Šta je procesor, centralna procesorska jedinica, CPU? Procesor i njegove komponente.

Vjerovatno ste prilikom odabira računara i proučavanja njegovih karakteristika primijetili da se takvoj stavci kao što je procesor pridaje velika važnost. Zašto baš on, a ne model, napajanje ili? Da, to su takođe važne komponente sistema i mnogo zavisi od njihovog pravilnog odabira, ali karakteristike CPU-a direktno iu većoj meri utiču na brzinu i performanse računara. Pogledajmo značenje ovog uređaja u računaru.

Počnimo uklanjanjem procesora iz sistemske jedinice. Kao rezultat toga, računar neće raditi. Shvaćate li sada koju ulogu igra? Ali hajde da detaljnije proučimo problem i saznamo šta je računarski procesor.

Šta je računarski procesor

Čitava poenta je u tome da je centralna procesorska jedinica (puni naziv) kako se kaže pravo srce i istovremeno mozak kompjutera. Dok ona radi, rade i sve ostale komponente sistemske jedinice i periferije povezane s njom. Odgovoran je za obradu različitih tokova podataka i također regulira rad dijelova sistema.

Više tehničkih definicija može se naći na Wikipediji:

CPU - elektronska jedinica ili integrisano kolo (mikroprocesor) koje izvršava mašinske instrukcije (programski kod), glavni deo hardvera računara ili programabilnog logičkog kontrolera.

U životu, CPU izgleda kao mala četvrtasta ploča veličine kutije šibica, debljine nekoliko milimetara, čiji je gornji dio obično prekriven metalnim poklopcem (u desktop verzijama), a donji dio sadrži mnogo kontakata. Zapravo, da ne bi laprdali, pogledajte sljedeće fotografije:

Bez naredbe koju izdaje procesor, ne može se izvesti čak ni tako jednostavna operacija kao što je dodavanje dva broja ili snimanje jednog megabajta informacija. Sve ovo zahtijeva trenutni pristup CPU-u. Što se tiče složenijih zadataka, poput pokretanja igre ili obrade videa.

Vrijedno je dodati gornjim riječima da procesori mogu obavljati i funkcije video kartice. Činjenica je da u modernim čipovima postoji mjesto za video kontroler, koji obavlja sve funkcije potrebne za njega i koristi video memoriju. Ne biste trebali misliti da su ugrađena grafička jezgra sposobna konkurirati barem grafičkim karticama srednje klase; ovo je više opcija za uredske mašine gdje moćna grafika nije potrebna, ali ipak mogu podnijeti nešto slabo. Glavna prednost integrirane grafike je cijena - ne morate kupovati posebnu video karticu, a to je značajna ušteda.

Kako radi procesor

U prethodnom pasusu je objašnjeno šta je procesor i za šta je potreban. Vrijeme je da pogledamo kako to funkcionira.

Aktivnost CPU-a može se predstaviti nizom sljedećih događaja:

• Iz RAM-a, gdje je učitan određeni program (na primjer, uređivač teksta), kontrolna jedinica procesora izvlači potrebne informacije, kao i skup naredbi koje se moraju izvršiti. Sve ovo se šalje bafer memorija (cache) CPU;
• Informacije koje izlaze iz keš memorije podijeljene su u dvije vrste: uputstva i značenja , koji se šalju u registre (ovo su memorijske ćelije u procesoru). Prvi idu u registre komandi, a drugi u registre podataka;
• Obrađuje informacije iz registara aritmetičko-logička jedinica (dio CPU-a koji vrši aritmetičke i logičke transformacije dolaznih podataka), koji čita informacije iz njih, a zatim izvršava potrebne komande na rezultirajućim brojevima;
• Dobijeni rezultati su podijeljeni na završeno I nedovršeno , idite na registre, odakle se prva grupa šalje u keš procesora;
• Započnimo ovu tačku s činjenicom da postoje dva glavna nivoa keša: gornji I niže . Posljednje primljene komande i podaci potrebni za izvođenje proračuna idu u keš gornje razine, a neiskorištene se šalju u keš niže razine. Ovaj proces ide ovako - sve informacije idu sa trećeg nivoa keša na drugi, a zatim dolaze do prvog, sa podacima koji trenutno nisu potrebni i šalju se na niži nivo, sve je obrnuto;
• Na kraju računarskog ciklusa, konačni rezultat će biti zapisan u RAM sistema kako bi se oslobodio prostor CPU keš memorije za nove operacije. Ali može se desiti da je bafer memorija puna, pa će neiskorišteni podaci otići u RAM, ili na niži nivo keša.

Koraci korak po korak gore navedenih radnji su radni tok procesora i odgovor na pitanje - kako procesor radi.

Vrste procesora i njihovi glavni proizvođači

Postoji mnogo tipova procesora, od slabih jednojezgrenih do moćnih višejezgrenih. Od igranja i rada do prosjeka u svakom pogledu. Ali, postoje dva glavna CPU kampa - AMD i poznati Intel. Riječ je o dvije kompanije koje proizvode najtraženije i najpopularnije mikroprocesore na tržištu. Glavna razlika između AMD i Intel proizvoda nije broj jezgara, već arhitektura - unutrašnja struktura. Svaki od konkurenata nudi svoju internu strukturu, svoj tip procesora, koji se radikalno razlikuje od svog konkurenta.

