Οι σύγχρονοι επεξεργαστές έχουν το σχήμα ενός μικρού ορθογωνίου, το οποίο παρουσιάζεται με τη μορφή μιας γκοφρέτας πυριτίου. Η ίδια η πλάκα προστατεύεται από ένα ειδικό περίβλημα από πλαστικό ή κεραμικό. Όλα τα κύρια κυκλώματα προστατεύονται, χάρη σε αυτά πραγματοποιείται η πλήρης λειτουργία της CPU. Αν όλα είναι εξαιρετικά απλά στην εμφάνιση, τότε τι γίνεται με το ίδιο το κύκλωμα και πώς είναι σχεδιασμένος ο επεξεργαστής; Ας το δούμε αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες.

Η CPU αποτελείται από ένα μικρό αριθμό διαφορετικών στοιχείων. Κάθε ένα από αυτά εκτελεί τη δική του δράση, μεταφέρονται δεδομένα και έλεγχος. Οι απλοί χρήστες είναι συνηθισμένοι να διακρίνουν τους επεξεργαστές από την ταχύτητα ρολογιού, την ποσότητα της μνήμης cache και τους πυρήνες. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό που εξασφαλίζει αξιόπιστη και γρήγορη λειτουργία. Αξίζει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή σε κάθε στοιχείο.

Αρχιτεκτονική

Ο εσωτερικός σχεδιασμός των CPU συχνά διαφέρει μεταξύ τους, κάθε οικογένεια έχει το δικό της σύνολο ιδιοτήτων και λειτουργιών - αυτό ονομάζεται αρχιτεκτονική της. Ένα παράδειγμα του σχεδιασμού του επεξεργαστή φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Αλλά πολλοί έχουν συνηθίσει να εννοούν μια ελαφρώς διαφορετική έννοια από την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή. Αν το εξετάσουμε από προγραμματιστική άποψη, τότε ορίζεται από την ικανότητά του να εκτελεί ένα συγκεκριμένο σύνολο κωδικών. Εάν αγοράσετε μια σύγχρονη CPU, τότε πιθανότατα πρόκειται για αρχιτεκτονική x86.

Πυρήνες

Το κύριο μέρος της CPU ονομάζεται πυρήνας, περιέχει όλα τα απαραίτητα μπλοκ και επίσης εκτελεί λογικές και αριθμητικές εργασίες. Αν κοιτάξετε το παρακάτω σχήμα, μπορείτε να δείτε πώς μοιάζει κάθε λειτουργικό μπλοκ του πυρήνα:

1. Μονάδα ανάκτησης οδηγιών.Εδώ, οι οδηγίες αναγνωρίζονται από τη διεύθυνση, η οποία υποδεικνύεται στον μετρητή προγράμματος. Ο αριθμός της ταυτόχρονης ανάγνωσης των εντολών εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό των εγκατεστημένων μονάδων αποκρυπτογράφησης, γεγονός που βοηθά στη φόρτωση κάθε κύκλου εργασίας με τον μεγαλύτερο αριθμό εντολών.
2. Πρόβλεψη μετάβασηςείναι υπεύθυνος για τη βέλτιστη λειτουργία της μονάδας ανάκτησης εντολών. Καθορίζει τη σειρά των εντολών που πρέπει να εκτελεστούν, φορτώνοντας τον αγωγό του πυρήνα.
3. Μονάδα αποκωδικοποίησης.Αυτό το τμήμα του πυρήνα είναι υπεύθυνο για τον καθορισμό ορισμένων διεργασιών για την εκτέλεση εργασιών. Η ίδια η εργασία αποκωδικοποίησης είναι πολύ δύσκολη λόγω του μεταβλητού μεγέθους της εντολής. Στους νεότερους επεξεργαστές υπάρχουν πολλά τέτοια μπλοκ σε έναν πυρήνα.
4. Ενότητες δειγματοληψίας δεδομένων.Παίρνουν πληροφορίες από τη μνήμη RAM ή την κρυφή μνήμη. Πραγματοποιούν ακριβώς τη δειγματοληψία των δεδομένων που είναι απαραίτητα αυτή τη στιγμή για την εκτέλεση της εντολής.
5. Μπλοκ ελέγχου.Το ίδιο το όνομα μιλάει πολύ για τη σημασία αυτού του συστατικού. Στον πυρήνα, είναι το πιο σημαντικό στοιχείο, αφού κατανέμει ενέργεια μεταξύ όλων των μπλοκ, βοηθώντας στην έγκαιρη εκτέλεση κάθε ενέργειας.
6. Ενότητα για αποθήκευση αποτελεσμάτων.Σχεδιασμένο για εγγραφή μετά την ολοκλήρωση της επεξεργασίας εντολών στη μνήμη RAM. Η διεύθυνση αποθήκευσης καθορίζεται στην εργασία που εκτελείται.
7. Στοιχείο εργασίας με διακοπές.Η CPU είναι ικανή για πολλαπλές εργασίες χάρη στη λειτουργία διακοπής, η οποία της επιτρέπει να σταματήσει την πρόοδο ενός προγράμματος μεταβαίνοντας σε άλλη εντολή.
8. Μητρώα.Τα προσωρινά αποτελέσματα των οδηγιών αποθηκεύονται εδώ. Αυτό το στοιχείο μπορεί να ονομαστεί μικρή γρήγορη μνήμη RAM. Συχνά το μέγεθός του δεν υπερβαίνει τις αρκετές εκατοντάδες byte.
9. Μετρητής εντολών.Αποθηκεύει τη διεύθυνση της εντολής που θα χρησιμοποιηθεί στον επόμενο κύκλο επεξεργαστή.

Δίαυλος συστήματος

Ο δίαυλος συστήματος CPU συνδέει τις συσκευές που περιλαμβάνονται στον υπολογιστή. Μόνο αυτός συνδέεται απευθείας με αυτό τα υπόλοιπα στοιχεία συνδέονται μέσω διαφόρων ελεγκτών. Ο ίδιος ο δίαυλος περιέχει πολλές γραμμές σήματος μέσω των οποίων μεταδίδονται πληροφορίες. Κάθε γραμμή έχει το δικό της πρωτόκολλο, το οποίο παρέχει επικοινωνία μέσω ελεγκτών με άλλα συνδεδεμένα εξαρτήματα υπολογιστή. Ο δίαυλος έχει τη δική του συχνότητα κατά συνέπεια, όσο υψηλότερη είναι, τόσο πιο γρήγορη γίνεται η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των στοιχείων σύνδεσης του συστήματος.

Προσωρινή μνήμη

Η απόδοση μιας CPU εξαρτάται από την ικανότητά της να ανακτά οδηγίες και δεδομένα από τη μνήμη όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Λόγω της κρυφής μνήμης, ο χρόνος εκτέλεσης των λειτουργιών μειώνεται λόγω του γεγονότος ότι λειτουργεί ως προσωρινός buffer, εξασφαλίζοντας άμεση μεταφορά δεδομένων από την CPU στη RAM ή αντίστροφα.

Το κύριο χαρακτηριστικό της κρυφής μνήμης είναι η διαφορά στα επίπεδα. Εάν είναι υψηλό, σημαίνει ότι η μνήμη είναι πιο αργή και πιο ογκώδης. Η πιο γρήγορη και μικρότερη μνήμη είναι το πρώτο επίπεδο. Η αρχή λειτουργίας αυτού του στοιχείου είναι πολύ απλή - η CPU διαβάζει δεδομένα από τη μνήμη RAM και τα εισάγει σε μια κρυφή μνήμη οποιουδήποτε επιπέδου, ενώ διαγράφει τις πληροφορίες που είχαν πρόσβαση εδώ και πολύ καιρό. Εάν ο επεξεργαστής χρειαστεί ξανά αυτές τις πληροφορίες, θα τις λάβει γρηγορότερα χάρη στο προσωρινό buffer.

Υποδοχή (βύσμα)

Λόγω του γεγονότος ότι ο επεξεργαστής έχει τη δική του υποδοχή (θηλυκό ή υποδοχή), μπορείτε εύκολα να τον αντικαταστήσετε εάν χαλάσει ή αναβαθμίσετε τον υπολογιστή σας. Χωρίς υποδοχή, η CPU απλώς θα συγκολληθεί στη μητρική πλακέτα, καθιστώντας τις επόμενες επισκευές ή αντικατάσταση πιο δύσκολες. Αξίζει να δώσετε προσοχή - κάθε υποδοχή προορίζεται αποκλειστικά για την εγκατάσταση ορισμένων επεξεργαστών.

Συχνά, οι χρήστες αγοράζουν ακούσια έναν ασύμβατο επεξεργαστή και μητρική πλακέτα, γεγονός που προκαλεί πρόσθετα προβλήματα.

Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας είναι ο εγκέφαλος και η καρδιά του υπολογιστή

Ο ίδιος ο επεξεργαστής λέξεων προέρχεται από το αγγλικό ρήμα για επεξεργασία, το οποίο όταν μεταφραστεί στα ρωσικά θα ακούγεται σαν διαδικασία. Με μια γενική έννοια, αυτός ο όρος αναφέρεται σε μια συσκευή ή ένα σύνολο προγραμμάτων που χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση υπολογιστικών λειτουργιών ή την επεξεργασία μιας συστοιχίας δεδομένων ή μιας διαδικασίας.

Σε έναν προσωπικό υπολογιστή, ο επεξεργαστής χρησιμεύει ως «εγκέφαλος», ως το κύριο τσιπ που απαιτείται για την ομαλή και σωστή λειτουργία του Η/Υ. Όλες οι εσωτερικές και περιφερειακές συσκευές ελέγχονται από την CPU.

ΠΡΟΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΣΑΣ:

πολύ συχνά ο επεξεργαστής υποδηλώνεται με την αγγλική συντομογραφία CPU. Αυτό σημαίνει Central Processing Unit ή κεντρική μονάδα επεξεργασίας.

