo kablelio vienetas (FPU): Šis elementas nebuvo originaliame architektūros projekte, jis vėliau buvo įvestas, kai instrukcijos ir skaičiavimai pasidarė sudėtingesni, kai atsirado grafiškai pavaizduotos programos. Šis vienetas yra atsakingas už slankaus kablelio operacijas, tai yra realiuosius skaičius. Įrašų bankas ir talpykla: šių dienų procesoriai turi nepastovią atmintį, jungiančią nuo RAM prie procesoriaus. Tai yra daug greičiau nei RAM ir yra atsakingas už spartesnį mikroprocesoriaus prieigą prie pagrindinės atminties.

• Priekinis šoninis autobusas (FSB): taip pat žinomas kaip duomenų magistralė, pagrindinė magistralė arba sistemos magistralė. Būtent kelias ar kanalas susisiekia su mikroprocesoriumi su pagrindine plokšte, konkrečiai su lustu, vadinamu šiauriniu tiltu arba nothbridge. Tai yra atsakinga už pagrindinio procesoriaus magistralės, RAM ir išplėtimo prievadų, tokių kaip PCI-Express, veikimo kontrolę. Šios magistralės apibrėžimui naudojamos sąvokos yra „Quick Path Interconnect“ „Intel“ ir „Hypertransport“ AMD.

Šaltinis: sleeperfurniture.co

Šaltinis: ixbtlabs.com

• Užpakalinė magistralė (BSB): ši magistralė perduoda 2 lygio talpyklos atmintį (L2) su procesoriumi, kol ji nėra integruota pačiame procesoriaus branduolyje. Šiuo metu visi mikroprocesoriai turi talpyklos atmintį, integruotą į patį mikroschemą, todėl ši magistralė taip pat yra to paties mikroschemos dalis.

Dviejų ar daugiau branduolių mikroprocesorius

Tame pačiame procesoriuje šiuos elementus ne tik paskirstysime viduje, bet ir dabar jie bus pakartoti. Mes turėsime keletą apdorojimo šerdžių arba kas yra tas pats keli mikroprocesoriai vienete. Kiekvienas iš jų turės savo talpyklą L1 ir L2, paprastai L3 yra dalijamasi tarpusavyje, poromis arba kartu.

Be viso to, kiekviename iš šerdžių turėsime ALU, UC, DI ir FPU, todėl greitis ir apdorojimo pajėgumas daugėja priklausomai nuo jo turimų šerdžių skaičiaus. Nauji elementai taip pat atsiranda mikroprocesoriuose:

• Integruotas atminties valdiklis (IMC): pasirodžius keliems branduoliams, procesorius turi sistemą, leidžiančią tiesiogiai pasiekti pagrindinę atmintį. Integruotas GPU (iGP) - GPU tvarko grafikos apdorojimą. Tai dažniausiai slankaus kablelio operacijos su didelio tankio bitų eilutėmis, todėl apdorojimas yra daug sudėtingesnis nei įprasti programos duomenys. Dėl šios priežasties yra mikroprocesorių diapazonai, kurie jų viduje įgyvendina įrenginį, skirtą tik grafikos apdorojimui.

Kai kurie procesoriai, pavyzdžiui, „AMD Ryzen“, neturi vidinės vaizdo plokštės. Tik jūsų APU?

Mikroprocesoriaus veikimas

Procesorius veikia pagal instrukcijas, kiekviena iš šių instrukcijų yra dvejetainis tam tikro plėtinio kodas, kurį CPU supranta.

Taigi programa yra instrukcijų rinkinys, ir norint ją vykdyti, ji turi būti vykdoma nuosekliai, tai yra, vykdant vieną iš šių instrukcijų kiekviename žingsnyje ar tam tikru laikotarpiu. Norėdami įvykdyti nurodymą, yra keli etapai:

• Instrukcijų paieška: nurodymą iš atminties perkeliame į procesorių. Instrukcijų dekodavimas: instrukcija yra padalinta į paprastesnius kodus, suprantamus CPU vykdoma paieška: turėdami komandą, įkeltą į CPU, turite rasti atitinkamą operatorių . instrukcija: atlikite reikiamą loginę ar aritmetinę operaciją Rezultato išsaugojimas: rezultatas talpykloje

Kiekvienas procesorius veikia su tam tikru instrukcijų rinkiniu, kuris yra tobulinamas kartu su procesoriais. Pavadinimas x86 arba x386 nurodo instrukcijų rinkinį, su kuriuo dirba procesorius.

Tradiciškai 32 bitų procesoriai taip pat buvo vadinami x86, taip yra todėl, kad šioje architektūroje jie dirbo su šiuo instrukcijų rinkiniu iš „Intel 80386“ procesoriaus, kuris pirmasis įdiegė 32 bitų architektūrą.

