▷ Apakah pemproses dan bagaimana ia berfungsi?

Hari ini kita akan melihat beberapa perkakasan. Pasukan kami terdiri daripada sebilangan besar komponen elektronik yang bersama-sama mampu menyimpan dan memproses data. Pemproses, CPU atau unit pemprosesan pusat adalah komponen utamanya. Kami akan membincangkan tentang apa yang pemproses, komponennya dan bagaimana ia berfungsi secara terperinci.

Sedia? Mari bermula!

Indeks kandungan

Apakah pemproses?

Perkara pertama yang perlu kita tentukan ialah apa yang mikropemproses adalah untuk mengetahui segala-galanya. Mikropemproses adalah otak komputer atau komputer, ia terdiri daripada litar bersepadu yang terkandung dalam cip silikon yang terdiri daripada berjuta-juta transistor. Fungsinya adalah untuk memproses data, mengawal operasi semua peranti komputer, sekurang-kurangnya sebahagian besar dari mereka dan yang paling penting: ia bertanggungjawab untuk melaksanakan operasi logik dan matematik.

Sekiranya kita menyedari, semua data yang beredar melalui mesin kami adalah impuls elektrik, terdiri daripada isyarat dari orang-orang dan nol disebut bit. Setiap isyarat ini dikumpulkan ke dalam satu set bit yang membentuk arahan dan program. Mikropemproses ini bertanggungjawab untuk mengesan semua ini dengan melaksanakan operasi asas: SUM, SUBTRACT, DAN, ATAU, MUL, DIV, OPPOSITE DAN MELAWAN. Kemudian kita perlu mikropemproses:

• Ia menguraikan dan melaksanakan arahan-arahan program yang dimuatkan dalam memori utama komputer. Menyelaras dan mengawal semua komponen yang membentuk komputer dan peripheral yang disambungkan kepadanya, tetikus, papan kekunci, pencetak, skrin, dll.

Pemproses pada masa ini biasanya bersaiz segi empat atau segi empat tepat dan terletak pada elemen yang dipanggil soket yang dipasang pada motherboard. Ini akan bertanggungjawab untuk mengagihkan data antara pemproses dan seluruh elemen yang disambungkan kepadanya.

Senibina komputer

Dalam bahagian berikut, kita akan melihat keseluruhan seni bina pemproses.

Seni bina Von Neumann

Sejak penciptaan mikropemproses sehingga hari ini, mereka didasarkan pada seni bina yang membahagi pemproses menjadi beberapa unsur yang akan kita lihat kemudian. Ini dipanggil seni bina Von Neumann. Ia adalah sebuah seni bina yang dicipta pada tahun 1945 oleh ahli matematik Von Neumann yang menggambarkan reka bentuk komputer digital yang dibahagikan kepada beberapa bahagian atau elemen.

Pemproses semasa masih sebahagian besarnya berdasarkan seni bina asas ini, walaupun secara logik sejumlah besar elemen baru telah diperkenalkan sehingga kita mempunyai unsur-unsur yang sangat lengkap yang kita ada sekarang. Kemungkinan angka berganda pada cip yang sama, elemen ingatan di pelbagai peringkat, pemproses grafik terbina dalam, dll.

Bahagian dalaman komputer

Bahagian asas komputer menurut arsitektur ini adalah seperti berikut:

• Memori: ialah elemen di mana arahan yang dijalankan oleh komputer dan data yang digunakan oleh arahan disimpan. Arahan ini dipanggil program. Unit Pemprosesan Pusat atau CPU: ia adalah unsur yang telah kami didefinisikan sebelum ini. Ia bertanggungjawab memproses arahan yang datang dari memori. Unit input dan output: ia membolehkan komunikasi dengan unsur-unsur luaran. Bas data: ialah trek, jejak atau kabel yang menghubungkan unsur-unsur sebelumnya secara fizikal.

Unsur-unsur mikropemproses

Setelah menentukan bahagian-bahagian utama komputer dan memahami bagaimana maklumat beredar melaluinya.

• Unit Kawalan (UC): ia adalah elemen yang bertanggungjawab memberi pesanan melalui isyarat kawalan, sebagai contoh, jam. Ia mencari arahan dalam memori utama dan melepasi mereka ke dekoder arahan untuk dilaksanakan. Bahagian dalaman:
  1. Jam: Menjana gelombang persegi untuk menyegerakkan operasi prosesor Kaunter Program: Mengandungi alamat memori arahan seterusnya yang akan dilaksanakan Rekod Arahan: Mengandungi arahan yang sedang melaksanakan Pelokasi: Menjana perintah asas untuk pemprosesan arahan. Decoder arahan (DI): ia bertanggungjawab untuk menafsirkan dan melaksanakan arahan yang tiba, mengeluarkan kod operasi arahan.

