▷ Bahagian-bahagian pemproses di luar dan di dalam: konsep asas?

Sesungguhnya kita semua tahu kira-kira apa CPU, tetapi adakah kita benar-benar tahu apa bahagian pemproses ? Setiap satu daripada yang utama, yang diperlukan untuk silikon persegi kecil ini dapat memproses sejumlah besar maklumat, dapat memindahkan kemanusiaan ke suatu era di mana, tanpa sistem elektronik, akan menjadi kebingungan yang lengkap.

Pemproses sudah menjadi sebahagian daripada kehidupan seharian kita, terutamanya orang yang dilahirkan dalam 20 tahun yang lalu. Ramai yang telah berkembang sepenuhnya bercampur dengan teknologi, apatah lagi anak-anak kecil yang membawa Smartphone di bawah tangan mereka bukannya roti… Di dalam semua peranti ini, terdapat elemen biasa yang dipanggil pemproses, yang bertanggungjawab untuk memberikan "kecerdasan" kepada mesin di sekeliling kita. Sekiranya elemen ini tidak wujud, tidak juga komputer, telefon bimbit, robot dan talian pemasangan, pendeknya, semua orang akan bekerja… tetapi tidak mustahil untuk sampai ke tempat kami membuatnya, masih tidak ada dunia seperti "Matrix" tetapi semuanya akan pergi.

Indeks kandungan

Apakah pemproses dan mengapa ia begitu penting?

Pertama sekali, kita harus sedar bahawa bukan sahaja komputer mempunyai pemproses di dalamnya. Semua peranti elektronik, semuanya, mempunyai elemen yang berfungsi sebagai pemproses, sama ada jam digital, automaton boleh diprogramkan atau Smartphone.

Tetapi sudah tentu, kita juga harus sedar bahawa, bergantung kepada keupayaan mereka dan untuk apa yang mereka hasilkan, pemproses boleh lebih atau kurang rumit, dari hanya melaksanakan penggantian kod binari untuk menyalakan panel LED, untuk mengendalikan sejumlah besar maklumat, termasuk pembelajaran dari mereka (Pembelajaran Mesin dan Kecerdasan Buatan).

Unit CPU atau Pusat Pemprosesan dalam Bahasa Sepanyol adalah litar elektronik yang mampu melaksanakan tugas dan arahan yang terkandung dalam program. Arahan ini sangat dipermudahkan, dan merosakkan pengiraan aritmetik asas (penambahan, penolakan, pendaraban, dan pembahagian), operasi logik (DAN, ATAU, TIDAK, NOR, NAND), dan kawalan input / output (I / O). daripada peranti.

Kemudian pemproses adalah elemen yang bertanggungjawab menjalankan semua operasi yang membentuk arahan program. Sekiranya kita meletakkan diri kita dalam sudut pandangan mesin, operasi ini dikurangkan kepada rantaian sederhana iaitu nol dan yang dipanggil bit, dan mewakili keadaan semasa / bukan semasa, dengan itu membentuk struktur logik binari yang walaupun manusia mampu. untuk memahami dan program dalam kod mesin, pemasangan atau melalui bahasa pengaturcaraan peringkat yang lebih tinggi.

Transistor, penyebab segala-galanya

Pemproses tidak akan wujud, sekurang-kurangnya sekecil, jika bukan untuk transistor. Mereka adalah unit asas yang boleh dikatakan, dari mana-mana pemproses dan litar bersepadu. Ia adalah peranti semikonduktor yang menutup atau membuka litar elektrik atau menguatkan isyarat. Dengan cara ini, ini adalah bagaimana kita boleh membuat satu dan nol, bahasa binari yang difahami oleh CPU.

Transistor ini bermula sebagai injap vakum, alat-alat seperti bola lampu besar yang mampu melaksanakan komuter transistor sendiri, tetapi dengan unsur-unsur mekanikal dalam vakum. Komputer seperti ENIAC atau EDVAC mempunyai injap vakum di dalamnya dan bukan transistor dan mereka sangat besar dan praktikal menggunakan tenaga sebuah bandar kecil. Mesin-mesin ini adalah yang pertama dengan seni bina Von Neumann.

