Kas yra procesorius ir ką jis veikia?

Svarbiausia jūsų kompiuterio dalis, jei turėtumėte pasirinkti tik vieną, būtų centrinis procesorius (CPU). Tai yra pagrindinis mazgas (arba „smegenys“) ir jis apdoroja instrukcijas, gaunamas iš programų, operacinės sistemos ar kitų jūsų kompiuterio komponentų.

1 ir 0

Dėl galingesnių procesorių mes perėjome nuo vos galimybės rodyti vaizdą kompiuterio ekrane prie „Netflix“, vaizdo pokalbių, srautinio perdavimo ir vis labiau tikroviškų vaizdo žaidimų.

Centrinis procesorius yra inžinerijos stebuklas, tačiau savo esme jis vis tiek remiasi pagrindine dvejetainių signalų (1 ir 0) aiškinimo koncepcija. Dabar skirtumas yra tas, kad šiuolaikiniai procesoriai užuot skaitę perfokortas ar apdoroję instrukcijas su vakuuminių vamzdelių rinkiniais, naudojasi mažais tranzistoriais kurdami „TikTok“ vaizdo įrašus arba užpildydami skaičius skaičiuoklėje.

Procesoriaus pagrindai

CPU gamyba yra sudėtinga. Svarbus dalykas yra tas, kad kiekviename procesoriuje yra silicio (vieno gabalo ar kelių), kuriame telpa milijardai mikroskopinių tranzistorių.

Kaip jau minėjome anksčiau, šie tranzistoriai naudoja elektrinių signalų seriją (srovė „įjungta“ ir srovė „išjungta“), kad atvaizduotų mašinos dvejetainį kodą, sudarytą iš 1 ir 0. Kadangi šių tranzistorių yra labai daug, procesoriai gali atlikti vis sudėtingesnes užduotis didesniu greičiu nei anksčiau.

Tranzistorių skaičius nebūtinai reiškia, kad procesorius bus greitesnis. Tačiau tai vis dar yra pagrindinė priežastis, dėl kurios jūsų kišenėje nešiojamas telefonas turi daug daugiau skaičiavimo galios, nei, ko gero, padarė visa planeta, kai mes pirmą kartą nuėjome į mėnulį.

Prieš eidami toliau konceptualiomis procesorių kopėčiomis, pakalbėkime apie tai, kaip procesorius vykdo instrukcijas pagal mašininį kodą, vadinamą „instrukcijų rinkiniu“. Skirtingų kompanijų procesoriai gali turėti skirtingus instrukcijų rinkinius, bet ne visada.

Pavyzdžiui, dauguma „Windows“ kompiuterių ir dabartinių „Mac“ procesorių naudoja instrukcijų rinkinį „x86-64“, neatsižvelgdami į tai, ar jie yra „Intel“, ar „AMD“ procesorius. Tačiau „Mac“ kompiuteriai, debiutuojantys 2020 m. Pabaigoje, turės ARM pagrįstus procesorius, kuriuose naudojamas kitoks instrukcijų rinkinys. Taip pat yra nedaug „Windows 10“ kompiuterių, naudojančių ARM procesorius.

SUSIJEDS: Kas yra dvejetainis ir kodėl kompiuteriai jį naudoja?

Šerdys, talpyklos ir grafika

Pažvelkime į patį silicį. Aukščiau pateikta diagrama yra iš „Intel“ baltojo popieriaus, paskelbto 2014 m., Apie bendrovės „Core i7-4770S“ procesoriaus architektūrą. Tai tik pavyzdys, kaip atrodo vienas procesorius - kiti procesoriai turi skirtingą išdėstymą.

Matome, kad tai yra keturių branduolių procesorius. Buvo laikas, kai procesorius turėjo tik vieną branduolį. Dabar, kai turime kelis branduolius, jie daug greičiau apdoroja instrukcijas. Šerdys taip pat gali turėti vadinamąjį hipersriegį arba tuo pačiu metu daugialypį siūlą (SMT), dėl kurio vienas branduolys kompiuteriui atrodo kaip du. Tai, kaip galite įsivaizduoti, dar labiau pagreitina apdorojimo laiką.