• Unit aritmetik logik (ALU): ia bertanggungjawab membuat pengiraan aritmetik (SUM, SUBTRACTION, MULTIPLICATION, DIVISION) dan operasi logik (DAN, OR,…). Bahagian dalaman.
  1. Litar operasi: mereka mengandungi multiplexer dan litar untuk membuat operasi. Daftar input: data disimpan dan dikendalikan sebelum memasuki litar operasi Accumulator: menyimpan hasil operasi yang dilakukan Status pendaftaran (Bendera): menyimpan syarat-syarat tertentu yang mesti diambil kira dalam operasi berikutnya.

• Unit Titik Terapung (FPU): Unsur ini tidak dalam reka bentuk seni bina asal, kemudiannya diperkenalkan apabila arahan dan pengiraan menjadi lebih rumit dengan kemunculan program yang digambarkan secara grafik. Unit ini bertanggungjawab untuk melaksanakan operasi terapung, iaitu nombor nyata. Rekod Bank dan Cache: Pemproses hari ini mempunyai memori yang tidak menentu yang menjembatani dari RAM ke CPU. Ini jauh lebih cepat daripada RAM dan bertanggungjawab untuk mempercepatkan akses mikropemproses ke memori utama.

• Bus Side Side (FSB): Juga dikenali sebagai bas data, bas utama, atau bas sistem. Ia adalah laluan atau saluran yang menyampaikan mikropemproses dengan motherboard, khususnya dengan cip yang dipanggil jambatan utara atau nothbridge. Ini bertanggungjawab untuk mengawal pengendalian bas CPU, RAM dan pelabuhan pengembangan seperti PCI-Express. Terma yang digunakan untuk menentukan bas ini ialah "Quick Path Interconnect" untuk Intel dan "Hypertransport" untuk AMD.

Sumber: sleeperfurniture.co

Sumber: ixbtlabs.com

• Back Side BUS (BSB): bas ini menyampaikan memori cache tahap 2 (L2) dengan pemproses, selagi ia tidak diintegrasikan dalam teras CPU itu sendiri. Pada masa ini semua mikropemproses mempunyai memori cache yang dibina ke dalam cip itu sendiri, jadi bas ini juga sebahagian daripada cip yang sama.

Dua atau lebih mikropemproses teras

Dalam pemproses yang sama, bukan sahaja kita akan mempunyai unsur-unsur ini diagihkan di dalam, tetapi mereka kini direplikasi. Kami akan mempunyai beberapa teras pemprosesan atau apa yang mikroprosesor beberapa yang sama dalam unit ini. Setiap ini akan mempunyai cache sendiri L1 dan L2, biasanya L3 dikongsi di antara mereka, berpasangan atau bersama-sama.

Di samping itu, kami akan mempunyai ALU, UC, DI dan FPU untuk setiap teras, jadi kapasiti kelajuan dan pemprosesan berganda bergantung kepada bilangan teras yang ada. Unsur baru juga muncul di dalam mikropemproses:

• Pengawal memori bersepadu (IMC): Kini dengan penampilan beberapa teras pemproses mempunyai sistem yang membolehkan anda mengakses memori utama secara langsung. GPU Bersepadu (iGP) - GPU mengendalikan pemprosesan grafik. Ini adalah kebanyakan operasi titik terapung dengan rentetan bit berkepadatan tinggi, jadi pemprosesan adalah lebih kompleks daripada data program biasa. Disebabkan ini, terdapat jajaran mikropemproses yang melaksanakan di dalamnya satu unit khusus untuk pemprosesan grafik.

Beberapa pemproses, seperti AMD Ryzen, tidak mempunyai kad grafik dalaman. Hanya APU anda?

Operasi mikropemproses

Pemproses berfungsi dengan arahan, setiap arahan ini adalah kod perduaan lanjutan tertentu yang dapat difahami oleh CPU.

Oleh itu, satu program adalah satu set arahan dan untuk melaksanakannya ia mesti dijalankan secara berurutan, iaitu, melaksanakan salah satu arahan ini pada setiap langkah atau tempoh masa. Untuk melaksanakan arahan ada beberapa fasa:

• Carian arahan: kami membawa arahan dari memori ke pemproses Pengekodan arahan: arahan dibahagikan kepada kod-kod mudah difahami oleh CPU Carian yang dikendalikan: dengan arahan yang dimuatkan dalam CPU, anda perlu mencari pengendali sepadan Pelaksanaan arahan: melaksanakan operasi logik atau aritmetik yang diperlukan Menyimpan keputusan: hasilnya adalah cache

Setiap pemproses berfungsi dengan set arahan tertentu, ini telah berkembang bersama-sama dengan pemproses. Nama x86 atau x386 merujuk kepada set arahan yang berfungsi dengan pemproses.

