პოპულარულია პროცესორის რთული მუშაობის პრინციპის შესახებ. როგორ მუშაობს პროცესორი? რა არის პროცესორი

კომპიუტერის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტია პროცესორი, რომელიც პასუხისმგებელია კომპიუტერის სიჩქარეზე. წლების განმავლობაში განხორციელებულმა ტექნიკურმა პროგრესმა განაპირობა ის, რომ შესაძლებელი გახდა ერთ მთლიან მილიარდ ტრანზისტორთან დაკავშირება, რომლებიც აჩვენებენ სურათებს ეკრანზე.

კომპიუტერების შესაძლებლობები ძალიან დიდია. თუმცა, არ აქვს მნიშვნელობა რა მიზნებისთვის იქნება გამოყენებული კომპიუტერი, ეს ყველაფერი პროცესორის შედეგია. პროცესორი აგროვებს ბრძანებებს მომხმარებლისგან და პროგრამებისგან, ამუშავებს მათ და აგზავნის კომპიუტერის საჭირო ელემენტებში. პროცესორს შეიძლება ეწოდოს კომპიუტერის ტვინი. ეს არის საკონტროლო ცენტრი, რომელიც მუდმივად ჭრის ციფრებს დავალებების შესასრულებლად.

კომპონენტები

თანამედროვე პროცესორი შეიცავს რამდენიმე ტიპის აღჭურვილობას. აქტუატორები შექმნილია გამოთვლების შესასრულებლად. საჭიროა კონტროლი, რათა უზრუნველყოს, რომ აღმასრულებელი მოწყობილობა სწორად ცნობს ბრძანებებს და ამუშავებს ინფორმაციას.

რეგისტრები შექმნილია ქვეჯამების შესანახად. თითქმის ყველა ინსტრუქცია იყენებს რეგისტრაციის ინფორმაციას. საინფორმაციო ავტობუსი ასრულებს CPU-ს დანარჩენ PC აღჭურვილობასთან კომბინირების ფუნქციებს. ეს არის ავტობუსი, რომელიც გადასცემს ფაილებს ცენტრალურ პროცესორზე და აჩვენებს გამოთვლების შედეგებს.

პროცესორის ქეში საჭიროა იმისათვის, რომ CPU-მ სწრაფად მიიღოს ხშირად გამოყენებული ბრძანებები და ფაილები. ეს სიჩქარის მეხსიერება, რომელიც მდებარეობს ცენტრალური პროცესორის ჩიპში. CPU-ს ასევე აქვს დამატებითი მოდულები, რომლებიც საჭიროა სპეციალური გამოთვლებისთვის.

სიხშირე

კომპიუტერის სიჩქარე პირდაპირ არის დაკავშირებული ცენტრალური პროცესორის სიხშირეზე,
რომელიც იზომება მეგაჰერცებში. CPU-სთვის და ავტობუსებისთვის პულსები იქმნება საათის გენერატორით, რომელიც დაფუძნებულია დედაპლატზე მდებარე კვარცის რეზონატორზე. რეზონატორის მთავარი ელემენტია კვარცის კრისტალი, რომელიც ჩაშენებულია თუნუქის ჩარჩოში.

ძაბვის ქვეშ, ელექტრული ვიბრაციები ჩნდება კრისტალში. მათი სიხშირე მერყეობს ბროლის ფორმისა და ზომის მიხედვით. ამის შემდეგ სიგნალი გადაეცემა გენერატორს, სადაც ის გარდაიქმნება ერთი ან მეტი სიხშირის შეკვეთილ იმპულსებად, თუ ავტობუსები სხვადასხვა სიხშირისაა.

საათის სიხშირე შექმნილია კომპიუტერის ყველა ელემენტის სინქრონიზაციისთვის. ეს ნიშნავს, რომ გადამცემი მოწყობილობა უნდა მუშაობდეს მიმღებ მოწყობილობასთან სინქრონულად. ამის მიღწევა შესაძლებელია, როდესაც ყველა მოწყობილობა მუშაობს ერთ სიგნალზე, რომელიც აკავშირებს ყველა ელემენტს და საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ერთი მთლიანობა.

CPU–სთვის დროის უმცირესი ერთეული არის საათის ციკლი. ნებისმიერი მოქმედება მოითხოვს მინიმუმ ერთ დარტყმას. ინფორმაციის გაცვლა RAM-თან ხორციელდება რამდენიმე საათის ციკლში, რომელიც ასევე მოიცავს უმოქმედო ციკლებს.

სხვადასხვა გუნდს სჭირდება საათის ციკლების საკუთარი რაოდენობა, ამიტომ კომპიუტერების შედარება მხოლოდ სიხშირით არ არის მთლად სწორი გამოსავალი. თანაბარი პარამეტრებით, შეგიძლიათ კომპიუტერების შედარება სიხშირის მიხედვით. მაგრამ ეს უნდა გაკეთდეს ძალიან ფრთხილად, რადგან სხვადასხვა ფაქტორმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს ამაზე. შედეგად, შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ უფრო დაბალი სიხშირის მქონე კომპიუტერი იმუშავებს უფრო სწრაფად, ვიდრე მაღალი სიხშირის მქონე კომპიუტერი.

კიდევ რაზეა დამოკიდებული CPU-ს პროდუქტიულობა?

უმეტეს შემთხვევაში, ეს განისაზღვრება კომპონენტების ბიტის სიღრმით, რომლებიც დაუყოვნებლივ მუშავდება. პროცესორი მოიცავს სამ ძირითად ელემენტს, რომლის მთავარი მაჩვენებელია ბიტის სიჩქარე. ეს არის ინფორმაციის გაცვლის ავტობუსი, ჩაშენებული რეგისტრები და მეხსიერების მისამართების ავტობუსი.

რამდენად შეგიძლიათ გაზარდოთ სიხშირე?

სიჩქარე CPU ოპერაციაადვილად შეიძლება გაიზარდოს სიხშირის გაზრდით. თუმცა, არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ ჩიპი შეიძლება გადახურდეს. სიხშირის მატებასთან ერთად იზრდება პროცესორის ენერგიის მოხმარება და გათბობა. გარდა ამისა, სიხშირის გაზრდამ შეიძლება გაზარდოს ელექტრომაგნიტური ჩარევის ხარისხი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიხშირის გაზრდა არ გაზრდის პროცესორის პროდუქტიულობას.

მონაცემთა ავტობუსი

ეს არის კავშირები, რომლებიც შექმნილია ინფორმაციის გაცვლისთვის. ავტობუსში დაუყოვნებლივ შემოსული სიგნალების რაოდენობა გავლენას ახდენს მონაცემების რაოდენობაზე, რომელიც შეიძლება გადაადგილდეს მის გასწვრივ კონკრეტულ დროს. უკეთესი გაგებისთვის, საბურავის ბიტის სიჩქარე შეიძლება შევადაროთ გზას ზოლებით. უფრო დიდი რიცხვი იზრდება გამტარუნარიანობა.

