Unul dintre cele mai importante elemente ale unui computer este procesorul, care este responsabil pentru viteza computerului. Progresul tehnic care a avut loc de-a lungul anilor a dus la faptul că a fost posibilă conectarea la un singur miliarde întregi de tranzistori care afișează imagini pe ecran.
Capacitățile computerelor sunt foarte mari. Cu toate acestea, nu contează în ce scopuri va fi folosit computerul, toate acestea sunt rezultatul procesorului. Procesorul colectează comenzi de la utilizator și programează, le prelucrează și le trimite la elementele necesare ale PC-ului. Procesorul poate fi numit creierul computerului. Este centrul de control care strânge constant numerele pentru a finaliza sarcinile.
Componente
Un procesor modern conține mai multe tipuri de echipamente. Actuatoarele sunt proiectate pentru a efectua calcule. Sunt necesare controale pentru a se asigura că echipamentul executiv recunoaște corect comenzile și procesează informațiile.
Registrele sunt concepute pentru a stoca subtotaluri. Aproape toate instrucțiunile folosesc informații de înregistrare. Autobuzul de informații îndeplinește funcțiile de combinare a CPU cu restul echipamentului PC. Este magistrala care transferă fișierele către procesorul central și afișează rezultatele calculelor.
Cache-ul procesorului este necesar pentru a permite procesorului să acceseze rapid comenzile și fișierele utilizate frecvent. Acest memorie de viteză, situat în cipul procesorului central. CPU are, de asemenea, module suplimentare care sunt necesare pentru calcule speciale.
Frecvență
Viteza unui PC este direct legată de frecvența procesorului central,
care se măsoară în megaherți. Impulsurile pentru CPU și magistrale sunt create de un generator de ceas, care se bazează pe un rezonator de cuarț situat pe placa de bază. Elementul principal al rezonatorului este un cristal de cuarț, care este încorporat într-un cadru de tablă.
Sub tensiune, în cristal apar vibrații electrice. Frecvența lor variază în funcție de forma și dimensiunea cristalului. Semnalul este apoi transmis la generator, unde este convertit în impulsuri ordonate de una sau mai multe frecvențe, dacă magistralele sunt de frecvențe diferite.
Frecvența ceasului este concepută pentru a sincroniza toate elementele computerului. Aceasta înseamnă că echipamentul de transmisie trebuie să funcționeze sincronizat cu echipamentul de recepție. Acest lucru poate fi realizat atunci când toate echipamentele funcționează pe un singur semnal, care conectează toate elementele și vă permite să obțineți un singur întreg.
Cea mai mică unitate de timp pentru un procesor este ciclul de ceas. Orice acțiune necesită cel puțin o bătaie. Schimbul de informații cu RAM se realizează în mai multe cicluri de ceas, care includ și cicluri inactiv.
Echipele diferite au nevoie de propriul număr de cicluri de ceas, așa că compararea computerelor numai după frecvență nu este soluția potrivită. Cu parametri egali, puteți compara computerele după frecvență. Dar acest lucru trebuie făcut cu mare atenție, deoarece diverși factori pot influența acest lucru. Ca rezultat, se poate dovedi că un computer cu o frecvență mai mică va funcționa mai repede decât un computer cu o frecvență înaltă.
De ce altceva depinde productivitatea procesorului?
În cele mai multe cazuri, acest lucru este determinat de adâncimea de biți a componentelor care sunt procesate imediat. Procesorul include trei elemente principale, pentru care indicatorul principal este rata de biți. Acestea sunt magistrala de schimb de informații, registrele încorporate și magistrala de adrese de memorie.
Cât de mult poți crește frecvența?
Viteză Funcționarea procesorului poate fi crescut cu ușurință prin creșterea frecvenței. Cu toate acestea, nu uitați că cipul se poate supraîncălzi. Pe măsură ce frecvența crește, consumul de energie și încălzirea procesorului cresc. În plus, creșterea frecvenței poate crește gradul de interferență electromagnetică. Cu alte cuvinte, creșterea frecvenței nu va crește productivitatea procesorului.
Autobuz de date
Acestea sunt conexiuni care sunt concepute pentru a face schimb de informații. Numărul de semnale care sosesc imediat pe magistrală afectează cantitatea de date care se poate deplasa de-a lungul unui anumit timp. Pentru o mai bună înțelegere, rata de biți a unei anvelope poate fi comparată cu un drum cu dungi. Mai multe dintre ele cresc debitului.