Tetapi pada tahun 1950-an hingga 1960-an, CPU transistor pertama mula diwujudkan - pada hakikatnya, ia adalah IBM pada tahun 1958 apabila ia menghasilkan mesin berasaskan transistor semikonduktor pertama dengan IBM 7090. Sejak itu evolusi itu hebat, pengeluar seperti Intel dan kemudiannya AMD mula mencipta pemproses pertama untuk komputer desktop, melaksanakan seni bina x86 revolusioner, berkat CPU Intel 8086. Malah, walaupun pada hari ini, pemproses desktop kami berdasarkan seni bina ini, kemudian kita akan melihat bahagian pemproses x86.

Selepas ini, seni bina mula menjadi semakin rumit, dengan cip yang lebih kecil dan juga dengan pengenalan pertama lebih banyak teras di dalam, dan kemudian dengan teras yang khusus didedikasikan untuk pemprosesan grafik. Malah bank memori ultra cepat memanggil memori cache dan bas sambungan dengan memori utama, RAM, diperkenalkan di dalam cip kecil ini.

Bahagian luar pemproses

Selepas kajian ringkas mengenai sejarah pemproses sehingga kita berada di zaman kita, kita akan melihat unsur-unsur luar yang ada pemproses semasa. Kita bercakap tentang unsur fizikal yang boleh disentuh dan yang dilihat oleh pengguna. Ini akan membantu kita memahami fizikal dan kesambungan keperluan pemproses.

Soket

Soket atau soket CPU ialah sistem elektromekanik yang dipasang pada papan induk yang bertanggungjawab untuk menyambungkan pemproses dengan unsur-unsur lain di papan dan komputer. Terdapat beberapa jenis asas soket di pasaran dan juga dengan pelbagai konfigurasi yang berlainan. Terdapat tiga elemen dalam nama atau denominasi anda yang akan membuat kita memahami mana yang kita sedang bercakap mengenai:

Pengilang boleh menjadi Intel atau AMD dalam kes komputer peribadi, ini adalah sesuatu yang mudah difahami. Bagi jenis sambungan kita mempunyai tiga jenis:

• LGA: (grid contact array), bermakna pin kenalan dipasang di soket itu sendiri, sedangkan CPU hanya mempunyai array kontak rata. PGA: (pelbagai grid pin), ia hanya bertentangan dengan yang sebelumnya, ia adalah pemproses yang mempunyai pin, dan soket lubang untuk memasukkannya. BGA: (array grid bola), dalam hal ini pemproses langsung disalurkan ke motherboard.

Bagi nombor yang terakhir, ia mengenal pasti jenis pengedaran atau bilangan sambungan pin yang mempunyai CPU dengan soket. Terdapat sejumlah besar mereka dalam Intel dan AMD.

Substrat

Substrat pada dasarnya adalah PCB di mana cip silikon yang mengandungi litar elektronik teras, dipanggil DIE, dipasang. Pemproses hari ini mungkin mempunyai lebih daripada satu elemen ini dipasang secara berasingan.

Tetapi juga PCB kecil ini mengandungi seluruh matriks sambungan sambungan dengan soket motherboard, hampir selalu bersalut emas untuk meningkatkan pemindahan elektrik, dan dengan perlindungan terhadap beban dan lonjakan semasa dalam bentuk kapasitor.

DIE

DIE tepatnya persegi atau cip yang mengandungi semua litar bersepadu dan komponen dalaman pemproses. Secara visual, ia dilihat sebagai elemen hitam kecil yang menonjol dari substrat dan membuat hubungan dengan unsur pelesapan haba.

Kerana sistem pemprosesan keseluruhan di dalamnya, DIE mencapai suhu yang sangat tinggi, jadi ia harus dilindungi oleh unsur-unsur lain.