Εξωτερικά, ο επεξεργαστής είναι μια μικρή τετράγωνη σανίδα, το πάνω μέρος της οποίας καλύπτεται με μεταλλικό κάλυμμα που χρησιμεύει για την προστασία των τσιπ και η κάτω επιφάνεια είναι διάσπαρτη με μεγάλο αριθμό επαφών. Είναι αυτή η πλευρά που ο επεξεργαστής είναι εγκατεστημένος σε μια ειδική υποδοχή ή υποδοχή που βρίσκεται στη μητρική πλακέτα. Η CPU, ή η κεντρική μονάδα επεξεργασίας, είναι το πιο σημαντικό μέρος ενός σύγχρονου υπολογιστή. Χωρίς την εντολή που εκδίδεται από την CPU, δεν μπορεί να εκτελεστεί ούτε μία λειτουργία, ακόμη και η πιο απλή, για παράδειγμα, η προσθήκη δύο αριθμών ή η εγγραφή ενός byte πληροφοριών.

Η CPU είναι εγκατεστημένη σε μια ειδική υποδοχή στη μητρική πλακέτα

Πώς λειτουργεί ο επεξεργαστής

Η αρχή λειτουργίας του επεξεργαστή είναι η διαδοχική επεξεργασία διαφόρων λειτουργιών. Συμβαίνουν πολύ γρήγορα, τα κυριότερα είναι:

1. Κατά την εκκίνηση οποιασδήποτε διαδικασίας που περιλαμβάνει την εκτέλεση κώδικα προγράμματος, η μονάδα ελέγχου της CPU ανακτά όλα τα απαραίτητα δεδομένα και ένα σύνολο τελεστών που απαιτούνται για την εκτέλεση. Στη συνέχεια αποστέλλεται στην προσωρινή μνήμη ή στην προσωρινή μνήμη.
2. Στην έξοδο από τη μνήμη cache, ολόκληρη η ροή πληροφοριών χωρίζεται σε δύο κατηγορίες - οδηγίες και τιμές. Ανακατευθύνονται σε κατάλληλες θέσεις μνήμης που ονομάζονται καταχωρητές. Τα πρώτα τοποθετούνται σε καταχωρητές εντολών, η δεύτερη κατηγορία σε καταχωρητές δεδομένων.
3. Οι πληροφορίες που βρίσκονται στους καταχωρητές μνήμης επεξεργάζονται από μια αριθμητική-λογική μονάδα. Είναι ένα από τα μέρη της CPU που απαιτείται για την εκτέλεση αριθμητικών και λογικών πράξεων.
4. Τα αποτελέσματα υπολογισμού χωρίζονται σε δύο ροές - ολοκληρωμένες και ημιτελείς, οι οποίες, με τη σειρά τους, αποστέλλονται πίσω στην κρυφή μνήμη.
5. Με την ολοκλήρωση του κύκλου υπολογισμού, το τελικό αποτέλεσμα εγγράφεται στη μνήμη RAM. Αυτό απαιτείται για να ελευθερωθεί χώρος στο buffer, ο οποίος είναι απαραίτητος για νέες υπολογιστικές λειτουργίες. Όταν η κρυφή μνήμη γεμίσει, όλες οι ανενεργές διεργασίες μετακινούνται στη μνήμη RAM ή σε χαμηλότερο επίπεδο.

ΠΡΟΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΣΑΣ:

Η μνήμη buffer χωρίζεται ουσιαστικά σε δύο μέρη - το κατώτερο και το ανώτερο επίπεδο. Οι ενεργές διεργασίες βρίσκονται στον επάνω "πάτωμα" και οι ασήμαντες λειτουργίες μετακινούνται στο κάτω επίπεδο. Εάν είναι απαραίτητο, τα κατώτερα επίπεδα πληροφοριών χρησιμοποιούνται από το σύστημα τον υπόλοιπο χρόνο τα δεδομένα δεν χρησιμοποιούνται. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στον επεξεργαστή να χρησιμοποιήσει όλους τους πόρους για την τρέχουσα λειτουργία.

Απλοποιημένο διάγραμμα λειτουργίας του κεντρικού επεξεργαστή

Από τι αποτελείται ο επεξεργαστής;

Για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί μια CPU, πρέπει να καταλάβετε από ποια μέρη αποτελείται. Τα κύρια στοιχεία του επεξεργαστή είναι:

1. Πάνω εξώφυλλο, που είναι μια μεταλλική πλάκα που εκτελεί τις λειτουργίες της προστασίας του εσωτερικού περιεχομένου και της διάχυσης της θερμότητας.
2. Κρύσταλλο. Αυτό είναι το πιο σημαντικό μέρος της CPU. Το κρύσταλλο είναι κατασκευασμένο από πυρίτιο και περιέχει μεγάλο αριθμό μικροσκοπικών μικροκυκλωμάτων.
3. Υπόστρωμα Textolite, το οποίο χρησιμεύει ως μαξιλαράκι επαφής. Όλα τα μέρη της CPU είναι προσαρτημένα σε αυτήν και βρίσκονται οι επαφές μέσω των οποίων λαμβάνει χώρα η αλληλεπίδραση με το υπόλοιπο σύστημα.

Κατά την τοποθέτηση του επάνω καλύμματος, χρησιμοποιείται μια στεγανωτική κόλλα που μπορεί να αντέξει τις υψηλές θερμοκρασίες και χρησιμοποιείται θερμική πάστα για την εξάλειψη του κενού στο εσωτερικό του συναρμολογημένου επεξεργαστή. Μετά τη στερεοποίηση, σχηματίζει ένα είδος «γέφυρας», που απαιτείται για να εξασφαλίσει την εκροή θερμότητας από τον κρύσταλλο.

Κύρια μέρη της CPU - κάλυμμα, μήτρα και μαξιλαράκι

Τι είναι ο πυρήνας επεξεργαστή

Εάν η ίδια η κεντρική μονάδα επεξεργασίας μπορεί να ονομαστεί «εγκέφαλος» του υπολογιστή, τότε ο πυρήνας θεωρείται το κύριο μέρος της ίδιας της CPU. Ο πυρήνας είναι ένα σύνολο τσιπ που βρίσκεται σε ένα μαξιλάρι πυριτίου, το μέγεθος του οποίου δεν υπερβαίνει το τετραγωνικό εκατοστό. Το σύνολο των μικροσκοπικών λογικών στοιχείων μέσω των οποίων εφαρμόζεται η αρχή λειτουργίας ονομάζεται αρχιτεκτονική.

Μερικές τεχνικές λεπτομέρειες: στους σύγχρονους επεξεργαστές, ο πυρήνας είναι προσαρτημένος στην πλατφόρμα τσιπ χρησιμοποιώντας ένα σύστημα "flip-chip" τέτοιοι σύνδεσμοι παρέχουν μέγιστη πυκνότητα σύνδεσης.

Κάθε πυρήνας αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό λειτουργικών μπλοκ:

• μπλοκ διακοπής, το οποίο είναι απαραίτητο για γρήγορη εναλλαγή μεταξύ εργασιών.
• μονάδα παραγωγής εντολώνυπεύθυνος για τη λήψη και την αποστολή εντολών για μεταγενέστερη επεξεργασία·
• μπλοκ αποκωδικοποίησης, που απαιτείται για την επεξεργασία των εισερχόμενων εντολών και τον προσδιορισμό των ενεργειών που απαιτούνται για αυτό.
• μονάδα ελέγχου, η οποία είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση επεξεργασμένων οδηγιών σε άλλα λειτουργικά μέρη και τον συντονισμό του φορτίου.
• τα τελευταία είναι εκτέλεση και αποθήκευση μπλοκ.

Ο πυρήνας του επεξεργαστή είναι η μικρότερη πλακέτα στην οποία βρίσκονται τα στοιχεία εργασίας

Τι είναι η υποδοχή επεξεργαστή

Ο όρος socket μεταφράζεται από τα αγγλικά ως "socket" ή "connector". Για έναν προσωπικό υπολογιστή, αυτός ο όρος αναφέρεται ταυτόχρονα απευθείας στη μητρική πλακέτα και τον επεξεργαστή. Η υποδοχή είναι όπου είναι τοποθετημένη η CPU. Διαφέρουν μεταξύ τους σε χαρακτηριστικά όπως το μέγεθος, ο αριθμός και ο τύπος των επαφών και τα χαρακτηριστικά εγκατάστασης ψύξης.

Οι δύο μεγαλύτεροι κατασκευαστές επεξεργαστών - η Intel και η AMD - διεξάγουν έναν μακροχρόνιο πόλεμο μάρκετινγκ, προσφέροντας ο καθένας τη δική του υποδοχή, κατάλληλη μόνο για την CPU της παραγωγής τους. Ο αριθμός στη σήμανση μιας συγκεκριμένης πρίζας, για παράδειγμα, LGA 775, υποδεικνύει τον αριθμό των επαφών ή των ακίδων. Επίσης, από τεχνολογική άποψη, οι πρίζες μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους:

• η παρουσία πρόσθετων ελεγκτών ·
• την ικανότητα της τεχνολογίας να υποστηρίζει τον πυρήνα γραφικών του επεξεργαστή.
• παραγωγικότητα.

Η πρίζα μπορεί επίσης να επηρεάσει τις ακόλουθες παραμέτρους λειτουργίας του υπολογιστή:

• τύπος υποστηριζόμενης μνήμης RAM.
• Συχνότητα διαύλου FSB;
• έμμεσα, στην έκδοση PCI-e και στην υποδοχή SATA.

Απαιτείται η δημιουργία ειδικής υποδοχής για την τοποθέτηση του κεντρικού επεξεργαστή ώστε ο χρήστης να μπορεί να αναβαθμίσει το σύστημα και να αλλάξει την CPU σε περίπτωση βλάβης του.

Η υποδοχή του επεξεργαστή είναι μια υποδοχή για την εγκατάσταση του στη μητρική πλακέτα

Πυρήνας γραφικών στον επεξεργαστή: τι είναι;

Ένα από τα μέρη της CPU, εκτός από τον ίδιο τον κύριο πυρήνα, μπορεί να είναι ένας επεξεργαστής γραφικών. Τι είναι αυτό και γιατί απαιτείται η χρήση ενός τέτοιου εξαρτήματος; Θα πρέπει να σημειωθεί αμέσως ότι η ενσωμάτωση ενός πυρήνα γραφικών δεν είναι υποχρεωτική και δεν υπάρχει σε κάθε επεξεργαστή. Αυτή η συσκευή απαιτείται για την εκτέλεση των βασικών λειτουργιών της CPU με τη μορφή επίλυσης υπολογιστικών προβλημάτων, καθώς και υποστήριξης γραφικών.

ΠΡΟΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΣΑΣ:

Μερικές φορές μπορείτε να δείτε τη συντομογραφία IGP, η οποία σημαίνει Integrated Graphics Processor ή Integrated Graphics Processor. Αυτό σημαίνει ότι ο συγκεκριμένος υπολογιστής χρησιμοποιεί παρόμοια λύση και μια διακριτή κάρτα γραφικών μπορεί να απουσιάζει εντελώς.

Οι λόγοι για τους οποίους οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν τεχνολογίες για να συνδυάσουν δύο λειτουργίες σε έναν πυρήνα είναι:

• μειωμένη κατανάλωση ενέργειας, επειδή οι μικρότερες συσκευές απαιτούν λιγότερη ενέργεια και κόστος ψύξης.
• συμπαγές;
• μείωση κόστους.

Η χρήση ενσωματωμένων ή ενσωματωμένων γραφικών παρατηρείται συχνότερα σε φορητούς υπολογιστές ή υπολογιστές χαμηλού κόστους που προορίζονται για εργασίες γραφείου, όπου δεν υπάρχουν υπερβολικές απαιτήσεις γραφικών.

Ο πυρήνας γραφικών είναι ένας συνεπεξεργαστής γραφικών που βρίσκεται στη CPU.

Βασικές έννοιες του επεξεργαστή στην επιστήμη των υπολογιστών

Τι είναι τα νήματα σε έναν επεξεργαστή

Ένα νήμα εκτέλεσης σε μια CPU είναι η μικρότερη μονάδα επεξεργασίας που εκχωρείται από τον πυρήνα που είναι απαραίτητη για τον διαχωρισμό του κώδικα και του περιβάλλοντος της διαδικασίας εκτέλεσης. Μπορεί να υπάρχουν πολλές διεργασίες ταυτόχρονα με χρήση πόρων CPU. Υπάρχει μια πρωτότυπη εξέλιξη από την Intel, η οποία άρχισε να χρησιμοποιείται σε μοντέλα ξεκινώντας από τον επεξεργαστή Intel Core i3, ο οποίος ονομάζεται HyperThreading. Αυτή είναι μια τεχνολογία για τη διαίρεση ενός φυσικού πυρήνα σε δύο λογικούς. Έτσι, το λειτουργικό σύστημα δημιουργεί πρόσθετη υπολογιστική ισχύ και αυξάνει το threading. Αποδεικνύεται ότι ο αριθμός των πυρήνων από μόνος του δεν θα είναι καθοριστικός, καθώς σε ορισμένες περιπτώσεις οι υπολογιστές με 4 πυρήνες είναι κατώτεροι σε απόδοση από εκείνους με μόνο 2.

Ο αριθμός των νημάτων μπορεί να προβληθεί μέσω της διαχείρισης εργασιών

Τι είναι μια τεχνική διαδικασία σε έναν επεξεργαστή;

Στην επιστήμη των υπολογιστών, η τεχνολογία διεργασιών αναφέρεται στο μέγεθος των τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται στον πυρήνα του υπολογιστή. Η διαδικασία κατασκευής της CPU λαμβάνει χώρα με τη μέθοδο της φωτολιθογραφίας, όταν τα τρανζίστορ χαράσσονται από έναν κρύσταλλο καλυμμένο με διηλεκτρικό φιλμ υπό την επίδραση του φωτός. Ο οπτικός εξοπλισμός που χρησιμοποιείται έχει έναν τέτοιο δείκτη όπως η ανάλυση. Αυτή θα είναι η τεχνολογική διαδικασία. Όσο υψηλότερο είναι, τόσο περισσότερα τρανζίστορ μπορούν να χωρέσουν σε ένα τσιπ.

Η μείωση του μεγέθους των κρυστάλλων διευκολύνεται από:

• μείωση της παραγωγής θερμότητας και της κατανάλωσης ενέργειας·
• απόδοση, αφού διατηρώντας το φυσικό μέγεθος του κρυστάλλου, είναι δυνατή η τοποθέτηση μεγαλύτερου αριθμού στοιχείων εργασίας πάνω του.

Η μονάδα μέτρησης για τη διαδικασία είναι νανόμετρο (10-9). Οι περισσότεροι σύγχρονοι επεξεργαστές κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας την τεχνολογία διεργασίας 22 nm.

ΠΡΟΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΣΑΣ:

Ένα παράδειγμα είναι ο επεξεργαστής Intel Core i7, ο οποίος, με μέγεθος κρυστάλλου 160 mm, περιέχει 1,4 δισεκατομμύρια στοιχεία εργασίας.

Η τεχνική διαδικασία είναι η αύξηση του αριθμού των στοιχείων εργασίας του επεξεργαστή διατηρώντας το μέγεθός του

Τι είναι η εικονικοποίηση της CPU

Η βάση της μεθόδου είναι να διαιρεθεί η CPU σε ένα τμήμα επισκέπτη και παρακολούθησης. Εάν απαιτείται εναλλαγή από τον κεντρικό υπολογιστή στο λειτουργικό σύστημα επισκέπτη, τότε ο επεξεργαστής εκτελεί αυτόματα αυτήν τη λειτουργία, διατηρώντας ορατές μόνο εκείνες τις τιμές μητρώου που απαιτούνται για σταθερή λειτουργία. Δεδομένου ότι το λειτουργικό σύστημα επισκέπτη αλληλεπιδρά απευθείας με τον επεξεργαστή, η εικονική μηχανή θα λειτουργεί πολύ πιο γρήγορα.

Μπορείτε να ενεργοποιήσετε την εικονικοποίηση στις ρυθμίσεις του BIOS. Οι περισσότερες μητρικές πλακέτες και επεξεργαστές της AMD δεν υποστηρίζουν την τεχνολογία δημιουργίας εικονικής μηχανής χρησιμοποιώντας μεθόδους υλικού. Εδώ οι μέθοδοι λογισμικού έρχονται να βοηθήσουν τον χρήστη.

Η εικονικοποίηση είναι ενεργοποιημένη στο BIOS

Τι είναι οι καταχωρητές επεξεργαστών

Ένας καταχωρητής επεξεργαστή είναι ένα ειδικό σύνολο ψηφιακών κυκλωμάτων που αναφέρεται στην εξαιρετικά γρήγορη μνήμη που απαιτείται από την CPU για την αποθήκευση των αποτελεσμάτων των ενδιάμεσων λειτουργιών. Κάθε επεξεργαστής περιέχει πάρα πολλούς καταχωρητές, οι περισσότεροι από τους οποίους δεν είναι προσβάσιμοι στον προγραμματιστή και προορίζονται για την εκτέλεση βασικών λειτουργιών του πυρήνα. Υπάρχουν μητρώα γενικού και ειδικού σκοπού. Η πρώτη ομάδα είναι διαθέσιμη για πρόσβαση, η δεύτερη χρησιμοποιείται από τον ίδιο τον επεξεργαστή. Δεδομένου ότι η ταχύτητα αλληλεπίδρασης με καταχωρητές CPU είναι υψηλότερη από την πρόσβαση στη μνήμη RAM, χρησιμοποιούνται ενεργά από τους προγραμματιστές για τη σύνταξη προϊόντων λογισμικού.

Μητρώα επεξεργαστή

Κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά του επεξεργαστή

Τι είναι η ταχύτητα ρολογιού του επεξεργαστή

Πολλοί χρήστες έχουν ακούσει την έννοια της συχνότητας ρολογιού, αλλά δεν καταλαβαίνουν όλοι πλήρως τι είναι. Με απλά λόγια, αυτός είναι ο αριθμός των λειτουργιών που μπορεί να εκτελέσει η CPU σε 1 δευτερόλεπτο. Ο κανόνας εδώ είναι ότι όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός ρολογιού, τόσο πιο παραγωγικός είναι ο υπολογιστής.

Η μονάδα μέτρησης της συχνότητας του ρολογιού είναι το Hertz, το οποίο στη φυσική του έννοια είναι μια απεικόνιση του αριθμού των ταλαντώσεων σε μια καθορισμένη χρονική περίοδο. Ο σχηματισμός ταλαντώσεων ρολογιού συμβαίνει λόγω της δράσης ενός κρυστάλλου χαλαζία, ο οποίος βρίσκεται στον συντονιστή του ρολογιού. Μετά την εφαρμογή τάσης, εμφανίζονται ταλαντώσεις ηλεκτρικού ρεύματος. Μεταδίδονται σε μια γεννήτρια, η οποία τους μετατρέπει σε παλμούς που αποστέλλονται στους διαύλους δεδομένων. Η ταχύτητα ρολογιού του επεξεργαστή δεν είναι το μόνο χαρακτηριστικό για την αξιολόγηση της ταχύτητας ενός υπολογιστή. Πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη τον αριθμό των πυρήνων και την ποσότητα της μνήμης buffer.

Μπορείτε να δείτε τη συχνότητα του ρολογιού στο BIOS ή χρησιμοποιώντας ειδικό λογισμικό

Τι είναι το μέγεθος bit επεξεργαστή;

Κάθε χρήστης του λειτουργικού συστήματος Windows, κατά την εγκατάσταση νέων προγραμμάτων, αντιμετώπισε την επιλογή μιας έκδοσης για το μέγεθος bit συστήματος. Ποια είναι η χωρητικότητα bit της CPU; Με απλά λόγια, αυτός είναι ένας δείκτης, που αλλιώς ονομάζεται λέξη μηχανής, που δείχνει πόσα bit πληροφοριών επεξεργάζεται η CPU σε έναν κύκλο ρολογιού. Στους σύγχρονους επεξεργαστές αυτός ο αριθμός μπορεί να είναι πολλαπλάσιο του 32 ή του 64.

ΠΡΟΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΣΑΣ:

Για τον μέσο χρήστη, η χωρητικότητα bit θα καθορίσει τη μέγιστη ποσότητα μνήμης RAM που υποστηρίζεται από τον επεξεργαστή. Για 32 bit αυτό είναι 4 GB και για 64 bit το ανώτατο όριο είναι ήδη 16 TB.