ავტობუსის სიგანე

როგორც ზემოთ აღინიშნა, ეს პარამეტრი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც გზატკეცილი. თუ მხოლოდ ერთი ზოლია, მაშინ გამტარუნარიანობა ცუდი იქნება. სიმძლავრის გასაზრდელად, თქვენ უნდა დაამატოთ მეტი ზოლი ორივე მიმართულებით. 16-ბიტიანი ავტობუსი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ორზოლიანი ავტობუსი, რადგან ავტობუსს შეუძლია გადასცეს ორი ბაიტი მონაცემები გარკვეულ დროში.

მისამართი ავტობუსი

ეს ელემენტი არის კავშირების ერთობლიობა, რომლის გასწვრივ მოძრაობს მეხსიერების განყოფილების მისამართი, სადაც შეიყვანება და იკითხება ინფორმაცია. საინფორმაციო ავტობუსის პრინციპის მიხედვით, აქ ყოველი კავშირი ატარებს ერთი მისამართის ბიტს, რომელიც შეესაბამება ერთ ციფრს. კავშირების გაზრდა იწვევს პროცესორისთვის უფრო მეტი მეხსიერების განყოფილებას.

მისამართის ავტობუსი შეიძლება ჩაითვალოს შენობის ნუმერაციის სისტემად. ავტობუსზე ზოლების რაოდენობა შეესაბამება შენობის ნომრის ციფრების რაოდენობას. თუ შენობის ნომერში არ არის დაშვებული 2 ციფრის მეტი, მაშინ შენობების რაოდენობა იქნება არაუმეტეს ასი. თუ რიცხვში ჩასვით ერთი ნომერი, მისამართების რაოდენობა გაიზრდება 103-მდე. კომპიუტერში ის გამოიყენება. ორობითი სისტემაგამოთვლები, ამიტომ მეხსიერების უჯრედების რაოდენობა არის 2.

მისამართი და საინფორმაციო ავტობუსები არ არის დამოკიდებული ერთმანეთზე, ამიტომ დეველოპერები თავიანთი ბიტის სიღრმეს სურვილისამებრ ადგენენ. ეს მაჩვენებელი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანია. გამოდის, რომ მონაცემთა ავტობუსში ბიტების რაოდენობა ადგენს მონაცემთა რაოდენობას, რომელსაც CPU შეუძლია დაამუშაოს ერთი საათის ციკლში, ხოლო მისამართების ავტობუსის ბიტის ზომა არის მეხსიერების ზომა, რომლის დამუშავებაც მას შეუძლია.

ჩამონტაჟებული რეგისტრები

მონაცემების რაოდენობა, რომელიც პროცესორს შეუძლია დაამუშაოს მოცემულ დროს, არის ჩაშენებული რეგისტრების რაოდენობა. ეს არის ძალიან მაღალსიჩქარიანი პროცესორის ოპერატიული მეხსიერება, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინფორმაციის შესანახად და არასწორი გამოთვლების შუალედური შედეგების შესანახად. მაგალითად, პროცესორს შეეძლება დაამატო ორი რეგისტრის რიცხვი და გადაიტანოს პასუხი მესამეზე.

რატომ თბება პროცესორი?

თითოეული CPU შეიცავს ბევრ პატარა ტრანზისტორს. მათი რიცხვი გავლენას ახდენს საათის სიხშირეზე და ენერგიის მოხმარებაზე. ლეპტოპის პროცესორები მცირე ენერგიას მოიხმარენ. კომპიუტერულ პროცესორებს შეუძლიათ მოიხმარონ სიდიდის ბრძანება. შედეგად წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით სითბო, რომელიც უნდა მოიხსნას CPU-დან. ამისათვის თქვენ უნდა გამოიყენოთ სპეციალური გაგრილების სისტემა.

ენერგიის მოხმარების შემცირების რამდენიმე გზა არსებობს. ზოგიერთი მოდული შეიძლება გამორთოს, სიხშირე და ძაბვა შეიძლება შემცირდეს, როდესაც პროცესორზე დატვირთვა მცირდება. თქვენ ასევე შეგიძლიათ პროცესორის კომპონენტების დაპატარავება. მაგრამ თხელ ელემენტებს აქვთ მნიშვნელოვანი მინუსი - მათში ჩნდება გაჟონვა და ჩარევა. ეს წარმოქმნის სითბოს.

გარდა ამისა, თანამედროვე მასალების გამოყენება შესაძლებელია. ასევე არის პროცესორები, რომლებიც მუშაობენ დაბალ ძაბვაზე. ამ შემთხვევაში სიმძლავრის ცვლილება პირდაპირ დამოკიდებულია ძაბვაზე. როდესაც ძაბვა მცირდება 10%-ით, ენერგიის მოხმარება მცირდება 20%-ით.

როგორ შეგიძლიათ გაზარდოთ პროცესორის პროდუქტიულობა?

გამოთვლების სიჩქარის გასაზრდელად შესაძლებელია რამდენიმე ტექნოლოგიის გამოყენება. აუცილებელია RAM-ზე და მეხსიერებაზე წვდომის დაჩქარება. თუ CPU სწრაფად მიიღებს ინფორმაციას და ბრძანებებს მეხსიერებიდან, მაშინ ნაკლები დრო დაიხარჯება შეფერხებაზე. გამოდის, რომ მაღალსიჩქარიანი ავტობუსი ზრდის კომპიუტერის სიჩქარეს.

ასევე აუცილებელია მაღალსიჩქარიანი ქეში. პროცესორები ინახავენ თავიანთი გამოთვლების შედეგებს მეხსიერებაში. ქეშის სიხშირე უდრის CPU სიხშირეს, ამიტომ ის უფრო სწრაფად მუშაობს ვიდრე RAM.

CPU-ების უმეტესობას აქვს სამი ქეში დონე. დონე L1 არის ყველაზე სწრაფი, მაგრამ ყველაზე პატარა. L2 და L3 დონეები გაცილებით დიდია, მაგრამ ამავე დროს ისინი მუშაობენ მნიშვნელოვნად დაბალი სიჩქარით, მაგრამ მაინც უფრო სწრაფად ფუნქციონირებენ ვიდრე RAM. ინფორმაცია და ბრძანებები სწრაფად გადადის ქეშიდან, რაც იტვირთება პროცესორს მაქსიმუმამდე და არ არის საჭირო RAM-დან მონაცემების მოლოდინში უმოქმედობა.

თუ პროცესორს არ აქვს საკმარისი ქეში, მაშინ ის მუშაობს ოპერატიული მეხსიერებით ან მყარ დისკთან, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს კომპიუტერის პროდუქტიულობას. გამოდის, რომ მეხსიერების დიდი ზომა ძალიან მნიშვნელოვანი პარამეტრია.

კონვეიერის დამუშავება. ბრძანების შესრულების სიჩქარის გასაზრდელად, პროცესორები ქმნიან მათში მილსადენებს, რომლებშიც შეკვეთები მოწესრიგებულად სრულდება პროცესორის სხვადასხვა ელემენტებში. ღირსება ამ მეთოდითსაქმე იმაშია, რომ მილსადენით პროცესორი ასრულებს არა მხოლოდ ერთ ბრძანებას კონკრეტულ დროში, არამედ რამდენიმე - რამდენადაც მილსადენი დაპროექტებულია.