Latimea autobuzului
După cum am menționat mai sus, acest parametru poate fi reprezentat ca o autostradă. Dacă există o singură bandă, atunci debitul va fi slab. Pentru a crește capacitatea, trebuie să adăugați mai multe benzi în ambele direcții. O magistrală de 16 biți poate fi reprezentată ca o magistrală cu două benzi, deoarece magistrala poate trece doi octeți de date într-o anumită perioadă de timp.
Autobuz de adrese
Acest element este un set de conexiuni de-a lungul cărora se mișcă adresa departamentului de memorie, unde sunt introduse și citite informații. Conform principiului magistralei de informații, aici fiecare conexiune poartă un bit de adresă, care corespunde unei cifre. Creșterea conexiunilor are ca rezultat mai multe compartimente de memorie disponibile pentru procesor.
Autobuzul de adrese poate fi gândit ca un sistem de numerotare a clădirii. Numărul de dungi de pe autobuz corespunde numărului de cifre din numărul clădirii. Dacă nu sunt permise mai mult de 2 cifre în numărul clădirii, atunci numărul clădirilor nu va depăși o sută. Dacă introduceți un număr în număr, numărul de adrese va crește la 103. Într-un computer este utilizat sistem binar calcule, deci numărul de celule de memorie este 2.
Adresele și magistralele de informații nu depind unele de altele, așa că dezvoltatorii își stabilesc adâncimea de biți după bunul plac. Acest indicator este unul dintre cele mai importante. Se pare că numărul de biți din magistrala de date stabilește cantitatea de date pe care CPU-ul o poate procesa într-un ciclu de ceas, iar dimensiunea biților din magistrala de adrese este dimensiunea memoriei pe care o poate procesa.
Registre încorporate
Cantitatea de date pe care CPU-ul le poate procesa într-un anumit timp este cantitatea de registre încorporate. Acesta este un procesor RAM de foarte mare viteză, care poate fi folosit pentru a salva informații și rezultate intermediare ale calculelor greșite. De exemplu, CPU-ul va putea adăuga numerele a două registre și va putea transfera răspunsul la al treilea.
De ce se încălzește procesorul?
Fiecare CPU conține mulți tranzistori mici. Numărul lor afectează frecvența ceasului și consumul de energie. Procesoarele laptopurilor consumă puțină energie. Procesoarele computerelor sunt capabile să consume un ordin de mărime mai mare. Ca urmare, se generează o cantitate mare de căldură, care trebuie îndepărtată din CPU. Pentru a face acest lucru, trebuie să utilizați un sistem special de răcire.
Există mai multe metode de reducere a consumului de energie. Unele module se pot opri, frecvența și tensiunea pot scădea atunci când sarcina procesorului scade. De asemenea, puteți face componentele procesorului mai mici. Dar elementele subțiri au un dezavantaj semnificativ - în ele apar scurgeri și interferențe. Aceasta generează căldură.
În plus, pot fi folosite materiale moderne. Există și procesoare care funcționează la tensiune joasă. În acest caz, schimbarea puterii depinde direct de tensiune. Când tensiunea este redusă cu 10%, consumul de energie este redus cu 20%.
Cum poți crește productivitatea procesorului?
Pentru a crește viteza de calcul, pot fi utilizate mai multe tehnologii. Este necesar să accelerați accesul la RAM și memorie. Dacă procesorul primește rapid informații și comenzi din memorie, atunci se va cheltui mai puțin timp pentru nefuncționare. Se pare că magistrala de mare viteză crește viteza computerului.
De asemenea, este necesar să aveți un cache de mare viteză. Procesoarele stochează rezultatele calculelor lor în memoria lor. Frecvența cache-ului este egală cu frecvența procesorului, deci funcționează mai rapid decât RAM.
Majoritatea procesoarelor au trei niveluri de cache. Nivelul L1 este cel mai rapid, dar cel mai mic. Nivelurile L2 și L3 sunt mult mai mari, dar în același timp funcționează la o viteză semnificativ mai mică, dar încă funcționează mai repede decât RAM. Informațiile și comenzile sunt transferate rapid din memoria cache, care încarcă procesorul la maximum și nu este nevoie să stai inactiv în așteptarea datelor din RAM.
Dacă procesorul nu are suficientă memorie cache, atunci funcționează cu RAM sau hard disk, ceea ce reduce semnificativ productivitatea computerului. Se pare că dimensiunea mare a memoriei este un parametru foarte important.
Prelucrare transportoare. Pentru a crește viteza de execuție a comenzii, procesoarele creează conducte în ele, în care comenzile sunt efectuate în mod ordonat în diferite elemente ale procesorului. Demnitate aceasta metoda Ideea este că, cu o conductă, procesorul execută nu doar o comandă într-o anumită perioadă de timp, ci mai multe - în măsura în care este proiectată conducta.