Šios diagramos branduoliai dalijasi kažkuo, vadinamu L3 talpykla. Tai yra procesoriaus vidinės atminties forma. Procesoriuose taip pat yra L1 ir L2 talpyklos, esančios kiekviename branduolyje, taip pat registrai, kurie yra žemo lygio atminties forma. Jei norite suprasti registrų, talpyklų ir sistemos RAM skirtumus, patikrinkite šį atsakymą „StackExchange“.

Aukščiau pateiktame procesoriuje taip pat yra sistemos agentas, atminties valdiklis ir kitos silicio dalys, tvarkančios informaciją, patenkančią į CPU ir išeinančią iš jo.

Galiausiai yra procesoriaus grafika, generuojanti visus tuos nuostabius vaizdinius elementus, kuriuos matote ekrane. Ne visi procesoriai turi savo grafikos galimybes. Pvz., Norint naudoti „AMD Zen“ darbalaukio procesorius, reikia atskiros vaizdo plokštės, kad viskas būtų rodoma ekrane. Kai kuriuose „Intel Core“ darbalaukio procesoriuose taip pat nėra vidinės grafikos.

Procesorius pagrindinėje plokštėje

Dabar, kai apžvelgėme, kas vyksta po procesoriaus gaubtu, pažiūrėkime, kaip jis integruojamas su likusiu kompiuteriu. Procesorius yra vadinamajame lizde jūsų kompiuterio pagrindinėje plokštėje.

Kai jis bus įdėtas į lizdą, kitos kompiuterio dalys gali prisijungti prie procesoriaus per vadinamus „autobusus“. Pavyzdžiui, RAM prisijungia prie procesoriaus per savo magistralę, o daugelis kompiuterio komponentų naudoja specifinį magistralės tipą, vadinamą „PCIe“.

Kiekviename procesoriuje yra „PCIe juostų“ rinkinys, kurį jis gali naudoti. Pavyzdžiui, AMD „Zen 2“ procesoriai turi 24 juostas, kurios jungiasi tiesiogiai prie procesoriaus. Po to šias juostas pagrindinės plokštės gamintojai išskiria, vadovaudamiesi AMD.

Pavyzdžiui, x16 vaizdo plokštės lizdui paprastai naudojamos 16 juostų. Tada yra keturios juostos, skirtos saugojimui, pavyzdžiui, vienas greito saugojimo įrenginys, pvz., M.2 SSD. Arba šias keturias juostas taip pat galima padalyti. Dvi juostos galėtų būti naudojamos M.2 SSD, o dvi - lėtesniam SATA diskui, pavyzdžiui, kietajam diskui ar 2,5 colio SSD.

Tai yra 20 juostų, o kitos keturios yra skirtos lustų rinkiniui, kuris yra pagrindinės plokštės komunikacijos centras ir eismo valdiklis. Tada mikroschemų rinkinys turi savo magistralinių jungčių rinkinį, leidžiantį dar daugiau komponentų pridėti prie kompiuterio. Kaip ir galima tikėtis, našesni komponentai turi tiesioginį ryšį su procesoriumi.

Kaip matote, procesorius apdoroja didžiąją dalį instrukcijų, o kartais net grafika veikia (jei ji sukurta tam). Tačiau procesorius nėra vienintelis būdas apdoroti instrukcijas. Kiti komponentai, pvz., Vaizdo plokštė, turi savo vidinio apdorojimo galimybes. GPU taip pat naudoja savo procesoriaus galimybes, kad galėtų dirbti su centriniu procesoriumi ir paleisti žaidimus ar atlikti kitas grafikos reikalaujančias užduotis.

Didelis skirtumas yra tai, kad komponentiniai procesoriai kuriami atsižvelgiant į konkrečias užduotis. Tačiau procesorius yra bendrosios paskirties įrenginys, galintis atlikti bet kokią skaičiavimo užduotį, kurios prašoma. Štai kodėl procesorius karaliauja jūsų kompiuteryje, o likusi sistemos dalis priklauso nuo jo veikimo.