Το βάθος bit μπορεί να είναι 32 ή 64 bit

Τι είναι ο στραγγαλισμός CPU;

Το throttling, ή throttling, είναι ένας προστατευτικός μηχανισμός που χρησιμοποιείται για να αποτρέψει την υπερθέρμανση της CPU ή την πρόκληση αστοχιών υλικού κατά τη λειτουργία. Η λειτουργία είναι ενεργή από προεπιλογή και ενεργοποιείται όταν η θερμοκρασία ανέβει σε ένα κρίσιμο σημείο, το οποίο ορίζεται για κάθε συγκεκριμένο μοντέλο CPU από τον κατασκευαστή. Η προστασία πραγματοποιείται με τη μείωση της απόδοσης του πυρήνα. Όταν η θερμοκρασία επανέλθει στο κανονικό, η λειτουργία απενεργοποιείται αυτόματα. Είναι δυνατή η αναγκαστική αλλαγή των παραμέτρων στραγγαλισμού μέσω του BIOS. Χρησιμοποιείται ενεργά από overclockers ή overclockers CPU, αλλά για τον μέσο χρήστη τέτοιες αλλαγές μπορεί να χαλάσουν τον υπολογιστή.

Όταν ξεπεραστεί η επιτρεπόμενη θερμοκρασία της CPU, το σύστημα προστασίας ή ο στραγγαλισμός ενεργοποιείται αυτόματα

Θερμοκρασία CPU και κάρτας γραφικών

Όταν ο πυρήνας και άλλα στοιχεία της CPU λειτουργούν, παράγεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας, γι' αυτό οι σύγχρονοι υπολογιστές χρησιμοποιούν ισχυρά συστήματα ψύξης τόσο για τον κεντρικό επεξεργαστή όσο και για τα κύρια εξαρτήματα της μητρικής πλακέτας. Απαιτητικά προγράμματα που χρησιμοποιούν ενεργά την ισχύ της CPU και της κάρτας βίντεο (συνήθως παιχνίδια) φορτώνουν τον επεξεργαστή, γεγονός που οδηγεί σε ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας. Σε αυτήν την περίπτωση, ο στραγγαλισμός είναι ενεργοποιημένος. Πολλοί κατασκευαστές καρτών γραφικών ισχυρίζονται ότι τα προϊόντα τους μπορούν να λειτουργήσουν κανονικά ακόμη και στους 100°C. Στην πραγματικότητα, η μέγιστη θερμοκρασία θα είναι αυτή που αναφέρεται στην τεχνική τεκμηρίωση.

ΠΡΟΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΣΑΣ:

Οι ισχυρές κάρτες γραφικών και οι επεξεργαστές λειτουργούν σε υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού, γεγονός που οδηγεί σε μεγαλύτερη παραγωγή θερμότητας. Επομένως απαιτούν βελτιωμένη ψύξη.

Μπορείτε να ελέγξετε ανεξάρτητα τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας ειδικό λογισμικό παρακολούθησης (AIDA64, GPU Temp, Speccy). Εάν υπάρχει επιβράδυνση κατά την εργασία ή το παιχνίδι, σημαίνει ότι η θερμοκρασία πιθανότατα έχει ανέβει σε κρίσιμο επίπεδο και η προστασία έχει ενεργοποιηθεί αυτόματα.

Μπορείτε να παρακολουθείτε ανεξάρτητα τη θερμοκρασία της CPU και της κάρτας βίντεο χρησιμοποιώντας ειδικό λογισμικό

Τι είναι το turbo boost σε έναν επεξεργαστή;

Το Turbo Boost είναι μια πατενταρισμένη τεχνολογία από την Intel που χρησιμοποιείται στις τρεις πρώτες γενιές επεξεργαστών Intel Core i5 και i7. Χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση υλικού της CPU για ορισμένο χρόνο. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία, η διαδικασία overclocking πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπόψη όλες τις σημαντικές παραμέτρους - ρεύμα, θερμοκρασία, τάση, κατάσταση λειτουργικού συστήματος, επομένως είναι απολύτως ασφαλές για τον υπολογιστή. Η αύξηση της ταχύτητας του επεξεργαστή είναι προσωρινή και θα εξαρτηθεί από τον τύπο του φορτίου, τον αριθμό των πυρήνων και τη διαμόρφωση της πλατφόρμας. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι η τεχνολογία υποστηρίζεται μόνο από λειτουργικά συστήματα Windows 7 και 8.

Η αποκλειστική τεχνολογία της Intel σάς επιτρέπει να βελτιώσετε προσωρινά την απόδοση του υπολογιστή

Τύποι επεξεργαστών

Συνολικά, είναι συνηθισμένο να διακρίνουμε 5 κύριους τύπους επεξεργαστών σε έναν υπολογιστή:

1. Ρυθμιστής. Αυτός είναι ένας συνεπεξεργαστής που απαιτείται για την προεπεξεργασία πληροφοριών μεταξύ της περιφερειακής συσκευής και της CPU.
2. Προεπεξεργαστής. Στον πυρήνα του, πρόκειται για έναν επεξεργαστή παρόμοιο με τον προηγούμενο, σκοπός του οποίου είναι η ενδιάμεση επεξεργασία δεδομένων.
3. CISC. Μια CPU που κατασκευάζεται από την Intel, η οποία διαφέρει από τη συνηθισμένη σε ένα αυξημένο σύνολο οδηγιών.
4. RISC. Μια εναλλακτική έκδοση του CISC με μειωμένο αριθμό εντολών. Οι περισσότεροι μεγάλοι κατασκευαστές επεξεργαστών εργάζονται σε συνδυασμό δύο ποικιλιών (CISC και RISC), που θα αυξήσει την ισχύ και την ταχύτητα του πυρήνα.
5. Κλώνοι. Πρόκειται για επεξεργαστές που παράγονται από μικρούς κατασκευαστές κατόπιν άδειας ή εντελώς πειρατικά.

Τα πιο δημοφιλή μοντέλα και κατασκευαστές

Η αγορά των μικροεπεξεργαστών χωρίζεται από δύο μεγάλους κατασκευαστές - την Intel και την AMD, οι οποίοι βρίσκονται σε μια ασυμβίβαστη μάχη καθ 'όλη τη διάρκεια της ύπαρξής τους. Κάθε εταιρεία προσφέρει τις δικές της έτοιμες λύσεις. Η επιλογή ενός συγκεκριμένου μοντέλου είναι μια υποκειμενική απόφαση για τον τελικό χρήστη, καθώς κάθε κατασκευαστής προσφέρει ένα ευρύ φάσμα μοντέλων, που κυμαίνονται από επιλογές προϋπολογισμού έως κορυφαίες CPU gaming.

Τα πιο δημοφιλή μοντέλα στη σειρά επεξεργαστών της Intel είναι οι Intel Core i3, i5 και i7. Ανάλογα με την τροποποίηση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο σε υπολογιστές παιχνιδιών όσο και σε μηχανές γραφείου. Οι επεξεργαστές της σειράς Ryzen της AMD θεωρούνται από τους καλύτερους, επιδεικνύοντας καλούς δείκτες απόδοσης. Η σειρά Athlon βρίσκεται ακόμα, αλλά θεωρείται ήδη αρχειακή. Για έναν μη απαιτητικό χρήστη, οι επεξεργαστές της σειράς AMD A είναι κατάλληλοι.

Η AMD και η Intel είναι οι δύο μεγαλύτερες εταιρείες επεξεργαστών

Τι είναι το scalping της CPU;

CPU scalping είναι η διαδικασία αφαίρεσης του καλύμματος για αντικατάσταση θερμικής πάστας. Η διεξαγωγή αυτής της διαδικασίας είναι ένα από τα στοιχεία του overclocking ή μπορεί να απαιτείται για τη μείωση του φορτίου στο υλικό της CPU.

Η ίδια η διαδικασία αποτελείται από:

• αφαίρεση του καλύμματος?
• αφαίρεση παλιάς θερμικής πάστας.
• καθαρισμός κρυστάλλων?
• εφαρμόζοντας ένα νέο στρώμα θερμικής πάστας.
• κλείνοντας το καπάκι.

Κατά την εκτέλεση της διαδικασίας, θα πρέπει να λάβετε υπόψη το γεγονός ότι μια λάθος κίνηση μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία του επεξεργαστή. Επομένως, είναι καλύτερο να εμπιστευτείτε αυτή την εκδήλωση σε επαγγελματίες. Εάν τελικά ληφθεί η απόφαση να πραγματοποιήσετε απολέπιση στο σπίτι, τότε μπορούμε να σας συμβουλεύσουμε να αγοράσετε μια ειδική συσκευή με τη μορφή σφιγκτήρα για τη CPU, η οποία θα διευκολύνει την αφαίρεση του καλύμματος χωρίς να καταστρέψετε τον κρύσταλλο.

Πώς να υπερχρονίσετε έναν επεξεργαστή

Το overclocking ή το overclocking του κεντρικού επεξεργαστή, μπορεί να είναι σκόπιμο εάν έχετε ξεπερασμένο εξοπλισμό και δεν έχετε τα χρήματα για να αγοράσετε μια νέα πέτρα. Συνήθως, η διαδικασία επιτρέπει αύξηση της παραγωγικότητας από 10 έως 20%. Υπάρχουν δύο μέθοδοι για overclocking - αυξάνοντας τη συχνότητα FSB ή αυξάνοντας τον πολλαπλασιαστή του επεξεργαστή. Οι σύγχρονοι υπολογιστές, κατά γενικό κανόνα, συνοδεύονται από κλειδωμένο πολλαπλασιαστή, επομένως ο πιο προσιτός τρόπος θα ήταν η αλλαγή της συχνότητας διαύλου συστήματος.

Ο υπερχρονισμός του επεξεργαστή πραγματοποιείται αυξάνοντας τη συχνότητα διαύλου ή τον πολλαπλασιαστή του επεξεργαστή

Βασικές συμβουλές overclocking:

1. Δεν συνιστάται να αγγίζετε την ισχύ του πυρήνα χωρίς εμπειρία.
2. Η αύξηση της συχνότητας θα πρέπει να πραγματοποιείται σταδιακά, αυξάνοντας όχι περισσότερο από 100 MHz κάθε φορά.
3. Παρακολουθήστε τη θερμοκρασία, καθώς η παραγωγή θερμότητας αυξάνεται όσο αυξάνεται η συχνότητα.
4. Όταν αποφασίζετε να αυξήσετε την τροφοδοσία του πυρήνα, το βήμα είναι 0,05 V, ενώ το μέγιστο όριο δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,3 V, διαφορετικά υπάρχει μεγάλη πιθανότητα βλάβης της CPU.
5. Μετά από κάθε αύξηση, απαιτείται δοκιμή σταθερότητας. Στις πρώτες βλάβες, το overclocking πρέπει να σταματήσει.

ΠΡΟΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΣΑΣ:

Εάν, κατά την επίτευξη της μέγιστης συχνότητας, παρατηρείται σταθερή λειτουργία, αλλά παρατηρείται υπερβολική θέρμανση, σε αυτή την περίπτωση είναι απαραίτητο να εξεταστεί πλήρως η λειτουργία του συστήματος ψύξης Η/Υ.

Η διαδικασία overclocking μπορεί να απλοποιηθεί χρησιμοποιώντας ειδικά προγράμματα που ελέγχουν ανεξάρτητα τις κύριες παραμέτρους που επηρεάζονται από το overclocking.

Ο επεξεργαστής είναι η καρδιά του υπολογιστή σας. Εδώ διαχειρίζονται όλες οι διαδικασίες του μηχανήματος. Η ποιότητα ολόκληρου του υπολογιστή εξαρτάται από το πόσο αποτελεσματικά λειτουργεί αυτή η μονάδα. Αυτό σημαίνει ότι η εμπιστοσύνη και η ηρεμία σας εξαρτώνται αποκλειστικά από την επιλογή υλικού υψηλής ποιότητας για τον υπολογιστή σας.

Εάν έχετε ερωτήσεις για τους ειδικούς μας, μπορείτε να τις αφήσετε παρακάτω.

Υπουργείο Γενικής και Επαγγελματικής Εκπαίδευσης της Περιφέρειας Sverdlovsk

Επαγγελματικό Παιδαγωγικό Κολλέγιο

Τμήμα Σχεδιασμού Υπηρεσιών και Τεχνολογιών Πληροφορικής

Ειδικότητα 230103 – Αυτοματοποιημένα συστήματα επεξεργασίας και ελέγχου πληροφοριών

Ολοκληρώθηκε το:

Μαθητής της ομάδας 211 Τ

I.R. Gataullin

Επόπτης:

M. S. Ogorodov

Ekaterinburg 2009

Εισαγωγή

1. Αρχιτεκτονική Von Neumann

2. Συσκευή CPU

3. Δίαυλος συστήματος

4. Επεξεργαστές CISC, RISC, MISC

5. Μεταφορείς

6. Υπερκλιμακωτές αρχιτεκτονικές

7. Προσωρινή μνήμη

8. Επεξεργαστές της οικογένειας AMDPhenomII

9. Επεξεργαστές της οικογένειας IntelCorei7

10. Core i7 920, Phenom II X4 920, Phenom X4 9950

Σήμερα, ένας κόσμος χωρίς υπολογιστή είναι ένα αδιανόητο φαινόμενο. Αλλά λίγοι άνθρωποι σκέφτονται τη δομή αυτών των «πλασμάτων». Και σίγουρα κανείς δεν ξέρει πόσο έξυπνες έχουν γίνει αυτές οι συσκευές τα τελευταία 50 χρόνια. Για πολλούς ανθρώπους, η τεχνητή νοημοσύνη και ο υπολογιστής στο γραφείο σας είναι ένα και το αυτό. Αλλά ως φωτισμένοι άνθρωποι, γνωρίζουμε ότι το μυαλό ενός ατόμου, ή ακόμα και ενός σκύλου οποιασδήποτε, ακόμη και της πιο έξυπνης, μηχανής είναι ακόμα μακριά, αλλά υπάρχει ακόμα μια διαφορά: στους εγκεφάλους των ζωντανών όντων υπάρχει παράλληλη επεξεργασία βίντεο , ήχος, γεύση, αισθήσεις, κ.λπ., για να μην αναφέρουμε ένα τόσο στοιχειώδες πράγμα όπως η διαδικασία σκέψης, που συνοδεύει πολλούς από τη γέννηση μέχρι το θάνατο Σήμερα, κάθε σημαντική ανακάλυψη στην τεχνολογία της πληροφορίας θεωρείται κάτι ιδιαίτερα εξαιρετικό. Οι άνθρωποι θέλουν να δημιουργήσουν για τον εαυτό τους έναν μικρότερο αδερφό που, αν δεν το σκέφτεται ακόμα, τουλάχιστον σκέφτεται πιο γρήγορα από αυτούς. Είναι σαφές ότι κανένα gigahertz δεν μπορεί να μετρήσει τη μοναδικότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά κανείς δεν το κάνει, και θα κάνουμε μια σύντομη εκδρομή στο πρόσφατο παρελθόν και, φυσικά, στο ακατανόητο παρόν της ανάπτυξης του κύριου μέρους του υπολογιστή , ο εγκέφαλός του, η καρδιά του - ο κεντρικός του επεξεργαστής αυτή τη στιγμή Αυτό το θέμα είναι πολύ επίκαιρο, γιατί... Οι σύγχρονες τεχνολογίες αναπτύσσονται ραγδαία, ειδικά οι επεξεργαστές Ο σκοπός της έκθεσης μου είναι να εξοικειωθώ με το σχεδιασμό του κεντρικού επεξεργαστή και να εξετάσω ορισμένους επεξεργαστές.

Για να πετύχω αυτόν τον στόχο, έθεσα στον εαυτό μου τα ακόλουθα καθήκοντα:

· Μάθετε τα κύρια μέρη του επεξεργαστή

· Σε τι χρειάζονται

· Εξοικειωθείτε με τη σειρά επεξεργαστών Intelcorei7 και AMDPhenomII X4.

· Συγκρίνετε ορισμένους επεξεργαστές.

Αρχιτεκτονική Von Neumann

Οι περισσότεροι σύγχρονοι επεξεργαστές προσωπικών υπολογιστών βασίζονται γενικά σε κάποια έκδοση της διαδικασίας κυκλικής διαδοχικής επεξεργασίας που εφευρέθηκε από τον John von Neumann. Ο D. von Neumann σκέφτηκε ένα σχέδιο για την κατασκευή ενός υπολογιστή το 1946.

Τα πιο σημαντικά βήματα σε αυτή τη διαδικασία περιγράφονται παρακάτω. Διαφορετικές αρχιτεκτονικές και διαφορετικές ομάδες ενδέχεται να απαιτούν πρόσθετα βήματα. Για παράδειγμα, οι αριθμητικές εντολές μπορεί να απαιτούν πρόσθετες προσβάσεις στη μνήμη που διαβάζουν τελεστές και γράφουν αποτελέσματα. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της αρχιτεκτονικής von Neumann είναι ότι οι οδηγίες και τα δεδομένα αποθηκεύονται στην ίδια μνήμη.

Στάδια κύκλου εκτέλεσης:

1. Ο επεξεργαστής τοποθετεί τον αριθμό που είναι αποθηκευμένος στον καταχωρητή μετρητή προγράμματος στο δίαυλο διευθύνσεων και εκδίδει μια εντολή ανάγνωσης στη μνήμη.

2. Ο αριθμός ρύθμισης είναι μια διεύθυνση για τη μνήμη. η μνήμη, έχοντας λάβει τη διεύθυνση και την εντολή ανάγνωσης, τοποθετεί τα περιεχόμενα που είναι αποθηκευμένα σε αυτή τη διεύθυνση στο δίαυλο δεδομένων και αναφέρει την ετοιμότητα.

3. Ο επεξεργαστής λαμβάνει έναν αριθμό από το δίαυλο δεδομένων, τον ερμηνεύει ως εντολή (εντολή μηχανής) από το σύστημα εντολών του και τον εκτελεί.

4. Εάν η τελευταία εντολή δεν είναι εντολή διακλάδωσης, ο επεξεργαστής αυξάνει κατά ένα (υποθέτοντας ότι το μήκος κάθε εντολής είναι ένα) τον αριθμό που είναι αποθηκευμένος στον μετρητή προγράμματος. ως αποτέλεσμα, η διεύθυνση της επόμενης εντολής σχηματίζεται εκεί.

5. Το βήμα 1 εκτελείται ξανά.

Αυτός ο κύκλος εκτελείται αμετάβλητα και είναι αυτός ο κύκλος που ονομάζεται διεργασία (εξ ου και το όνομα της συσκευής).

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, ο επεξεργαστής διαβάζει μια ακολουθία εντολών που περιέχονται στη μνήμη και τις εκτελεί. Αυτή η ακολουθία εντολών ονομάζεται πρόγραμμα και αντιπροσωπεύει τον αλγόριθμο για τη χρήσιμη λειτουργία του επεξεργαστή. Η σειρά των εντολών ανάγνωσης αλλάζει εάν ο επεξεργαστής διαβάσει μια εντολή μετάβασης - τότε η διεύθυνση της επόμενης εντολής μπορεί να είναι διαφορετική. Ένα άλλο παράδειγμα αλλαγής διαδικασίας θα ήταν όταν λαμβάνεται μια εντολή διακοπής ή όταν μεταβαίνει σε λειτουργία διακοπής υλικού.

Οι εντολές της CPU είναι το χαμηλότερο επίπεδο ελέγχου του υπολογιστή, επομένως η εκτέλεση κάθε εντολής είναι αναπόφευκτη και άνευ όρων. Δεν πραγματοποιείται έλεγχος για να διασφαλιστεί ότι οι ενέργειες που εκτελούνται είναι αποδεκτές, ιδίως, δεν ελέγχεται η πιθανή απώλεια πολύτιμων δεδομένων. Προκειμένου ο υπολογιστής να εκτελεί μόνο έγκυρες ενέργειες, οι εντολές πρέπει να είναι σωστά οργανωμένες στο απαιτούμενο πρόγραμμα.

Η ταχύτητα μετάβασης από το ένα στάδιο του κύκλου στο άλλο καθορίζεται από τη γεννήτρια ρολογιού. Γεννήτρια παλμών ρολογιού - δημιουργεί μια ακολουθία ηλεκτρικών παλμών, η συχνότητα των οποίων καθορίζει τη συχνότητα ρολογιού του επεξεργαστή, το χρονικό διάστημα μεταξύ γειτονικών παλμών, καθορίζει τον χρόνο ενός κύκλου ρολογιού ή απλώς τον κύκλο ρολογιού του μηχανήματος. Η συχνότητα της γεννήτριας ρολογιού είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά ενός υπολογιστή και καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την ταχύτητα της λειτουργίας του, αφού κάθε λειτουργία εκτελείται σε συγκεκριμένο αριθμό κύκλων ρολογιού.