Lungimea conductei afectează dimensiunea ceasului. Dar o conductă lungă nu este întotdeauna un avantaj, deoarece dacă apare o eroare de preluare preliminară sau apare o situație în timpul procesării codului, procesorul va trebui să ștergă toate datele din conductă și să o încarce din nou, ceea ce crește timpul de operare.
În plus, puteți utiliza preîncărcarea comenzilor și informațiilor. În acest caz, atunci când execută o comandă, procesorul încearcă să prezică următoarele comenzi. Acest lucru permite conductei să se încarce mai rapid, deoarece nu este nevoie să așteptați în timp ce comenzile anterioare sunt executate. Dacă comenzile selectate se dovedesc a fi incorecte, atunci comenzile și informațiile necesare trebuie căutate din nou, iar conducta este complet șters și încărcat din nou.
Calcul paralel. Calculatoare moderne poate avea mai multe nuclee, care pot crea o imitație a mai multor procesoare din sistemul de operare. Dacă aplicația computerizată este capabilă să suporte calcule paralele, atunci acestea pot fi executate imediat. Dar procesoare multi-core au un anumit dezavantaj - consum mare de energie, ceea ce duce la o încălzire rapidă și puternică, iar acest lucru necesită un sistem de răcire bun.
Algoritmii pentru lucrul cu conținut multimedia sunt, de asemenea, importanți. În majoritatea cazurilor, acești algoritmi funcționează pe principiul SIMD. Procesoarele cu această tehnologie sunt capabile să proceseze rapid informații care necesită executarea repetată a acelorași comenzi. Acesta este potrivit pentru redarea video și procesarea grafică.
Cum funcționează oricum?
Merită să luați în considerare modul în care funcționează procesorul. Mai jos va fi o descriere a acestui proces, dar va fi simplificată, deoarece numai funcțiile elementelor mari vor fi indicate fără caracteristici tehnice.
Procesorul începe să funcționeze când primește o comandă. Unitatea de preluare, având o idee despre adresa locației instrucțiunilor, încearcă să o găsească în memoria cache de primul nivel. Dacă lipsește, atunci trece la nivelul cache al doilea, care este mai mare ca dimensiune decât primul. Dacă lipsește și aici, atunci trece la al treilea nivel de cache. Dacă comanda nu este acolo, atunci CPU-ul o încarcă din RAM prin magistrală, plasându-l în toate cache-urile sale. Folosind același principiu, se încarcă informațiile necesare executării comenzii.
Echipa se deplasează apoi cu ajutorul departamentului de eșantionare la codificator. Acest nod este necesar pentru a împărți comenzile mari în cantitate mare mai mic, iar fiecare operație în dispozitivele executabile va fi efectuată într-un singur ciclu de ceas. Decodorul transferă ordinea finală a acțiunilor mici în memoria comenzilor decodificate.
Apoi, blocul de preluare necesită încă o comandă. Pentru a afla de unde să obțineți o altă comandă și informațiile acesteia, se folosește un bloc de preluare preliminară. După ce a analizat ordinea acțiunilor, el este capabil să determine următoarea comandă.
Planificatorul selectează apoi mai multe operații din memoria de comandă decodificată și determină ordinea acestora. Dacă calculele unor instrucțiuni nu afectează rezultatele altora, atunci ele pot fi executate pe instrumente de execuție paralelă. Există destul de multe module similare în nucleul procesorului.
În această etapă, poate fi detectată o eroare de preluare preliminară. De exemplu,
acțiunea care se execută este o comandă de salt condiționat, apoi blocul prefetch, fără posibilitatea de a afla valoarea registrului în timpul executării comenzii, presupune în mod eronat că saltul a fost executat și dă blocului de preluare adresa greșită de altă instrucțiune.
O situație similară apare cu preluarea prealabilă a informațiilor. Dacă, în timpul execuției comenzii de încărcare a informațiilor, valorile registrelor cu adresa de informații sunt diferite de momentul preluării, atunci va apărea o eroare, deoarece fișierele incorecte se află în cache.
După aceasta, conducta este resetată și blocul de eșantionare este din nou solicitat pentru comanda care a fost înainte de primirea erorii. Resetarea și încărcarea încărcării conductei duce la o creștere a timpului de procesare a comenzii. Dacă în timpul funcționării apar multe erori de preluare preliminară, atunci performanța procesorului scade semnificativ. Cu toate acestea, în procesoarele moderne, preîncărcarea funcționează cu o eficiență de 95%.
Dacă comanda este executată corect la ieșirea din conductă, atunci rezultatul rezultat este stocat în cache și apoi transferat în RAM CPU.
