▷ Ano ang isang processor at paano ito gumagana

Ngayon makikita namin ang ilang hardware. Ang aming koponan ay binubuo ng isang malaking bilang ng mga elektronikong sangkap na magkasama ay may kakayahang mag-imbak at magproseso ng data. Ang processor, CPU o sentral na yunit ng pagpoproseso ay ang pangunahing sangkap nito. Pag-uusapan natin ang tungkol sa kung ano ang isang processor, kung ano ang mga sangkap nito at kung paano ito gumagana nang detalyado.

Handa na? Magsimula tayo!

Indeks ng nilalaman

Ano ang isang processor?

Ang unang bagay na dapat nating tukuyin ay kung ano ang alam ng isang microprocessor. Ang microprocessor ay ang utak ng isang computer o computer, binubuo ito ng isang integrated circuit encapsulated sa isang silikon chip na binubuo ng milyun-milyong mga transistor. Ang pag-andar nito ay upang maproseso ang data, kontrolin ang operasyon ng lahat ng mga aparato ng computer, hindi bababa sa isang malaking bahagi ng mga ito at pinaka-mahalaga: ito ay namamahala sa pagsasagawa ng mga lohikal at matematiko na operasyon.

Kung napagtanto namin ito, ang lahat ng data na kumikilos sa pamamagitan ng aming makina ay mga de-koryenteng salpok, na binubuo ng mga signal ng mga bago at mga zeros na tinatawag na mga bits. Ang bawat isa sa mga senyas na ito ay pinagsama sa isang hanay ng mga piraso na bumubuo ng mga tagubilin at programa. Ang microprocessor ay namamahala sa kahulugan ng lahat ng ito sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mga pangunahing operasyon: SUM, SUBTRACT, AT, O, MUL, DIV, OPPOSITE AT INVERSE. Pagkatapos ay mayroon kaming sa microprocessor:

• Nag-decode at nagsasagawa ng mga tagubilin ng mga program na na-load sa pangunahing memorya ng computer. Kinokontrol at kinokontrol ang lahat ng mga sangkap na bumubuo sa computer at peripheral na konektado dito, mouse, keyboard, printer, screen, atbp.

Ang mga processors ay karaniwang parisukat o hugis-parihaba sa hugis at matatagpuan sa isang elemento na tinatawag na isang socket na nakakabit sa motherboard. Ito ay magiging responsable para sa pamamahagi ng data sa pagitan ng processor at ang natitirang bahagi ng mga elemento na konektado dito.

Arkitektura ng isang computer

Sa mga sumusunod na seksyon makikita natin ang buong arkitektura ng isang processor.

Arkitektura ng Von Neumann

Dahil ang pag-imbento ng mga microprocessors hanggang ngayon, sila ay batay sa isang arkitektura na naghahati sa processor sa ilang mga elemento na makikita natin sa kalaunan. Ito ay tinatawag na arkitektura ng Von Neumann. Ito ay isang arkitektura na imbento noong 1945 ng matematika na si Von Neumann na naglalarawan sa disenyo ng isang digital computer na nahahati sa isang serye ng mga bahagi o elemento.

Ang kasalukuyang mga processors ay nakasalalay pa rin sa batayang arkitektura na ito, bagaman lohikal na isang malaking bilang ng mga bagong elemento ang ipinakilala hanggang sa magkaroon tayo ng lubos na kumpletong mga elemento na mayroon tayo ngayon. Posibilidad ng maraming mga numero sa parehong chip, mga elemento ng memorya sa iba't ibang mga antas, built-in na graphic processor, atbp.

Mga panloob na bahagi ng isang computer

Ang mga pangunahing bahagi ng isang computer ayon sa arkitektura na ito ay ang mga sumusunod:

• Ang memorya: ay ang elemento kung saan ang mga tagubilin na isinasagawa ng computer at ang data kung saan pinatatakip ang mga tagubilin. Ang mga tagubiling ito ay tinatawag na programa. Central Processing Unit o CPU: ito ang elemento na nauna naming natukoy. Ito ay namamahala sa pagproseso ng mga tagubilin na darating dito mula sa memorya.Input at output unit: pinapayagan nito ang komunikasyon sa mga panlabas na elemento. Ang mga data bus: ang mga track, track o cables na pisikal na kumokonekta sa mga nakaraang elemento.

Mga Elemento ng isang microprocessor

Ang pagkakaroon ng pagtukoy sa mga pangunahing bahagi ng isang computer at naintindihan kung paano ang impormasyon ay kumakalat dito.