მილსადენის სიგრძე გავლენას ახდენს საათის ზომაზე. მაგრამ გრძელი მილსადენი ყოველთვის არ არის უპირატესობა, რადგან თუ კოდის დამუშავებისას მოხდა წინასწარი შეცდომის ან რაიმე სიტუაციის წარმოშობა, პროცესორს მოუწევს მილსადენის ყველა მონაცემის ამორეცხვა და ხელახლა ჩატვირთვა, რაც ზრდის მუშაობის დროს.

გარდა ამისა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ბრძანებების და ინფორმაციის წინასწარ მოძიება. ამ შემთხვევაში, ბრძანების შესრულებისას, პროცესორი ცდილობს შემდეგი ბრძანებების პროგნოზირებას. ეს საშუალებას აძლევს მილსადენის უფრო სწრაფად ჩატვირთვას, რადგან არ არის საჭირო ლოდინი, სანამ წინა ბრძანებები შესრულდება. თუ არჩეული ბრძანებები არასწორი აღმოჩნდება, მაშინ საჭირო ბრძანებები და ინფორმაცია ხელახლა უნდა მოძებნოთ და მილსადენი მთლიანად გაიწმინდოს და ისევ ჩაიტვირთოს.

პარალელური გამოთვლა. თანამედროვე კომპიუტერებიშეიძლება ჰქონდეს რამდენიმე ბირთვი, რომელსაც შეუძლია შექმნას რამდენიმე პროცესორის იმიტაცია ოპერაციულ სისტემაში. თუ კომპიუტერულ აპლიკაციას შეუძლია პარალელური გამოთვლების მხარდაჭერა, მაშინ ისინი შეიძლება შესრულდეს დაუყოვნებლივ. მაგრამ მრავალბირთვიანი პროცესორებიაქვს გარკვეული მინუსი - ენერგიის მაღალი მოხმარება, რაც იწვევს სწრაფ და ძლიერ გათბობას და ეს მოითხოვს კარგი გაგრილების სისტემას.

ასევე მნიშვნელოვანია მულტიმედიური კონტენტთან მუშაობის ალგორითმები. უმეტეს შემთხვევაში, ეს ალგორითმები მუშაობს SIMD პრინციპზე. ამ ტექნოლოგიის მქონე პროცესორებს შეუძლიათ სწრაფად დაამუშავონ ინფორმაცია, რომელიც მოითხოვს იგივე ბრძანებების განმეორებით შესრულებას. ეს შესაფერისია ვიდეოს დაკვრისთვის და გრაფიკული დამუშავებისთვის.

მაინც როგორ მუშაობს?

ღირს იმის გათვალისწინება, თუ როგორ მუშაობს პროცესორი. ქვემოთ იქნება ამ პროცესის აღწერა, მაგრამ ის გამარტივდება, რადგან მხოლოდ დიდი ელემენტების ფუნქციები იქნება მითითებული ტექნიკური მახასიათებლების გარეშე.

პროცესორი იწყებს ფუნქციონირებას ბრძანების მიღებისას. Fetch ერთეული, რომელსაც აქვს იდეა ინსტრუქციის ადგილმდებარეობის მისამართის შესახებ, ცდილობს იპოვნოს იგი პირველი დონის ქეშში. თუ ის აკლია, მაშინ ის გადადის მეორე დონის ქეშზე, რომელიც ზომით უფრო დიდია ვიდრე პირველი. თუ აქაც აკლია, მაშინ ის გადადის მესამე ქეშის დონეზე. თუ ბრძანება არ არის, მაშინ CPU ატვირთავს მას RAM-დან ავტობუსის მეშვეობით და ათავსებს მას ყველა თავის ქეშიში. იგივე პრინციპით იტვირთება ბრძანების შესასრულებლად საჭირო ინფორმაცია.

შემდეგ გუნდი გადადის შერჩევის განყოფილების დახმარებით კოდირებულში. ეს კვანძი საჭიროა დიდი ბრძანებების გასაყოფად დიდი რაოდენობითუფრო მცირეა და თითოეული ოპერაცია შესრულებად მოწყობილობებში შესრულდება ერთი საათის ციკლში. დეკოდერი გადააქვს მცირე მოქმედებების დასრულებულ თანმიმდევრობას დეკოდირებული ბრძანებების მეხსიერებაში.

შემდეგი, Fetch ბლოკი მოითხოვს კიდევ ერთ ბრძანებას. იმის გასარკვევად, თუ სად უნდა მიიღოთ სხვა ბრძანება და მისი ინფორმაცია, გამოიყენება წინასწარი ამოღების ბლოკი. მოქმედებების თანმიმდევრობის გაანალიზების შემდეგ, მას შეუძლია განსაზღვროს შემდეგი ბრძანება.

შემდეგ განრიგი ირჩევს რამდენიმე ოპერაციას დეკოდირებული ბრძანების მეხსიერებიდან და განსაზღვრავს მათ თანმიმდევრობას. თუ ზოგიერთი ინსტრუქციის გამოთვლები გავლენას არ მოახდენს სხვის შედეგებზე, მაშინ ისინი შეიძლება შესრულდეს პარალელური შესრულების ინსტრუმენტებზე. საკმაოდ ბევრი მსგავსი მოდულია CPU ბირთვში.

ამ ეტაპზე შესაძლებელია წინასწარი შეცდომის გამოვლენა. Მაგალითად,
შესრულებული ქმედება არის პირობითი ნახტომის ბრძანება, შემდეგ prefetch ბლოკი, ბრძანების შესრულებისას რეესტრის მნიშვნელობის გარკვევის შესაძლებლობის გარეშე, შეცდომით თვლის, რომ ნახტომი შესრულებულია და აძლევს fetch ბლოკს არასწორ მისამართს. კიდევ ერთი ინსტრუქცია.

მსგავსი ვითარება ხდება ინფორმაციის წინასწარ მოძიებისას. თუ ინფორმაციის ჩატვირთვის ბრძანების შესრულებისას, რეგისტრების მნიშვნელობები ინფორმაციის მისამართით განსხვავდება წინასწარ ამოღების მომენტიდან, მაშინ გამოჩნდება შეცდომა, რადგან ქეშში არასწორი ფაილებია.

ამის შემდეგ ხდება მილსადენის გადატვირთვა და სინჯის ბლოკის ხელახლა მოთხოვნა იმ ბრძანებისთვის, რომელიც იყო შეცდომის მიღებამდე. გადატვირთვა და მილსადენის კიდევ ერთი დატვირთვა იწვევს ბრძანების დამუშავების დროის ზრდას. თუ ექსპლუატაციის დროს მოხდა მრავალი წინასწარი აკრეფის გაუმართაობა, მაშინ პროცესორის შესრულება მნიშვნელოვნად იკლებს. თუმცა, თანამედროვე პროცესორებში, წინასწარი ამოღება მუშაობს 95% ეფექტურობით.

თუ ბრძანება სწორად არის შესრულებული მილსადენის გასასვლელში, მაშინ მიღებული შედეგი ინახება ქეშში და შემდეგ გადადის CPU RAM-ში.

ეს, პრინციპში, არის ყველაფერი, რაც საშუალო მომხმარებელმა უნდა იცოდეს პროცესორების და მათი მუშაობის პრინციპების შესახებ.

როგორ მუშაობს პროცესორი კომპიუტერში?