IHS

Juga dipanggil DTS atau Diffuser Thermal Integrated, dan fungsinya adalah untuk menangkap semua suhu teras prosesor dan mentransfernya ke heatsink yang elemen ini telah dipasang. Ia diperbuat daripada tembaga atau aluminium.

Elemen ini adalah helaian atau enkapsulasi yang melindungi DIE dari luar, dan boleh bersentuhan dengannya melalui tampalan haba atau dikimpal secara langsung. Dalam peralatan permainan adat, pengguna mengalih keluar IHS ini untuk meletakkan heatsinks langsung bersentuhan dengan DIE menggunakan pes termal dalam sebatian logam cair. Proses ini dipanggil Delidding dan tujuannya adalah untuk meningkatkan suhu prosesor dengan ketara.

Heatsink

Elemen terakhir yang bertanggungjawab untuk menangkap sebanyak mungkin haba dan memindahkannya ke atmosfera. Mereka adalah blok kecil atau besar yang diperbuat daripada aluminium dan asas tembaga, dilengkapi dengan peminat yang membantu menyejukkan seluruh permukaan melalui aliran udara terpaksa melalui sirip.

Setiap pemproses PC memerlukan heatsink berfungsi dan mengekalkan suhunya di bawah kawalan.

Nah ini adalah bahagian-bahagian pemproses luaran, kini kita akan melihat bahagian yang paling teknikal, komponen dalamannya.

Seni bina Von Neumann

Komputer hari ini didasarkan pada seni bina Von Neumann, yang merupakan ahli matematik yang bertanggungjawab memberi kehidupan kepada komputer pertama dalam sejarah pada tahun 1945, anda tahu, ENIAC dan rakan-rakan besarnya yang lain. Senibina ini pada dasarnya adalah cara di mana unsur-unsur atau komponen komputer diedarkan supaya operasinya mungkin. Ia terdiri daripada empat bahagian asas:

• Program dan memori data: ia adalah elemen di mana arahan yang akan dilaksanakan dalam pemproses disimpan. Ia terdiri daripada pemacu storan atau cakera keras, RAM akses rawak, dan program yang mengandungi arahan itu sendiri. Unit Pemproses Tengah atau CPU: ini adalah pemproses, unit yang mengawal dan memproses semua maklumat yang datang dari memori utama dan peranti input. Unit input dan output: membolehkan komunikasi dengan peranti dan komponen yang disambungkan ke unit pusat. Secara fizikal kita dapat mengenal pasti mereka sebagai slot dan pelabuhan motherboard kita. Bas data: ialah trek, jejak atau kabel yang menyambungkan unsur-unsur fizikal. Dalam CPU, mereka dibahagikan kepada bas kawalan, bas data dan bas alamat.

Pemproses pelbagai-teras

Sebelum kita mula menyenaraikan komponen dalaman pemproses, sangat penting untuk mengetahui apa teras pemproses dan fungsi mereka di dalamnya.

Inti pemproses adalah litar bersepadu yang bertanggungjawab untuk melakukan pengiraan yang diperlukan dengan maklumat yang melaluinya. Setiap pemproses beroperasi pada frekuensi tertentu, yang diukur dalam MHz, yang menunjukkan bilangan operasi yang dapat dilaksanakan. Nah, pemproses semasa tidak hanya mempunyai teras, tetapi beberapa daripada mereka, semuanya dengan komponen dalaman yang sama dan mampu melaksanakan dan menyelesaikan arahan secara serentak dalam setiap kitaran jam.

Jadi jika pemproses teras boleh melaksanakan satu arahan dalam setiap kitaran, jika ia mempunyai 6, ia boleh melaksanakan 6 arahan ini dalam kitaran yang sama. Ini adalah peningkatan prestasi yang dramatik, dan tepat apa yang pemproses hari ini lakukan. Tetapi kita bukan sahaja mempunyai teras, tetapi juga benang pemprosesan, yang seperti semacam inti logik di mana benang program mengedarkan.

Lawati artikel kami tentang: apakah benang pemproses? Perbezaan dengan nukleus untuk mengetahui lebih lanjut mengenai subjek ini.