• Ang yunit ng control (UC): ito ang elemento na namamahala sa pagbibigay ng mga order sa pamamagitan ng mga signal ng control, halimbawa, ang orasan. Naghanap ito ng mga tagubilin sa pangunahing memorya at ipinapasa ang mga ito sa decoder ng pagtuturo upang maisagawa. Mga panloob na bahagi:
  1. Orasan: Bumubuo ng isang parisukat na alon upang i-synchronize ang mga operasyon ng Programa ng Counter: Naglalaman ng address ng memorya ng susunod na tagubilin na naisakatuparan In record Record: Naglalaman ng pagtuturo na kasalukuyang nagpapatupad ng Sequencer: Bumubuo ng mga elementong utos para sa pagproseso ng pagtuturo. Tagubilin decoder (DI): ito ay namamahala sa pagbibigay kahulugan at pagsasagawa ng mga tagubilin na darating, kinuha ang code ng operasyon ng pagtuturo.

• Lohikal na yunit ng aritmetika (ALU): ito ay namamahala sa paggawa ng mga kalkulasyon ng aritmetika (SUM, PAGSUSULIT, MULTIPLICATION, DIVISYON) at lohikal na operasyon (AT, O,…). Mga panloob na bahagi.
  1. Operational circuit: naglalaman ang mga ito ng mga multiplexer at circuit upang maisagawa ang mga operasyon. Mga rehistro ng pag-input: ang data ay naka-imbak at pinatatakbo bago ipasok ang operational circuit Accumulator: iniimbak ang mga resulta ng mga operasyon na isinagawa Status rehistro (Bandila): nag- iimbak ng ilang mga kundisyon na dapat isaalang-alang sa mga kasunod na operasyon.

• Ang lumulutang na yunit ng lumulutang (FPU): Ang elementong ito ay wala sa orihinal na disenyo ng arkitektura, sa kalaunan ay ipinakilala kapag ang mga tagubilin at kalkulasyon ay naging mas kumplikado sa hitsura ng mga graphic na kinatawan ng mga programa. Ang yunit na ito ay responsable para sa pagsasagawa ng mga pagpapatakbo ng lumulutang na point, iyon ay, mga tunay na numero. I-record ang Bank at Cache: Ang mga processors ngayon ay may pabagu-bago ng memorya na mga tulay mula sa RAM hanggang sa CPU. Ito ay mas mabilis kaysa sa RAM at responsable para sa pagpabilis ng pag-access ng microprocessor sa pangunahing memorya.

• Front Side Bus (FSB): Kilala rin bilang isang data bus, pangunahing bus, o system bus. Ito ang landas o channel na nakikipag-ugnay sa microprocessor sa motherboard, partikular sa chip na tinatawag na north bridge o nothbridge. Ito ang may pananagutan sa pagkontrol sa operasyon ng pangunahing CPU bus, RAM at pagpapalawak ng mga port tulad ng PCI-Express.Ang mga term na ginamit upang tukuyin ang bus na ito ay "Quick Path Interconnect" para sa Intel at "Hypertransport" para sa AMD.

Pinagmulan: sleeperfurniture.co

Pinagmulan: ixbtlabs.com

• Back Side BUS (BSB): ang bus na ito ay nakikipag-usap sa antas ng 2 cache memory (L2) kasama ang processor, hangga't hindi ito isinama sa CPU core mismo. Sa kasalukuyan ang lahat ng mga microprocessors ay may memorya ng cache na binuo sa chip mismo, kaya ang bus na ito ay bahagi din ng parehong chip.

Dalawa o higit pang pangunahing microprocessor

Sa parehong processor, hindi lamang magkakaroon tayo ng mga elementong ito na ipinamamahagi sa loob, ngunit ang mga ito ay nag-uulit. Magkakaroon kami ng maraming mga cores sa pagproseso o kung ano ang parehong mga microprocessors sa loob ng yunit. Ang bawat isa sa mga ito ay magkakaroon ng kanilang sariling cache L1 at L2, karaniwang ang L3 ay ibinahagi sa pagitan nila, sa mga pares o magkasama.