როდესაც კლავიატურაზე დაჭერით, ელექტრული სიგნალი გადის დირიჟორებში კლავიატურის კონტროლერამდე. ეს ყველასთვის გასაგებია. მაგრამ შემდეგ მოდის ყველაზე რთული ნაწილი. შემდეგი, პროცესების არსის გასაგებად, აუცილებელია შეფერხების კონცეფციის დანერგვა. შეფერხება არის პროცესორისთვის სიგნალის გაგზავნის პროცესი, რათა ის მოემზადოს ამ სიგნალზე რეაგირებისთვის. პროცესორი, თუ ეს სიგნალი მიიღება, აჩერებს მიმდინარე ოპერაციას და უბრუნდება მას შეწყვეტის ბრძანების შესრულების შემდეგ. შეფერხებები შეიძლება წარმოიშვას სხვადასხვა მოწყობილობებიან პროგრამები: დისკი, Windows-ში გაშვებული აპლიკაცია, კლავიატურა და მაუსი და ა.შ. შეფერხების მექანიზმის დანერგვა პროცესორის არქიტექტურის განუყოფელი ნაწილია.

მაგრამ დავუბრუნდეთ ჩვენს ცხვრებს. ასე რომ, კლავიშის დაჭერით, ჩვენ ვაგზავნით სიგნალს კლავიატურიდან ამ შეფერხების მოთხოვნის 16 ხაზიდან ერთ-ერთის გასწვრივ, რომელსაც ეწოდება "irks" ( IRQ- შეწყვეტილი მოთხოვნის ხაზები). სხვათა შორის, შვიდი მათგანი მუდმივად აკონტროლებს ამ მექანიზმისთვის გამოყოფილ სისტემის კომპონენტებს, მათ შორის კლავიატურას (უფრო ზუსტად, მის კონტროლერს). და შემდგომ...

• კონტროლერი გადასცემს სიგნალს ქვესისტემას, რომელსაც ეწოდება შეფერხების კონტროლერი, რომელიც მოქმედებს როგორც სამხედრო შტაბის უფროსი, მუდმივად აკონტროლებს პროცესორში ჩარევის პროცესს 256 შესაძლო ტიპის შეფერხებით, რომლებიც საჭიროებენ CPU-ს ყურადღებას.
• სხვა ელექტრული შეფერხების ჯაჭვები აკონტროლებენ I/O ავტობუსს, რომელიც შეიცავს კომპიუტერის გაფართოების სლოტებს. სხვათა შორის, გაფართოების ბარათები, რომლებიც შეიძლება დამონტაჟდეს ან გამოიყენონ იგივე „ირკა“, რადგან ამ ბარათებზე ან ამ სლოტებზე მოთხოვნები გაკონტროლდება Plug and Play ფუნქციით (დაწვრილებით ამის შესახებ ცოტა მოგვიანებით).
• შემდეგი, შეფერხების კონტროლერი აგზავნის სიგნალს პროცესორის ძირიდან ამოსულ ერთ-ერთ პინზე. ამ პინის კონტაქტს აქვს საკუთარი სახელი - INTR(INterrupT Request) და ხშირად გამოიყენება ასეთი შეფერხების სიგნალებისთვის. სხვათა შორის, პროცესორის „მუცელზე“ არის კიდევ ერთი კონტაქტი, რომელსაც ჰქვია NMI (NonMaskable Interrupt - არამასკირებელი შეფერხება - ეს არის მაღალი დონის ტექნიკის შეფერხება, რომლის ნიღბვა ან გამორთვა შეუძლებელია (მაგალითად, შეწყვეტა დენის გათიშვისას ან ძვირფასი ღილაკების დაჭერისას, როდესაც ეს მოხდება, პროცესორი ყოველთვის წყვეტს მიმდინარე მუშაობას).
• პროცესორი აჩერებს თავის მიმდინარე მუშაობას შეწყვეტილი ამოცანის ჩაწერით ზონაში, რომელსაც სტეკი ეწოდება. მეხსიერების ეს არე ან მისამართი შეახსენებს პროცესორს, რომ ეს დავალება შესასრულებლად რიგშია.
• CPU ამოწმებს სხვა პინს, რომ ნახოს რომელ ღილაკს დააჭირე. მაგრამ სანამ დაინახავთ ეკრანზე დაჭერილი ღილაკის ან კლავიშის ეფექტს, პროცესორი შეამოწმებს მეხსიერების ნაწილს, რომელსაც ეწოდება შეფერხების აღმწერი ცხრილი ( IDT). უფრო ზუსტად რომ ვთქვათ, CPU გასცემს გარკვეულ ინსტრუქციებს ერთ-ერთ უჯრედს IDT, რომელიც ასოცირდება ჩვენ მიერ დაჭერილ კლავიშთან. ამის შემდეგ დაუყოვნებლივ, ინსტრუქცია სახელწოდებით შეფერხების სერვისის რუტინა (ISR) უბრალოდ ეუბნება პროცესორს, თუ რა უნდა გააკეთოს მან, როდესაც ჩვენ დავაჭერთ ამ საბედისწერო კლავიშს. სხვათა შორის, ეს ეკლიანი გზა საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ ჩვეულებრივი ინსტრუქციები (უბრალოდ ეკრანზე დაჭერილი ღილაკის ჩვენება) შემსრულებელი პროგრამისთვის სპეციფიკური ოპერაციებით (გასაღები ს Word-ში ლათინურია ს, და თამაშში - უკან გადაადგილება ან „ჩაჯდომა“).
• ასე რომ, ISR-მ დაასრულა თავისი სამუშაო და უგზავნის ინსტრუქციას პროცესორს RET(დაბრუნება შეფერხებიდან). ის მოუწოდებს პროცესორს დაბრუნდეს გადადებულ დავალებაზე. CPU წვდება მეხსიერების მისამართს და აგრძელებს მუშაობას მომლოდინე დავალების ბოლო ინსტრუქციის მიხედვით.

ასე მუშაობს პროცესორი, როცა რომელიმე რედაქტორში მხოლოდ ერთ ასოს აკრიფებთ.

გამარჯობა, ძვირფასო მკითხველებო! ფაქტიურად ყველა თავდაჯერებულ კომპიუტერის მომხმარებელს ან ლეპტოპის მფლობელს არაერთხელ გაუკვირდა, თუ როგორ მუშაობს პროცესორი შიგნით? ალბათ ბევრს გაუკვირდება, თუ გაიგებს, რომ ნებისმიერი "ქვის" სტრუქტურის საფუძველია. პერსონალური კომპიუტერიან ლეპტოპში დომინირებს ნამდვილი ქვები და კლდეები.

დღეს ჩვენ შევეცდებით გაერკვნენ, თუ როგორ გამოიყურება სტრუქტურა თანამედროვე პროცესორიდა რატომ მუშაობს მთავარი ელემენტინებისმიერი კომპიუტერი.

რისგან შედგება თანამედროვე მიკროპროცესორი?