Bahagian dalaman pemproses (x86)

Terdapat banyak arsitektur dan konfigurasi mikropemproses yang berbeza, tetapi yang menarik minat kami ialah komputer yang berada di dalam komputer kami, dan ini tidak diragukan lagi yang menerima nama x86. Kami dapat melihat secara langsung secara fizikal atau skematik untuk menjadikannya lebih jelas, tahu bahawa semua ini berada di dalam DIE.

Kita harus ingat bahawa Unit Kawalan, Unit Logik Aritmetik, Pendaftaran dan FPU akan hadir di setiap teras pemproses.

Mari kita lihat komponen utama utama:

Unit kawalan

Dalam bahasa Inggeris dipanggil Unit Conrol atau CU, ia bertanggungjawab mengarahkan operasi pemproses. Ia melakukan ini dengan mengeluarkan arahan dalam bentuk isyarat kawalan kepada RAM, unit logik aritmetik, dan peranti input dan output supaya mereka tahu bagaimana untuk menguruskan maklumat dan arahan yang dihantar ke pemproses. Sebagai contoh, mereka mengumpul data, melakukan pengiraan, dan menyimpan hasil.

Unit ini memastikan bahawa komponen lain bekerja dalam penyegerakan menggunakan isyarat jam dan masa. Hampir semua pemproses mempunyai unit ini di dalam, tetapi katakan ia berada di luar apa yang teras pemprosesan itu sendiri. Sebaliknya, kita boleh membezakan di dalamnya bahagian-bahagian berikut:

• Jam (CLK): ia bertanggungjawab untuk menghasilkan isyarat persegi yang menyegerakkan komponen dalaman. Terdapat jam lain yang bertanggungjawab untuk menyegerakkan antara unsur-unsur ini, sebagai contoh, pengganda, yang akan kita lihat kemudian. Kaunter program (CP): mengandungi alamat memori arahan seterusnya yang akan dilaksanakan. Arahan Daftar (RI): menjimatkan arahan yang sedang dilaksanakan Sequencer dan Decoder: menafsirkan dan melaksanakan arahan melalui arahan

Unit Logik Aritmetik

Anda pasti akan tahu ini dengan akronim "ALU". ALU bertanggungjawab menjalankan semua pengiraan aritmetik dan logik dengan bilangan bulat pada peringkat bit, unit ini berfungsi secara langsung dengan arahan (operands) dan dengan operasi yang diarahkan oleh unit kawalan (operator).

Para pengendali boleh datang sama ada dari daftar dalaman pemproses, atau langsung dari memori RAM, mereka bahkan boleh dijana dalam ALU itu sendiri sebagai hasil daripada operasi lain. Output ini akan menjadi hasil operasi, menjadi kata lain yang akan disimpan dalam daftar. Ini adalah bahagian asasnya:

• Pendaftaran pintu masuk (REN): mereka menyimpan di dalamnya pengendali untuk dinilai. Kod operasi: CU menghantar pengendali supaya operasi akan dijalankan Penguatkuasaan atau Keputusan: keputusan operasi keluar dari ALU sebagai perkataan binari Status mendaftar (Bendera): ia menyimpan syarat yang berbeza untuk mengambil kira semasa operasi.

Unit titik terapung

Anda akan tahu ia sebagai FPU atau Unit Terapung. Pada dasarnya ia adalah kemas kini yang dijalankan oleh pemproses generasi baru yang mengkhusus dalam pengiraan operasi terapung menggunakan coprocessor matematik. Ada unit yang boleh melakukan pengiraan trigonometri atau eksponen.

Pada asasnya ia adalah penyesuaian untuk meningkatkan prestasi pemproses dalam pemprosesan grafik di mana pengiraan yang dilakukan adalah lebih berat dan lebih kompleks daripada dalam program biasa. Dalam beberapa kes, fungsi FPU dilakukan oleh ALU sendiri menggunakan microcode arahan.