Šį instrukcijų rinkinį reikia atnaujinti, kad jis veiktų efektyviau ir su sudėtingesnėmis programomis. Kartais mes matome, kad programos vykdymo reikalavimuose yra tokių akronimų, kaip SSE, MMX ir kt., Rinkinys. Tai yra instrukcijų rinkinys, kurį gali vykdyti mikroprocesorius. Taigi mes turime:

• SSE (srautiniai SIMD plėtiniai): jie įgalino centrinius procesorius dirbti su slankiojo kablelio operacijomis. SSE2, SSE3, SSE4, SSE5 ir kt.: Skirtingi šio instrukcijų rinkinio atnaujinimai.

Procesoriaus nesuderinamumas

Visi prisimename, kada „Apple“ operacinė sistema galėjo veikti „Windows“ ar „Linux“ asmeniniame kompiuteryje. Taip yra dėl skirtingų procesorių nurodymų tipo. „Apple“ naudojo „PowerPC“ procesorius, kurie dirbo su kitomis instrukcijomis nei „Intel“ ir „AMD“. Taigi yra keletas instrukcijų dizainų:

• CISC (sudėtingas instrukcijų rinkinys, kompiuteris): tai tas, kurį naudoja „Intel“ ir AMD, jis skirtas naudoti keletą instrukcijų, tačiau sudėtingas. Jie sunaudoja daugiau išteklių, nes yra išsamesnės instrukcijos, reikalaujančios kelių laikrodžio ciklų. RISC (redukuotų instrukcijų rinkinys): jį naudoja „Apple“, „Motorola“, IBM ir „PowerPC“. Tai yra efektyvesni procesoriai, turintys daugiau instrukcijų, tačiau mažiau sudėtingi.

Šiuo metu abi operacinės sistemos yra suderinamos, nes „Intel“ ir „AMD“ savo procesoriuose įdiegia architektūros derinį.

Instrukcijų vykdymo procesas

1. Procesorius iš naujo paleidžiamas, kai gauna RESET signalą, tokiu būdu sistema ruošiasi gaudama laikrodžio signalą, kuris nustatys proceso greitį. CP registre (programos skaitiklyje) atminties adresas, kuriuo Valdymo blokas (UC) duoda komandą išgauti nurodymą, kurį RAM išsaugojo atminties adrese, kuris yra CP. Tada RAM siunčia duomenis ir yra dedamas į duomenų magistralę, kol kuris yra saugomas RI (Instrukcijų registre). UC valdo procesą, o instrukcija perduodama dekoderiui (D), kad būtų suprasta instrukcijos prasmė. Tada einama per UC, kuris turi būti vykdomas. Kai bus žinoma, kokia yra instrukcija ir kokią operaciją reikia atlikti, jie abu yra įkeliami į ALU įvesties registrus (REN). ALU vykdo operaciją ir rezultatą įrašo į duomenų magistralė ir pridedamas 1 CP, kad būtų vykdoma ši instrukcija.

Kaip žinoti, ar procesorius yra geras

Norėdami sužinoti, ar mikroprocesorius yra geras, ar blogas, turime pažvelgti į kiekvieną jo vidinį komponentą:

Autobuso plotis

Autobuso plotis lemia registrų, kurie gali cirkuliuoti per jį, dydį. Šis plotis turi atitikti procesoriaus registrų dydį. Tokiu būdu mes turime tai, kad autobuso plotis yra didžiausias registras, kurį jis gali pervežti per vieną operaciją.

Tiesiogiai su magistrale susijusi bus ir RAM atmintis, ji turi sugebėti išsaugoti kiekvieną iš šių registrų tokiu pločiu, kokį jie turi (tai vadinama atminties žodžio pločiu).

Tai, ką šiuo metu turime, kai magistralės plotis yra 32 bitai arba 64 bitai, tai yra, mes galime tuo pačiu metu transportuoti, laikyti ir apdoroti 32 arba 64 bitų grandines. Turėdami 32 bitus, turinčius galimybę būti 0 arba 1, galime skirti 2 ³² (4 GB) atminties kiekį, o 64 bitų - 16 EB egzempliorių. Tai nereiškia, kad mūsų kompiuteryje yra 16 egzempliorių atminties, tai greičiau parodo galimybę valdyti ir naudoti tam tikrą atminties kiekį. Taigi garsusis 32 bitų sistemų apribojimas skirtas tik 4 GB atminčiai.

Žodžiu, kuo platesnis autobusas, tuo daugiau darbo galimybių.

Talpyklos atmintis

Šie prisiminimai yra daug mažesni nei RAM, bet daug greitesni. Jos funkcija yra saugoti instrukcijas, kurios tik bus tvarkomos arba paskutinės. Kuo daugiau talpyklos atminties, tuo didesnį operacijos greitį CPU gali pasiimti ir nuleisti.