პროცესორის სტრუქტურა დღეს წარმოდგენილია შემდეგი ძირითადი ელემენტებით:

• რეალურად,. ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილი, მოწყობილობის გული, რომელსაც ასევე უწოდებენ თანამედროვე მიკროპროცესორის კრისტალს ან ქვას. ბირთვის მახასიათებლები და სიახლე პირდაპირ განსაზღვრავს მიკროპროცესორის გადატვირთვასა და ეფექტურობას.
• ქეში მეხსიერება არის პატარა, მაგრამ ძალიან ინფორმაციული ქეში, რომელიც მდებარეობს პროცესორის შიგნით. გამოიყენება მიკროპროცესორის მიერ კომპიუტერის მთავარ მეხსიერებაზე წვდომის დროის საგრძნობლად შესამცირებლად.
• სპეციალური კოპროცესორი, რომლის წყალობითაც ისინი იწარმოება რთული ოპერაციები. ასეთი კოპროცესორი მნიშვნელოვნად ფართოვდება ფუნქციონირებანებისმიერი თანამედროვე მიკროპროცესორი და მისი განუყოფელი კომპონენტია. არის სიტუაციები, როდესაც კოპროცესორი არის ცალკე ჩიპი, თუმცა, უმეტეს შემთხვევაში, ის ჩაშენებულია პირდაპირ კომპიუტერულ მიკროპროცესორში.

პირდაპირი ანალიზით კომპიუტერული პროცესორიჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ შემდეგი სტრუქტურული ელემენტები, რომლებიც წარმოდგენილია დიაგრამაში:

1. ზედა ლითონის საფარი გამოიყენება არა მხოლოდ "ქვის" მექანიკური დაზიანებისგან დასაცავად, არამედ სითბოს მოსაშორებლად.
2. პირდაპირ, კრისტალი ან ქვა და ნებისმიერი კომპიუტერული მიკროპროცესორის ძვირადღირებული ნაწილი, რაც უფრო რთული და სრულყოფილია ასეთი ქვა, მით უფრო სწრაფია ნებისმიერი კომპიუტერის "ტვინი".
3. სპეციალური სუბსტრატი უკანა მხარეს კონტაქტებით ასრულებს მიკროპროცესორის დიზაინს, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე. უკანა მხარის ამ დიზაინის წყალობით ხდება გარე ურთიერთქმედება ცენტრალურ „ქვასთან“ შეუძლებელია უშუალოდ გავლენა მოახდინოს თავად ბროლზე. მთელი სტრუქტურა შეკრულია სპეციალური ადჰეზივ-დალუქვის გამოყენებით.

როგორ მუშაობს ეს ყველაფერი?

ნებისმიერი პროცესორის ლოგიკა ემყარება იმ ფაქტს, რომ კომპიუტერის ყველა მონაცემი ინახება ბიტებში, სპეციალური საინფორმაციო უჯრედები წარმოდგენილია 0-ით ან 1-ით. მოდით ვცადოთ გაერკვნენ, რა ხდება, როგორ ჩნდება ფერადი ფილმები და საინტერესო კომპიუტერული თამაშები ეკრანზე. ნულები და ერთეულები?

უპირველეს ყოვლისა, აუცილებელია გვესმოდეს, რომ ელექტრონიკასთან ურთიერთობისას ნებისმიერ ინფორმაციას ვიღებთ ძაბვის სახით. გარკვეული მნიშვნელობის ზემოთ ვიღებთ ერთს, გარკვეული მნიშვნელობის ქვემოთ ვიღებთ ნულს. მაგალითად, ოთახში ჩართული შუქი არის ერთი, ხოლო გამორთული შუქი არის ნული. შემდგომი იერარქია, რომლის წყალობითაც უფრო რთული ელემენტები მიიღება, არის ბაიტი, რომელიც შედგება რვა ბიტისაგან. იმავე ბაიტების წყალობით, ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ არა მხოლოდ იმაზე, ჩართულია თუ გამორთული ოთახის განათება, არამედ მის სიკაშკაშეზე, ფერის ჩრდილზე და ა.შ.

ძაბვა გადის მეხსიერებაში და გადასცემს მონაცემებს პროცესორს, რომელიც იყენებს, პირველ რიგში, საკუთარ ქეშ მეხსიერებას, როგორც ყველაზე ეფექტურ, თუმცა პატარა უჯრედს. სპეციალური საკონტროლო განყოფილების მეშვეობით ხდება მონაცემების დამუშავება და შემდგომი განაწილება გზაზე.

პროცესორი იყენებს ბაიტებს და მათ მთელ თანმიმდევრობას, რასაც თავის მხრივ პროგრამა ეწოდება. სწორედ პროცესორის მიერ დამუშავებული პროგრამები აიძულებს კომპიუტერს შეასრულოს ესა თუ ის მოქმედება: დაუკრას ვიდეო, გაუშვას თამაში, ჩართოს მუსიკა და ა.შ.

ბრძოლა კომპიუტერული მიკროპროცესორების გიგანტებს შორის

ჩვენ, რა თქმა უნდა, ვსაუბრობთ Intel-ზე და AMD-ზე. ამ კომპანიების მუშაობის პრინციპებში მთავარი განსხვავებაა ახალი კომპიუტერული მიკროპროცესორების წარმოებისადმი მიდგომა.
მიუხედავად იმისა, რომ Intel ავრცელებს ახალ ტექნოლოგიებს მცირე ცვლილებებთან ერთად, AMD ახორციელებს ძირითადი წარმოების ნაბიჯებს რეგულარული ინტერვალებით. ზემოთ მოცემულ ფოტოზე ნაჩვენებია აღნიშნული კომპანიების მოდელები გამორჩეული გარეგნობით.

წამყვან პოზიციას, შემთხვევების აბსოლუტურ უმრავლესობაში, კვლავ Intel უჭირავს. AMD-ის „ქვები“, მიუხედავად იმისა, რომ წარმადობით ჩამორჩებიან Intel-ის პროცესორებს, ხშირად აჯობებენ მათ ხელმისაწვდომობის თვალსაზრისით. თქვენ შეგიძლიათ წაიკითხოთ, თუ რომელ კომპანიაში ჯობია აირჩიოთ.

რა უნდა აირჩიოს, ყველა თავად გადაწყვეტს. დღეს ჩვენ შევეცადეთ გაგვეგო ნებისმიერი თანამედროვე მიკროპროცესორის შიდა სტრუქტურა და მისი მუშაობის ძირითადი პრინციპები. არ დაგავიწყდეთ ბლოგის განახლება და საინტერესო სტატიების გაზიარება მეგობრებთან ერთად სოციალურ ქსელებში! ყველაფერი საუკეთესო, მეგობრებო!

”ისინი არ იფეთქებენ მაცივარში ნიჭიერი პროცესორისთვის.”

პროცესორის მნიშვნელობა ნებისმიერი პერსონალური კომპიუტერისთვის არ შეიძლება გადაჭარბებული იყოს. ეს ელექტრონული მოწყობილობა შედარებით მცირე ზომისაა, მაგრამ მოიხმარს ელექტრომომარაგებიდან მიღებული ენერგიის მნიშვნელოვან პროცენტს და მისი ღირებულება კომპიუტერის ღირებულების ლომის წილია. შემთხვევითი არ არის, რომ ბევრი ადამიანი, როგორც წესი, არც თუ ისე მცოდნე კომპიუტერული ტერმინოლოგიადააკავშირეთ პროცესორი თავად კომპიუტერთან. მიუხედავად იმისა, რომ ეს, რა თქმა უნდა, მცდარი თვალსაზრისია, ასეთი ასოციაციის მიზეზები არ არის რთული გასაგები. ბოლოს და ბოლოს, პროცესორი შეიძლება შევადაროთ კომპიუტერის ტვინს და ამ შემთხვევაში ის განასახიერებს კომპიუტერის არსს და ამოიცნობს მას ისევე, როგორც ადამიანის ტვინი ახასიათებს ადამიანის არსს და განსაზღვრავს მის პიროვნებას.