Pemproses tradisional 32-bit juga dipanggil x86, ini kerana dalam seni bina ini mereka telah bekerja dengan set arahan ini daripada pemproses Intel 80386 yang merupakan yang pertama melaksanakan seni bina 32-bit.

Set instruksi ini perlu dikemas kini untuk berfungsi dengan lebih cekap dan dengan program yang lebih kompleks. Kadang-kadang kita melihat bahawa dalam keperluan untuk program untuk menjalankan datang satu set akronim seperti SSE, MMX, dll. Ini adalah arahan yang boleh ditangani oleh mikropemproses. Jadi kami mempunyai:

• SSE (Sambungan SIMD Streaming): Mereka memberi kuasa kepada CPU untuk bekerja dengan operasi terapung. SSE2, SSE3, SSE4, SSE5, dan lain-lain: kemas kini yang berbeza untuk set arahan ini.

Ketidakserasian pemproses

Kita semua ingat apabila sistem operasi Apple boleh dijalankan pada Windows atau Linux PC. Ini adalah kerana jenis arahan dari pemproses yang berbeza. Apple menggunakan pemproses PowerPC, yang bekerja dengan arahan selain daripada Intel dan AMD. Oleh itu, terdapat beberapa reka bentuk arahan:

• CISC (Complex Instruction Set Computer): ia adalah yang digunakan oleh Intel dan AMD, ia adalah mengenai menggunakan satu set beberapa arahan, tetapi kompleks. Mereka mempunyai penggunaan sumber yang lebih tinggi, sebagai arahan yang lebih lengkap yang memerlukan beberapa kitaran jam. RISC (Instrumen Mengurangkan Set Komputer): ia digunakan oleh Apple, Motorola, IBM dan PowerPC, ini adalah pemproses yang lebih efisien dengan lebih banyak arahan, tetapi kurang rumit.

Pada masa ini kedua-dua sistem pengendalian adalah serasi kerana Intel dan AMD melaksanakan kombinasi seni bina dalam pemproses mereka.

Proses pelaksanaan arahan

1. Pemproses akan dimulakan semula apabila ia menerima isyarat RESET, dengan cara ini sistem menyediakan sendiri dengan menerima isyarat jam yang akan menentukan kelajuan proses. Dalam daftar CP (counter program) alamat memori di mana Unit kawalan (UC) mengeluarkan perintah untuk mengambil arahan yang RAM disimpan dalam alamat memori yang berada di CP.Kemudian, RAM menghantar data dan ia diletakkan pada bas data sehingga yang disimpan di RI (Arahan Pendaftaran). UC mengurus proses dan instruksi berlalu ke decoder (D) untuk mencari arti arahan. Ini kemudian akan melalui UC untuk dilaksanakan. Apabila diketahui apa arahan dan operasi apa yang sedang dilakukan, kedua-duanya dimuatkan ke dalam register input ALU (REN). ALU melaksanakan operasi dan meletakkan hasil dalam bas data dan CP ditambah 1 untuk melaksanakan arahan berikut.

Bagaimana untuk mengetahui jika pemproses adalah baik

Untuk mengetahui jika mikropemproses adalah baik atau buruk, kita mesti melihat setiap komponen dalamannya:

Lebar bas

Lebar bas menentukan saiz daftar yang dapat mengedarkannya. Lebar ini mesti sepadan dengan saiz daftar pemproses. Dengan cara ini kita mempunyai bahawa lebar bas mewakili daftar terbesar yang mampu mengangkut dalam operasi tunggal.

Secara langsung berkaitan dengan bas juga akan memori RAM, ia mesti dapat menyimpan setiap daftar ini dengan lebar yang mereka miliki (ini dipanggil lebar kata memori).

Apa yang kita ada ketika lebar bas adalah 32 bit atau 64 bit, iaitu, kita boleh secara serentak mengangkut, menyimpan dan memproses rantai 32 atau 64 bit. Dengan 32 bit yang masing-masing mempunyai kemungkinan 0 atau 1, kita dapat menangani kuantiti memori 2 ³² (4GB) dan dengan 64 bit 16 BI BI. Ini tidak bermakna kita mempunyai 16 memori BI dalam komputer kita, tetapi ia mewakili keupayaan untuk mengurus dan menggunakan memori tertentu. Oleh itu, had 32-bit sistem yang terkenal untuk menangani hanya memori 4 GB.

Singkatnya, bas yang lebih luas, semakin banyak kapasiti kerja.

Memori cache

Kenangan ini jauh lebih kecil daripada RAM tetapi lebih pantas. Fungsinya adalah untuk menyimpan arahan yang akan diproses atau yang terakhir diproses. Memori yang lebih banyak cache, semakin tinggi kelajuan urus niaga yang dapat dikesan dan dilepaskan oleh CPU.