Acesta este, în principiu, tot ceea ce trebuie să știe utilizatorul obișnuit despre procesoare și principiile funcționării acestora.
Cum funcționează procesorul într-un computer?
Când apăsați o tastă, un semnal electric trece prin conductori către controlerul tastaturii. Acest lucru este clar pentru oricine. Dar apoi vine partea cea mai dificilă. În continuare, pentru a înțelege esența proceselor, este necesar să introducem conceptul de întrerupere. O întrerupere este procesul de trimitere a unui semnal către procesor, astfel încât acesta să se pregătească să răspundă la acest semnal. Procesorul, dacă acest semnal este primit, oprește operațiunea curentă și revine la ea după executarea comenzii de întrerupere. Întreruperile pot veni de la diferite dispozitive sau programe: disc, aplicație care rulează în Windows, tastatură și mouse etc. Implementarea mecanismului de întrerupere este o parte integrantă a arhitecturii procesorului.
Dar să ne întoarcem la oile noastre. Deci, apăsând o tastă, trimitem un semnal de la tastatură de-a lungul uneia dintre cele 16 linii de solicitare ale acestei întreruperi, care sunt numite „irks” ( IRQ– linii de cerere întrerupte). Apropo, șapte dintre ei monitorizează constant componentele sistemului alocate acestui mecanism, inclusiv tastatura (mai precis, controlerul acesteia). Și mai departe...
- Controlerul transmite un semnal unui subsistem numit controler de întrerupere, care acționează ca un șef de stat major, monitorizând constant procesul de interferență cu procesorul cu 256 de tipuri posibile de întreruperi care necesită atenția CPU.
- Alte lanțuri de întreruperi electrice monitorizează magistrala I/O, care conține sloturile de expansiune ale computerului. Apropo, cardurile de expansiune care pot fi instalate sau pot folosi același „irka”, deoarece solicitările către aceste carduri sau din aceste sloturi vor fi controlate de funcția Plug and Play (mai multe despre asta mai târziu).
- Apoi, controlerul de întrerupere trimite un semnal către unul dintre pinii care ies de la baza procesorului. Acest contact PIN are propriul nume - INTR(Solicitare de întrerupere) și este adesea folosit pentru astfel de semnale de întrerupere. Apropo, există un alt contact pe „burta” procesorului, care se numește NMI (NonMaskable Interrupt - o întrerupere non-maskable - aceasta este o întrerupere hardware de nivel înalt care nu poate fi mascata sau dezactivată (de exemplu, un întrerupeți când se întrerupe alimentarea sau când sunt apăsate tastele prețuite); când se întâmplă, procesorul întrerupe întotdeauna lucrul curent).
- Procesorul își suspendă activitatea curentă prin scrierea sarcinii întrerupte într-o zonă numită stivă. Această zonă de memorie sau adresă va reaminti apoi procesorului că această sarcină este pusă în coadă pentru execuție.
- CPU verifică celălalt pin pentru a vedea ce buton ați apăsat. Dar înainte de a vedea efectul butonului sau tastei apăsate pe ecran, procesorul va verifica o secțiune de memorie numită tabel de descriptori de întrerupere ( IDT). Pentru a fi precis, CPU emite anumite instrucțiuni uneia dintre celule IDT, care este asociat cu tasta pe care am apăsat-o. Imediat după aceasta, o instrucțiune numită rutină de întrerupere a serviciului (ISR) spune procesorului ce ar trebui să facă atunci când apăsăm această tastă nefastă. Apropo, această cale spinoasă vă permite să înlocuiți instrucțiunile obișnuite (pur și simplu afișați tasta apăsată pe ecran) cu operații specifice programului de execuție (tasta Sîn Word este latină s, iar în joc - deplasarea înapoi sau „ghemuit”).
- Deci, ISR și-a terminat munca și trimite o instrucțiune procesorului RET(întoarcerea de la întrerupere). Acesta cheamă procesorul să revină la sarcina pe care a amânat-o. CPU accesează adresa de memorie și continuă să ruleze pe ultima instrucțiune a sarcinii în așteptare.
Așa funcționează procesorul atunci când tastați doar o literă în orice editor.
Bună ziua, dragi cititori! Literal, fiecare utilizator încrezător de computer sau proprietar de laptop s-a întrebat de mai multe ori cum funcționează procesorul în interior? Probabil că mulți vor fi surprinși să afle că baza structurii oricărei „piatre” calculator personal sau laptopul este dominat de pietre și pietre adevărate.
Astăzi vom încerca să ne dăm seama cum arată structura procesor modernși de ce funcționează elementul principal orice calculator.
În ce constă un microprocesor modern?