Proizvodi svake strane imaju svoje prednosti i nedostatke, pa predlažem da ih ukratko pogledate pobliže.

Prednosti Intelovih procesora:

• Ima manju potrošnju energije;
• Programeri su više fokusirani na Intel nego na AMD;
• Bolje performanse igranja;
• Veza između Intel procesora i RAM-a je bolje implementirana nego kod AMD-a;
• Operacije koje se izvode u okviru samo jednog programa (na primjer, raspakivanje) idu bolje, AMD se poigrava po tom pitanju.

Nedostaci Intel procesora:

• Najveći nedostatak je cijena. CPU datog proizvođača je često za red veličine veći od procesora njihovog glavnog konkurenta;
• Performanse se smanjuju kada se koriste dva ili više "teških" programa;
• Integrisana grafička jezgra su inferiorna u odnosu na AMD;

Prednosti AMD procesora:

• Najveći Intelov plus je najveći minus - cijena. Od AMD-a možete kupiti dobar procesor srednjeg ranga, koji će se nositi sa modernim igrama sa solidnih 4, a možda i 5, dok će koštati mnogo manje od procesora sličnih performansi od konkurenta;
• Adekvatan odnos kvaliteta i cene;
• Osigurati visokokvalitetan rad sistema;
• Mogućnost overclockanja procesora, čime se povećava njegova snaga za 10-20%;
• Integrisana grafička jezgra su superiornija u odnosu na Intel.

Nedostaci AMD procesora:

• AMD-ovi procesori lošije komuniciraju sa RAM-om;
• Potrošnja energije je veća od Intel;
• Bafer memorija na drugom i trećem nivou radi na nižoj frekvenciji;
• Performanse igranja zaostaju za konkurentima;

Ali, uprkos gore navedenim prednostima i nedostacima, svaka od kompanija nastavlja da se razvija, njihovi procesori sa svakom generacijom postaju sve moćniji, a greške prethodne linije se uzimaju u obzir i ispravljaju.

Glavne karakteristike procesora

Pogledali smo šta je računarski procesor i kako radi. Nakon što smo se upoznali s tim koja su njihova dva glavna tipa, vrijeme je da obratite pažnju na njihove karakteristike.

Dakle, prvo, hajde da ih navedemo: marka, serija, arhitektura, podrška za određeni socket, brzina procesora, keš memorija, broj jezgara, potrošnja energije i rasipanje topline, integrirana grafika. Pogledajmo sada to sa objašnjenjima:

• Brend – ko proizvodi procesor: AMD ili Intel. Ovaj izbor određuje ne samo kupovnu cijenu i performanse, kao što se moglo pretpostaviti iz prethodnog odjeljka, već i izbor ostalih PC komponenti, posebno matične ploče. Budući da procesori iz AMD-a i Intel-a imaju različite dizajne i arhitekture, neće biti moguće ugraditi drugi u socket (utičnicu za instaliranje procesora na matičnu ploču) dizajniranu za jedan tip procesora;
• Serija - oba konkurenta dijele svoje proizvode na mnogo tipova i podtipova. (AMD - Ryzen, FX, Intel-i5, i7);
• Arhitektura procesora je zapravo unutrašnji organi CPU-a; svaki tip procesora ima individualnu arhitekturu. Zauzvrat, jedna vrsta se može podijeliti na nekoliko podvrsta;
• Podrška za određenu utičnicu je vrlo važna karakteristika procesora, budući da je sama utičnica "utičnica" na matičnoj ploči za povezivanje procesora, a svaki tip procesora zahtijeva odgovarajuću utičnicu. Zapravo, ovo je gore spomenuto. Ili morate znati koja se utičnica nalazi na vašoj matičnoj ploči i odabrati procesor za nju, ili obrnuto (što je ispravnije);
• Brzina takta je jedan od značajnih pokazatelja performansi procesora. Odgovorimo na pitanje kolika je brzina procesora. Odgovor će biti jednostavan za ovaj strašni pojam - obim operacija koje se izvode u jedinici vremena, mjereno u megahercima (MHz);
• Keš memorija je memorija instalirana direktno u procesor, koja se naziva i bafer memorija, i ima dva nivoa - gornji i donji. Prvi prima aktivne informacije, drugi prima informacije koje se trenutno ne koriste. Proces dobijanja informacija ide sa trećeg nivoa na drugi, a zatim na prvi, nepotrebne informacije putuju na drugu stranu;
• Broj jezgara - CPU može imati od jednog do nekoliko. U zavisnosti od broja, procesor će se zvati dual-core, quad-core, itd. Shodno tome, snaga će zavisiti od njihovog broja;
• Potrošnja energije i rasipanje topline. Ovdje je sve jednostavno - što procesor više "jede" energiju, to će više topline proizvesti; obratite pažnju na ovu tačku da odaberete odgovarajući hladnjak za hlađenje i napajanje.
• Integrisana grafika – AMD-ov prvi takav razvoj pojavio se 2006. godine, Intelov od 2010. Prvi pokazuju bolje rezultate od svojih konkurenata. Ipak, nijedan od njih još nije uspio doći do vodećih video kartica.

zaključci

Kao što već razumete, centralni procesor računara igra vitalnu ulogu u sistemu. U današnjem članku smo objasnili šta je računarski procesor, koja je frekvencija procesora, šta su i za šta su potrebni. Koliko se neki CPU razlikuju od drugih, koje vrste procesora postoje. Razgovarali smo o prednostima i nedostacima proizvoda dvije konkurentske kampanje. Ali sa kojim karakteristikama će procesor biti instaliran u vašu sistemsku jedinicu, na vama je da odlučite.