Di sini kita harus sedar bahawa semua yang mencapai pemproses datang dari cakera keras, dan ini boleh dikatakan sangat perlahan daripada RAM dan lebih daripada ingatan cache. Atas sebab ini, kenangan-kenangan pepejal ini direka untuk menyelesaikan kesesakan besar yang merupakan cakera keras.

Dan kita akan bertanya kepada diri sendiri, mengapa mereka tidak hanya membuat cache besar, jawapannya mudah, kerana mereka sangat mahal.

Kelajuan pemproses dalaman

Kelajuan Internet hampir selalu menjadi perkara paling menarik apabila melihat pemproses. "Prosesor berjalan pada 3.2 GHz, " tetapi apa ini? Kelajuan adalah kekerapan jam di mana mikropemproses berfungsi. Semakin tinggi kelajuan ini, semakin banyak operasi per unit waktu ia akan dapat dilaksanakan. Ini diterjemahkan ke dalam prestasi yang lebih tinggi, sebab itu ada ingatan cache, untuk mempercepat pengumpulan data oleh pemproses untuk selalu melakukan bilangan maksimum operasi per unit waktu.

Kekerapan jam ini diberikan oleh isyarat gelombang persegi berkala. Masa maksimum untuk membuat operasi adalah satu tempoh. Tempoh adalah kebalikan frekuensi.

Tetapi tidak semuanya pantas. Terdapat banyak komponen yang mempengaruhi kelajuan pemproses. Jika sebagai contoh, kami mempunyai pemproses 4-teras pada 1.8 GHz dan lain-teras tunggal pada 4.0 GHz, pasti bahawa teras quad lebih cepat.

Kelajuan bas

Sama seperti kelajuan pemproses adalah penting, kelajuan bas data juga penting. Papan induk sentiasa berfungsi pada frekuensi jam jauh lebih rendah daripada mikropemproses, untuk sebab ini kita akan memerlukan pengganda yang menyesuaikan frekuensi ini.

Jika contohnya kita mempunyai motherboard dengan bas pada frekuensi jam 200 MHz, pengganda 10x akan mencapai kekerapan CPU 2 GHz.

Microarchitecture

Mikroheritektur pemproses menentukan jumlah transistor per unit jarak di dalamnya. Unit ini kini diukur dalam nm (nanometer) yang lebih kecil, semakin banyak bilangan transistor dapat diperkenalkan, dan oleh itu, bilangan elemen dan litar bersepadu yang lebih besar dapat ditampung.

Ini secara langsung mempengaruhi penggunaan tenaga, peranti yang lebih kecil akan memerlukan aliran elektron yang kurang, maka tenaga yang kurang diperlukan untuk melaksanakan fungsi yang sama seperti dalam arkitektur mikro yang lebih besar.

Sumber: intel.es

Penyejukan komponen

Oleh kerana kelajuan yang sangat besar yang dicapai oleh CPU, aliran semasa menghasilkan haba. Semakin tinggi frekuensi dan voltan akan ada generasi yang lebih tinggi daripada haba, maka perlu untuk menyejukkan komponen ini. Terdapat beberapa cara untuk melakukan ini:

• Penyejukan pasif: dengan cara penyebaran logam (tembaga atau aluminium) yang meningkatkan permukaan sentuhan dengan udara melalui sirip. Penyejukan aktif: Sebagai tambahan kepada heatsink, kipas juga diletakkan untuk menyediakan aliran udara terpaksa antara sirip unsur pasif.

• Penyejukan cecair: ia terdiri daripada litar yang terdiri daripada pam dan radiator bersirip. Air diedarkan melalui blok yang terletak di CPU, elemen cecair mengumpul haba yang dihasilkan dan mengangkutnya ke radiator, yang dengan cara pengudaraan paksa menghilangkan haba, sekali lagi menurunkan suhu cecair.

Sesetengah pemproses termasuk heatsink. Biasanya mereka bukan masalah besar… tetapi mereka berkhidmat untuk mendapatkan PC dan berjalan dan memperbaikinya

• Penyejukan oleh Heatpipes: sistem ini terdiri daripada litar tertutup tembaga atau tiub aluminium yang dipenuhi dengan bendalir. Cecair ini mengumpul haba dari CPU dan menyejat naik ke bahagian atas sistem. Pada titik ini terdapat heatsink bersalut yang menukar haba cecair dari bahagian dalam ke udara luar, dengan cara ini cecair mengalir dan turun kembali ke blok CPU.

Kami mengesyorkan

Ini menyimpulkan artikel kami tentang prosesor dan bagaimana ia berfungsi secara terperinci. Kami harap anda menyukainya.