Structura procesorului de astăzi este reprezentată de următoarele elemente principale:
- De fapt, . Cea mai importantă parte, inima dispozitivului, care se mai numește și cristalul sau piatra unui microprocesor modern. Caracteristicile și noutatea nucleului determină în mod direct overclockarea și eficiența microprocesorului.
- Memoria cache este un cache mic, dar foarte informativ, situat chiar în interiorul procesorului. Folosit de microprocesor pentru a reduce semnificativ timpul de acces la memoria principală a computerului.
- Un coprocesor special, datorită căruia sunt produse operatii complexe. Un astfel de coprocesor se extinde foarte mult funcţionalitate orice microprocesor modern și este componenta sa integrală. Există situații în care coprocesorul este un cip separat, cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, este încorporat direct în microprocesorul computerului.
Prin analiză literală procesor de calculator putem vedea următoarele elemente structurale prezentate în diagramă: 
- Capacul metalic superior este folosit nu numai pentru a proteja „piatra” de deteriorarea mecanică, ci și pentru a îndepărta căldura.
- Direct, un cristal sau o piatră și o parte scumpă a oricărui microprocesor de computer. Cu cât o astfel de piatră este mai complexă și mai perfectă, cu atât mai rapidă funcționează „creierul” oricărui computer.
- Un substrat special cu contacte pe verso completează designul microprocesorului, așa cum se arată în imagine. Datorită acestui design al părții din spate, are loc interacțiunea externă cu „piatra” centrală; este imposibil să influențezi direct cristalul în sine. Întreaga structură este ținută împreună cu un adeziv-etanșant special.
Cum funcționează totul?
Logica oricărui procesor se bazează pe faptul că toate datele computerului sunt stocate în biți, celule de informații speciale reprezentate de 0 sau 1. Să încercăm să ne dăm seama ce se întâmplă, cât de colorate apar filme și jocuri de calculator interesante pe ecran din acestea. zerouri și unu?
În primul rând, este necesar să înțelegem că atunci când avem de-a face cu electronice, primim orice informație sub formă de tensiune. Peste o anumită valoare obținem unul, sub o anumită valoare obținem zero. De exemplu, o lumină aprinsă într-o cameră este unu, iar o lumină stinsă este zero. O altă ierarhie, datorită căreia se obțin elemente mai complexe, este octetul, format din opt biți. Datorită acestor aceiași octeți, putem vorbi nu numai despre aprinderea sau stingerea luminii din cameră, ci și despre luminozitatea, nuanța de culoare și așa mai departe.
Tensiunea trece prin memorie și transmite date către procesor, care folosește, în primul rând, propria memorie cache ca cea mai eficientă, totuși, celulă mică. Printr-o unitate de control specială, datele sunt procesate și distribuite mai departe de-a lungul traseului.
Procesorul folosește octeți și secvențe întregi ale acestora, care la rândul lor se numesc program. Programele procesate de procesor sunt cele care obligă computerul să efectueze una sau alta acțiune: redarea unui videoclip, lansarea unui joc, pornirea muzicii și așa mai departe.
Lupta dintre giganții microprocesoarelor computerizate
Vorbim, desigur, despre Intel și AMD. Principala diferență în principiile de funcționare ale acestor companii este abordarea producției de noi microprocesoare de computer. 
În timp ce Intel lansează noi tehnologii împreună cu mici modificări, AMD face mișcări majore de producție la intervale regulate. Fotografia de mai sus prezintă modele ale companiilor menționate cu un aspect distinctiv.
Poziția de lider, în majoritatea covârșitoare a cazurilor, este încă deținută de Intel. „Stones” de la AMD, deși sunt inferioare procesoarelor de la Intel în ceea ce privește performanța, le depășesc adesea în ceea ce privește accesibilitatea. Puteți citi despre ce companie este mai bine să alegeți.
Ce să aleagă, fiecare decide singur. Astăzi am încercat să înțelegem structura internă a oricărui microprocesor modern și principiile de bază ale funcționării acestuia. Nu uita să actualizezi blogul și să distribui articole interesante prietenilor tăi în rețelele sociale! Toate cele bune, prieteni!
„Nu intră în răcitor pentru un procesor talentat.”
Importanța procesorului pentru orice computer personal nu poate fi supraestimată. Acest dispozitiv electronic are dimensiuni relativ mici, dar consumă un procent semnificativ din energia primită de la sursa de alimentare, iar costul său este partea leului din costul computerului. Nu este o coincidență faptul că mulți oameni, de obicei nu foarte cunoscători terminologia informatică, asociați procesorul cu computerul însuși. Deși acesta este, desigur, un punct de vedere eronat, motivele unei astfel de asocieri nu sunt greu de înțeles. La urma urmei, procesorul poate fi asemănat cu creierul unui computer, iar în acest caz va personifica esența computerului și o va identifica în același mod în care creierul uman personifică esența unei persoane și îi identifică personalitatea.