Gotovo svi znaju da je u računaru glavni element među svim "hardverskim" komponentama centralni procesor. Ali krug ljudi koji razumiju kako procesor radi je vrlo ograničen. Većina korisnika nema pojma o tome. Čak i kada sistem iznenada počne da usporava, mnogi smatraju da je procesor taj koji ne radi dobro i ne pridaju značaj drugim faktorima. Da bismo u potpunosti razumjeli situaciju, pogledajmo neke aspekte rada CPU-a.

Šta je centralna procesorska jedinica?

Od čega se sastoji procesor?

Ako govorimo o tome kako radi Intel procesor ili njegov konkurent AMD, morate pogledati kako su ovi čipovi dizajnirani. Prvi mikroprocesor (inače, bio je iz Intela, model 4040) pojavio se davne 1971. godine. Mogao je da izvodi samo najjednostavnije operacije sabiranja i oduzimanja sa obradom samo 4 bita informacija, odnosno imao je 4-bitnu arhitekturu.

Moderni procesori, kao i prvorođeni, bazirani su na tranzistorima i mnogo su brži. Izrađuju se fotolitografijom od određenog broja pojedinačnih silikonskih pločica koje čine jedan kristal u koji su utisnuti tranzistori. Krug se stvara na posebnom akceleratoru pomoću ubrzanih iona bora. U unutrašnjoj strukturi procesora, glavne komponente su jezgra, magistrale i funkcionalne čestice koje se nazivaju revizije.

Glavne karakteristike

Kao i svaki drugi uređaj, procesor karakteriziraju određeni parametri, koji se ne mogu zanemariti kada se odgovara na pitanje kako procesor radi. Prije svega ovo:

• Broj jezgara;
• broj niti;
• veličina keš memorije (interna memorija);
• frekvencija sata;
• brzina guma.

Za sada, fokusirajmo se na frekvenciju sata. Nije uzalud što se procesor naziva srcem računara. Kao i srce, radi u pulsirajućem režimu sa određenim brojem otkucaja u sekundi. Frekvencija takta se mjeri u MHz ili GHz. Što je veći, uređaj može izvršiti više operacija.

Na kojoj frekvenciji procesor radi, možete saznati iz njegovih deklariranih karakteristika ili pogledati informacije u Ali dok se obrađuju komande, frekvencija se može promijeniti, a tokom overkloka (overlocking) može porasti do ekstremnih granica. Dakle, deklarisana vrijednost je samo prosječan pokazatelj.

Broj jezgara je indikator koji određuje broj procesorskih centara (ne treba se brkati s nitima - broj jezgara i niti možda neće biti isti). Zbog ove distribucije, moguće je preusmjeriti operacije na druga jezgra, čime se povećavaju ukupne performanse.

Kako radi procesor: obrada naredbi

Sada malo o strukturi izvršnih naredbi. Ako pogledate kako procesor radi, morate jasno razumjeti da svaka naredba ima dvije komponente - operativnu i jednu operandsku.

Operativni dio specificira šta računarski sistem treba da radi u ovom trenutku; operand specificira na čemu procesor treba da radi. Osim toga, jezgro procesora može sadržavati dva računska centra (kontejneri, niti), koji dijele izvršenje naredbe u nekoliko faza:

• proizvodnja;
• dešifriranje;
• izvršenje naredbi;
• pristup memoriji samog procesora
• čuvanje rezultata.

Danas se zasebno keširanje koristi u obliku korištenja dva nivoa keš memorije, čime se izbjegava presretanje od strane dvije ili više naredbi za pristup jednom od memorijskih blokova.

Na osnovu tipa obrade naredbi, procesori se dijele na linearne (izvršavanje naredbi redoslijedom kojim su napisane), ciklične i granajuće (izvršavanje instrukcija nakon obrade uslova grananja).

Izvršene operacije

Među glavnim funkcijama koje su dodijeljene procesoru, u smislu izvršenih naredbi ili instrukcija, razlikuju se tri glavna zadatka:

• matematičke operacije zasnovane na aritmetičko-logičkom uređaju;
• premještanje podataka (informacija) iz jedne vrste memorije u drugu;
• donošenje odluke o izvršenju naredbe i na osnovu toga odabir prelaska na izvršenje drugih skupova naredbi.

Interakcija sa memorijom (ROM i RAM)

U ovom procesu, komponente koje treba napomenuti su magistrala i kanal za čitanje-upisivanje, koji su povezani sa uređajima za skladištenje. ROM sadrži konstantan skup bajtova. Prvo, adresna sabirnica traži određeni bajt od ROM-a, zatim ga prenosi u sabirnicu podataka, nakon čega kanal za čitanje mijenja svoje stanje i ROM daje traženi bajt.