Bilang karagdagan dito magkakaroon kami ng isang ALU, UC, DI at FPU para sa bawat isa sa mga cores, kaya ang bilis at pagproseso ng kapasidad ay dumami depende sa bilang ng mga cores na mayroon nito. Lumilitaw din ang mga bagong elemento sa loob ng mga microprocessors:

• Pinagsama ang controller ng memorya (IMC): Ngayon sa hitsura ng maraming mga cores ng processor ay may isang system na nagbibigay-daan sa iyo upang direktang ma-access ang pangunahing memorya. Pinagsama GPU (iGP) - Ang GPU ay humahawak sa pagproseso ng graphics. Karamihan sa mga ito ay lumulutang na operasyon ng point na may mga string na may mataas na density, kaya ang pagproseso ay mas kumplikado kaysa sa normal na data ng programa. Dahil dito, mayroong mga microprocessor range na nagpapatupad sa loob ng isang yunit na eksklusibo na nakatuon sa pagproseso ng graphics.

Ang ilang mga processors, tulad ng AMD Ryzen, ay walang panloob na graphics card. Mga APU mo lang?

Operasyong Microprocessor

Gumagana ang isang processor sa pamamagitan ng mga tagubilin, ang bawat isa sa mga tagubiling ito ay isang binary code ng isang tiyak na extension na naiintindihan ng CPU.

Samakatuwid, ang isang programa ay isang hanay ng mga tagubilin at upang maisagawa ito dapat itong isagawa nang sunud-sunod, iyon ay, ang pagsasagawa ng isa sa mga tagubiling ito sa bawat hakbang o tagal ng oras. Upang magsagawa ng isang tagubilin mayroong maraming mga phase:

• Paghahanap ng tagubilin: dalhin namin ang pagtuturo mula sa memorya sa processor ng Pag-decode ng pagtuturo: ang tagubilin ay nahahati sa mas simpleng mga code na mauunawaan ng CPU Operated na paghahanap: kasama ang pagtuturo na na-load sa CPU kailangan mong hanapin ang kaukulang operator Pagpatupad ng tagubilin: isagawa ang kinakailangang lohikal o aritmetika na pag- save ng resulta: naka-cache ang resulta

Ang bawat processor ay gumagana sa isang tiyak na hanay ng mga tagubilin, ang mga ito ay nagbago kasama ang mga processors. Ang pangalang x86 o x386 ay tumutukoy sa hanay ng mga tagubilin na gumagana sa isang processor.

Ayon sa tradisyonal na 32-bit na mga processors ay tinawag din na x86, ito ay dahil sa arkitektura na ito ay nagtrabaho sila sa hanay na ito ng mga tagubilin mula sa Intel 80386 processor na ang unang nagpatupad ng isang 32-bit na arkitektura.

Ang hanay ng mga tagubilin ay kailangang ma-update upang gumana nang mas mahusay at may mas kumplikadong mga programa. Minsan nakikita natin na sa mga kinakailangan para sa isang programa na tumakbo dumating ang isang hanay ng mga akronim tulad ng SSE, MMX, atbp. Ito ang mga hanay ng mga tagubilin na maaaring harapin ng isang microprocessor. Kaya mayroon kami:

• SSE (Pag-stream ng mga Extension ng SIMD): Pinagbigyan nila ang mga CPU upang gumana sa mga operasyon ng lumulutang na point. SSE2, SSE3, SSE4, SSE5, atbp: iba't ibang mga update sa hanay ng mga tagubilin.

Hindi pagkakatugma ng processor

Tandaan nating lahat kung kailan maaaring tumakbo ang isang operating system ng Apple sa isang Windows o Linux PC. Ito ay dahil sa uri ng mga tagubilin mula sa iba't ibang mga processor. Ginamit ng Apple ang mga processor ng PowerPC, na nagtrabaho kasama ang mga tagubilin maliban sa Intel at AMD. Sa gayon, maraming mga disenyo ng pagtuturo:

• CISC (Complex Instruction Set Computer): ito ang ginamit ng Intel at AMD, ito ay tungkol sa paggamit ng isang hanay ng ilang mga tagubilin, ngunit kumplikado. Mayroon silang mas mataas na pagkonsumo ng mga mapagkukunan, pagiging mas kumpletong tagubilin na nangangailangan ng maraming mga siklo sa orasan. RISC (Nabawasan sa Pagtuturo ng Computer Computer: ito ang ginamit ng Apple, Motorola, IBM at PowerPC, ito ay mas mahusay na mga processors na may mas maraming mga tagubilin, ngunit hindi gaanong pagiging kumplikado.

