Hvilke deler består en dataprosessor av? Sentral prosessor og dens enhet

Prosessoren er hoveddelen av enhver datamaskinenhet. Men mange brukere har en veldig dårlig forståelse av hva en prosessor er i en datamaskin og hvilken funksjon den utfører. Selv om dette er viktig informasjon i den moderne verden, kan du unngå mange alvorlige misoppfatninger, hvis du vet hvilken. Hvis du vil lære mer om brikken som driver datamaskinen din, har du kommet til rett sted. I denne artikkelen vil du lære hva en prosessor er for og hvordan den påvirker ytelsen til hele enheten.

Hva er en sentral behandlingsenhet

I dette tilfellet snakker vi om den sentrale prosessoren. Tross alt er det andre i datamaskinen, for eksempel en videoprosessor.

Den sentrale prosessorenheten er hoveddelen av datamaskinen, som er en elektronisk enhet eller integrert krets. Den utfører maskininstruksjoner, eller programkode, og er kjernemaskinvaren til enheten.

Enkelt sagt er det hjertet og hjernen til datamaskinen. Det er takket være ham at alt annet fungerer, han behandler datastrømmer og styrer driften av alle deler av det totale systemet.

Hvis du ser på prosessoren fysisk, er det et lite, tynt, firkantet kretskort. Den er liten i størrelse og dekket med et metalllokk på toppen.

Den nedre delen av brikken er okkupert av kontakter, gjennom hvilke brikkesettet samhandler med resten av systemet. Ved å åpne dekselet til datamaskinens systemenhet kan du enkelt finne prosessoren, med mindre den er dekket av kjølesystemet.

Inntil CPUen utsteder den riktige kommandoen, vil ikke datamaskinen kunne utføre selv den enkleste operasjonen, for eksempel å legge til to tall. Uansett hva du vil gjøre på PC-en, involverer hver handling tilgang til prosessoren. Det er derfor det er en så viktig komponent i en datamaskin.

Moderne sentralprosessorer er i stand til ikke bare å takle hovedoppgavene sine, men kan også delvis erstatte et skjermkort. Nye brikker produseres med et eget rom for å utføre videokontrollerfunksjoner.

Denne videokontrolleren utfører alle de grunnleggende nødvendige handlingene som er nødvendige fra et skjermkort. I dette tilfellet brukes RAM som videominne. Men ikke ta feil av at en kraftig moderne prosessor kan erstatte et skjermkort fullstendig.

Selv den gjennomsnittlige klassen av skjermkort etterlater skjermkontrolleren til prosessorer langt bak. Så et datamaskinalternativ uten skjermkort er bare egnet for kontorenheter som ikke krever å utføre noen komplekse grafikkrelaterte oppgaver.

I slike tilfeller er det virkelig en mulighet til å spare penger. Tross alt kan du bare ha et prosessorbrikkesett med en god videokontroller og ikke bruke penger på et skjermkort.

Hvordan prosessoren fungerer

Vi ser ut til å ha funnet ut hva en prosessor er. Men hvordan fungerer det? Det er en lang og komplisert prosess, men når du først får taket på det, er det ganske enkelt. Prinsippet for drift av sentralprosessoren kan vurderes i trinn.

Først lastes programmet inn i RAM, hvorfra det får all nødvendig informasjon og et sett med kommandoer som må utføres av prosessorkontrollenheten. Alle disse dataene går så inn i bufferminnet, den såkalte prosessorcachen.

Informasjon kommer ut av bufferen, som er delt inn i to typer: instruksjoner og verdier. Begge havner i registre. Register er minneceller innebygd i brikkesettet. De finnes også i to typer, avhengig av hva slags informasjon de mottar: instruksjonsregistre og dataregistre.

En av komponentene i CPU er en aritmetisk-logisk enhet. Den tar for seg å utføre informasjonstransformasjoner ved hjelp av aritmetiske og logiske beregninger.

Det er her dataene fra registrene går. Etter dette leser den aritmetisk-logiske enheten de innkommende dataene og utfører kommandoene som er nødvendige for å behandle de resulterende tallene.

Her står vi igjen overfor en splittelse. De endelige resultatene er delt inn i fullførte og uferdige. De går tilbake til registrene, og de fullførte går til bufferminnet.

Prosessorcachen består av to hovednivåer: øvre og nedre. De siste kommandoene og dataene sendes til den øvre cachen, og de som ikke er i bruk går til den nedre cachen.

Det vil si at all informasjon som ligger på det tredje nivået flyttes til det andre, hvorfra dataene igjen går til det første. Tvert imot sendes unødvendige data til lavere nivå.

Etter at beregningssyklusen er fullført, blir resultatene igjen registrert i datamaskinens RAM. Dette skjer for å sikre at CPU-cachen er frigjort og tilgjengelig for nye operasjoner.

Men noen ganger er det situasjoner når bufferminnet er helt fullt, og det ikke er rom for nye operasjoner. I dette tilfellet går data som for øyeblikket ikke er i bruk inn i RAM eller til det lavere nivået av prosessorminnet.

Typer prosessorer

Etter å ha forstått prinsippet for drift av CPU, er det på tide å sammenligne de forskjellige typene. Det finnes mange typer prosessorer. Det finnes både svake enkeltkjernemodeller og kraftige enheter med flere kjerner. Det er de som er ment utelukkende for kontorarbeid, og det er de som er nødvendige for de mest moderne spillene.

For øyeblikket er det to hovedskapere av prosessorer - AMD og Intel. Det er de som produserer de mest aktuelle og mest etterspurte brikkene. Du må forstå at forskjellen mellom brikkene fra disse to selskapene ikke er i antall kjerner eller generell ytelse, men i arkitekturen.

Det vil si at produktene til disse to selskapene er bygget etter forskjellige prinsipper. Og hver skaper har sin egen unike type prosessor, som har en struktur som er forskjellig fra konkurrenten.

Det skal bemerkes at begge alternativene har sine styrker og svakheter. For eksempel skiller Intel seg ut i det følgende proffer :

Mindre energiforbruk;
De fleste maskinvareskapere fokuserer spesifikt på interaksjon med Intel-prosessorer;
Spillytelsen er høyere;
Intel samhandler lettere med datamaskinens RAM;
Operasjoner som krever bare ett program utføres raskere på Intel.

Samtidig er det også sine egne minuser :

Vanligvis er Intel-brikkesett dyrere enn deres AMD-motparter;
Når du arbeider med flere tunge programmer, reduseres ytelsen;
Grafikkjernene er svakere enn konkurrentens.

AMD er forskjellig som følger fordeler:

Mye bedre verdi for pengene;
I stand til å sikre pålitelig drift av hele systemet;
Det er mulig å overklokke prosessoren, øke kraften med 10-20%;
Kraftigere integrerte grafikkjerner.

Imidlertid er AMD dårligere i følgende parametere:

Interaksjon med RAM er verre;
Mer energi brukes på prosessordrift;
Driftsfrekvensen på andre og tredje nivå av bufferminne er lavere;
Spillytelsen er lavere.

Selv om det er fordeler og ulemper, fortsetter selskaper å produsere de beste prosessorene. Du må bare velge hvilken som er å foretrekke for deg. Det er tross alt umulig å si entydig at ett selskap er bedre enn et annet.

Hovedtrekk

Så vi har allerede funnet ut at en av hovedkarakteristikkene til en prosessor er utvikleren. Men det er en rekke parametere du må være enda mer oppmerksom på når du kjøper.

La oss ikke gå for langt fra merket og nevne at det finnes forskjellige serier med chips. Hver produsent produserer sine egne linjer i forskjellige priskategorier, laget for forskjellige oppgaver. En annen relatert parameter er CPU-arkitekturen. Faktisk er dette dens indre organer, som hele driften av brikken avhenger av.

Ikke den mest åpenbare, men veldig viktige parameteren er stikkontakten. Faktum er at på selve prosessoren må kontakten falle sammen med den tilsvarende kontakten på hovedkortet.

Ellers vil du ikke kunne kombinere disse to kritiske komponentene på noen datamaskin. Så når du setter sammen en systemenhet, må du enten kjøpe et hovedkort og se etter et brikkesett for det, eller omvendt.

Nå er det på tide å finne ut hvilke prosessoregenskaper som påvirker ytelsen. Uten tvil er den viktigste klokkehastigheten. Dette er volumet av operasjoner som kan utføres i en viss tidsenhet.

Denne indikatoren måles i megahertz. Så hva påvirker klokkehastigheten til brikken? Siden det indikerer antall operasjoner i en viss tid, er det ikke vanskelig å gjette at hastigheten til enheten avhenger av den.

En annen viktig indikator er mengden bufferminne. Som nevnt tidligere, kan det være øvre og nedre. Det påvirker også prosessorytelsen.

En CPU kan ha en eller flere kjerner. Multi-core modeller er dyrere. Men hva påvirker antall kjerner? Denne egenskapen bestemmer kraften til enheten. Jo flere kjerner, desto kraftigere er enheten.

Konklusjon

Den sentrale prosessoren spiller ikke bare en av de viktigste, men man kan til og med si hovedrollen i driften av datamaskinen. Ytelsen til hele enheten, så vel som oppgavene den vanligvis kan brukes til, vil avhenge av den.

Men dette betyr ikke at det er nødvendig å kjøpe den kraftigste prosessoren for en gjennomsnittlig datamaskin. Velg den optimale modellen som vil tilfredsstille dine krav.

Nesten alle vet at i en datamaskin er hovedelementet blant alle "maskinvare"-komponentene den sentrale prosessoren. Men kretsen av mennesker som forstår hvordan en prosessor fungerer er svært begrenset. De fleste brukere har ingen anelse om dette. Og selv når systemet plutselig begynner å gå langsommere, tror mange at det er prosessoren som ikke fungerer bra og ikke legger vekt på andre faktorer. For å forstå situasjonen fullt ut, la oss se på noen aspekter ved CPU-drift.

Hva er en sentral behandlingsenhet?

Hva består prosessoren av?

Hvis vi snakker om hvordan en Intel-prosessor eller konkurrenten AMD fungerer, må du se på hvordan disse brikkene er utformet. Den første mikroprosessoren (forresten, den var fra Intel, modell 4040) dukket opp tilbake i 1971. Den kunne utføre bare de enkleste addisjons- og subtraksjonsoperasjonene med kun å behandle 4 biter med informasjon, det vil si at den hadde en 4-bits arkitektur.

Moderne prosessorer, som den førstefødte, er basert på transistorer og er mye raskere. De er laget ved fotolitografi fra et visst antall individuelle silisiumskiver som utgjør en enkelt krystall som transistorer er trykt inn i. Kretsen er opprettet på en spesiell akselerator ved bruk av akselererte borioner. I den interne strukturen til prosessorer er hovedkomponentene kjerner, busser og funksjonspartikler kalt revisjoner.

Hovedtrekk

Som enhver annen enhet er prosessoren preget av visse parametere, som ikke kan ignoreres når du svarer på spørsmålet om hvordan prosessoren fungerer. Først av alt dette:

Antall kjerner;
antall tråder;
cache-størrelse (internt minne);
klokke frekvens;
dekkhastighet.

For nå, la oss fokusere på klokkefrekvensen. Det er ikke for ingenting at prosessoren kalles hjertet av datamaskinen. I likhet med hjertet, fungerer det i pulsasjonsmodus med et visst antall slag per sekund. Klokkefrekvensen måles i MHz eller GHz. Jo høyere den er, jo flere operasjoner kan enheten utføre.

Ved hvilken frekvens prosessoren opererer, kan du finne ut av dens deklarerte egenskaper eller se på informasjonen i Men mens du behandler kommandoer, kan frekvensen endres, og under overklokking (overlocking) kan den øke til ekstreme grenser. Dermed er den deklarerte verdien bare en gjennomsnittlig indikator.

Antall kjerner er en indikator som bestemmer antall prosessorsentre til prosessoren (må ikke forveksles med tråder - antall kjerner og tråder er kanskje ikke det samme). På grunn av denne fordelingen er det mulig å omdirigere operasjoner til andre kjerner, og dermed øke den totale ytelsen.

Hvordan en prosessor fungerer: kommandobehandling

Nå litt om strukturen til kjørbare kommandoer. Hvis du ser på hvordan en prosessor fungerer, må du tydelig forstå at enhver kommando har to komponenter - en operasjonell og en operand.

Operativdelen spesifiserer hva datasystemet skal gjøre for øyeblikket; operanden spesifiserer hva prosessoren skal jobbe med. I tillegg kan prosessorkjernen inneholde to datasentre (beholdere, tråder), som deler utførelsen av en kommando i flere stadier:

produksjon;
dekryptering;
kommando utførelse;
tilgang til minnet til selve prosessoren
lagrer resultatet.

I dag brukes separat caching i form av å bruke to nivåer av cache-minne, som unngår avlytting av to eller flere kommandoer for å få tilgang til en av minneblokkene.

Basert på typen kommandobehandling er prosessorer delt inn i lineære (utførelse av kommandoer i den rekkefølgen de er skrevet), sykliske og forgrening (utførelse av instruksjoner etter behandling av grenforhold).

Utførte operasjoner

Blant hovedfunksjonene som er tildelt prosessoren, når det gjelder kommandoene eller instruksjonene som utføres, skilles tre hovedoppgaver ut:

matematiske operasjoner basert på en aritmetisk-logisk enhet;
flytte data (informasjon) fra en type minne til en annen;
ta en beslutning om utførelse av en kommando, og på grunnlag av den velge å bytte til utførelse av andre sett med kommandoer.

Interaksjon med minne (ROM og RAM)

I denne prosessen er komponentene som skal noteres bussen og lese-skrivekanalen, som er koblet til lagringsenhetene. ROM inneholder et konstant sett med byte. Først ber adressebussen om en spesifikk byte fra ROM-en, og overfører den deretter til databussen, hvoretter lesekanalen endrer sin tilstand og ROM-en gir den forespurte byten.

Men prosessorer kan ikke bare lese data fra RAM, men også skrive det. I dette tilfellet brukes opptakskanalen. Men hvis du ser på det, kan moderne datamaskiner, rent teoretisk, klare seg uten RAM i det hele tatt, siden moderne mikrokontrollere er i stand til å plassere de nødvendige databytene direkte i minnet til selve prosessorbrikken. Men det er ingen måte å gjøre uten ROM.

Systemet starter blant annet fra maskinvaretestmodus (BIOS-kommandoer), og først da overføres kontrollen til lasteoperativsystemet.

Hvordan sjekke om prosessoren fungerer?

La oss nå se på noen aspekter ved å sjekke prosessorens ytelse. Det må være klart forstått at hvis prosessoren ikke fungerte, ville datamaskinen ikke kunne begynne å laste i det hele tatt.

Det er en annen sak når du trenger å se på indikatoren for bruk av prosessoregenskaper på et bestemt tidspunkt. Dette kan gjøres fra standard "Task Manager" (i motsetning til enhver prosess er det angitt hvor mange prosent av prosessorbelastningen den gir). For å bestemme denne parameteren visuelt, kan du bruke ytelsesfanen, der endringer spores i sanntid. Avanserte parametere kan sees ved hjelp av spesielle programmer, for eksempel CPU-Z.

I tillegg kan du bruke flere prosessorkjerner ved å bruke (msconfig) og flere oppstartsparametere.

Mulige problemer

Til slutt noen ord om problemene. Mange brukere spør ofte hvorfor prosessoren fungerer, men skjermen slår seg ikke på? Denne situasjonen har ingenting med sentralprosessoren å gjøre. Faktum er at når du slår på en hvilken som helst datamaskin, testes grafikkadapteren først, og først deretter alt annet. Kanskje ligger problemet nettopp i prosessoren til grafikkbrikken (alle moderne videoakseleratorer har sine egne grafikkprosessorer).

Men ved å bruke eksempelet på funksjonen til menneskekroppen, må du forstå at i tilfelle hjertestans dør hele kroppen. Samme med datamaskiner. Prosessoren fungerer ikke - hele datasystemet "dør".

Nå for tiden er det mye informasjon på internett om temaet prosessorer, du kan finne en haug med artikler om hvordan det fungerer, hvor registre, klokker, avbrudd osv. hovedsakelig er nevnt... Men, for en person som er ikke kjent med alle disse begrepene og begrepene, det er ganske vanskelig som denne flua" å forstå prosessen, men du må begynne i det små - nemlig med en grunnleggende forståelse hvordan prosessoren fungerer og hvilke hoveddeler den består av.

Så, hva vil være inne i mikroprosessoren hvis du demonterer den:

Tallet 1 angir metalloverflaten (dekselet) til mikroprosessoren, som tjener til å fjerne varme og beskytte mot mekanisk skade det som er bak dette dekselet (det vil si inne i selve prosessoren).

På nummer 2 er selve krystallen, som faktisk er den viktigste og mest kostbare delen av mikroprosessoren å produsere. Det er takket være denne krystallen at alle beregninger finner sted (og dette er den viktigste funksjonen til prosessoren) og jo mer kompleks den er, jo mer perfekt er den, jo kraftigere er prosessoren og jo dyrere er den, følgelig. . Krystallen er laget av silisium. Faktisk er produksjonsprosessen veldig kompleks og inneholder dusinvis av trinn, flere detaljer i denne videoen:

Nummer 3 er et spesielt tekstolittsubstrat som alle andre deler av prosessoren er festet til; i tillegg spiller det rollen som en kontaktpute - på baksiden er det et stort antall gylne "prikker" - dette er kontakter (de kan sees litt på figuren). Takket være kontaktputen (substratet) sikres nær interaksjon med krystallen, siden det ikke er mulig å påvirke krystallen direkte på noen måte.

Dekselet (1) festes til underlaget (3) ved hjelp av et klebende tetningsmiddel som er motstandsdyktig mot høye temperaturer. Det er ingen luftspalte mellom krystallen (2) og dekselet; termisk pasta tar plass; når den stivner, danner den en "bro" mellom prosessorkrystallen og dekselet, noe som sikrer meget god varmeoverføring.

Krystallen er koblet til substratet ved hjelp av lodding og tetningsmiddel, kontaktene til substratet er koblet til kontaktene til krystallen. Denne figuren viser tydelig hvordan krystallkontaktene er koblet til substratkontaktene ved hjelp av veldig tynne ledninger (170x forstørrelse på bildet):

Generelt kan utformingen av prosessorer fra forskjellige produsenter og til og med modeller fra samme produsent variere sterkt. Driftsprinsippet forblir imidlertid det samme - de har alle et kontaktsubstrat, en krystall (eller flere plassert i ett tilfelle) og et metalldeksel for varmefjerning.

Dette er for eksempel hvordan kontaktsubstratet til en Intel Pentium 4-prosessor ser ut (prosessoren er opp ned):

Formen på kontaktene og strukturen til deres arrangement avhenger av prosessoren og hovedkortet på datamaskinen (kontaktene må samsvare). For eksempel, på bildet rett ovenfor, kontaktene til prosessoren uten "pinner", siden pinnene er plassert direkte i hovedkortkontakten.

Og det er en annen situasjon der "pinnene" til kontaktene stikker ut direkte fra kontaktsubstratet. Denne funksjonen er typisk typisk for AMD-prosessorer:

Som nevnt ovenfor, kan utformingen av forskjellige prosessormodeller fra samme produsent variere; vi har et slående eksempel på dette - den firekjerners Intel Core 2 Quad-prosessoren, som i hovedsak er 2 dual-core prosessorer av core 2 duo-linjen , kombinert i ett tilfelle:

Viktig! Antall krystaller inne i en prosessor og antall prosessorkjerner er ikke det samme.

Moderne modeller av Intel-prosessorer passer til 2 krystaller (brikker) samtidig. Den andre brikken - grafikkkjernen til prosessoren, spiller i hovedsak rollen som et skjermkort innebygd i prosessoren, det vil si at selv om systemet mangler, vil grafikkjernen ta rollen som et skjermkort, og ganske mye kraftig (i noen prosessormodeller lar datakraften til grafikkkjernene deg spille moderne spill med middels grafikkinnstillinger).

Det er alt sentral mikroprosessorenhet, kort sagt, selvfølgelig.

Prosessoren er hovedbrikken til datamaskinen. Vanligvis er det også en av de mest høyteknologiske og dyre PC-komponentene. Til tross for at prosessoren er en separat enhet, har den et stort antall komponenter i strukturen som er ansvarlige for en bestemt funksjon. Hva er deres spesifikke?

Prosessor: enhetsfunksjoner og historikk

PC-komponenten, som nå vanligvis kalles sentralprosessoren, er preget av en ganske interessant opprinnelseshistorie. Derfor, for å forstå detaljene, vil det være nyttig å undersøke noen nøkkelfakta om utviklingen av utviklingen. Enheten som moderne brukere kjenner som en sentral prosesseringsenhet er et resultat av mange års forbedring i produksjonsteknologi for databrikker.

Over tid endret ingeniørers visjon om prosessorstrukturen. I datamaskiner av første og andre generasjon besto de tilsvarende komponentene av et stort antall separate blokker, svært forskjellige i oppgavene de løste. Fra og med tredje generasjon datamaskiner begynte prosessorfunksjoner å bli vurdert i en smalere sammenheng. Datadesigningeniører bestemte at dette skulle være gjenkjennelse og tolkning av maskinkommandoer, legge dem inn i registre, samt kontrollere andre PC-maskinvarekomponenter. Alle disse funksjonene begynte å bli kombinert i en enhet.

Mikroprosessorer

Etter hvert som datateknologien utviklet seg, begynte enheter kalt "mikroprosessorer" å bli introdusert i strukturen til PC-en. En av de første enhetene av denne typen var Intel 4004, utgitt av et amerikansk selskap i 1971. Mikroprosessorer på skalaen til en enkelt brikke kombinerer i sin struktur funksjonene som vi definerte ovenfor. Moderne enheter fungerer i prinsippet basert på samme konsept. Dermed inneholder sentralprosessoren til en bærbar PC, PC, nettbrett i sin struktur: en logisk enhet, registre, samt en kontrollmodul som er ansvarlig for spesifikke funksjoner. Men i praksis presenteres komponentene i moderne mikrokretser oftest i et mer komplekst sett. La oss studere denne funksjonen mer detaljert.

Strukturen til moderne prosessorer

Den sentrale prosessoren til en moderne PC, bærbar PC eller nettbrett er representert av en kjerne - det regnes nå som normen at det er flere av dem, cache-minne på forskjellige nivåer, samt kontrollere: RAM, systembuss. Ytelsen til en gitt brikketype bestemmes av dens nøkkelegenskaper. I hvilken helhet kan de presenteres?

De viktigste egenskapene til sentralprosessoren på moderne PC-er er som følger: typen mikroarkitektur (vanligvis angitt i nanometer), klokkehastighet (i gigahertz), mengden hurtigbufferminne på hvert nivå (i megabyte), strømforbruk (i watt), og tilstedeværelse eller fravær av grafikkmodul.

La oss studere detaljene for driften av noen nøkkelmoduler til sentralprosessoren mer detaljert. La oss starte med kjernen.

CPU-kjerne

Den sentrale prosessoren til en moderne PC har alltid en kjerne. Den inneholder nøkkelfunksjonsblokkene til mikrokretsen, gjennom hvilke den utfører de nødvendige logiske og aritmetiske funksjonene. Som regel presenteres de i et sett med elementer. Dermed innebærer utformingen av sentralprosessoren oftest tilstedeværelsen av blokker som er ansvarlige for å løse følgende oppgaver:

Henting og dekoding av instruksjoner;

Dataprøvetaking;

Følg instruksjonene;

Lagre beregningsresultater;

Arbeid med avbrudd.