Ali procesori ne mogu samo čitati podatke iz RAM-a, već ih i pisati. U ovom slučaju se koristi kanal za snimanje. Ali, ako pogledate, općenito, moderni računari, čisto teoretski, uopće bi mogli bez RAM-a, budući da moderni mikrokontroleri mogu smjestiti potrebne bajtove podataka direktno u memoriju samog procesorskog čipa. Ali nema načina bez ROM-a.

Između ostalog, sistem kreće iz režima testiranja hardvera (BIOS komande), a tek tada se kontrola prenosi na operativni sistem za učitavanje.

Kako provjeriti da li procesor radi?

Pogledajmo sada neke aspekte provjere performansi procesora. Mora se jasno shvatiti da ako procesor ne bi radio, računar uopšte ne bi mogao da počne da se učitava.

Druga je stvar kada treba pogledati indikator iskorištenosti procesorskih mogućnosti u određenom trenutku. To se može učiniti iz standardnog “Task Managera” (nasuprot svakom procesu je naznačeno koliko posto opterećenja procesora pruža). Da biste vizualno odredili ovaj parametar, možete koristiti karticu performansi, gdje se promjene prate u realnom vremenu. Napredni parametri se mogu vidjeti pomoću posebnih programa, na primjer, CPU-Z.

Osim toga, možete koristiti više procesorskih jezgri koristeći (msconfig) i dodatne parametre pokretanja.

Mogući problemi

Na kraju, nekoliko riječi o problemima. Mnogi korisnici često pitaju, zašto procesor radi, a monitor se ne uključuje? Ova situacija nema nikakve veze sa centralnim procesorom. Činjenica je da kada uključite bilo koji računar, prvo se testira grafički adapter, a tek onda sve ostalo. Možda problem leži upravo u procesoru grafičkog čipa (svi moderni video akceleratori imaju svoje grafičke procesore).

Ali koristeći primjer funkcioniranja ljudskog tijela, morate shvatiti da u slučaju srčanog zastoja cijelo tijelo umire. Isto i sa kompjuterima. Procesor ne radi - cijeli kompjuterski sistem "umire".

Danas procesori imaju posebnu ulogu samo u reklamiranju, oni se svim silama trude da uvjere da je procesor u kompjuteru odlučujuća komponenta, posebno proizvođača kao što je Intel. Postavlja se pitanje: šta je savremeni procesor, a šta je procesor uopšte?

Dugo vremena, tačnije, do 90-ih godina, procesor je bio taj koji je određivao performanse računara. Procesor je sve odredio, ali danas to nije sasvim tačno.

Nije sve određeno centralnim procesorom, a Intelovi procesori nisu uvijek poželjniji od onih iz AMD-a. U posljednje vrijeme primjetno je porasla uloga ostalih kompjuterskih komponenti, a kod kuće procesori rijetko postaju usko grlo, ali kao i ostale kompjuterske komponente trebaju dodatno razmotriti, jer ni jedan računar ne može postojati bez njih. Sami procesori više nisu domen nekoliko tipova računara, jer je raznolikost računara postala veća.

procesor (centralna procesorska jedinica) je vrlo složen čip koji obrađuje mašinski kod i odgovoran je za izvođenje različitih operacija i kontrolu perifernih uređaja računala.

Da bi se ukratko označio centralni procesor, usvojena je skraćenica „CPU“, a takođe i vrlo uobičajena CPU – Central Processing Unit, što se prevodi kao centralna procesorska jedinica.

Upotreba mikroprocesora

Uređaj kao što je procesor integriran je u gotovo svaku elektroničku opremu, a kamoli uređaje poput TV-a i video plejera, čak i u igračke, a sami pametni telefoni su već kompjuteri, iako se razlikuju po dizajnu.

Nekoliko CPU jezgara može obavljati potpuno različite zadatke nezavisno jedno od drugog. Ako računar obavlja samo jedan zadatak, onda se njegovo izvršenje ubrzava zbog paralelizacije tipičnih operacija. Produktivnost može postati prilično različita.

Interni faktor množitelja frekvencije

Signali mogu cirkulirati unutar kristala procesora na visokoj frekvenciji, iako procesori još ne mogu upravljati vanjskim komponentama računala na istoj frekvenciji. U tom smislu, frekvencija na kojoj matična ploča radi sama, a frekvencija procesora na drugoj je veća.

Frekvencija koju procesor prima od matične ploče može se nazvati referentnom; ona je, zauzvrat, množi internim koeficijentom, što rezultira internom frekvencijom, koja se naziva interni množitelj.

Mogućnosti koeficijenta internog množitelja frekvencije se vrlo često koriste od strane overlockera da oslobode potencijal procesora za overklok.

Keš memorija procesora

Procesor prima podatke za naknadni rad iz RAM-a, ali unutar procesorskih čipova signali se obrađuju na vrlo visokoj frekvenciji, a pozivi prema samim RAM modulima odvijaju se na frekvenciji koja je nekoliko puta niža.

Visok koeficijent internog množitelja frekvencije postaje efikasniji kada se sve informacije nalaze unutar njega, u poređenju, na primjer, nego u RAM-u, odnosno izvana.

Procesor ima malo ćelija za obradu podataka, koje se nazivaju registri, u njih obično ne pohranjuje gotovo ništa, a da bi se ubrzao rad i procesora i računarskog sistema sa njim, integrisana je tehnologija keširanja.