Συσκευή CPU

Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU, CPU - Αγγλικά céntralprócessing únit, κυριολεκτικά - κεντρική υπολογιστική συσκευή) είναι ο εκτελεστής εντολών μηχανής, μέρος του υλικού υπολογιστή ή προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής, υπεύθυνος για την εκτέλεση αριθμητικών πράξεων που καθορίζονται από τα προγράμματα του λειτουργικού συστήματος και τον συντονισμό της λειτουργίας όλων των υπολογιστικών συσκευών.

Το σχήμα 1 δείχνει τη δομή ενός κανονικού υπολογιστή. Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας είναι ο εγκέφαλος του υπολογιστή. Η δουλειά του είναι να εκτελεί προγράμματα που βρίσκονται στην κύρια μνήμη. Ανακαλεί εντολές από τη μνήμη, καθορίζει τον τύπο τους και στη συνέχεια τις εκτελεί μία προς μία. Τα εξαρτήματα συνδέονται με ένα δίαυλο, το οποίο είναι ένα σύνολο καλωδίων που συνδέονται παράλληλα, μέσω του οποίου μεταδίδονται διευθύνσεις, δεδομένα και σήματα ελέγχου. Τα λεωφορεία μπορεί να είναι εξωτερικά (συνδέοντας τον επεξεργαστή με μνήμη και συσκευές I/O) και εσωτερικά.

Ο επεξεργαστής αποτελείται από πολλά μέρη. Η μονάδα ελέγχου είναι υπεύθυνη για την ανάκληση εντολών από τη μνήμη και τον προσδιορισμό του τύπου τους. Μια αριθμητική λογική μονάδα εκτελεί αριθμητικές πράξεις (όπως πρόσθεση) και λογικές πράξεις (όπως λογική ΚΑΙ).

Μέσα στον κεντρικό επεξεργαστή υπάρχει μνήμη για την αποθήκευση ενδιάμεσων αποτελεσμάτων και κάποιες εντολές ελέγχου. Αυτή η μνήμη αποτελείται από πολλούς καταχωρητές, καθένας από τους οποίους εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία. Συνήθως όλοι οι καταχωρητές έχουν το ίδιο μέγεθος. Κάθε μητρώο περιέχει έναν αριθμό, ο οποίος περιορίζεται από το μέγεθος του μητρώου. Οι καταχωρητές διαβάζονται και γράφονται πολύ γρήγορα επειδή βρίσκονται μέσα στην CPU.

Ο πιο σημαντικός καταχωρητής είναι ο μετρητής προγράμματος, ο οποίος υποδεικνύει ποια εντολή θα εκτελεστεί στη συνέχεια. Το όνομα "μετρητής προγράμματος" είναι παραπλανητικό γιατί δεν μετράει τίποτα, αλλά ο όρος χρησιμοποιείται παντού. Υπάρχει επίσης ένας καταχωρητής εντολών, ο οποίος περιέχει την εντολή που εκτελείται αυτήν τη στιγμή. Οι περισσότεροι υπολογιστές έχουν άλλους καταχωρητές, μερικοί από τους οποίους είναι πολυλειτουργικοί, ενώ άλλοι εκτελούν μόνο συγκεκριμένες λειτουργίες.

Εικ. 1 Διάγραμμα υπολογιστή με έναν κεντρικό επεξεργαστή και δύο συσκευές εισόδου/εξόδου

Δίαυλος συστήματος

Το κύριο σύστημα διεπαφής ενός υπολογιστή, που παρέχει σύζευξη και επικοινωνία όλων των συσκευών μεταξύ τους, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου:

1. Δίαυλος δεδομένων κωδικού (CDB) - περιέχει καλώδια και κυκλώματα διασύνδεσης για παράλληλη μετάδοση όλων των bit του κώδικα μηχανής του τελεστή.

2. Δίαυλος κωδικού διεύθυνσης (ACBA) – περιέχει καλώδια και κυκλώματα διασύνδεσης για παράλληλη μετάδοση όλων των bits του κωδικού διεύθυνσης μιας κύριας κυψέλης μνήμης ή μιας θύρας εισόδου/εξόδου μιας εξωτερικής συσκευής.

3. Κωδικοποιημένος δίαυλος εντολών (IBC) - περιέχει καλώδια και κυκλώματα διασύνδεσης για τη μετάδοση εντολών σε όλα τα μπλοκ του μηχανήματος.

Δίαυλος συστήματος – παρέχει τρεις κατευθύνσεις μεταφοράς πληροφοριών:

1. Μεταξύ του επεξεργαστή και της κύριας μνήμης.

2. Μεταξύ του επεξεργαστή και των θυρών εισόδου/εξόδου εξωτερικών συσκευών σε λειτουργία άμεσης πρόσβασης στη μνήμη.

3. Μεταξύ της κύριας μνήμης και των θυρών εισόδου/εξόδου εξωτερικών συσκευών.

4. CISCΕπεξεργαστές , RISC, MISC

Επεξεργαστές CISC

Complex Instruction Set Computer (CISC) - υπολογισμοί με ένα σύνθετο σύνολο εντολών. Αρχιτεκτονική επεξεργαστή βασισμένη σε ένα σύνθετο σύνολο εντολών. Τυπικοί εκπρόσωποι της CISC είναι η οικογένεια μικροεπεξεργαστών Intel x86 (αν και για πολλά χρόνια αυτοί οι επεξεργαστές ήταν CISC μόνο όσον αφορά το εξωτερικό σύστημα εντολών).

Επεξεργαστές RISC

Υπολογισμός μειωμένου συνόλου εντολών (RISC) - υπολογισμοί με μειωμένο σύνολο εντολών. Μια αρχιτεκτονική επεξεργαστή που βασίζεται σε μειωμένο σύνολο εντολών. Χαρακτηρίζεται από την παρουσία εντολών σταθερού μήκους, μεγάλου αριθμού καταχωρητών, πράξεων μητρώου προς εγγραφή και απουσίας έμμεσης διεύθυνσης. Η ιδέα RISC αναπτύχθηκε από τον John Cock της IBM και το όνομα επινοήθηκε από τον David Patterson.

Ο επεξεργαστής του υπολογιστή είναι το κύριο συστατικό του υπολογιστή, ο «εγκέφαλος» του, ας πούμε έτσι. Εκτελεί όλες τις λογικές και αριθμητικές πράξεις που καθορίζονται από το πρόγραμμα. Επιπλέον, ελέγχει όλες τις συσκευές υπολογιστών.

Τι είναι ένας σύγχρονος επεξεργαστής;

Σήμερα, οι επεξεργαστές κατασκευάζονται ως μικροεπεξεργαστές. Οπτικά, ένας μικροεπεξεργαστής είναι μια λεπτή πλάκα κρυσταλλικού πυριτίου σε σχήμα ορθογωνίου. Η περιοχή της πλάκας είναι αρκετά τετραγωνικά χιλιοστά και περιέχει κυκλώματα που παρέχουν τη λειτουργικότητα του επεξεργαστή υπολογιστή. Κατά κανόνα, ο δίσκος προστατεύεται από μια κεραμική ή πλαστική επίπεδη θήκη, στην οποία συνδέεται μέσω χρυσών συρμάτων με μεταλλικές μύτες. Αυτός ο σχεδιασμός σας επιτρέπει να συνδέσετε τον επεξεργαστή στη μητρική πλακέτα του υπολογιστή.

• διαύλους διεύθυνσης και λεωφορείων δεδομένων·
• αριθμητική-λογική μονάδα;
• Μητρώα?
• cache (γρήγορη μικρή μνήμη 8-512 KB);
• μετρητές προγράμματος?
• μαθηματικός συνεπεξεργαστής.

Τι είναι η αρχιτεκτονική επεξεργαστή;

Η αρχιτεκτονική του επεξεργαστή είναι η ικανότητα ενός επεξεργαστή να εκτελεί ένα σύνολο κωδίκων μηχανής. Αυτό είναι από την άποψη του προγραμματιστή. Αλλά οι προγραμματιστές εξαρτημάτων υπολογιστών ακολουθούν μια διαφορετική ερμηνεία της έννοιας της «αρχιτεκτονικής επεξεργαστή». Κατά τη γνώμη τους, η αρχιτεκτονική του επεξεργαστή είναι μια αντανάκλαση των βασικών αρχών της εσωτερικής οργάνωσης ορισμένων τύπων επεξεργαστών. Ας υποθέσουμε ότι η αρχιτεκτονική Intel Pentium ονομάζεται P5, τα Pentium II και Pentium III είναι P6 και το πρόσφατα δημοφιλές Pentium 4 είναι NetBurst. Όταν η Intel έκλεισε το P5 σε ανταγωνιστικούς κατασκευαστές, η AMD ανέπτυξε την αρχιτεκτονική K7 για τα Athlon και Athlon XP και το K8 για το Athlon 64.

Ακόμη και επεξεργαστές με την ίδια αρχιτεκτονική μπορεί να διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους. Αυτές οι διαφορές οφείλονται στην ποικιλία των πυρήνων επεξεργαστών, οι οποίοι έχουν ένα συγκεκριμένο σύνολο χαρακτηριστικών. Οι πιο συνηθισμένες διαφορές είναι οι διαφορετικές συχνότητες διαύλου συστήματος, καθώς και το μέγεθος της κρυφής μνήμης δεύτερου επιπέδου και τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά με τα οποία κατασκευάζονται οι επεξεργαστές. Πολύ συχνά, η αλλαγή του πυρήνα σε επεξεργαστές της ίδιας οικογένειας απαιτεί επίσης την αντικατάσταση της υποδοχής του επεξεργαστή. Και αυτό συνεπάγεται προβλήματα με τη συμβατότητα της μητρικής πλακέτας. Αλλά οι κατασκευαστές βελτιώνουν συνεχώς τους πυρήνες και κάνουν συνεχείς, αλλά όχι σημαντικές αλλαγές στον πυρήνα. Τέτοιες καινοτομίες ονομάζονται αναθεωρήσεις πυρήνα και, κατά κανόνα, υποδεικνύονται με αλφαριθμητικούς συνδυασμούς.

