Πώς λειτουργεί ο επεξεργαστής;

Σήμερα σχεδόν κάθε σπίτι έχει έναν υπολογιστή. Χωρίς αυτόν, είναι δύσκολο να φανταστούμε τη σημερινή ζωή. Αναζητήστε τις απαραίτητες πληροφορίες, δείτε ειδήσεις και καιρικές συνθήκες, αγοράστε και πωλούν αγαθά, παρακολουθήστε ταινίες και προγράμματα - όλα αυτά μπορούν να γίνουν χωρίς έξοδο από το σπίτι και χωρίς ιδιαίτερες προσπάθειες. Απλά πρέπει να ενεργοποιήσετε τον υπολογιστή και να συνδεθείτε στο διαδίκτυο.

Αλλά λίγοι άνθρωποι σκέφτονται για το τι συνίσταταιυπολογιστή, με τον οποίο μπορείτε να λάβετε τόσο γρήγορα όλες τις απαραίτητες πληροφορίες. Ένα από τα κύρια στοιχεία του υπολογιστή είναι ο επεξεργαστής. Κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο επεξεργαστής λειτουργεί, μπορείτε να διευκρινίσετε για τον εαυτό σας πολλά νέα πράγματα.

Τι είναι ένας επεξεργαστής

Ο κεντρικός επεξεργαστής, ή όπως καλείταιο κόσμος της επιστήμης των υπολογιστών - η CPU είναι το κύριο συστατικό του κάθε υπολογιστή, είναι η καρδιά και ο εγκέφαλός του. Είναι ο επεξεργαστής που εκτελεί όλες τις εντολές που καθορίζει ο χρήστης, επεξεργάζεται όλες τις πληροφορίες και ελέγχει άλλες συσκευές του υπολογιστή.

Σήμερα, οι κύριοι κατασκευαστές επεξεργαστώνείναι οι εταιρείες της Intel και των Advanced Micro Devices (AMD), οι οποίες για μεγάλο χρονικό διάστημα υπάρχουν στην αγορά της τεχνολογίας των πληροφοριών και έχουν δείξει μόνο την καλύτερη πλευρά. Φυσικά, υπάρχουν και άλλοι κατασκευαστές, αλλά στο επίπεδο αυτών των γιγαντιαίων εταιρειών είναι ακόμα πολύ μακριά. Είναι ενδιαφέρον ότι η Intel και η AMD αγωνίζονται συνεχώς για την ηγεσία στο προϊόν των επεξεργαστών, κερδίζοντας εναλλάξ τις πρώτες θέσεις στην κυκλοφορία νέων μοντέλων. Παραδόξως, αυτός ο αγώνας δίνει ώθηση στη συνεχή ποιοτική ανάπτυξη αυτού του τομέα της τεχνολογίας των πληροφοριών.

Εμφάνιση

Αρχίστε να επιθεωρείτε τον επεξεργαστή της συσκευήςένας υπολογιστής είναι απαραίτητος με την εμφάνισή του. Με την πρώτη ματιά, είναι απλώς ένα μεταλλικό κιβώτιο, στο πίσω μέρος του οποίου υπάρχει μια μικρή σανίδα μεγέθους περίπου 5x5 εκ. Και διάφορες επαφές, με τις οποίες ο επεξεργαστής συνδέεται στη μητρική πλακέτα. Στη μέση του επεξεργαστή υπάρχουν εκατομμύρια, μερικές φορές και δισεκατομμύρια διαφορετικά τρανζίστορ, τα οποία εκτελούν το βασικό έργο.

Τι είναι ο επεξεργαστής;

Ο ίδιος ο επεξεργαστής αποτελείται κυρίως από άμμο καιπιο συγκεκριμένα, το πυρίτιο, το οποίο στην κρούστα της γης είναι μόνο το 30%. Η διαδικασία σχηματισμού επεξεργαστών είναι πολύ περίπλοκη, απαιτεί ειδικό εξοπλισμό και κόστος υλικού. Εν συντομία, το σχήμα των επεξεργαστών κατασκευής είναι κάπως παρόμοιο με την τεχνολογία της εκτύπωσης φωτογραφιών - όταν κατασκευάζεται με τεχνολογία φωτολιθογραφίας. Στον ρόλο της φωτογραφίας, εδώ είναι οι «τηγανίτες» - μελλοντικοί επεξεργαστές, στους οποίους με τη βοήθεια ισχυρών επιταχυνόμενων ιόντων βορίου σε ειδικό επιταχυντή δημιουργούν μια μικροσκοπική δομή με πολλά τρανζίστορ. Και όσο πιο λεπτή είναι η τεχνολογική διαδικασία, τόσο περισσότερη δύναμη και ταχύτητα αυτής της δομής. Κάθε χρόνο το μέγεθος αυτών των δομικών στοιχείων είναι μικρότερο και στο εγγύς μέλλον, σύμφωνα με τις προβλέψεις των επιστημόνων, μπορούν να φτάσουν μόνο περίπου 15 nm.

Επιπλέον, αυτό το δομημένο τμήμα ημιαγωγών τοποθετείται στον πίνακα και τα καλώδια συνδέονται για να συνδέσουν τον επεξεργαστή στη μητρική πλακέτα - ο επεξεργαστής είναι έτοιμος!