დაუყოვნებლივ უნდა აღინიშნოს, რომ ამ სტატიაში ძირითადად საუბარი იქნება ცენტრალური პროცესორიკომპიუტერი, ე.წ. CPU (Central Processing Unit), ხოლო პროცესორები ასევე შეიცავს ბევრ დამხმარე ჩიპს, რომელიც მდებარეობს კომპიუტერში, როგორიცაა ვიდეო ბარათის პროცესორი ან ხმის კარტა. თუმცა, CPU-სთვის დამახასიათებელი ოპერაციული პრინციპები დიდწილად მოქმედებს სხვა ტიპის ჩიპებზე.

პირველი პროცესორები კომპიუტერული ტექნოლოგიის გარიჟრაჟზე გამოჩნდა. და მიკროკომპიუტერის ტექნოლოგიის სწრაფი განვითარება დიდწილად პირველის გარეგნობის შედეგი იყო მიკროპროცესორები.თუ ადრე CPU-ს ყველა საჭირო ელემენტი განლაგებული იყო სხვადასხვა ელექტრონული სქემები, შემდეგ მიკროპროცესორებში ისინი პირველად გაერთიანდნენ ერთ ჩიპზე. მომავალში, ტერმინით "პროცესორი" ვიგულისხმებთ მიკროპროცესორებს, რადგან ეს სიტყვები დიდი ხანია გახდა სინონიმები.

i4004 მიკროპროცესორი დღევანდელი CPU-ების დიდი ბაბუაა

ერთ-ერთი პირველი მიკროპროცესორი იყო ოთხბიტიანი Intel i4004 პროცესორი. მას ჰქონდა მახასიათებლები, რომლებიც თანამედროვეობაში სასაცილო იყო, მაგრამ თავის დროზე - 1970-იანი წლების დასაწყისში - მისი გარეგნობა წარმოადგენდა ნამდვილ ტექნოლოგიურ მიღწევას. როგორც მისი აღნიშვნიდან მიხვდით, ის იყო ოთხბიტიანი და ჰქონდა საათის სიხშირე დაახლოებით 0,1 MHz. და ეს იყო მისი პირდაპირი შთამომავალი, i8088 პროცესორი, რომელიც აირჩია IBM-ის მიერ, როგორც პირველი პერსონალური კომპიუტერის, IBM PC-ის „ტვინი“.

i8088 პროცესორი, რომელიც გამოიყენებოდა პირველ IBM პერსონალურ კომპიუტერში

რაც გადიოდა წლები, პროცესორის მახასიათებლები უფრო და უფრო სერიოზული და შთამბეჭდავი ხდებოდა და შედეგად, პერსონალური კომპიუტერების მახასიათებლები სულ უფრო და უფრო შთამბეჭდავი ხდებოდა. i80386 მნიშვნელოვანი ეტაპი იყო მიკროპროცესორების განვითარებაში. ეს იყო პირველი სრულად 32-ბიტიანი პროცესორი, რომელსაც შეეძლო 4 გბაიტი შემთხვევითი წვდომის მეხსიერება, მაშინ როცა მისი წინამორბედების უმეტესობას შეეძლო ემუშავა მაქსიმუმ 640 KB ოპერატიული მეხსიერებით. მიკროპროცესორის მსგავსი სიმძლავრე დესკტოპ კომპიუტერებისაკმაოდ დიდხანს გაგრძელდა, თითქმის ორი ათეული წელი. 80-იანი წლების შუა პერიოდში 4 GB ოპერატიული მეხსიერება ფანტასტიურად უზარმაზარი ჩანდა, მაგრამ ახლა ის შეიძლება ჩაითვალოს მცირედ სერიოზული კომპიუტერისთვის.

i80386 - პირველი სრულად 32-ბიტიანი პროცესორი

შემდეგი მიკროპროცესორი ინტელი, 486DX, აღსანიშნავია იმით, რომ ის პირველია, რომელსაც აქვს შიდა ქეში - მიკროპროცესორის შიდა ოპერატიული მეხსიერება. გარდა ამისა, მან შემოიღო მრავალი სხვა გაუმჯობესება, რამაც დიდწილად განსაზღვრა მიკროპროცესორების შემდგომი ევოლუცია. იგივე შეიძლება ითქვას Intel-ის მომავალ პროცესორზე, Pentium-ზე.

Intel 486DX - პირველი პროცესორი შიდა ქეშით

Intel პროცესორი - Pentium

CPU Pentium 4-თან ერთად. და Opteron-ის პროცესორებმა AMD-დან და Pentium D-დან Intel-დან წამოიწყეს CPU-ის ევოლუციის თანამედროვე ეპოქა, მრავალ ბირთვიანი პროცესორების ერა. დღესდღეობით ბაზარზე ბევრი CPU არის სხვადასხვა მწარმოებლები, მაგრამ მთავარი მწარმოებლები მაინც ორი კომპანიაა - Intel და AMD, რომელთაგან პირველი იკავებს ბაზრის 80%-ზე მეტს.

CPU Opteron AMD-დან და Pentium D Intel-ისგან

CPU მოწყობილობა

ნებისმიერ პროცესორს აქვს გამოთვლითი ბირთვი (ზოგჯერ არის რამდენიმე მათგანი), ასევე ქეში, ანუ საკუთარი ოპერატიული მეხსიერება. ქეშს ჩვეულებრივ აქვს ორი დონე - პირველი და მეორე (შიდა და გარე). შიდას აქვს უფრო მცირე მოცულობა, მაგრამ უფრო სწრაფია ვიდრე გარე. თანამედროვე პროცესორების მეორე დონის ქეშის ტევადობა რამდენიმე მეგაბაიტია - პირველი პერსონალური კომპიუტერების ოპერატიული მეხსიერებაზე მეტი!

CPU ბირთვი შეიცავს რამდენიმე ფუნქციურ ბლოკს - საკონტროლო ერთეულს, ინსტრუქციის ამოღების ერთეულს, მცურავი წერტილის ერთეულს, მთელ რიცხვს და ა.შ. ასევე ბირთვში არის პროცესორის ძირითადი რეგისტრები, რომლებშიც მუშავდება გარკვეული მომენტიმონაცემები. კლასიკურ x86 მიკროპროცესორის დიზაინში მხოლოდ 16 ასეთი რეგისტრია.

დღესდღეობით, პროცესორის ორი ძირითადი ტიპი, რომლებიც ყველაზე ფართოდ გამოიყენება, არის CISC (Complex Instruction Set Computing) და RISC (Reduced Instruction Set Computing). CISC პროცესორებს აქვთ რამდენიმე შიდა რეგისტრი, მაგრამ ისინი მხარს უჭერენ ინსტრუქციების დიდ კომპლექტს. RISC პროცესორებს ბევრი რეგისტრი აქვთ, მაგრამ ინსტრუქციების ნაკრები შეზღუდულია. ტრადიციულად, მიკროპროცესორები პერსონალური კომპიუტერებისთვის ინტელის არქიტექტურა x86 ეკუთვნოდა CISC პროცესორების კლასს, მაგრამ დღესდღეობით მიკროპროცესორების უმეტესობა ამ ორი არქიტექტურის ჰიბრიდია.