Sa kasalukuyan ang parehong mga operating system ay magkatugma dahil ang Intel at AMD ay nagpapatupad ng isang kumbinasyon ng mga arkitektura sa kanilang mga processors.

Proseso ng pagpapatupad ng pagtuturo

1. Ang restart ay nagsisimula nang tumanggap ng isang signal ng RESET, sa ganitong paraan inihahanda ng system ang sarili sa pamamagitan ng pagtanggap ng isang signal ng orasan na matukoy ang bilis ng proseso. Sa rehistro ng CP (program counter) ang address ng memorya kung saan ang Ang control unit (UC) ay nag-isyu ng utos na kunin ang pagtuturo na naimbak ng RAM sa memorya ng memorya na nasa CP. Pagkatapos, ipinadala ng RAM ang data at inilalagay ito sa data bus hanggang sa na nakaimbak sa RI (Instruction Register). Ang UC ay namamahala sa proseso at ang tagubilin ay ipinapasa sa decoder (D) upang mahanap ang kahulugan ng pagtuturo. Pagkatapos nito ay dumadaan sa UC upang maisakatuparan.Once ang pagtuturo ay kilala at kung ano ang isasagawa na operasyon, kapwa nai-load sa mga rehistro ng pag-input ng ALU (REN).Ang ALU ay nagsasagawa ng operasyon at inilalagay ang resulta sa data bus at ang CP ay idinagdag 1 upang maisagawa ang sumusunod na pagtuturo.

Paano malalaman kung ang isang processor ay mabuti

Upang malaman kung ang isang microprocessor ay mabuti o masama, dapat nating tingnan ang bawat isa sa mga panloob na sangkap nito:

Ang lapad ng bus

Ang lapad ng isang bus ay tinutukoy ang laki ng mga rehistro na maaaring magpalibot dito. Ang lapad na ito ay dapat tumugma sa laki ng mga rehistro ng processor. Sa ganitong paraan mayroon kaming ang lapad ng bus ay kumakatawan sa pinakamalaking rehistro na may kakayahang mag-transport sa isang solong operasyon.

Ang direktang nauugnay sa bus ay magiging memorya din ng RAM, dapat itong maiimbak ang bawat isa sa mga rehistrong ito na may lapad na mayroon sila (ito ay tinatawag na lebel ng memorya ng memorya).

Ano ang mayroon kami sa kasalukuyan kapag ang lapad ng bus ay 32 bits o 64 bits, iyon ay, maaari naming sabay-sabay na maghahatid, mag-imbak at magproseso ng mga chain ng 32 o 64 bit. Sa 32 bit bawat isa ay may posibilidad na maging 0 o 1 maaari naming matugunan ang isang dami ng memorya ng 2 ³² (4GB) at may 64 bits 16 EB Exabytes. Hindi ito nangangahulugan na mayroon kaming 16 Exabytes ng memorya sa aming computer, ngunit sa halip ay kumakatawan ito sa kakayahang pamahalaan at gumamit ng isang tiyak na halaga ng memorya. Samakatuwid ang sikat na limitasyon ng 32-bit system upang matugunan lamang ang 4 GB ng memorya.

Sa madaling sabi, mas malawak ang bus, mas maraming kapasidad sa trabaho.

Memorya ng cache

Ang mga alaalang ito ay mas maliit kaysa sa RAM ngunit mas mabilis. Ang pag-andar nito ay ang pag-iimbak ng mga tagubilin na pagpoproseso lamang o ang mga naproseso na. Ang mas maraming memorya ng cache, mas mataas ang bilis ng transaksyon na maaaring kunin at i-drop ng CPU.

Dito dapat nating alalahanin na ang lahat na umaabot sa processor ay nagmula sa hard drive, at masasabing mas mabagal ito kaysa sa RAM at kahit na higit pa kaysa sa memorya ng cache. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang mga solidong estado na alaala ay dinisenyo upang malutas ang malaking bottleneck na hard drive.

At tatanungin natin ang ating sarili, bakit pagkatapos ay hindi lamang sila gumagawa ng malalaking cache, ang sagot ay simple, dahil napakamahal.

Ang bilis ng panloob na processor

Ang bilis ng Internet ay halos palaging ang pinaka-kapansin-pansin na bagay kapag tumitingin sa isang processor. "Ang processor ay tumatakbo sa 3.2 GHz, " ngunit ano ito? Ang bilis ay ang dalas ng orasan kung saan gumagana ang microprocessor. Ang mas mataas na bilis na ito, mas maraming operasyon sa bawat yunit ng oras na magagawa. Ito ay isinasalin sa mas mataas na pagganap, iyon ang dahilan kung bakit may memorya ng cache, upang mapabilis ang pagkolekta ng data ng processor upang palaging gawin ang maximum na bilang ng mga operasyon sa bawat yunit ng oras.