Rekod

Pemproses hari ini mempunyai sistem storan sendiri, jadi untuk bercakap, dan unit terkecil dan terpantas adalah daftar. Pada dasarnya ia adalah sebuah gudang kecil di mana arahan yang sedang diproses dan keputusan yang diperoleh dari mereka disimpan.

Memori cache

Tahap penyimpanan berikutnya adalah memori cache, yang juga memori yang sangat cepat, lebih daripada memori RAM yang bertanggungjawab untuk menyimpan arahan yang akan digunakan oleh pemproses segera. Atau sekurang-kurangnya anda akan cuba menyimpan arahan yang anda fikir akan digunakan, seperti yang kadang-kadang tidak ada pilihan tetapi untuk meminta mereka terus dari RAM.

Cakera pemproses semasa disatukan ke dalam DIE pemproses yang sama, dan dibahagikan kepada tiga tahap, L1, L2 dan L3:

• Tahap 1 Cache (L1): Ia adalah yang terkecil selepas log, dan yang terpantas dari ketiga-tiga. Setiap teras pemproses mempunyai cache L1 sendiri, yang seterusnya dibahagikan kepada dua, Data L1 yang bertanggungjawab untuk menyimpan data, dan Arahan L1, yang menyimpan arahan untuk dilaksanakan. Ia biasanya 32KB setiap satu. Tahap 2 Cache (L2) - Ingatan ini lebih perlahan daripada L2, tetapi juga lebih besar. Biasanya, setiap teras mempunyai L2 sendiri, yang mungkin kira-kira 256 KB, tetapi dalam kes ini ia tidak diintegrasikan terus ke dalam litar teras. Tahap 3 Cache (L3): Ia adalah yang paling perlahan daripada tiga, walaupun jauh lebih cepat daripada RAM. Ia juga terletak di luar nukleus dan diedarkan di antara beberapa nukleus. Ia berkisar antara 8 MB dan 16 MB, walaupun dalam CPU yang sangat kuat ia mencapai sehingga 30 MB.

Bas masuk dan keluar

Bas adalah saluran komunikasi antara elemen yang berbeza yang membentuk komputer. Mereka adalah garis fizikal di mana data beredar dalam bentuk elektrik, arahan dan semua elemen yang perlu diproses. Bas-bas ini boleh diletakkan terus di dalam pemproses atau di luarnya, di papan induk. Terdapat tiga jenis bas pada komputer:

• Bas data: semestinya yang paling mudah difahami, kerana ia adalah bas di mana data yang dihantar dan diterima oleh komponen yang berbeza beredar, ke atau dari pemproses. Ini bermakna bahawa ia adalah bas dua hala dan melalui itu akan mengedarkan perkataan dengan panjang 64 bit, panjang yang boleh diproses oleh pemproses. Satu contoh bas data adalah LANES atau PCI Express Lines, yang menyampaikan CPU dengan slot PCI, contohnya, untuk kad grafik. Alamat bas: bas alamat tidak mengedarkan data, tetapi alamat memori untuk mencari data di mana memori disimpan. RAM seperti kedai data yang besar dibahagikan kepada sel, dan setiap sel ini mempunyai alamatnya sendiri. Ia akan menjadi pemproses yang meminta memori untuk data dengan menghantar alamat memori, alamat ini mestilah setakat sel mempunyai memori RAM. Pada masa ini, pemproses boleh alamat alamat memori sehingga 64 bit, iaitu, kita boleh mengendalikan kenangan sehingga 2 ⁶⁴ sel. Bas pengawasan: bas kawalan bertanggungjawab untuk menguruskan kedua-dua bas terdahulu, menggunakan isyarat kawalan dan masa untuk membuat penyegerakan dan penggunaan cekap semua maklumat yang beredar ke atau dari pemproses. Ia akan menjadi seperti menara kawalan trafik udara di lapangan terbang.