Keš memorija se može nazvati malim skupom memorijskih ćelija, koje zauzvrat djeluju kao bafer. Kada dođe do čitanja iz dijeljene memorije, kopija se pojavljuje u kešu CPU-a. Ovo je neophodno kako bi, ako su vam potrebni isti podaci, pristup njima bio na dohvat ruke, odnosno u baferu, što povećava performanse.

Keš memorija u trenutnim procesorima ima piramidalni oblik:

1. Keš memorija nivoa 1 je najmanja po zapremini, ali istovremeno i najbrža po brzini i deo je procesorskog čipa. Proizveden korištenjem istih tehnologija kao procesorski registri, vrlo je skup, ali je vrijedan svoje brzine i pouzdanosti. Iako se mjeri u stotinama kilobajta, što je vrlo malo, igra veliku ulogu u performansama.
2. Keš memorija nivoa 2, baš kao i keš memorija nivoa 1, nalazi se na procesorskom čipu i radi na frekvenciji njegove jezgre. U modernim procesorima podaci se mjere od stotina kilobajta do nekoliko megabajta.
3. Keš memorija trećeg nivoa je sporija od prethodnih nivoa ove vrste memorije, ali je brža od RAM-a, što je važno, i meri se u desetinama megabajta.

Veličina keš memorije nivoa 1 i nivoa 2 utiče i na performanse i na cenu procesora. Treći nivo keš memorije je svojevrsni bonus u radu računara, ali nijedan od proizvođača mikroprocesora ne žuri da ga zanemari. Keš memorija nivoa 4 postoji i isplati se samo u višeprocesorskim sistemima, zbog čega se ne može naći na običnom računaru.

Utičnica za instalaciju procesora (Socket)

Razumijevajući da moderne tehnologije nisu toliko napredne da procesor može primati informacije na daljinu, uvijek mora biti pričvršćen, pričvršćen za matičnu ploču, instaliran u nju i komunicirati s njom. Ova lokacija za montažu naziva se Socket i pogodna je samo za određeni tip ili porodicu procesora, koji su također različiti za različite proizvođače.

Šta je procesor: arhitektura i tehnološki proces

Arhitektura procesora je njegova unutrašnja struktura; različit raspored elemenata takođe određuje njegove karakteristike. Sama arhitektura je svojstvena cijeloj porodici procesora, a promjene koje su napravljene usmjerene na poboljšanja ili ispravke grešaka nazivaju se steppingom.

Tehnološki proces određuje veličinu komponenti samog procesora i mjeri se u nanometrima (nm), a manje veličine tranzistora određuju i manju veličinu samog procesora, čemu je i usmjeren razvoj budućih CPU-a.

Potrošnja energije i rasipanje topline

Sama potrošnja energije direktno zavisi od tehnologije koja se koristi za proizvodnju procesora. Manje veličine i veće frekvencije su direktno proporcionalne potrošnji energije i rasipanje topline.

Da bi se smanjila potrošnja energije i rasipanje topline, koristi se energetski štedljivi automatski sistem za podešavanje opterećenja na procesoru, u nedostatku bilo kakve potrebe za performansama. Računari visokih performansi moraju imati dobar sistem hlađenja procesora.

Da rezimiramo materijal u članku - odgovor na pitanje šta je procesor:

Današnji procesori imaju mogućnost višekanalnog rada sa RAM-om, pojavljuju se nove instrukcije, koje zauzvrat, zahvaljujući kojima se povećava njegov funkcionalni nivo. Mogućnost obrade grafike samim procesorom smanjuje troškove i samih procesora i, zahvaljujući njima, uredskih i kućnih računarskih sklopova. Virtuelna jezgra se pojavljuju radi praktičnije distribucije performansi, razvijaju se tehnologije, a sa njima i računar i njegova komponenta kao što je centralni procesor.

CPU

Intel 80486DX2 u keramičkom PGA paketu.

Intel Celeron 400 socket 370 u plastičnom PPGA kućištu, pogled odozdo.

Intel Celeron 400 socket 370 u plastičnom PPGA kućištu, pogled odozgo.

Intel Celeron 1100 socket 370 u kućištu FC-PGA2, pogled odozdo.

Intel Celeron 1100 socket 370 u kućištu FC-PGA2, pogled odozgo.

CPU (CPU; CPU- Engleski centralna procesorska jedinica, bukvalno - centralni računarski uređaj) - izvršilac mašinskih instrukcija, deo računarskog hardvera ili programabilnog logičkog kontrolera, odgovoran za izvođenje operacija određenih programima.

Moderni procesori, implementirani u obliku zasebnih mikro krugova (čipova) koji implementiraju sve karakteristike svojstvene ovoj vrsti uređaja, nazivaju se mikroprocesori. Od sredine 1980-ih, potonji su praktički zamijenili druge tipove CPU-a, zbog čega se pojam sve češće percipira kao običan sinonim za riječ "mikroprocesor". Međutim, to nije tačno: centralne procesorske jedinice nekih superračunara čak i danas su složeni nizovi velikih integrisanih kola (LSI) i veoma velikih integrisanih kola (VLSI).

Izvorno termin Centralna procesorska jedinica opisao specijalizovanu klasu logičkih mašina dizajniranih za izvršavanje složenih kompjuterskih programa. Zbog prilično bliske korespondencije ove namjene sa funkcijama kompjuterskih procesora koji su postojali u to vrijeme, ona se prirodno prenijela na same računare. Upotreba termina i njegove skraćenice u odnosu na kompjuterske sisteme počela je 1960-ih godina. Dizajn, arhitektura i implementacija procesora su se od tada nekoliko puta promijenili, ali njihove glavne izvršne funkcije ostaju iste kao i prije.

Rani CPU-i su kreirani kao jedinstvene komponente za jedinstvene, čak i jedinstvene, računarske sisteme. Kasnije su proizvođači računara prešli sa skupe metode razvoja procesora dizajniranih za pokretanje jednog ili nekoliko visoko specijalizovanih programa na masovnu proizvodnju tipičnih klasa višenamenskih procesorskih uređaja. Trend standardizacije kompjuterskih komponenti nastao je u eri brzog razvoja poluvodičkih elemenata, mejnfrejmova i mini računara, a sa pojavom integrisanih kola postao je još popularniji. Stvaranje mikrokola omogućilo je dalje povećanje složenosti CPU-a uz istovremeno smanjenje njihove fizičke veličine. Standardizacija i minijaturizacija procesora dovela je do dubokog prodora digitalnih uređaja zasnovanih na njima u svakodnevni ljudski život. Moderni procesori se mogu naći ne samo u uređajima visoke tehnologije kao što su kompjuteri, već i u automobilima, kalkulatorima, mobilnim telefonima, pa čak i u dječjim igračkama. Najčešće su predstavljeni mikrokontrolerima, gdje se pored računarskog uređaja na čipu nalaze dodatne komponente (interfejsi, ulazno/izlazni portovi, tajmeri itd.). Savremene računarske mogućnosti mikrokontrolera su uporedive sa procesorima personalnih računara od pre deset godina, a često čak i značajno prevazilaze njihove performanse.

Von Neumannova arhitektura

Većina modernih procesora personalnih računara se uglavnom zasniva na nekoj verziji cikličkog sekvencijalnog procesa obrade koji je izumeo Džon fon Nojman.

D. von Neumann je 1946. smislio šemu za izgradnju kompjutera.

Najvažniji koraci u ovom procesu su navedeni u nastavku. Različite arhitekture i različiti timovi mogu zahtijevati dodatne korake. Na primjer, aritmetičke instrukcije mogu zahtijevati dodatne pristupe memoriji koji čitaju operande i pišu rezultate. Karakteristična karakteristika von Neumannove arhitekture je da su instrukcije i podaci pohranjeni u istoj memoriji.

Faze ciklusa izvršenja:

1. Procesor postavlja broj pohranjen u registru programskog brojača na adresnu magistralu i izdaje komandu za čitanje memoriji;
2. Postavljeni broj je adresa za memoriju; memorija, nakon što je primila adresu i naredbu za čitanje, stavlja sadržaj pohranjen na ovoj adresi na sabirnicu podataka i javlja spremnost;
3. Procesor prima broj iz magistrale podataka, tumači ga kao naredbu (mašinska instrukcija) iz svog sistema instrukcija i izvršava je;
4. Ako posljednja instrukcija nije instrukcija grananja, procesor povećava za jedan (pod pretpostavkom da je dužina svake instrukcije jedan) broj pohranjen u programskom brojaču; kao rezultat, tamo se formira adresa sljedeće komande;
5. Korak 1 se ponovo izvodi.

Ova petlja se neizmjenjivo izvršava i poziva se proces(otuda naziv uređaja).

Tokom procesa, procesor čita niz instrukcija sadržanih u memoriji i izvršava ih. Ova sekvenca naredbi naziva se programom i predstavlja algoritam za koristan rad procesora. Redoslijed čitanja naredbi se mijenja ako procesor pročita naredbu za skok - tada adresa sljedeće naredbe može biti drugačija. Drugi primjer promjene procesa bi bio kada se primi naredba za zaustavljanje ili se pređe u način hardverskog prekida.

CPU komande su najniži nivo kompjuterske kontrole, tako da je izvršavanje svake komande neizbežno i bezuslovno. Ne vrši se provjera kako bi se osiguralo da su izvršene radnje prihvatljive, a posebno se ne provjerava mogući gubitak vrijednih podataka. Da bi računar obavljao samo valjane radnje, komande moraju biti pravilno organizovane u potreban program.

Brzinu prelaska iz jedne faze ciklusa u drugu određuje generator takta. Generator takta proizvodi impulse koji služe kao ritam za centralni procesor. Frekvencija taktnih impulsa naziva se frekvencija takta.

Arhitektura cjevovoda

Arhitektura cjevovoda ( cjevovoda) je uveden u centralni procesor radi poboljšanja performansi. Tipično, da bi se izvršila svaka naredba, potrebno je izvršiti određeni broj sličnih operacija, na primjer: dohvaćanje naredbe iz RAM-a, dekodiranje naredbe, adresiranje operanda u RAM-u, dohvaćanje operanda iz RAM-a, izvršavanje naredbe, pisanje rezultat u RAM. Svaka od ovih operacija povezana je s jednom etapom transportera. Na primjer, MIPS-I cjevovod mikroprocesora sadrži četiri stupnja:

• primanje i dekodiranje instrukcija (Fetch)
• adresiranje i dohvaćanje operanda iz RAM-a (pristup memoriji)
• izvođenje aritmetičkih operacija
• pohranjivanje rezultata operacije (Prodavnica)

Nakon oslobađanja k st stupnja transportera, ona odmah počinje da radi na sledećoj komandi. Ako pretpostavimo da svaka faza transportera troši jedinicu vremena na svoj rad, onda izvršavanje komande na transporteru dužine nće preduzeti korake n jedinica vremena, međutim, u najoptimističnijem slučaju, rezultat izvršavanja svake sljedeće naredbe će se dobiti nakon svake jedinice vremena.