Trebuie remarcat imediat că acest articol va vorbi în principal despre procesor central computer, așa-numitul CPU (Central Processing Unit), în timp ce procesoarele includ și multe cipuri auxiliare situate în computer, cum ar fi un procesor de placă video sau placa de sunet. Cu toate acestea, principiile de funcționare caracteristice CPU-urilor sunt în mare măsură valabile pentru alte tipuri de cipuri.
Primele procesoare au apărut chiar în zorii tehnologiei informatice. Iar dezvoltarea rapidă a tehnologiei microcalculatoarelor a fost în mare măsură o consecință a apariției primei microprocesoare. Dacă anterior toate elementele necesare ale procesorului erau situate pe diferite circuite electronice, apoi în microprocesoare au fost mai întâi combinate pe un singur cip. În viitor, prin termenul „procesor” vom înțelege microprocesoare, deoarece aceste cuvinte au devenit de mult sinonime.
Microprocesorul i4004 este străbunicul procesoarelor de astăzi
Unul dintre primele microprocesoare a fost procesorul Intel i4004 pe patru biți. Avea caracteristici care erau ridicole în vremurile moderne, dar pentru vremea sa - începutul anilor 1970 - aspectul său a reprezentat o adevărată descoperire tehnologică. După cum puteți ghici din denumirea sa, era pe patru biți și avea o frecvență de ceas de aproximativ 0,1 MHz. Și descendentul său direct, procesorul i8088, a fost ales de IBM drept „creierul” primului computer personal, IBM PC.
Procesorul i8088 folosit în primul computer personal IBM
Pe măsură ce anii au trecut, caracteristicile procesorului au devenit din ce în ce mai serioase și mai impresionante și, ca urmare, caracteristicile computerelor personale au devenit din ce în ce mai impresionante. i80386 a fost o piatră de hotar semnificativă în dezvoltarea microprocesoarelor. A fost primul procesor complet pe 32 de biți care putea adresa 4 GB memorie cu acces aleator, în timp ce majoritatea predecesorilor săi ar putea rula cu maximum 640 KB de RAM. Capacitate similară a microprocesorului computere desktop a durat destul de mult, aproape două decenii. La mijlocul anilor 80, 4 GB de RAM părea fantastic de imens, dar acum poate fi considerat mic pentru un computer serios.
i80386 - primul procesor complet pe 32 de biți
Următorul microprocesor Intel, 486DX, este remarcabil prin faptul că este primul care prezintă un cache intern - memoria RAM internă a microprocesorului. În plus, a introdus multe alte îmbunătățiri care au determinat în mare măsură evoluția ulterioară a microprocesoarelor. Același lucru se poate spune despre următorul procesor Intel, Pentium.
Intel 486DX - primul procesor cu cache intern
Procesor Intel - Pentium
Împreună cu CPU Pentium 4, . Iar procesoarele Opteron de la AMD și Pentium D de la Intel au inaugurat era modernă a evoluției CPU, era procesoarelor cu mai multe nuclee. În zilele noastre există multe procesoare pe piață din diverși producători, dar principalii producători sunt încă două companii - Intel și AMD, primul reprezentând mai mult de 80% din piață.
CPU Opteron de la AMD și Pentium D de la Intel
dispozitiv CPU
Orice CPU are un nucleu de calcul (uneori sunt mai multe), precum și un cache, adică propria RAM. Cache-ul are de obicei două niveluri - primul și al doilea (intern și extern). Cel intern are un volum mai mic, dar este mai rapid decat cel extern. Capacitatea cache-ului de al doilea nivel al procesoarelor moderne este de câțiva megaocteți - mai mult decât memoria RAM a primelor computere personale!
Nucleul CPU conține mai multe blocuri funcționale - o unitate de control, o unitate de preluare a instrucțiunilor, o unitate în virgulă mobilă, o unitate întreagă etc. De asemenea, în nucleu se află registrele principale ale procesorului, în care sunt procesate în anumit moment date. În designul clasic de microprocesor x86 există doar 16 dintre aceste registre.
Astăzi, cele două tipuri principale de procesoare care sunt cele mai utilizate sunt CISC (Complex Instruction Set Computing) și RISC (Reduced Instruction Set Computing). Procesoarele CISC au puține registre interne, dar acceptă un set mare de instrucțiuni. Procesoarele RISC au o mulțime de registre, dar setul de instrucțiuni este limitat. În mod tradițional, microprocesoare pentru computere personale Arhitectura Intel x86 aparținea clasei de procesoare CISC, dar în prezent majoritatea microprocesoarelor sunt un hibrid al acestor două arhitecturi.