თუ პროცესორს განვიხილავთ ტექნიკის დონეზე, ეს, ფაქტობრივად, არის უზარმაზარი ჩიპი, რომელიც მდებარეობს ერთ სილიკონის კრისტალზე, რომელიც შეიცავს მილიონობით, ან თუნდაც მილიარდობით ტრანზისტორს. რაც უფრო პატარაა ტრანზისტორი, მით მეტია ისინი CPU-ის ერთეულ ფართობზე და მით მეტია მისი გამოთვლითი ძალა. გარდა ამისა, პროცესორის ენერგიის გაფანტვა და ენერგიის მოხმარება დამოკიდებულია ტრანზისტორების ზომაზე - რაც უფრო მცირეა მათი ზომა, მით უფრო მცირეა პროცესორის ეს მახასიათებლები. ეს ფაქტორი მნიშვნელოვანია, რადგან CPU არის ყველაზე ენერგო ინტენსიური მოწყობილობა თანამედროვე კომპიუტერში. ამიტომ, პროცესორის გათბობის შემცირების პრობლემა ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პრობლემაა კომპიუტერების დეველოპერებისა და თავად პროცესორების წინაშე.

ცალკე, აღსანიშნავია შემთხვევა, რომელშიც CPU მდებარეობს. როგორც წესი, პროცესორის კორპუსის მასალა არის კერამიკული ან პლასტმასი. თავდაპირველად, პროცესორები მჭიდროდ იყო შედუღებული სისტემის დაფა, მაგრამ ახლა უმეტესობა ჩასმულია სპეციალურ სოკეტებში - სოკეტებში. ამ მიდგომამ მნიშვნელოვნად გაამარტივა მომხმარებლის მიერ სისტემის განახლება - უბრალოდ ჩადეთ სხვა CPU სოკეტში, რომელსაც აქვს ეს მხარდაჭერა. სისტემის დაფადა თქვენ მიიღებთ უფრო მძლავრ კომპიუტერს.

თანამედროვე პროცესორის სოკეტი

პროცესორი დაკავშირებულია სხვა მოწყობილობებთან სპეციალური საკომუნიკაციო არხების (ავტობუსების) გამოყენებით - მეხსიერების ავტობუსი, მონაცემთა ავტობუსი და მისამართის ავტობუსი. ამ უკანასკნელის ბიტის სიმძლავრე ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ხელმისაწვდომი CPU-ის რაოდენობა და, შესაბამისად, პროგრამები და ოპერატიული მეხსიერება, დამოკიდებულია ამ პარამეტრზე.

მოქმედების პრინციპი

მონაცემთა დასამუშავებლად, CPU საკონტროლო მოწყობილობა იღებს მონაცემებს თავად ოპერატიული მეხსიერებიდან ან პროცესორის ქეშიდან, ასევე ბრძანებებს, რომლებიც აღწერს მონაცემთა დამუშავების პროცესს. მონაცემები მოთავსებულია მიკროპროცესორის შიდა რეესტრებში და მათზე ოპერაციები ხორციელდება არითმეტიკულ-ლოგიკური ერთეულის გამოყენებით მიღებული ბრძანებების შესაბამისად.

პროცესორის მუშაობის პრინციპი

CPU-ს მუშაობა სინქრონიზებულია ეგრეთ წოდებული საათის სიგნალებით. რა თქმა უნდა, ყველა მომხმარებელმა იცის საათის სიხშირის კონცეფცია, რომელიც ასახავს პროცესორის ციკლების რაოდენობას წამში. ეს მნიშვნელობა დიდწილად განისაზღვრება პროცესორის მახასიათებლებით. თუმცა, კომპიუტერის შესრულება ყოველთვის არ არის მისი პროპორციული საათის სიხშირე. და აქ საქმე მხოლოდ ის არ არის, რომ თანამედროვე პროცესორებს აქვთ რამდენიმე ბირთვი, არამედ ის, რომ სხვადასხვა პროცესორებს აქვთ განსხვავებული არქიტექტურა და, შედეგად, შეუძლიათ სხვადასხვა რაოდენობის ოპერაციების შესრულება წამში. თანამედროვე პროცესორებს შეუძლიათ შეასრულონ რამდენიმე ოპერაცია ერთი საათის ციკლში, ხოლო პირველ მიკროპროცესორებს, პირიქით, შეიძლება დასჭირდეთ რამდენიმე საათის ციკლი ერთი ოპერაციის დასასრულებლად.

x86 არქიტექტურის პროცესორები ისტორიულად მხარს უჭერენ პროცესორის მუშაობის შემდეგ რეჟიმებს:

1. რეალური
2. დაცულია
3. ვირტუალური
4. ზედამხედველის რეჟიმი

რეალური ოპერაციული რეჟიმი იყო ერთადერთი რეჟიმი, რომელშიც მუშაობდა ყველა პროცესორი i80386-მდე. ამ რეჟიმში, პროცესორს შეეძლო მხოლოდ 640 KB ოპერატიული მეხსიერება. დაცული რეჟიმის გამოჩენის შედეგად, პროცესორმა შეძლო მუშაობა დიდი რაოდენობით ოპერატიული მეხსიერებით. ასევე არსებობს დაცული რეჟიმის ტიპი, რომელსაც ეწოდება ვირტუალური რეჟიმი, რომელიც შექმნილია 8086 პროცესორზე დაწერილ ძველ პროგრამებთან თავსებადობისთვის.

პროცესორის მუშაობის რეჟიმებში ასევე შედის ზედამხედველობის რეჟიმი, რომელიც გამოიყენება თანამედროვეში მუშაობისას ოპერატიული სისტემა. ამ რეჟიმში პროგრამის კოდიაქვს შეუზღუდავი წვდომა სისტემის ყველა რესურსზე.

დასკვნა

ამ სტატიაში თქვენ ხართ ზოგადი მონახაზიგაეცნო ცენტრალური პროცესორის დანიშნულებას, მის ისტორიას, სტრუქტურას, გაეცნო პროცესორის მუშაობის რეჟიმებს და გაეცნო მისი მუშაობის პრინციპებს. ცენტრალური გადამამუშავებელი განყოფილება არის ყველაზე რთული და ყველაზე მნიშვნელოვანი მოწყობილობაკომპიუტერი.თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კომპიუტერული ტექნოლოგიების განვითარება დიდწილად ურთიერთკავშირშია CPU-ს განვითარებაში პროგრესთან. მთელი კომპიუტერის მუშაობა, ისევე როგორც მისი ცალკეული კომპონენტების შესაძლებლობები, დამოკიდებულია მიკროპროცესორის სიმძლავრეზე და მის ოპერაციულ მახასიათებლებზე.

პერსონალური კომპიუტერის გული არის პროცესორი. ეს არის ელექტრონული ციფრული მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია მუშაობა მოცემული პროგრამა.

განვიხილოთ კომპიუტერის მოწყობილობა. ჯერ ცალ-ცალკე გავშიფროთ ზედსართავები "ელექტრონული" და "ციფრული".