Zaista, u nedostatku cjevovoda, izvršavanje naredbe će trajati n jedinice vremena (pošto naredbu još treba dohvatiti, dešifrirati, itd. da bi se izvršila), i da se izvrši m komandama će biti potrebne jedinice vremena; kada koristite cjevovod (u najoptimističnijem slučaju) za izvršenje m sve što trebate su komande n + m jedinice vremena.

Faktori koji smanjuju efikasnost transportera:

1. zastoj u cevovodu kada se neke faze ne koriste (na primjer, adresiranje i dohvaćanje operanda iz RAM-a nije potrebno ako instrukcija radi na registrima);
2. čekaj: ako sljedeća naredba koristi rezultat prethodne, onda potonja ne može početi s izvršavanjem prije nego što se izvrši prva (ovo se prevazilazi korištenjem izvršavanja van reda);
3. čišćenje cjevovoda kada ga naredba grananja pogodi (ovaj problem se može izgladiti korištenjem predviđanja grananja).

Neki moderni procesori imaju više od 30 faza u cjevovodu, što povećava performanse procesora, ali dovodi do mnogo zastoja (na primjer, u slučaju greške u predviđanju uvjetne grane).

Superskalarna arhitektura

Sposobnost izvršavanja više mašinskih instrukcija u jednom ciklusu procesora. Pojava ove tehnologije dovela je do značajnog povećanja produktivnosti.

x86 (iako su dugi niz godina ovi procesori bili CISC samo u smislu eksternog sistema instrukcija).

John Cocke iz .

Dvojezgarni procesori uključuju koncepte kao što su prisustvo logičkih i fizičkih jezgara: na primjer, dvojezgreni Intel Core Duo procesor se sastoji od jednog fizičkog jezgra, koje je zauzvrat podijeljeno na dva logička. Intel Core 2 Quad procesor se sastoji od četiri fizička jezgra, što značajno utiče na njegovu brzinu.

Trenutno su široko dostupni procesori sa dva i četiri jezgra, posebno Intel Core 2 Duo na 65 nm Conroe jezgri (kasnije na 45 nm Wolfdale jezgru) i Athlon64X2 baziran na K8 mikroarhitekturi. U novembru 2006. izašao je prvi četvorojezgarni Intel Core 2 Quad procesor baziran na Kentsfield jezgri, koji je sklop od dva Conroe kristala u jednom paketu. Potomak ovog procesora bio je Intel Core 2 Quad na jezgri Yorkfield (45 nm), arhitektonski sličan Kentsfieldu, ali sa većom veličinom keš memorije i radnim frekvencijama.

AMD je slijedio svoj put, proizvodeći četverojezgrene procesore kao jedan čip (za razliku od Intela, čiji procesori zapravo spajaju dva dvojezgrena čipa). Uprkos svoj progresivnosti ovog pristupa, prvi „četvorojezgarni“ kompanije, nazvan AMD Phenom X4, nije bio baš uspešan. Njegovo zaostajanje za savremenim konkurentskim procesorima kretalo se od 5 do 30 posto ili više, ovisno o modelu i specifičnim zadacima.

U ovom trenutku (Q1-2 2009), obje kompanije su ažurirale svoje linije četverojezgrenih procesora. Intel je predstavio Core i7 porodicu, koja se sastoji od tri modela koji rade na različitim frekvencijama. Glavne karakteristike ovog procesora su upotreba trokanalnog memorijskog kontrolera (tip DDR-3) i osmojezgrene tehnologije emulacije (korisne za neke specifične zadatke). Osim toga, zahvaljujući opštoj optimizaciji arhitekture, bilo je moguće značajno poboljšati performanse procesora u mnogim vrstama zadataka. Slaba strana platforme koja koristi Core i7 je njena previsoka cena, budući da je za instalaciju ovog procesora potrebna skupa matična ploča na Intel-X58 čipsetu i trokanalni DDR3 memorijski set, koji je takođe trenutno skup.

AMD je zauzvrat predstavio liniju Phenom II X4 procesora. Prilikom razvoja, kompanija je uzela u obzir svoje greške: povećan je volumen keš memorije (očigledno nedovoljan za prvi Phenom), a proizvodnja procesora je prebačena na 45 nm procesnu tehnologiju, što je omogućilo smanjenje proizvodnje topline i značajno povećavaju radne frekvencije. Generalno, AMD Phenom II X4 je u rangu sa Intelovim procesorima prethodne generacije (Yorkfield jezgro) u performansama i prilično značajno zaostaje za Intel Core i7. Međutim, uzimajući u obzir umjerenu cijenu platforme zasnovane na ovom procesoru, njeni tržišni izgledi izgledaju mnogo više obećavajući od onih kod prethodnika.