Ang dalas ng orasan na ito ay ibinibigay ng isang pana-panahong signal ng alon ng parisukat. Ang maximum na oras upang gumawa ng isang operasyon ay isang panahon. Ang panahon ay ang kabaligtaran ng dalas.

Ngunit hindi lahat ay bilis. Maraming mga sangkap na nakakaimpluwensya sa bilis ng isang processor. Kung halimbawa mayroon kaming isang 4-core processor sa 1.8 GHz at isa pang solong-core sa 4.0 GHz, sigurado na mas mabilis ang quad-core.

Ang bilis ng bus

Tulad ng ang bilis ng processor ay mahalaga, ang bilis ng data bus ay mahalaga din. Ang motherboard ay palaging gumagana sa isang mas mababang dalas ng orasan kaysa sa microprocessor, para sa kadahilanang ito ay kailangan namin ng isang multiplier na nag-aayos ng mga frequency na ito.

Kung halimbawa mayroon kaming isang motherboard na may bus sa isang dalas ng orasan na 200 MHz, isang 10x multiplier ay maaabot ang isang dalas ng CPU na 2 GHz.

Microarchitecture

Ang microarchitecture ng isang processor ay tumutukoy sa bilang ng mga transistor bawat yunit na distansya dito. Ang yunit na ito ay kasalukuyang sinusukat sa nm (nanometer) mas maliit ito, mas malaki ang bilang ng mga transistor na maaaring ipakilala, at, samakatuwid, ang mas maraming bilang ng mga elemento at integrated circuit ay maaaring mapunan.

Ito ay direktang nakakaimpluwensya sa pagkonsumo ng enerhiya, ang mga mas maliliit na aparato ay mangangailangan ng mas kaunting daloy ng elektron, kaya mas kaunting enerhiya ang kinakailangan upang maisagawa ang parehong mga pag-andar tulad ng sa isang mas malaking microarchitecture.

Pinagmulan: intel.es

Mga sangkap na paglamig

Dahil sa napakalaking bilis na naabot ng CPU, ang kasalukuyang daloy ay bumubuo ng init. Ang mas mataas na dalas at boltahe ay magkakaroon ng isang mas malaking henerasyon ng init, samakatuwid kinakailangan upang palamig ang sangkap na ito. Mayroong maraming mga paraan upang gawin ito:

• Paglamig ng pasibo: sa pamamagitan ng metalikong dissipator (tanso o aluminyo) na nagpapataas ng ibabaw ng pakikipag-ugnay sa hangin sa pamamagitan ng mga palikpik. Aktibong paglamig : Bilang karagdagan sa heatsink, ang isang tagahanga ay inilalagay din upang magbigay ng sapilitang daloy ng hangin sa pagitan ng mga palikpik ng elemento ng passive.

• Ang paglamig sa likido: binubuo ito ng isang circuit na binubuo ng isang pump at isang pinusyong radiator. Ang tubig ay naikalat sa pamamagitan ng isang bloke na matatagpuan sa CPU, kinokolekta ng elemento ng likido ang init na nabuo at inililipat ito sa radiator, na sa pamamagitan ng sapilitang bentilasyon ay nakakalat ng init, muli ang pagbaba ng temperatura ng likido.

Ang ilang mga processors ay nagsasama ng isang heatsink. Karaniwan sila ay hindi isang malaking pakikitungo… ngunit nagsisilbi silang itaas ang PC at tumakbo at pagbutihin ito nang sabay

• Paglamig ng mga heatpipe: ang sistema ay binubuo ng isang saradong circuit ng tanso o aluminyo na tubo na puno ng likido. Ang likido na ito ay nangongolekta ng init mula sa CPU at sumingaw sa pagtaas ng tuktok ng system. Sa puntong ito ay may isang finned heatsink na nagpapalitan ng init ng likido mula sa loob patungo sa labas ng hangin, sa ganitong paraan ang likido ay bumababa at bumababa pabalik sa CPU block.

Inirerekumenda namin

Tinatapos nito ang aming artikulo sa kung ano ang isang processor at kung paano ito gumagana nang detalyado. Inaasahan namin na nagustuhan mo ito.