Ο δίαυλος συστήματος ή ο δίαυλος επεξεργαστή (FSB - Front Side Bus) είναι ένα σύνολο γραμμών σήματος που συνδυάζονται ανά σκοπό (διευθύνσεις, δεδομένα κ.λπ.). Κάθε γραμμή έχει ένα συγκεκριμένο πρωτόκολλο μεταφοράς πληροφοριών και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Δηλαδή, ο δίαυλος συστήματος είναι ο σύνδεσμος σύνδεσης που συνδέει τον ίδιο τον επεξεργαστή και όλες τις άλλες συσκευές υπολογιστή (σκληρό δίσκο, κάρτα βίντεο, μνήμη και πολλά άλλα). Μόνο η CPU είναι συνδεδεμένη στον ίδιο τον δίαυλο συστήματος, όλες οι άλλες συσκευές συνδέονται μέσω ελεγκτών που βρίσκονται στη βόρεια γέφυρα του λογικού σετ συστήματος (τσιπετ) της μητρικής πλακέτας. Παρόλο που σε ορισμένους επεξεργαστές ο ελεγκτής μνήμης συνδέεται απευθείας με τον επεξεργαστή, ο οποίος παρέχει μια πιο αποτελεσματική διασύνδεση μνήμης στην CPU.

Η προσωρινή μνήμη ή η γρήγορη μνήμη είναι υποχρεωτικό στοιχείο όλων των σύγχρονων επεξεργαστών. Η κρυφή μνήμη είναι ένα buffer μεταξύ του επεξεργαστή και του μάλλον αργού ελεγκτή μνήμης συστήματος. Το buffer αποθηκεύει μπλοκ δεδομένων υπό επεξεργασία και ο επεξεργαστής δεν χρειάζεται να έχει συνεχώς πρόσβαση στη αργή μνήμη συστήματος. Φυσικά, αυτό αυξάνει σημαντικά τη συνολική απόδοση του ίδιου του επεξεργαστή.

Στους επεξεργαστές που χρησιμοποιούνται σήμερα, η κρυφή μνήμη χωρίζεται σε πολλά επίπεδα. Το πιο γρήγορο είναι το πρώτο επίπεδο L1, το οποίο λειτουργεί με τον πυρήνα του επεξεργαστή. Συνήθως χωρίζεται σε δύο μέρη - την κρυφή μνήμη δεδομένων και την κρυφή μνήμη εντολών. Το L2, η κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου, αλληλεπιδρά με το L1. Είναι πολύ μεγαλύτερο σε μέγεθος και δεν χωρίζεται σε κρυφή μνήμη εντολών και κρυφή μνήμη δεδομένων. Ορισμένοι επεξεργαστές έχουν L3 - το τρίτο επίπεδο, είναι ακόμη μεγαλύτερο από το δεύτερο επίπεδο, αλλά μια τάξη μεγέθους πιο αργό, καθώς ο δίαυλος μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου επιπέδου είναι στενότερος από ό, τι μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου επιπέδου. Ωστόσο, η ταχύτητα του τρίτου επιπέδου εξακολουθεί να είναι πολύ υψηλότερη από την ταχύτητα της μνήμης του συστήματος.

Υπάρχουν δύο τύποι κρυφής μνήμης: αποκλειστική και μη αποκλειστική.

Ένας αποκλειστικός τύπος κρυφής μνήμης είναι αυτός στον οποίο οι πληροφορίες σε όλα τα επίπεδα διαχωρίζονται αυστηρά από την αρχική.

Μια μη αποκλειστική κρυφή μνήμη είναι μια κρυφή μνήμη στην οποία οι πληροφορίες επαναλαμβάνονται σε όλα τα επίπεδα κρυφής μνήμης. Είναι δύσκολο να πούμε ποιος τύπος κρυφής μνήμης είναι καλύτερος, τόσο το πρώτο όσο και το δεύτερο έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Ένας αποκλειστικός τύπος κρυφής μνήμης χρησιμοποιείται στους επεξεργαστές AMD, αντί για έναν αποκλειστικό τύπο που χρησιμοποιείται από την Intel.

Η υποδοχή του επεξεργαστή μπορεί να είναι με σχισμή ή θηλυκό. Σε κάθε περίπτωση σκοπός του είναι η εγκατάσταση κεντρικού επεξεργαστή. Η χρήση της υποδοχής διευκολύνει την αντικατάσταση του επεξεργαστή κατά τις αναβαθμίσεις και την αφαίρεσή του κατά τις επισκευές υπολογιστή. Οι υποδοχές μπορούν να προορίζονται για την εγκατάσταση μιας κάρτας CPU και του ίδιου του επεξεργαστή. Οι σύνδεσμοι διακρίνονται από τον σκοπό τους για ορισμένους τύπους επεξεργαστών ή καρτών CPU.

Την πρώτη θέση καταλαμβάνει ο επεξεργαστής Intel Core i5. Μια εξαιρετική επιλογή για μια ισχυρή μηχανή παιχνιδιών.

Η δεύτερη θέση κατέχει το Intel Celeron E3200, παρά την αρκετά αξιοπρεπή τιμή του. Η καλύτερη επιλογή για μηχανή γραφείου.

Την τρίτη θέση καταλαμβάνει και πάλι η Intel - αυτή τη φορά ένας 4πύρηνος Core 2 Quad.

Τέταρτη θέση - AMD Athlon II X2 215 2,7 GHz 1Mb Socket-AM3 OEM επεξεργαστής. Μια καλή επιλογή για το σπίτι και το γραφείο, για όσους θέλουν να εξοικονομήσουν χρήματα και δεν χρειάζονται ένα σούπερ ισχυρό μηχάνημα. Επιπλέον, αυτό το μοντέλο επεξεργαστή έχει πολύ χώρο για overclocking.

Πέμπτη θέση - AMD Phenom II X4 945. Καλή τιμή, εξαιρετική απόδοση, μεγάλη κρυφή μνήμη και 4 πυρήνες επί του σκάφους.

Εάν είστε διατεθειμένοι να πληρώσετε περίπου 1000 $ για έναν επεξεργαστή, μπορείτε να αγοράσετε έναν Intel Core 2 Extreme. Αλλά ένας τέτοιος επεξεργαστής είναι απίθανο να είναι κατάλληλος για τις μάζες των καταναλωτών. Επομένως, ας δούμε πιο προσιτές επιλογές.

Αν είστε απλός χρήστης Η/Υ που δουλεύετε με κείμενα, παρακολουθείτε ταινίες, ακούτε μουσική και σερφάρετε στο Διαδίκτυο, είτε το Celeron E1200 είτε το νεότερο Athlon 64 X2 είναι αρκετά κατάλληλο για εσάς. Το τελευταίο έχει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με το πρώτο και θα σας κρατήσει για πολλά χρόνια.

Εάν χρησιμοποιείτε τον υπολογιστή σας για ψυχαγωγία και περιστασιακά παίζετε παιχνίδια, τότε πρέπει να κοιτάξετε τους επεξεργαστές Core 2 Duo. Αυτή είναι η καλύτερη επιλογή επεξεργαστή για τις ανάγκες σας.

Εάν είστε ο τύπος χρήστη που χρησιμοποιεί όλες τις δυνατότητες του υπολογιστή, δουλεύοντας με ήχο, Internet, βίντεο, μεγάλα προγράμματα και βαριά παιχνίδια, ο Core 2 Duo E8200 είναι ο καλύτερος για εσάς. Αυτός ο επεξεργαστής έχει υψηλή απόδοση, χαμηλή απαγωγή θερμότητας, επαρκείς δυνατότητες overclocking και είναι προσιτός.

Και τέλος, είστε σκληροπυρηνικός παίκτης και θέλετε ο υπολογιστής σας να γίνει ισχυρός σταθμός gaming; Χρειάζεστε απλώς έναν επεξεργαστή διπλού ή τετραπύρηνου, όχι λιγότερο.

Ο επεξεργαστής είναι, χωρίς αμφιβολία, το κύριο συστατικό οποιουδήποτε υπολογιστή. Είναι αυτό το μικρό κομμάτι πυριτίου, μεγέθους αρκετών δεκάδων χιλιοστών, που εκτελεί όλες τις πολύπλοκες εργασίες που έχετε ορίσει για τον υπολογιστή σας. Εδώ εκτελείται το λειτουργικό σύστημα, καθώς και όλα τα προγράμματα. Πώς όμως λειτουργούν όλα; Θα προσπαθήσουμε να εξετάσουμε αυτό το ερώτημα στο σημερινό μας άρθρο.

Ο επεξεργαστής διαχειρίζεται τα δεδομένα στον υπολογιστή σας και εκτελεί εκατομμύρια οδηγίες ανά δευτερόλεπτο. Και με τον επεξεργαστή κειμένου, εννοώ ακριβώς αυτό που πραγματικά σημαίνει - ένα μικρό τσιπ από πυρίτιο που εκτελεί πραγματικά όλες τις λειτουργίες στον υπολογιστή. Πριν προχωρήσουμε στο πώς λειτουργεί ένας επεξεργαστής, πρέπει πρώτα να εξετάσουμε λεπτομερώς τι είναι και από τι αποτελείται.

Αρχικά, ας δούμε τι είναι ένας επεξεργαστής. CPU ή κεντρική μονάδα επεξεργασίας (κεντρική μονάδα επεξεργασίας) - η οποία είναι ένα μικροκύκλωμα με τεράστιο αριθμό τρανζίστορ, κατασκευασμένο σε κρύσταλλο πυριτίου. Ο πρώτος επεξεργαστής στον κόσμο αναπτύχθηκε από την Intel το 1971. Όλα ξεκίνησαν με την Intel 4004. Μπορούσε να εκτελεί μόνο υπολογιστικές λειτουργίες και μπορούσε να επεξεργαστεί μόνο 4 byte δεδομένων. Το επόμενο μοντέλο κυκλοφόρησε το 1974 - η Intel 8080 και μπορούσε ήδη να επεξεργαστεί 8 bit πληροφοριών. Στη συνέχεια ήταν 80286, 80386, 80486. Από αυτούς τους επεξεργαστές προήλθε το όνομα της αρχιτεκτονικής.