Μπορείτε να αφαιρέσετε το κάλυμμα και να δείτε την εσωτερική διάταξη του επεξεργαστή, αλλά υπάρχει ο κίνδυνος βλάβης των λεπτότερων λεπτομερειών του επεξεργαστή, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε αδυναμία λειτουργίας του.

Εξαρτήματα

Με την πάροδο του χρόνου, τη συσκευή και τη λειτουργία του επεξεργαστήποιοτική αλλαγή. Μειώνει και το μέγεθος των επεξεργαστών. Σήμερα, σχεδόν οι ίδιες αρχές των επεξεργαστών κτιρίων χρησιμοποιούνται, όπως και πριν, μόνο το μέγεθος των εξαρτημάτων έχει αλλάξει.

Μέσα στη μονάδα επεξεργαστή είναι επίσης πολύΕνδιαφέρουσες. Αποτελείται από μια γενική αρχιτεκτονική - το μόνο που περιλαμβάνει ένα πυρήνα του σκάφους (με την λειτουργία του οποίου εξαρτάται από την ταχύτητα του υπολογιστή), το ελαστικό (αναρτήσεις που συνδέονται με τη μητρική πλακέτα) και ελέγχου (σωματίδια που είναι μικρότερα από τον πυρήνα, αλλά και πολύ σημαντικό και λειτουργικό).

Δείκτες επιδόσεων υπολογιστών

Η απάντηση του υπολογιστή στις συγκεκριμένες εντολές μπορείεξαρτώνται από διάφορους παράγοντες: ο αριθμός των πυρήνων, ο αριθμός των ρευμάτων (μπορεί να μη συμπίπτει με τον αριθμό των πυρήνων), τα μεγέθη cache - εσωτερική μνήμη του επεξεργαστή, ρολόι, ταχύτητα διαύλου, καθώς και το πολύ επεξεργαστή τεχνολογίας διαδικασία κατασκευής.

Αρχή λειτουργίας

Αφού μελετήσατε λεπτομερώς τη συσκευή, μπορείτε τώρα να εξετάσετε την αρχή του επεξεργαστή. Ο υπολογιστής ξεκινάει τη δουλειά του αφού λάβει μια συγκεκριμένη εντολή από το χρήστη.

Αλλά πολύ λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν ότι οποιαδήποτε ομάδα αποτελείται από δύο μέρη - επιχειρησιακά και λειτουργικά:

• το λειτουργικό τμήμα της εντολής δείχνει τι πρέπει να εκτελέσει ο υπολογιστής,
• Το δεύτερο μέρος της εντολής δίνει στους τελεστές του επεξεργαστή - κάτι που πρέπει να επεξεργαστεί ο επεξεργαστής.

Ορισμένοι επεξεργαστές μπορεί να περιέχουν δύομεταφορέα, δηλ. υπολογιστικές μονάδες. Κάθε μία από αυτές διαιρεί την εκτέλεση της εντολής που δίνεται στον υπολογιστή από τον χρήστη σε διάφορα στάδια: παραγωγή, αποκωδικοποίηση (δηλ. Αποκρυπτογράφηση της εντολής), εκτέλεση της ίδιας της εντολής, πρόσβαση στη μνήμη του επεξεργαστή και αποθήκευση των αποτελεσμάτων. Όλα αυτά τα στάδια γίνονται στον συντομότερο δυνατό χρόνο. Όταν εκτελείται ο αγωγός, κάθε στάδιο έχει εκχωρηθεί ένας κύκλος ρολογιού της ίδιας συχνότητας, έτσι ώστε σε κάθε επεξεργαστή στον επεξεργαστή να εκχωρηθούν πέντε κύκλοι.

Η προσωρινή μνήμη του κάθε επεξεργαστή αυξάνεταιτη λειτουργικότητά του. Σήμερα είναι συνηθισμένο να χρησιμοποιείτε δύο μνήμες cache, επειδή Η χρήση ενός είχε ως αποτέλεσμα συγκρούσεις κατά την εκτέλεση εντολών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι συχνά δύο ομάδες προσπάθησαν να λάβουν πληροφορίες από μια μνήμη cache. Η ξεχωριστή προσωρινή αποθήκευση εξαλείφει πλήρως την εμφάνιση τέτοιων καταστάσεων και επιτρέπει την ταυτόχρονη εκτέλεση δύο ομάδων.

Κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί ο επεξεργαστής ενός υπολογιστή, αξίζει να ληφθεί υπόψη ότι οι επεξεργαστές είναι διαφορετικοί: γραμμικοί, κυκλικοί και διακλαδώσεις.

• Οι γραμμικοί επεξεργαστές εκτελούν εντολές ανάλογα με τη σειρά εγγραφής τους στη μνήμη RAM.
• Οι κυκλικοί και διακλαδιστικοί επεξεργαστές εκτελούν εντολές ανάλογα με τα αποτελέσματα των συνθηκών των κλάδων εξέτασης.

Είναι επίσης σημαντικό να γνωρίζετε πώς λειτουργεί το λεωφορείο του επεξεργαστή. τους είναι δύο, ένα, γρήγορο λεωφορείο λειτουργεί με προσωρινή μνήμη του δεύτερου επιπέδου, το δεύτερο λεωφορείο (πιο αργά) έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με την ανταλλαγή πληροφοριών με άλλες συσκευές.