Dacă luăm în considerare CPU-ul la nivel hardware, este, de fapt, un cip uriaș situat pe un singur cristal de siliciu, care conține milioane, sau chiar miliarde, de tranzistori. Cu cât tranzistoarele sunt mai mici, cu atât sunt mai multe per unitate de suprafață a procesorului și cu atât puterea sa de calcul este mai mare. În plus, puterea disipată și consumul de energie al procesorului depind de dimensiunea tranzistorilor - cu cât dimensiunea lor este mai mică, cu atât sunt mai mici aceste caracteristici ale procesorului. Acest factor este important, deoarece procesorul este cel mai consumator de energie dispozitiv dintr-un PC modern. Prin urmare, problema reducerii încălzirii procesorului este una dintre cele mai importante cu care se confruntă dezvoltatorii de PC-uri și procesoarele înșiși.
Separat, merită menționat cazul în care se află CPU-ul. De obicei, materialul carcasei procesorului este ceramică sau plastic. Inițial, procesoarele au fost strâns lipite placa de sistem, dar acum majoritatea sunt introduse în prize speciale - prize. Această abordare a simplificat semnificativ actualizarea sistemului de către utilizator - trebuie doar să introduceți un alt procesor în soclul care este suportat de acest placa de sistem, și veți obține un computer mai puternic.
Soclu de procesor modern
Procesorul este conectat la alte dispozitive folosind canale de comunicație speciale (autobuze) - magistrală de memorie, magistrală de date și magistrală de adrese. Capacitatea de biți a acestuia din urmă este foarte importantă, deoarece cantitatea de CPU disponibilă și, prin urmare, programe și RAM, depinde de acest parametru.
Principiul de funcționare
Pentru a procesa datele, dispozitivul de control al procesorului primește datele în sine din RAM sau memoria cache a procesorului, precum și comenzi care descriu procesul de procesare a datelor. Datele sunt plasate în registrele interne ale microprocesorului, iar operațiunile sunt efectuate asupra lor folosind o unitate aritmetic-logică în conformitate cu comenzile primite.
Principiul de funcționare a procesorului
Funcționarea CPU este sincronizată de așa-numitele semnale de ceas. Cu siguranță fiecare utilizator cunoaște conceptul de frecvență de ceas, care reflectă numărul de cicluri de procesor pe secundă. Această valoare va fi determinată în mare măsură de caracteristicile procesorului. Cu toate acestea, performanța computerului nu este întotdeauna proporțională cu ea frecvența ceasului. Iar ideea aici nu este doar că procesoarele moderne au mai multe nuclee, ci și că diferite procesoare au arhitecturi diferite și, ca urmare, pot efectua un număr diferit de operații pe secundă. CPU-urile moderne pot efectua mai multe operații într-un singur ciclu de ceas, în timp ce primele microprocesoare, dimpotrivă, ar putea dura mai multe cicluri de ceas pentru a finaliza o singură operație.
Procesoarele cu arhitectură x86 acceptă în trecut următoarele moduri de operare a procesorului:
- Real
- Protejat
- Virtual
- Modul supervizor
Modul de operare real a fost singurul mod în care au funcționat toate procesoarele până la i80386. În acest mod, procesorul ar putea adresa doar 640 KB de RAM. Ca urmare a apariției modului protejat, procesorul a putut să lucreze cu cantități mari de RAM. Există și un tip de mod protejat numit mod virtual, conceput pentru compatibilitate cu programe mai vechi scrise pentru procesoare 8086.
Modurile de funcționare ale procesorului includ și modul supervizor, care este utilizat atunci când se lucrează în mod modern sisteme de operare. În acest mod codul programului are acces nelimitat la toate resursele sistemului.
Concluzie
În acest articol vă aflați schiță generală s-a familiarizat cu scopul CPU-ului central, istoria, structura acestuia, a învățat despre modurile de funcționare ale procesorului și s-a familiarizat cu principiile funcționării acestuia. Unitatea centrală de procesare este cea mai complexă și cea mai dispozitiv important calculator. Putem spune cu siguranță că dezvoltarea tehnologiei computerelor este în mare măsură interconectată cu progresul în dezvoltarea CPU. Performanța întregului computer, precum și capacitățile componentelor sale individuale, depind de puterea microprocesorului și de caracteristicile sale de operare.
Inima unui computer personal este CPU. Este un dispozitiv electronic digital care poate funcționa programul dat.