Η ταχύτητα ρολογιού του επεξεργαστή 8088 ήταν 5 MHz και ο αριθμός των λειτουργιών ανά δευτερόλεπτο ήταν μόνο 330.000, που είναι πολύ μικρότερος από ό,τι στους σύγχρονους επεξεργαστές. Οι σύγχρονες συσκευές έχουν συχνότητες έως 10 GHz και αρκετά εκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο.

Δεν θα εξετάσουμε τα τρανζίστορ, θα προχωρήσουμε σε υψηλότερο επίπεδο. Κάθε επεξεργαστής αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:

• Πυρήνας- όλες οι επεξεργασίες πληροφοριών και οι μαθηματικές λειτουργίες εκτελούνται εδώ, μπορεί να υπάρχουν αρκετοί πυρήνες.
• Αποκωδικοποιητής εντολών- αυτό το στοιχείο ανήκει στον πυρήνα, μετατρέπει εντολές λογισμικού σε ένα σύνολο σημάτων που θα εκτελεστούν από τα τρανζίστορ πυρήνα.
• Κρύπτη- μια περιοχή εξαιρετικά γρήγορης μνήμης, ένας μικρός όγκος, στον οποίο αποθηκεύονται δεδομένα που διαβάζονται από τη μνήμη RAM.
• Μητρώα- πρόκειται για πολύ γρήγορα κελιά μνήμης στα οποία αποθηκεύονται τα δεδομένα που έχουν υποστεί επεξεργασία. Υπάρχουν μόνο λίγα από αυτά και έχουν περιορισμένο μέγεθος - 8, 16 ή 32 bit εξαρτάται από αυτό.
• Συνεπεξεργαστής- έναν ξεχωριστό πυρήνα που είναι βελτιστοποιημένος μόνο για την εκτέλεση ορισμένων λειτουργιών, για παράδειγμα, επεξεργασία βίντεο ή κρυπτογράφηση δεδομένων.
• Διεύθυνση λεωφορείου- για επικοινωνία με όλες τις συσκευές που είναι συνδεδεμένες στη μητρική πλακέτα, μπορεί να έχει πλάτος 8, 16 ή 32 bit.
• Δίαυλος δεδομένων- για επικοινωνία με RAM. Χρησιμοποιώντας το, ο επεξεργαστής μπορεί να γράψει δεδομένα στη μνήμη ή να τα διαβάσει από εκεί. Ο δίαυλος μνήμης μπορεί να είναι 8, 16 ή 32 bit, αυτός είναι ο όγκος των δεδομένων που μπορούν να μεταφερθούν ταυτόχρονα.
• Δίαυλος συγχρονισμού- σας επιτρέπει να ελέγχετε τη συχνότητα του επεξεργαστή και τους κύκλους λειτουργίας.
• Επανεκκινήστε το λεωφορείο- για επαναφορά της κατάστασης του επεξεργαστή.

Το κύριο συστατικό μπορεί να θεωρηθεί ο πυρήνας ή η αριθμητική υπολογιστική συσκευή, καθώς και οι καταχωρητές επεξεργαστή. Όλα τα άλλα βοηθούν αυτά τα δύο εξαρτήματα να λειτουργήσουν. Ας δούμε τι είναι τα μητρώα και ποιος είναι ο σκοπός τους.

• Μητρώα Α, Β, Γ- σχεδιασμένο για αποθήκευση δεδομένων κατά την επεξεργασία, ναι, υπάρχουν μόνο τρία από αυτά, αλλά αυτό είναι αρκετά.
• EIP- περιέχει τη διεύθυνση της επόμενης εντολής προγράμματος στη μνήμη RAM.
• ESP- διεύθυνση δεδομένων στη μνήμη RAM.
• Ζ- περιέχει το αποτέλεσμα της τελευταίας λειτουργίας σύγκρισης.

Φυσικά, αυτοί δεν είναι όλοι καταχωρητές μνήμης, αλλά αυτοί είναι οι πιο σημαντικοί και χρησιμοποιούνται περισσότερο από τον επεξεργαστή κατά την εκτέλεση του προγράμματος. Λοιπόν, τώρα που ξέρετε από τι αποτελείται ο επεξεργαστής, μπορείτε να δείτε πώς λειτουργεί.

Πώς λειτουργεί ένας επεξεργαστής υπολογιστή;

Ο υπολογιστικός πυρήνας της CPU μπορεί να εκτελέσει μόνο μαθηματικά, συγκρίσεις και μετακίνηση δεδομένων μεταξύ κελιών και μνήμης RAM, αλλά αρκεί για να σας επιτρέψει να παίξετε παιχνίδια, να παρακολουθήσετε ταινίες, να περιηγηθείτε στον Ιστό και πολλά άλλα.

Στην πραγματικότητα, οποιοδήποτε πρόγραμμα αποτελείται από τις ακόλουθες οδηγίες: μετακίνηση, προσθήκη, πολλαπλασιασμός, διαίρεση, διαφορά και μετάβαση στην εντολή εάν πληρούται η συνθήκη σύγκρισης. Φυσικά, αυτές δεν είναι όλες εντολές, υπάρχουν άλλες που συνδυάζουν αυτές που αναφέρονται ήδη ή απλοποιούν τη χρήση τους.

Όλες οι μετακινήσεις δεδομένων εκτελούνται χρησιμοποιώντας την εντολή μετακίνησης (mov), αυτή η εντολή μετακινεί δεδομένα μεταξύ κελιών καταχωρητή, μεταξύ καταχωρητών και μνήμης RAM, μεταξύ της μνήμης και του σκληρού δίσκου. Υπάρχουν ειδικές οδηγίες για αριθμητικές πράξεις. Και απαιτούνται οδηγίες μετάβασης για την εκπλήρωση των συνθηκών, για παράδειγμα, ελέγξτε την τιμή του καταχωρητή Α και εάν δεν είναι μηδέν, τότε μεταβείτε στην εντολή στην επιθυμητή διεύθυνση. Μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε βρόχους χρησιμοποιώντας οδηγίες μετάβασης.

Όλα αυτά είναι πολύ καλά, αλλά πώς αλληλεπιδρούν όλα αυτά τα στοιχεία μεταξύ τους; Και πώς καταλαβαίνουν τα τρανζίστορ τις οδηγίες; Η λειτουργία ολόκληρου του επεξεργαστή ελέγχεται από έναν αποκωδικοποιητή εντολών. Κάνει κάθε στοιχείο να κάνει αυτό που υποτίθεται ότι πρέπει να κάνει. Ας δούμε τι συμβαίνει όταν πρέπει να εκτελέσουμε ένα πρόγραμμα.

Στο πρώτο στάδιο, ο αποκωδικοποιητής φορτώνει τη διεύθυνση της πρώτης εντολής του προγράμματος στη μνήμη στον καταχωρητή της επόμενης εντολής EIP, για αυτό ενεργοποιεί το κανάλι ανάγνωσης και ανοίγει το τρανζίστορ μανδάλωσης για να τοποθετήσει δεδομένα στον καταχωρητή EIP.

Στον δεύτερο κύκλο ρολογιού, ο αποκωδικοποιητής εντολών μετατρέπει την εντολή σε ένα σύνολο σημάτων για τα τρανζίστορ του υπολογιστικού πυρήνα, τα οποία την εκτελούν και γράφουν το αποτέλεσμα σε έναν από τους καταχωρητές, για παράδειγμα, C.

Στον τρίτο κύκλο, ο αποκωδικοποιητής αυξάνει τη διεύθυνση της επόμενης εντολής κατά ένα, έτσι ώστε να δείχνει την επόμενη εντολή στη μνήμη. Στη συνέχεια, ο αποκωδικοποιητής προχωρά στη φόρτωση της επόμενης εντολής και ούτω καθεξής μέχρι το τέλος του προγράμματος.

Κάθε εντολή είναι ήδη κωδικοποιημένη από μια ακολουθία τρανζίστορ και μετατρέπεται σε σήματα, προκαλεί φυσικές αλλαγές στον επεξεργαστή, για παράδειγμα, αλλαγή της θέσης ενός μάνδαλου που επιτρέπει την εγγραφή δεδομένων σε ένα κελί μνήμης κ.λπ. Διαφορετικές εντολές απαιτούν διαφορετικούς αριθμούς κύκλων ρολογιού για να εκτελεστούν, για παράδειγμα, μια εντολή μπορεί να απαιτεί 5 κύκλους ρολογιού, ενώ μια άλλη, πιο περίπλοκη μπορεί να απαιτεί έως και 20. Αλλά όλα αυτά εξακολουθούν να εξαρτώνται από τον αριθμό των τρανζίστορ στον ίδιο τον επεξεργαστή.

Λοιπόν, όλα αυτά είναι ξεκάθαρα, αλλά όλα αυτά θα λειτουργήσουν μόνο εάν εκτελείται ένα πρόγραμμα και εάν υπάρχουν πολλά από αυτά και όλα ταυτόχρονα. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο επεξεργαστής έχει πολλούς πυρήνες και στη συνέχεια κάθε πυρήνας εκτελεί ένα ξεχωριστό πρόγραμμα. Αλλά όχι, στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν τέτοιοι περιορισμοί.

Μόνο ένα πρόγραμμα μπορεί να εκτελεστεί ταυτόχρονα. Όλος ο χρόνος του επεξεργαστή διαιρείται σε όλα τα προγράμματα που εκτελούνται, κάθε πρόγραμμα εκτελείται για μερικούς κύκλους ρολογιού, μετά ο επεξεργαστής μεταφέρεται σε άλλο πρόγραμμα και όλα τα περιεχόμενα των καταχωρητών αποθηκεύονται στη μνήμη RAM. Όταν ο έλεγχος επιστρέφει σε αυτό το πρόγραμμα, οι προηγουμένως αποθηκευμένες τιμές φορτώνονται στους καταχωρητές.

συμπεράσματα

Αυτό είναι όλο, σε αυτό το άρθρο εξετάσαμε πώς λειτουργεί ένας επεξεργαστής υπολογιστή, τι είναι ο επεξεργαστής και από τι αποτελείται. Μπορεί να είναι λίγο περίπλοκο, αλλά το έχουμε απλοποιήσει. Ελπίζω να έχετε τώρα καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας αυτής της πολύ περίπλοκης συσκευής.

Για να ολοκληρώσετε το βίντεο σχετικά με την ιστορία των επεξεργαστών: