▷ Procesora daļas ārpusē un iekšpusē: pamatjēdzieni?

Protams, mēs visi aptuveni zinām, kas ir centrālais procesors, bet vai mēs tiešām zinām, kas ir procesora daļas ? Katrs no galvenajiem, kas ir nepieciešams, lai šis mazais silīcija kvadrāts spētu apstrādāt lielu daudzumu informācijas, spētu pārnest cilvēci uz laikmetu, kurā bez elektroniskām sistēmām būtu pilnīga kļūda.

Pārstrādātāji jau ir mūsu ikdienas sastāvdaļa, īpaši cilvēki, kuri dzimuši pēdējo 20 gadu laikā. Daudzi ir pilnīgi sajaukušies ar tehnoloģijām, nemaz nerunājot par mazajiem, kuri klaipiņa vietā viedtālruni ieved zem rokas… Visās šajās ierīcēs ir kopīgs elements, ko sauc par procesoru, kurš ir atbildīgs par “intelekta” piešķiršanu mašīnas mums apkārt. Ja šī elementa nebūtu, arī datoriem, mobilajiem telefoniem, robotiem un montāžas līnijām, īsi sakot, visiem būtu darbs… bet nav iespējams nokļūt tur, kur mēs tos esam izveidojuši, joprojām nav tādas pasaules kā “Matrix”, bet gan viss ies.

Satura rādītājs

Kas ir procesors un kāpēc tas ir tik svarīgs?

Pirmkārt, mums jāapzinās, ka ne tikai datorā ir procesors. Visās elektroniskajās ierīcēs ir elements, kas darbojas kā procesors, neatkarīgi no tā, vai tas ir digitālais pulkstenis, programmējams automāts vai viedtālrunis.

Bet, protams, mums arī jāapzinās, ka atkarībā no viņu iespējām un izgatavotajiem procesoriem var būt vairāk vai mazāk sarežģīts process, sākot no bināru kodu secīgas izpildīšanas līdz LED paneļa iedegšanai un beidzot ar milzīgu daudzumu informāciju, ieskaitot mācīšanos no viņiem (mašīnmācīšanās un mākslīgais intelekts).

Centrālais procesors (Central Processing Unit) spāņu valodā ir elektroniska shēma, kas spēj izpildīt programmā ietvertos uzdevumus un instrukcijas. Šīs instrukcijas ir ievērojami vienkāršotas, un to pamatā ir pamata aritmētiskie aprēķini (saskaitīšana, atņemšana, reizināšana un dalīšana), loģiskās operācijas (UN, VAI, NAV, NOR, NAND) un ieejas / izejas (I / O) vadība. no ierīcēm.

Tad procesors ir elements, kas atbild par visu operāciju veikšanu, kas veido programmas instrukcijas. Ja mēs ieliekam sevi mašīnas redzeslokā, tad šīs operācijas tiek reducētas līdz vienkāršām nulles un nulles ķēdēm, ko sauc par bitiem, un kas attēlo pašreizējos / īslaicīgos stāvokļus, tādējādi veidojot bināras loģiskas struktūras, uz kurām pat cilvēks ir spējīgs. saprast un programmēt mašīnkodā, montētājā vai izmantojot augstāka līmeņa programmēšanas valodu.

Tranzistori, visa vainīgie

Procesors neeksistētu, vismaz tik mazs, ja tas nebūtu paredzēts tranzistoriem. Tās ir jebkura procesora un integrētās shēmas pamatvienība. Tā ir pusvadītāju ierīce, kas aizver vai atver elektrisko ķēdi vai pastiprina signālu. Tādā veidā mēs varam izveidot tās un nulles, bināro valodu, kuru saprot CPU.

Šie tranzistori sāka darboties kā vakuuma vārsti, milzīgas spuldzēm līdzīgas ierīces, kas spēj veikt paša tranzistora komutācijas, bet ar mehāniskiem elementiem vakuumā. Datoriem, piemēram, ENIAC vai EDVAC, tranzistoru vietā bija vakuuma vārsti, un tie bija ārkārtīgi lieli un praktiski patērēja mazas pilsētas enerģiju. Šīs mašīnas bija pirmās ar Von Neumann arhitektūru.

Bet 1950.-1960. Gados sāka radīt pirmos tranzistoru CPU - patiesībā tas bija IBM 1958. gadā, kad ar IBM 7090 izveidoja savu pirmo pusvadītāju tranzistoru bāzes mašīnu. Kopš tā laika evolūcija bija iespaidīga, tādi ražotāji kā Intel un vēlāk AMD, pateicoties Intel 8086 CPU, sāka radīt pirmos galddatoru procesorus, ieviešot revolucionāro x86 arhitektūru. Patiesībā pat šodien mūsu galddatoru procesori ir balstīti uz šo arhitektūru, vēlāk mēs redzēsim x86 procesora daļas.

Pēc tam arhitektūra sāka kļūt arvien sarežģītāka, izmantojot mazākas mikroshēmas un arī pirmo reizi ieviešot vairāk serdeņu iekšpusē, un pēc tam ar kodoliem, kas īpaši veltīti grafikas apstrādei. Šajās mazajās mikroshēmās tika ieviestas pat īpaši ātras atmiņas bankas, kuras sauca par kešatmiņu, un savienojuma kopne ar galveno atmiņu - RAM.

Procesora ārējās daļas

Pēc šī īsā pārstrādātāju vēstures apskata, kamēr mēs atrodamies mūsdienās, mēs redzēsim, kādi ārējie elementi ir pašreizējam procesoram. Mēs runājam par fiziskiem elementiem, kurus var pieskarties un kas ir lietotāja redzami. Tas mums palīdzēs labāk izprast procesora fiziskās un savienojamības vajadzības.

Ligzda

CPU ligzda vai kontaktligzda ir elektromehāniska sistēma, kas ir stingri uzstādīta uz mātesplates un kas ir atbildīga par procesora savienošanu ar citiem paneļa elementiem un datoru. Tirgū ir vairāki pamata ligzdas veidi, kā arī daudz dažādu konfigurāciju. Jūsu vārdā vai nosaukumā ir trīs elementi, kas mums liks saprast, par kuru mēs runājam:

Personālo datoru gadījumā ražotājs var būt Intel vai AMD, tas ir kaut kas vienkārši saprotams. Attiecībā uz savienojuma veidu mums ir trīs dažādi veidi:

• LGA: (režģa kontaktu masīvs) nozīmē, ka kontakta tapas ir uzstādītas pašā kontaktligzdā, savukārt centrālajam procesoram ir tikai plakans kontaktu masīvs. PGA: (tapu režģa masīvs), tas ir tieši pretējs iepriekšējam, procesoram ir tapas un kontaktligzdas ir caurumi, lai tos ievietotu. BGA: (lodīšu režģa masīvs), šajā gadījumā procesors ir tieši pielodēts pie mātesplates.

Kas attiecas uz pēdējo numuru, tas identificē izplatīšanas veidu vai pieslēguma tapu skaitu, kas procesoram ir ar kontaktligzdu. Gan Intel, gan AMD ir milzīgs to skaits.

Pamatne

Pamatne pamatā ir PCB, kurā ir uzstādīta silīcija mikroshēma, kas satur serdeņu elektronisko shēmu, ko sauc par DIE. Mūsdienu procesoros var būt vairāk nekā viens no šiem elementiem, kas instalēti atsevišķi.

Bet arī šajā mazajā PCB ir visa savienojuma tapu matrica ar mātesplates ligzdu, gandrīz vienmēr apzeltīta, lai uzlabotu elektroenerģijas pārvadi, un ar aizsardzību pret pārslodzēm un strāvas pārspriegumu kondensatoru veidā.

DIE

DIE ir precīzi kvadrāts vai mikroshēma, kurā ir visas procesora integrētās shēmas un iekšējās sastāvdaļas. Vizuāli tas tiek uzskatīts par mazu melnu elementu, kas izvirzīts no pamatnes un veido kontaktu ar siltuma izkliedēšanas elementu.

Tā kā visa apstrādes sistēma atrodas tajā, DIE sasniedz neticami augstu temperatūru, tāpēc tā ir jāaizsargā ar citiem elementiem.

IHS

Saukts arī par DTS vai integrētu termisko difuzoru, un tā funkcija ir uztvert visu procesora serdeņu temperatūru un pārnest to uz aukstumizturīgo daļu, kuru šis elements ir uzstādījis. Tas ir izgatavots no vara vai alumīnija.

Šis elements ir loksne vai apvalks, kas aizsargā DIE no ārpuses un var būt tiešā saskarē ar to , izmantojot termisko pastu vai tieši metināts. Pielāgotajā spēļu aprīkojumā lietotāji noņem šo IHS, lai dzesēšanas šķidrumus tieši nonāktu saskarē ar DIE, izmantojot termisko pastu šķidrā metāla savienojumā. Šo procesu sauc par cenu samazināšanu, un tā mērķis ir būtiski uzlabot procesora temperatūru.

Heatsink

Pēdējais elements, kas atbild par iespējami daudz siltuma uztveršanu un nodošanu atmosfērā. Tie ir mazi vai lieli bloki, kas izgatavoti no alumīnija un vara pamatnes, ar ventilatoriem, kas palīdz atdzesēt visu virsmu, izmantojot piespiedu gaisa strāvu caur spurām.

Katram personālajam procesoram ir nepieciešams sildītājs, lai tas darbotos un kontrolētu temperatūru.

Tās ir procesora daļas ārēji, tagad mēs redzēsim tehniskāko daļu, tā iekšējās sastāvdaļas.

Von Neumann arhitektūra

Mūsdienu datoru pamatā ir Von Neumann, kurš bija matemātiķis, kurš bija atbildīgs par 1945. gadā dzīvības piešķiršanu pirmajiem datoriem vēsturē, jūs zināt, ENIAC un citiem tā lielajiem draugiem. Šī arhitektūra būtībā ir datora elementu vai komponentu izplatīšanas veids, lai tā darbība būtu iespējama. Tas sastāv no četrām pamatdaļām:

• Programmas un datu atmiņa: tas ir elements, kurā tiek glabātas instrukcijas, kas izpildāmas procesorā. Tas sastāv no atmiņas diskdziņiem vai cietajiem diskiem, brīvpiekļuves RAM un programmām, kurās ir pašas instrukcijas. Centrālais procesora bloks vai centrālais procesors: tas ir procesors, bloks, kas kontrolē un apstrādā visu informāciju, kas nāk no galvenās atmiņas un ievades ierīcēm. Ievades un izvades vienība: ļauj sazināties ar perifērijas ierīcēm un komponentiem, kas ir savienoti ar centrālo ierīci. Fiziski mēs tos varētu identificēt kā mūsu mātesplates laika nišas un pieslēgvietas. Datu kopnes: ir sliedes, sliedes vai kabeļi, kas fiziski savieno elementus. Centrālā procesora centrā tie ir sadalīti vadības kopnē, datu kopnē un adreses autobusā.

Daudzkodolu procesori

Pirms sākam uzskaitīt procesora iekšējos komponentus, ir ļoti svarīgi zināt, kas ir procesora kodoli un kāda ir to funkcija tajā.

Procesora kodols ir integrētā shēma, kas ir atbildīga par nepieciešamo aprēķinu veikšanu ar informāciju, kas caur to iet. Katrs procesors darbojas ar noteiktu frekvenci, ko mēra MHz, kas norāda operāciju skaitu, ko tas spēj veikt. Pašreizējiem procesoriem ir ne tikai kodols, bet arī vairāki no tiem, visi ir ar vieniem un tiem pašiem iekšējiem komponentiem un spēj izpildīt un atrisināt instrukcijas vienlaikus katrā pulksteņa ciklā.

Tātad, ja galvenais procesors katrā ciklā var izpildīt vienu instrukciju, ja tam būtu 6, tas varētu izpildīt 6 šīs instrukcijas tajā pašā ciklā. Šis ir dramatisks veiktspējas uzlabojums, un tieši to dara mūsdienu procesori. Bet mums ir ne tikai serdeņi, bet arī apstrādes pavedieni, kas ir kā sava veida loģiski serdeņi, caur kuriem cirkulē programmas pavedieni.

Apmeklējiet mūsu rakstu par: kādi ir procesora pavedieni? Atšķirības kodolos, lai uzzinātu vairāk par šo tēmu.

Procesora iekšējās daļas (x86)

Ir daudz dažādu mikroprocesoru arhitektūru un konfigurāciju, taču tas, kas mūs interesē, ir tas, kas atrodas mūsu datoru iekšpusē, un tas neapšaubāmi ir tas, kurš saņem nosaukumu x86. Mēs to varētu redzēt tieši fiziski vai shematiski, lai padarītu to nedaudz skaidrāku, zināt, ka tas viss ir DIE ietvaros.

Mums jāpatur prātā, ka vadības bloks, aritmētiskās loģikas vienība, reģistri un FPU atradīsies katrā procesora kodolā.

Vispirms apskatīsim galvenos iekšējos komponentus:

Vadības bloks

Angļu valodā, ko sauc par Conrol Unit vai CU, tas ir atbildīgs par procesora darbības vadību. Tas tiek darīts, dodot komandas vadības signālu veidā RAM, aritmētiskās loģikas blokam un ievades un izvades ierīcēm, lai viņi zinātu, kā pārvaldīt informāciju un instrukcijas, kas tiek nosūtītas procesoram. Piemēram, viņi vāc datus, veic aprēķinus un saglabā rezultātus.

Šī vienība nodrošina pārējo komponentu sinhronizāciju, izmantojot pulksteņa un laika signālus. Praktiski visiem procesoriem šī iekārta ir iekšpusē, bet pieņemsim, ka tā atrodas ārpus tā, kas ir pašas apstrādes kodols. Savukārt tajā mēs varam izdalīt šādas daļas:

• Pulkstenis (CLK): tas ir atbildīgs par kvadrātveida signāla ģenerēšanu, kas sinhronizē iekšējos komponentus. Ir arī citi pulksteņi, kas atbild par šo elementu sinhronizāciju, piemēram, reizinātājs, kuru mēs redzēsim vēlāk. Programmu skaitītājs (CP): satur nākamās izpildāmās instrukcijas atmiņas adresi. Instrukciju reģistrs (RI): saglabā izpildīto instrukciju Sequencer and Decoder: interpretē un izpilda instrukcijas caur komandām

Aritmētiski-loģiskā vienība

Jūs to noteikti zināt ar saīsinājumu “ALU”. ALU ir atbildīgs par visu aritmētisko un loģisko aprēķinu veikšanu ar veseliem skaitļiem bitu līmenī, šī vienība strādā tieši ar instrukcijām (operandiem) un ar operāciju, ko vadības bloks ir uzdevis to darīt (operators).

Operandi var nākt no procesora iekšējiem reģistriem vai tieši no RAM atmiņas, citas darbības rezultātā tos var ģenerēt pat pašā ALU. Rezultāts būs operācijas rezultāts, kas ir vēl viens vārds, kas tiks saglabāts reģistrā. Šīs ir tās pamatdaļas:

• Ieejas reģistri (REN): tie glabā vērtējamos operandus. Darbības kods: CU nosūta operatoram, lai darbība tiktu veikta Akumulators vai rezultāts: operācijas rezultāts iznāk no ALU kā binārs vārdu statusa reģistrs (karogs): tas glabā dažādus nosacījumus, kas jāņem vērā operācijas laikā.

Peldošā komata vienība

Jūs to pazīstat kā FPU vai Peldošā komata vienību. Būtībā tas ir atjauninājums, ko veic jaunās paaudzes procesori un kas specializējas peldošā komata operāciju aprēķināšanā, izmantojot matemātisku kopēju procesoru. Ir vienības, kas pat var veikt trigonometriskus vai eksponenciālus aprēķinus.

Būtībā tā ir pielāgošana, lai palielinātu procesoru veiktspēju grafikas apstrādē, kur veicamie aprēķini ir daudz smagāki un sarežģītāki nekā parastajās programmās. Dažos gadījumos FPU funkcijas veic pats ALU, izmantojot instrukcijas mikrokodu.

Ieraksti

Mūsdienu procesoriem, tā sakot, ir sava glabāšanas sistēma, un mazākā un ātrākā vienība ir reģistri. Būtībā tā ir maza noliktava, kurā tiek glabātas apstrādes instrukcijas un no tām iegūtie rezultāti.

Kešatmiņa

Nākamais krātuves līmenis ir kešatmiņas atmiņa, kas ir arī ārkārtīgi ātra atmiņa, kas ir daudz vairāk nekā RAM atmiņa, kas ir atbildīga par instrukciju glabāšanu, kuras tūlīt izmantos procesors. Vai vismaz jūs mēģināsit uzglabāt instrukcijas, kuras, jūsuprāt, tiks izmantotas, jo dažreiz nav citas izvēles, kā pieprasīt tās tieši no RAM.

Pašreizējo procesoru kešatmiņa ir integrēta tajā pašā procesora DIE un ir sadalīta kopumā trīs līmeņos, L1, L2 un L3:

• 1. līmeņa kešatmiņa (L1): tā ir mazākā pēc žurnāliem un ātrākā no trim. Katrā apstrādes kodolā ir sava L1 kešatmiņa, kas savukārt ir sadalīta divās daļās: L1 dati, kas ir atbildīgi par datu glabāšanu, un L1 instrukcija, kurā glabājas izpildāmās instrukcijas. Tas parasti ir 32 KB. 2. līmeņa kešatmiņa (L2) - šī atmiņa ir lēnāka nekā L2, bet arī lielāka. Parasti katram kodolam ir savs L2, kas var būt apmēram 256 KB, taču šajā gadījumā tas nav tieši integrēts kodola ķēdē. 3. līmeņa kešatmiņa (L3): tā ir lēnākā no trim, kaut arī daudz ātrāk nekā RAM. Tas atrodas arī ārpus kodoliem un ir sadalīts starp vairākiem kodoliem. Tas svārstās no 8 MB līdz 16 MB, kaut arī ļoti jaudīgos CPU tas sasniedz līdz 30 MB.

Ienākošie un izejošie autobusi

Kopne ir komunikācijas kanāls starp dažādiem elementiem, kas veido datoru. Tās ir fiziskās līnijas, caur kurām dati cirkulē elektrības veidā, instrukcijas un visi elementi, kas nepieciešami apstrādei. Šīs kopnes var novietot tieši procesora iekšpusē vai ārpus tā, uz mātesplates. Datorā ir trīs veidu autobusi:

• Datu kopne: protams, visvieglāk saprotamā, jo tā ir kopne, caur kuru cirkulē dažādu komponentu nosūtītie un saņemtie dati uz procesoru vai no tā. Tas nozīmē, ka tas ir divvirzienu autobuss un caur to cirkulēs vārdi ar 64 bitu garumu, ar garumu, kuru procesors ir spējīgs apstrādāt. Datu kopnes piemērs ir LANES vai PCI Express Lines, kas komunicē centrālo procesoru ar PCI slotiem, piemēram, grafikas kartei. Adreses kopne: adrešu kopne nevis cirkulē datus, bet gan atmiņas adreses, lai atrastu atmiņā saglabātos datus. RAM ir kā liels datu krātuve, kas sadalīta šūnās, un katrai no šīm šūnām ir sava adrese. Tieši procesors prasīs atmiņu datiem , nosūtot atmiņas adresi, šai adresei jābūt tik lielai, cik šūnām ir RAM atmiņa. Pašlaik procesors var adresēt atmiņas adreses līdz 64 bitiem, tas ir, mēs varētu apstrādāt atmiņas līdz 2 ⁶⁴ šūnām. Vadības kopne: vadības kopne ir atbildīga par divu iepriekšējo kopņu pārvaldību, izmantojot vadības un laika signālus, lai sinhronizēti un efektīvi izmantotu visu informāciju, kas cirkulē procesoram vai no tā. Tas būtu kā lidostas gaisa satiksmes vadības tornis.

BSB, ievades / izvades vienība un reizinātājs

Ir svarīgi zināt, ka pašreizējiem procesoriem nav tradicionālās FSB vai Front Bus, kas kalpoja CPU saziņai ar pārējiem mātesplates elementiem, piemēram, mikroshēmojumu un perifērijas ierīcēm caur ziemeļu tiltu un dienvidu tiltu. Tas ir tāpēc, ka pati kopne ir ievietota CPU kā ievades un izvades (I / O) datu pārvaldības vienība, kas tieši komunicē RAM ar procesoru, it kā tas būtu vecais ziemeļu tilts. Tādas tehnoloģijas kā AMD HyperTransport vai Intel HyperThreading ir atbildīgas par informācijas apmaiņas pārvaldību par augstas veiktspējas procesoriem.

BSB vai aizmugures puse ir kopne, kas ir atbildīga par mikroprocesora savienošanu ar savu kešatmiņu, parasti L2. Tādā veidā priekšējo autobusu var atbrīvot no diezgan lielas slodzes, tādējādi palielinot kešatmiņas ātrumu vēl tuvāk serdes ātrumam.

Un, visbeidzot, mums ir reizinātāji, kas ir virkne elementu, kas atrodas procesora iekšpusē vai ārpusē un kas ir atbildīgi par attiecību mērīšanu starp CPU pulksteni un ārējo autobusu pulksteni. Šajā brīdī mēs zinām, ka centrālais procesors ir savienots ar tādiem elementiem kā RAM, mikroshēmojumu komplektu un citām perifērijas ierīcēm, izmantojot kopnes. Pateicoties šiem reizinātājiem, iespējams, CPU frekvence ir daudz ātrāka nekā ārējie kopnes, lai varētu apstrādāt vairāk datu.

Piemēram, reizinātājs x10 ļaus sistēmai, kas darbojas 200 MHz frekvencē, strādāt ar centrālo procesoru 2000 MHz frekvencē. Pašreizējos procesoros mēs varam atrast vienības ar reizinātāju atbloķētu. Tas nozīmē, ka mēs varam palielināt tā biežumu un tādējādi arī apstrādes ātrumu. Mēs to saucam par overclocking.

IGP vai iekšējā grafiskā karte

Lai pabeigtu ar procesora detaļām, mēs nevaram aizmirst par integrēto grafisko vienību, ko dažas no tām nēsā. Pirms mēs esam redzējuši, kas ir FPU, un šajā gadījumā mēs saskaramies ar kaut ko līdzīgu, bet ar daudz lielāku jaudu, jo būtībā tās ir kodolu virkne, kas spēj patstāvīgi apstrādāt mūsu komandas grafiku, kas matemātiskiem nolūkiem ir milzīgs daudzums peldošā komata aprēķinu un grafikas atveidojumu, kas būtu ļoti intensīvs procesoram.

IGP veic tikai tādu pašu funkciju kā ārējā grafiskā karte, kuru mēs instalējām PCI-Express slotā, tikai mazākā mērogā vai ar jaudu. To sauc par integrēto grafikas procesoru, jo tā ir integrēta shēma, kas uzstādīta tajā pašā procesorā, kas atbrīvo centrālo bloku no šo sarežģīto procesu sērijas. Tas būs noderīgi, ja mums nav grafiskās kartes, taču pagaidām tai nav veiktspējas, kas būtu salīdzināma ar šīm.

Gan AMD, gan Intel ir vienības, kas integrē IGP CPU, tādējādi tos saucot par APU (Accelerated Processing Unit). Tā piemērs ir gandrīz viss i saimes Intel Core, kā arī AMD Athlon un daži Ryzen.

Secinājums par procesora daļām

Mēs nonākam pie šī garā raksta beigām, kurā vairāk vai mazāk pamata veidā mēs redzam procesora daļas gan no ārējā, gan iekšējā viedokļa. Patiesība ir tāda, ka tā ir ļoti interesanta tēma, bet sasodīti sarežģīta un ilgi izskaidrojama, kuras detaļas nav saprotamas gandrīz visiem no mums, kuri nav iegremdēti šāda veida ierīču montāžas līnijās un ražotājos.

Tagad mēs jums atstājam dažas konsultācijas, kas jums varētu būt interesantas.

Ja jums ir kādi jautājumi vai vēlaties izskaidrot jebkuru rakstu rakstu, mēs aicinām jūs to rakstīt komentāru lodziņā. Vienmēr ir labi, ja ir citu viedoklis un gudrība.