Să luăm în considerare dispozitivul unui computer. Mai întâi, să descifrăm separat adjectivele „electronic” și „digital”.
Adjectivul „electronic” înseamnă că procesorul computerului funcționează energie electrica iar toate semnalele care sunt procesate de acest dispozitiv sunt electrice.Totuși, în electronica radio, dispozitivele electronice sunt împărțite în 2 mari clase: analogice și digitale. Adjectivul „digital” înseamnă că procesorul computerului aparține mai degrabă clasei de dispozitive digitale decât analogice.
Dispozitivele analogice amintite predominau printre echipamentele electronice acum 20-30 de ani. Și au apărut atunci când inginerii radio au învățat să înregistreze și să transmită sunetul și imaginea în formă semnale analogice. Acestea erau radiouri, televizoare, casetofone etc.
Dispozitivele analogice au făcut loc palmei abia la sfârșitul secolului trecut, când s-a dezvoltat dispozitive digitale a dus la faptul că cu ajutorul codurilor digitale au învățat să înregistreze și să transmită orice informație, inclusiv sunetele și imaginile deja menționate.
Semnale digitale Spre deosebire de cele analogice, sunt ușor susceptibile la interferențe și sunt transmise la distanțe fără distorsiuni; sunt mai bine înregistrate, stocate și nu se „deteriorează” în timp.
Procesorul computerului este unul dintre cele mai complexe dispozitive digitale. dispozitive electronice. Acesta este un fel de apoteoză a dezvoltării tehnologie digitala.
În exterior, este o placă de siliciu montată într-o carcasă care are multe terminale electrice pentru conectarea la sursa de alimentare și la alte dispozitive computerizate.
Deoarece procesorul este realizat pe wafer-uri de siliciu, în jargonul informatic se numește uneori „rock”, deoarece siliciul este un material foarte durabil.
Pe această placă, prin depunerea foarte precisă a unei substanțe (precizia se măsoară în angstromi) în vid și menținând în același timp curățenia ideală de producție, reproduc cele mai complexe și extrem de miniatură ca dimensiune schema electrica, format din zeci și sute de mii de elemente minuscule (în principal tranzistoare), conectate între ele într-un mod special.
Producția de astfel de dispozitive este atât de high-tech încât numai țările cu cele mai dezvoltate economii au reușit să o stăpânească. Este interesant că în producția de procesoare nu măsoară defectele, așa cum este obișnuit în aproape toate industriile și producția, ci măsoară așa-numitul procent de produse utilizabile, deoarece foarte puține semifabricate de procesor devin în cele din urmă dispozitive funcționale.
Plachetele de siliciu de înaltă calitate sunt plasate într-un pachet cu cabluri și echipate cu dispozitive de răcire (radiator și ventilator), deoarece sute de mii de tranzistoare miniaturale emit o cantitate suficientă de căldură în timpul funcționării lor.
Dacă te uiți la structura logică internă a unui procesor de computer, este o colecție de dispozitive interconectate: 
– o unitate aritmetic-logică (ALU), în care, de fapt, informația este convertită,
– dispozitiv de control (CU), care este conceput pentru a controla un dispozitiv aritmetic-logic;
– și registre de memorie (celule) în care sunt stocate datele de intrare, datele intermediare și datele rezultate.
Comenzile menite să controleze funcționarea procesorului sunt transferate din RAM pe dispozitivul de control. Acest dispozitiv controlează funcționarea unității logice aritmetice în funcție de comenzile primite.
La rândul său, ALU, în conformitate cu comenzile primite de la unitatea de control, efectuează
- introducerea de informații din registre,
- prelucrarea informaţiei şi
- înregistrarea informațiilor prelucrate în registre.
Registrele procesorului pot face schimb de informații cu celulele RAM (de asemenea, pe baza instrucțiunilor ALU). Prin urmare, în cele din urmă procesorul computerului
- procesează datele primite din RAM,
- iar datele prelucrate sunt de asemenea plasate în RAM.
Dat scurta descriere Funcționarea unui procesor de computer ilustrează faptul că prelucrarea datelor de către un procesor este o secvență de pași foarte „mici”:
- citirea datelor din RAM în registrele procesorului,
- prelucrarea acestor date și
- scrierea înapoi a datelor din registrele procesorului în celulele RAM.
Dar compensarea pentru aceasta este cea mai mare viteză a calculelor, sute de mii și milioane de astfel de operațiuni „mici” în fiecare secundă. Și în consecință, este asigurat de mare viteză procesarea informațiilor pe care o face un computer un asistent indispensabil pentru muncă, studiu, relaxare, divertisment.