BSB, unit input / output dan pengganda

Adalah penting untuk mengetahui bahawa pemproses semasa tidak mempunyai FSB tradisional atau Front Bus, yang berfungsi untuk menyampaikan CPU dengan seluruh elemen motherboard, contohnya, chipset dan periferal melalui jambatan utara dan jambatan selatan. Ini kerana bas itu sendiri telah dimasukkan ke CPU sebagai input dan output (I / O) unit pengurusan data yang secara langsung menyampaikan RAM dengan pemproses seolah-olah ia adalah jambatan utara lama. Teknologi seperti HyperTransport AMD atau Intel HyperThreading bertanggungjawab untuk mengurus pertukaran maklumat mengenai pemproses berprestasi tinggi.

BSB atau Back Side Bus adalah bas yang bertanggungjawab menyambungkan mikropemproses dengan memori cachenya sendiri, biasanya dari L2. Dengan cara ini Bus Front boleh dibebaskan dari beban yang cukup, dan dengan itu membawa kelajuan cache lebih dekat dengan kecepatan inti.

Dan akhirnya kita mempunyai pengganda, yang merupakan satu siri elemen yang terletak di dalam atau di luar pemproses yang bertanggungjawab untuk mengukur hubungan antara jam CPU dan jam bas luaran. Pada ketika ini kita tahu bahawa CPU disambungkan kepada unsur-unsur seperti RAM, chipset dan periferal lain melalui bas. Terima kasih kepada pengganda ini, mungkin kekerapan CPU lebih cepat daripada bas luaran, untuk dapat memproses lebih banyak data.

Penggandaan x10 misalnya, akan membolehkan sistem yang berfungsi pada 200 MHz, untuk berfungsi pada CPU pada 2000 MHz. Dalam pemproses semasa, kita boleh mencari unit dengan multiplier yang dibuka kunci, ini bermakna kita boleh meningkatkan kekerapannya dan dengan itu kelajuan pemprosesannya. Kami memanggil overclocking ini.

IGP atau kad grafik dalaman

Untuk menyelesaikan dengan bahagian-bahagian pemproses kita tidak boleh melupakan unit grafik bersepadu yang sebahagiannya membawa. Sebelum kita melihat apa yang FPU ada, dan dalam hal ini kita menghadapi sesuatu yang serupa, tetapi dengan kuasa yang lebih banyak, kerana pada dasarnya mereka adalah satu siri teras yang mampu memproses secara bebas grafik pasukan kami, yang untuk tujuan matematik, adalah jumlah pengiraan titik terapung dan penyajian grafik yang sangat padat prosesor.

IGP melakukan fungsi yang sama seperti kad grafik luar, yang kita pasang di atas slot PCI-Express, hanya pada skala yang kecil atau kuasa. Ia dipanggil Pemproses Grafik Bersepadu kerana ia merupakan litar bersepadu yang dipasang dalam pemproses yang sama yang melegakan unit pusat siri proses rumit ini. Ia berguna apabila kita tidak mempunyai kad grafik, tetapi buat masa ini, ia tidak mempunyai prestasi yang setanding dengannya.

Kedua-dua AMD dan Intel mempunyai unit yang mengintegrasikan IGP dalam CPU, oleh itu dipanggil APU (Unit Pemprosesan Dipercepat). Contohnya adalah hampir semua Intel Core i keluarga, bersama dengan AMD Athlon dan beberapa Ryzen.

Kesimpulan pada bahagian-bahagian pemproses

Nah, kita sampai pada akhir artikel panjang ini di mana kita lihat dengan cara yang lebih atau kurang apa bahagian-bahagian pemproses, baik dari pandangan luaran dan dalaman. Kebenarannya adalah bahawa ia adalah topik yang sangat menarik tetapi sial kompleks dan panjang untuk menerangkan, butiran yang di luar pemahaman hampir semua kita yang tidak direndam di garisan pemasangan dan pengeluar jenis peranti ini.

Kini kami meninggalkan anda dengan beberapa tutorial yang mungkin menarik kepada anda.

Sekiranya anda mempunyai sebarang soalan atau ingin menjelaskan apa-apa isu dalam artikel, kami menjemput anda untuk menulis di dalam kotak komen. Ia sentiasa baik untuk mempunyai pendapat dan kebijaksanaan orang lain.