Turime žinoti, kad viskas, kas pasiekia procesorių, ateina iš kietojo disko, ir tai galima sakyti, kad yra be galo lėta nei RAM ir dar daugiau nei talpyklos atmintis. Būtent dėl ​​šios priežasties šie kietojo kūno atmintys buvo sukurti norint išspręsti didelę kliūtį, kuri yra kietasis diskas.

Ir paklausime savęs, kodėl tada jie ne tik gamina didelius talpyklas, atsakymas paprastas, nes jie yra labai brangūs.

Vidinis procesoriaus greitis

Interneto greitis beveik visada yra pats įspūdingiausias dalykas žiūrint į procesorių. „Procesorius veikia 3, 2 GHz dažniu“, bet kas tai yra? Greitis yra laikrodžio dažnis, kuriuo veikia mikroprocesorius. Kuo didesnis šis greitis, tuo daugiau operacijų jis galės atlikti per laiko vienetą. Tai reiškia, kad našumas padidėja, todėl yra talpyklos atmintis, kad duomenų tvarkytojas galėtų greičiau rinkti duomenis, kad visada atliktų maksimalų operacijų skaičių per laiko vienetą.

Šį laikrodžio dažnį nurodo periodinis kvadratinių bangų signalas. Maksimalus laikas atlikti operaciją yra vienas laikotarpis. Laikotarpis yra atvirkštinis dažnis.

Tačiau ne viskas yra greitis. Yra daug komponentų, kurie daro įtaką procesoriaus greičiui. Pvz., Jei turime 4 branduolių procesorių, kurių dažnis yra 1, 8 GHz, ir kitą, vieno branduolio, esant 4, 0 GHz dažniui, įsitikinkite, kad keturių branduolių spartesnis.

Autobuso greitis

Kaip ir procesoriaus greitis, taip pat svarbus ir duomenų magistralės greitis. Pagrindinė plokštė visada veikia daug žemesniu laikrodžio dažniu nei mikroprocesorius, dėl šios priežasties mums reikės daugiklio, kuris pakoreguotų šiuos dažnius.

Pavyzdžiui, jei mes turime pagrindinę plokštę su magistrale, kurios dažnis yra 200 MHz, 10 kartų daugiklis pasieks 2 GHz procesoriaus dažnį.

Mikroarchitektūra

Procesoriaus mikroarchitektūra nustato tranzistorių skaičių atstumo vienetui jame. Šiuo metu šis vienetas matuojamas nm (nanometrais), kuo jis mažesnis, tuo daugiau tranzistorių gali būti įvesta, taigi, kuo daugiau elementų ir integruotų schemų gali būti pritaikyta.

Tai daro tiesioginę įtaką energijos suvartojimui, mažesniems prietaisams reikės mažiau elektronų srauto, taigi reikės mažiau energijos, norint atlikti tas pačias funkcijas kaip didesnėje mikroarchitektūroje.

Šaltinis: intel.es

Komponentų aušinimas

Dėl didžiulio procesoriaus pasiekto greičio dabartinis srautas generuoja šilumą. Kuo didesnis dažnis ir įtampa, tuo didesnė šilumos generacija, todėl šį komponentą būtina atvėsinti. Yra keli būdai, kaip tai padaryti:

• Pasyvus aušinimas: metaliniais dispergatoriais (vario ar aliuminio), kurie pelekų pagalba padidina sąlyčio su oru paviršių. Aktyvus aušinimas : Be radiatoriaus, taip pat yra ventiliatorius, užtikrinantis priverstinį oro srautą tarp pasyvaus elemento kraštų.

• Skystas aušinimas: jį sudaro grandinė, kurią sudaro siurblys ir radiatoriaus radiatorius. Vanduo cirkuliuoja per bloką, esantį centriniame procesoriuje, skystas elementas surenka susidariusią šilumą ir perneša ją į radiatorių, kuris priverstinės ventiliacijos būdu išsklaido šilumą, vėl nuleisdamas skysčio temperatūrą.

Kai kuriuose procesoriuose yra šilumokaitis. Paprastai tai nėra didelis dalykas… tačiau jie yra skirti kompiuteriui paleisti ir paleisti bei tuo pačiu patobulinti

• Aušinimas šilumos vamzdeliais: sistemą sudaro uždara varinių arba aliumininių vamzdžių, užpildytų skysčiu, grandinė. Šis skystis surenka šilumą iš procesoriaus ir išgarina kylant į sistemos viršų. Šiuo metu yra užfiksuotas šilumokaitis, kuris keičia skysčio šilumą iš vidaus į išorinį orą, tokiu būdu skystis kondensuojasi ir vėl patenka į CPU bloką.

Mes rekomenduojame

Tai baigia mūsų straipsnį apie tai, kas yra procesorius ir kaip jis veikia išsamiai. Tikimės, kad jums patiko.