ზედსართავი სახელი "ელექტრონული" ნიშნავს, რომ კომპიუტერის პროცესორი მუშაობს ელექტრული ენერგიადა ყველა სიგნალი, რომელიც მუშავდება ამ მოწყობილობის მიერ, არის ელექტრული, თუმცა, რადიოელექტრონიკაში ელექტრონული მოწყობილობები იყოფა 2 დიდ კლასად: ანალოგური და ციფრული. ზედსართავი სახელი "ციფრული" ნიშნავს, რომ კომპიუტერული პროცესორი მიეკუთვნება ციფრული და არა ანალოგური მოწყობილობების კლასს.

აღნიშნული ანალოგური მოწყობილობები ელექტრონულ აღჭურვილობას შორის 20-30 წლის წინ ჭარბობდა. და ისინი გამოჩნდნენ, როდესაც რადიო ინჟინრებმა ისწავლეს ხმის და გამოსახულების ფორმაში ჩაწერა და გადაცემა ანალოგური სიგნალები. ეს იყო რადიოები, ტელევიზორები, მაგნიტოფონები და ა.შ.

ანალოგურმა მოწყობილობებმა ხელი დაუთმეს პალმას მხოლოდ გასული საუკუნის ბოლოს, როდესაც განვითარდა ციფრული მოწყობილობებიგანაპირობა ის, რომ ციფრული კოდების დახმარებით მათ ისწავლეს ნებისმიერი ინფორმაციის ჩაწერა და გადაცემა, მათ შორის უკვე აღნიშნული ხმები და სურათები.

ციფრული სიგნალებიანალოგებისგან განსხვავებით, ისინი ოდნავ მიდრეკილნი არიან ჩარევის მიმართ და გადაცემულია დისტანციებზე დამახინჯების გარეშე, ისინი უკეთესად იწერება, ინახება და დროთა განმავლობაში არ "უარესდება".

კომპიუტერული პროცესორი ერთ-ერთი ყველაზე რთული ციფრული მოწყობილობაა. ელექტრონული მოწყობილობები. ეს განვითარების ერთგვარი აპოთეოზია ციფრული ტექნოლოგია.

გარეგნულად, ეს არის სილიკონის ვაფლი, რომელიც დამონტაჟებულია კორპუსში, რომელსაც აქვს მრავალი ელექტრული ტერმინალი კვების წყაროსთან და სხვა კომპიუტერულ მოწყობილობებთან დასაკავშირებლად.

იმის გამო, რომ პროცესორი დამზადებულია სილიკონის ვაფლებზე, კომპიუტერულ ჟარგონში მას ზოგჯერ "როკს" უწოდებენ, რადგან სილიციუმი ძალიან გამძლე მასალაა.

ამ ფირფიტაზე, ნივთიერების ძალიან ზუსტი დეპონირებით (სიზუსტე იზომება ანგსტრომებში) ვაკუუმში და წარმოების იდეალური სისუფთავის შენარჩუნებისას, ისინი ამრავლებენ ყველაზე რთულ და უკიდურესად მინიატურულ ზომებს. ელექტრული დიაგრამა, რომელიც შედგება ათობით და ასობით ათასი პაწაწინა ელემენტისგან (ძირითადად ტრანზისტორებისაგან), რომლებიც დაკავშირებულია ერთმანეთთან განსაკუთრებული გზით.

ასეთი მოწყობილობების წარმოება იმდენად მაღალტექნოლოგიურია, რომ მხოლოდ ყველაზე განვითარებული ეკონომიკის მქონე ქვეყნებმა შეძლეს მისი დაუფლება. საინტერესოა, რომ პროცესორების წარმოებაში ისინი არ ზომავენ დეფექტებს, როგორც ეს ჩვეულებრივ ხდება თითქმის ყველა ინდუსტრიაში და წარმოებაში, მაგრამ ზომავენ გამოსაყენებელი პროდუქტების ეგრეთ წოდებულ პროცენტს, რადგან ძალიან ცოტა პროცესორის ბლანკები საბოლოოდ ხდება ფუნქციური მოწყობილობები.

მაღალი ხარისხის სილიკონის ვაფლები მოთავსებულია შეფუთვაში ტყვიებით და აღჭურვილია გამაგრილებელი მოწყობილობებით (რადიატორი და ვენტილატორი), ვინაიდან ასიათასობით მინიატურული ტრანზისტორი ასხივებს საკმაოდ დიდ სითბოს მათი მუშაობის დროს.

თუ გადავხედავთ კომპიუტერის პროცესორის შიდა ლოგიკურ სტრუქტურას, ეს არის ურთიერთდაკავშირებული მოწყობილობების კოლექცია:

- არითმეტიკულ-ლოგიკური ერთეული (ALU), რომელშიც, ფაქტობრივად, ხდება ინფორმაციის გარდაქმნა,

- საკონტროლო მოწყობილობა (CU), რომელიც შექმნილია არითმეტიკულ-ლოგიკური მოწყობილობის სამართავად,

– და მეხსიერების რეგისტრები (უჯრედები), რომლებშიც ინახება შეყვანის მონაცემები, შუალედური მონაცემები და მიღებული მონაცემები.

ბრძანებები, რომლებიც განკუთვნილია პროცესორის მუშაობის გასაკონტროლებლად, ოპერატიული მეხსიერებიდან გადადის საკონტროლო მოწყობილობაზე. ეს მოწყობილობა აკონტროლებს არითმეტიკული ლოგიკური ერთეულის მუშაობას მიღებული ბრძანებების მიხედვით.

თავის მხრივ, ALU, საკონტროლო განყოფილებიდან მიღებული ბრძანებების შესაბამისად, ახორციელებს

• ინფორმაციის შეყვანა რეგისტრებიდან,
• ინფორმაციის დამუშავება და
• დამუშავებული ინფორმაციის რეესტრებში ჩაწერა.

პროცესორის რეგისტრებს შეუძლიათ ინფორმაციის გაცვლა RAM უჯრედებთან (ასევე ALU ინსტრუქციების საფუძველზე). ამიტომ, საბოლოო ჯამში, კომპიუტერის პროცესორი

• ამუშავებს RAM-დან მიღებულ მონაცემებს,
• და დამუშავებული მონაცემები ასევე მოთავსებულია RAM-ში.

მოცემული მოკლე აღწერაკომპიუტერული პროცესორის მუშაობა გვიჩვენებს, რომ პროცესორის მიერ მონაცემთა დამუშავება არის ძალიან „პატარა“ ნაბიჯების თანმიმდევრობა:

• მონაცემთა წაკითხვა RAM-დან პროცესორის რეგისტრებში,
• ამ მონაცემების დამუშავება და
• პროცესორის რეგისტრებიდან მონაცემთა RAM უჯრედებში ჩაწერა.

მაგრამ ამის კომპენსაცია არის გამოთვლების ყველაზე მაღალი სიჩქარე, ასობით ათასი და მილიონობით ასეთი "პატარა" ოპერაცია ყოველ წამში. და შესაბამისად, უზრუნველყოფილია მაღალი სიჩქარეინფორმაციის დამუშავება, რომელსაც კომპიუტერი აკეთებს შეუცვლელი ასისტენტისამუშაოსთვის, სწავლისთვის, დასვენებისთვის, გართობისთვის.