Strukturen til mikrokretser av tilsvarende type er også supplert med en kontrollenhet, en lagringsenhet, en programteller og et sett med registre. La oss vurdere spesifikasjonene for driften av de tilsvarende komponentene mer detaljert.

Prosessorkjerne: komponenter

Blant nøkkelblokkene i den sentrale prosessorkjernen er den som er ansvarlig for å lese instruksjoner som er skrevet i adressen som er registrert i programtelleren. Som regel utføres flere operasjoner av tilsvarende type samtidig i løpet av en klokkesyklus. Det totale antall instruksjoner som skal leses er forhåndsbestemt av indikatoren i dekodingsblokkene. Hovedprinsippet her er at ved hver klokkesyklus belastes de merkede komponentene så mye som mulig. For å sikre samsvar med dette kriteriet, kan det være ekstra maskinvareelementer i prosessorstrukturen.

Dekodingsblokken behandler instruksjoner som bestemmer algoritmen for driften av mikrokretsen for å løse visse problemer. Å sikre at de fungerer er en vanskelig oppgave, som mange IT-spesialister tror. Dette skyldes delvis det faktum at lengden på instruksjonen ikke alltid er klart definert. Moderne prosessorer inkluderer vanligvis 2 eller 4 blokker der den tilsvarende dekodingen utføres.

Når det gjelder komponentene som er ansvarlige for datainnhenting, er deres hovedoppgave å sikre mottak av kommandoer fra cache-minne eller RAM, som er nødvendige for å sikre utførelse av instruksjoner. Kjernene til moderne prosessorer inneholder vanligvis flere blokker av tilsvarende type.

Kontrollkomponentene som finnes i brikken er også basert på dekodede instruksjoner. De er designet for å kontrollere arbeidet til blokkene som er ansvarlige for å utføre instruksjoner, samt fordele oppgaver mellom dem, og overvåke deres rettidig implementering. Kontrollkomponenter tilhører kategorien de viktigste i strukturen til mikroprosessorer.

Kjernene til mikrokretser av tilsvarende type inneholder også blokker som er ansvarlige for korrekt utførelse av instruksjoner. Strukturen deres inneholder elementer som en aritmetisk og logisk enhet, samt en komponent som er ansvarlig for flytepunktberegninger.

Det er blokker i prosessorkjernene som styrer behandlingen av utvidelsessett som er installert for instruksjoner. Disse algoritmene, som utfyller de grunnleggende kommandoene, brukes til å øke intensiteten på databehandlingen og utføre filkryptering eller dekrypteringsprosedyrer. Å løse slike problemer krever innføring av ytterligere registre, så vel som sett med instruksjoner, i strukturen til mikrokretskjernen. Moderne prosessorer inkluderer vanligvis følgende utvidelser: MMX (designet for koding av lyd- og videofiler), SSE (brukes for parallell databehandling), ATA (brukes til å øke hastigheten på programmer og redusere strømforbruket til PC-en), 3DNow (utvider multimediefunksjonene til en datamaskin ), AES (datakryptering), samt mange andre standarder.

Strukturen til prosessorkjerner inneholder vanligvis også blokker som er ansvarlige for å lagre resultater i RAM i samsvar med adressen i instruksjonene.

En viktig komponent i kjernen er den som kontrollerer avbruddsoperasjonen til brikken. Denne funksjonen lar prosessoren sikre stabiliteten til programmer under multitasking.

Arbeidet til sentralbehandleren innebærer også bruk av registre. Disse komponentene er analoge med RAM, men tilgangen til dem er flere ganger raskere. Volumet til den tilsvarende ressursen er lite - som regel overstiger det ikke en kilobyte. Registrene er klassifisert i flere typer. Dette kan være generelle komponenter som brukes når man utfører aritmetiske eller logiske beregninger. Det finnes spesialregistre som kan inkludere systemdata som brukes av prosessoren under drift.

Strukturen til prosessorkjernen inneholder også ulike hjelpekomponenter. Hvilken for eksempel? Dette kan være en sensor som overvåker den gjeldende CPU-temperaturen. Hvis ytelsen er høyere enn de etablerte standardene, kan mikrokretsen sende et signal til modulene som er ansvarlige for driften av viftene - og de vil begynne å rotere raskere. Det er en overgangsprediktor i kjernestrukturen - en komponent som er designet for å bestemme hvilke kommandoer som skal utføres etter fullføringen av visse sykluser med operasjoner utført av brikken. Et eksempel på en annen viktig komponent er programtelleren. Denne modulen registrerer adressen til den tilsvarende algoritmen, som overføres til mikrokretsen i det øyeblikket den begynner å utføre en bestemt syklus.

Dette er strukturen til kjernen som er en del av datamaskinens sentrale prosessor. La oss nå studere mer detaljert noen av nøkkelegenskapene til mikrokretser av tilsvarende type. Nemlig: teknisk prosess, klokkefrekvens, cache-minne og strømforbruk.

Prosessoregenskaper: prosesstype

Utviklingen av datateknologi er vanligvis forbundet med fremveksten av nye generasjoner av datamaskiner etter hvert som datateknologien forbedres. På samme tid, uten å telle ytelsesindikatorer, kan et av kriteriene for å klassifisere en datamaskin som en bestemt generasjon være dens absolutte størrelse. De aller første datamaskinene var sammenlignbare i størrelse med en bygning med flere etasjer. Andregenerasjons datamaskiner var sammenlignbare i størrelse med for eksempel en sofa eller et piano. Datamaskiner på neste nivå var allerede veldig nær de som er kjent for oss nå. På sin side er moderne PC-er fjerde generasjons datamaskiner.

Egentlig, hva er alt dette for noe? Faktum er at under utviklingen av datamaskiner ble det dannet en uoffisiell regel: jo mer teknologisk avansert enheten er, jo mindre dimensjoner har den med samme ytelse, eller enda større har den. Det gjelder fullt ut egenskapene til den sentrale prosessoren som vurderes, nemlig den tekniske prosessen med produksjonen. I dette tilfellet har avstanden mellom individuelle silisiumkrystaller som danner strukturen til mikrokretsen betydning. Jo mindre den er, desto større er tettheten til de tilsvarende elementene som sentralprosessorkortet plasserer på seg selv. Følgelig kan det betraktes som mer produktivt. Moderne prosessorer er produsert ved hjelp av 90-14 nm prosessteknologi. Denne indikatoren har en tendens til å reduseres gradvis.

Klokkefrekvens

Klokkehastigheten til sentralprosessoren er en av nøkkelindikatorene for ytelsen. Den bestemmer hvor mange operasjoner per sekund brikken kan utføre. Jo flere av dem, desto mer produktiv er prosessoren og datamaskinen som helhet. Det kan bemerkes at denne parameteren først og fremst karakteriserer kjernen som en uavhengig modul til sentralprosessoren. Det vil si at hvis det er flere tilsvarende komponenter på brikken, vil hver av dem fungere med en egen frekvens. Noen IT-spesialister anser det som akseptabelt å oppsummere disse egenskapene for alle kjerner. Hva betyr det? Hvis for eksempel prosessoren har 4 kjerner med en frekvens på 1 GHz, vil den totale ytelsen til PC-en, hvis du følger denne metodikken, være 4 GHz.

Frekvenskomponenter

Indikatoren under vurdering er dannet av to komponenter. For det første er dette systembussfrekvensen - den måles vanligvis i hundrevis av megahertz. For det andre er dette koeffisienten som den tilsvarende indikatoren multipliseres med. I noen tilfeller gir prosessorprodusenter brukerne muligheten til å justere begge parameterne. På samme tid, hvis du angir tilstrekkelig høye verdier for systembussen og multiplikatoren, kan du øke ytelsen til mikrokretsen betydelig. Slik overklokkes prosessoren. Riktignok må det brukes forsiktig.

Faktum er at overklokking kan øke temperaturen på sentralprosessoren betydelig. Hvis PC-en ikke har et passende kjølesystem installert, kan dette føre til svikt i brikken.

Bufferstørrelse

Moderne prosessorer er utstyrt med cache-minnemoduler. Hovedformålet deres er å midlertidig lagre data, vanligvis representert av et sett med spesielle kommandoer og algoritmer - de som oftest brukes i driften av mikrokretsen. Hva betyr dette i praksis? Først av alt kan CPU-belastningen reduseres på grunn av det faktum at de samme kommandoene og algoritmene vil være tilgjengelige online. Mikrokretsen, etter å ha mottatt ferdige instruksjoner fra cache-minnet, kaster ikke bort tid på å utvikle dem fra bunnen av. Som et resultat kjører datamaskinen raskere.

Hovedkarakteristikken til cache-minne er størrelsen. Jo større den er, jo mer romslig er denne modulen, følgelig, når det gjelder plasseringen av selve instruksjonene og algoritmene som brukes av prosessoren. Jo mer sannsynlig er det at mikrokretsen alltid finner de den trenger blant dem og fungerer raskere. Cache-minne på moderne prosessorer er oftest delt inn i tre nivåer. Den første fungerer på grunnlag av de raskeste og mest høyteknologiske mikrokretsene, resten er tregere. Volumet av cache på første nivå på moderne prosessorer er omtrent 128-256 KB, andre - 1-8 MB, tredje - kan overstige 20 MB.

Energiforbruk

En annen viktig parameter for mikrokretsen er strømforbruket. Å drive CPU kan kreve betydelig strømforbruk. Moderne mikrokretsmodeller bruker omtrent 40-50 W. I noen tilfeller har denne parameteren økonomisk betydning - for eksempel hvis vi snakker om å utstyre store bedrifter med flere hundre eller tusenvis av datamaskiner. Men en like viktig faktor er energiforbruket når det gjelder tilpasning av prosessorer for bruk på mobile enheter - bærbare datamaskiner, nettbrett, smarttelefoner. Jo lavere den tilsvarende indikatoren er, jo lengre batterilevetid vil enheten ha.

Hei kjære lesere! Bokstavelig talt alle trygge PC-brukere eller bærbare eiere har mer enn en gang lurt på hvordan prosessoren fungerer på innsiden? Sannsynligvis vil mange bli overrasket over å høre at strukturen til enhver "stein" på en personlig datamaskin eller bærbar datamaskin er basert på ekte steiner og steiner.

I dag skal vi prøve å finne ut hvordan strukturen til en moderne prosessor ser ut og hva som får hovedelementet til enhver datamaskin til å fungere.

Hva består en moderne mikroprosessor av?

Prosessorstrukturen i dag er representert av følgende hovedelementer:

Faktisk, . Den viktigste delen, hjertet av enheten, som også kalles krystallen eller steinen til en moderne mikroprosessor. Karakteristikkene og nyheten til kjernen bestemmer direkte overklokkingen og effektiviteten til mikroprosessoren.
Cache-minne er en liten, men svært informativ cache plassert rett inne i prosessoren. Brukes av mikroprosessoren for å redusere tilgangstiden til datamaskinens hovedminne betydelig.
En spesiell koprosessor, takket være hvilken komplekse operasjoner utføres. En slik koprosessor utvider funksjonaliteten til enhver moderne mikroprosessor betydelig og er dens integrerte komponent. Det er situasjoner der koprosessoren er en egen brikke, men i de fleste tilfeller er den innebygd direkte i datamaskinens mikroprosessor.

Ved bokstavelig talt å demontere en dataprosessor, kan vi se følgende strukturelle elementer presentert i diagrammet:

Det øverste metalldekselet brukes ikke bare for å beskytte "steinen" mot mekanisk skade, men også for å fjerne varme.
Direkte, en krystall eller stein og en kostbar del av en hvilken som helst datamaskinmikroprosessor Jo mer kompleks og perfekt en slik stein, desto raskere fungerer "hjernen" til enhver datamaskin.
Et spesielt underlag med kontakter på baksiden fullfører utformingen av mikroprosessoren, som vist på bildet. Det er takket være denne utformingen av baksiden at ekstern interaksjon med den sentrale "steinen" oppstår; det er umulig å direkte påvirke selve krystallen. Hele strukturen holdes sammen ved hjelp av et spesielt limforseglingsmiddel.

Hvordan fungerer det hele?

Logikken til enhver prosessor er basert på det faktum at alle datadata er lagret i biter, spesielle informasjonsceller representert med 0 eller 1. La oss prøve å finne ut hva som skjer, hvordan fargerike filmer og spennende dataspill vises på skjermen fra disse nuller og enere?

Først av alt er det nødvendig å forstå at når vi arbeider med elektronikk, mottar vi all informasjon i form av spenning. Over en viss verdi får vi en, under en viss verdi får vi null. For eksempel er et lys slått på i et rom ett, og et lys som er slått av er null. Et ytterligere hierarki, takket være hvilket mer komplekse elementer oppnås, er byten, som består av åtte biter. Takket være de samme bytene kan vi snakke ikke bare om lyset i rommet er på eller av, men også om lysstyrken, fargenyansen og så videre.

Spenningen går gjennom minnet og overfører data til prosessoren, som først og fremst bruker sitt eget cache-minne som den mest effektive, men lille cellen. Gjennom en spesiell kontrollenhet blir dataene behandlet og distribuert videre langs stien.

Prosessoren bruker byte og hele sekvenser av dem, som igjen kalles et program. Det er programmene som behandles av prosessoren som tvinger datamaskinen til å utføre en eller annen handling: spille av en video, starte et spill, slå på musikk og så videre.

Kampen mellom gigantene innen datamikroprosessorer

Vi snakker selvfølgelig om Intel og AMD. Hovedforskjellen i driftsprinsippene til disse selskapene er tilnærmingen til produksjon av nye datamaskinmikroprosessorer.
Mens Intel ruller ut ny teknologi sammen med små endringer, gjør AMD store produksjonsbevegelser med jevne mellomrom. Bildet ovenfor viser modeller av de nevnte selskapene med et særegent utseende.

Den ledende posisjonen, i de aller fleste tilfeller, innehas fortsatt av Intel. "Stones" fra AMD, selv om de er dårligere enn prosessorer fra Intel når det gjelder ytelse, overgår dem ofte når det gjelder rimelighet. Du kan lese om hvilket selskap som er bedre å velge i.

Hva de skal velge, bestemmer alle selv. I dag prøvde vi å forstå den interne strukturen til enhver moderne mikroprosessor og de grunnleggende prinsippene for driften. Ikke glem å oppdatere bloggen og dele interessante artikler med vennene dine på sosiale nettverk! Alt godt, venner!