Keširanje

Keširanje je upotreba dodatne memorije velike brzine (keš memorije) za pohranjivanje kopija blokova informacija iz glavne (RAM) memorije, čija je vjerovatnoća da će se pristupiti u bliskoj budućnosti velika.

Postoje keš memorije 1., 2. i 3. nivoa. Keš memorija 1. nivoa ima najmanju latenciju (vrijeme pristupa), ali je male veličine; osim toga, keš memorije prvog nivoa često se pravi višeportovanim. Dakle, AMD K8 procesori su mogli izvesti 64-bitno upisivanje + 64-bitno čitanje ili dva 64-bitna čitanja po taktu, AMD K8L je mogao izvesti dva 128-bitna čitanja ili upisivanja u bilo kojoj kombinaciji, Intel Core 2 procesori su mogli proizvesti 128- Bitno upisivanje + 128-bitno čitanje po taktu. Keš memorije nivoa 2 obično imaju znatno veće latencije pristupa, ali se mogu učiniti mnogo većim. Keš memorija trećeg nivoa je najveća po veličini i prilično spora, ali je i dalje mnogo brža od RAM-a.

Paralelna arhitektura

Von Neumannova arhitektura ima nedostatak što je sekvencijalna. Bez obzira koliko veliku masu podataka treba obraditi, svaki njihov bajt će morati proći kroz centralni procesor, čak i ako se ista operacija mora izvršiti na svim bajtovima. Ovaj efekat se zove usko grlo von Neumann.

Da bi se prevazišao ovaj nedostatak, arhitektura procesora je pozvala paralelno. Paralelni procesori se koriste u superračunarima.

Moguće opcije za paralelnu arhitekturu mogu biti (prema Flynovoj klasifikaciji):

Tehnologija proizvodnje procesora

Istorija razvoja procesora

Prvi komercijalno dostupan mikroprocesor bio je 4-bitni Intel 4004. Naslijedio ga je 8-bitni Intel 8080 i 16-bitni 8086, koji su postavili temelje za arhitekturu svih modernih desktop procesora. Ali zbog rasprostranjenosti 8-bitnih memorijskih modula, pušten je 8088, klon 8086 sa 8-bitnom memorijskom magistralom. Zatim je došla njegova modifikacija 80186. Procesor 80286 uveo je zaštićeni način rada sa 24-bitnim adresiranjem, što je omogućilo korištenje do 16 MB memorije. Intel 80386 procesor se pojavio 1985. godine i uveo je poboljšani zaštićeni način rada, 32-bitno adresiranje, omogućavajući korištenje do 4 GB RAM-a i podršku za mehanizam virtuelne memorije. Ova linija procesora je izgrađena na računarskom modelu registra.

Paralelno se razvijaju mikroprocesori koji za osnovu uzimaju model računanja steka.

Moderna tehnologija proizvodnje

U modernim računarima procesori su dizajnirani kao kompaktni modul (veličine oko 5x5x0,3 cm) koji se ubacuje u ZIF socket. Većina modernih procesora implementirana je u obliku jednog poluvodičkog čipa koji sadrži milione, a odnedavno čak i milijarde tranzistora. U prvim računarima, procesori su bili glomazne jedinice, ponekad su zauzimale čitave ormare, pa čak i prostorije, a sačinjene su od velikog broja pojedinačnih komponenti.

Početkom 1970-ih, napredak u tehnologiji LSI i VLSI (integrirana kola velikih i vrlo velikih razmjera) omogućio je smještaj svih potrebnih CPU komponenti u jedan poluvodički uređaj. Pojavili su se takozvani mikroprocesori. Sada su riječi mikroprocesor i procesor praktički postale sinonimi, ali tada to nije bio slučaj, jer su konvencionalni (veliki) i mikroprocesorski računari mirno koegzistirali još najmanje 10-15 godina, a tek početkom 80-ih mikroprocesori su istisnuli svoju stariju braću. . Mora se reći da je prelazak na mikroprocesore kasnije omogućio stvaranje personalnih računara, koji su sada prodrli u gotovo svaki dom.

Kvantni procesori

Procesori čiji je rad u potpunosti zasnovan na kvantnim efektima. Trenutno se radi na stvaranju radnih verzija kvantnih procesora.

ruski mikroprocesori

Razvoj mikroprocesora u Rusiji vrši MCST CJSC. Razvio je i pustio u proizvodnju univerzalne RISC mikroprocesore sa standardima dizajna od 130 i 350 nm. Završen je razvoj superskalarnog procesora Elbrus nove generacije. Glavni potrošači ruskih mikroprocesora su preduzeća vojno-industrijskog kompleksa.

Istorija razvoja

Ostali nacionalni projekti

kina

vidi takođe

Bilješke

Linkovi

• Domaći višejezgarni procesori "Multikor", RISC+DSP, za vojno-industrijski kompleks
• Vlada je ukinula obaveze za prerađivače 18.09.2007
• Intel je predstavio 80-jezgarni procesor Ferra.ru, 12. februara 2007

Oni vrlo dobro poznaju osnovne komponente računara, ali malo ljudi razumije od čega se sastoji procesor. U međuvremenu, ovo je glavni uređaj sistema koji obavlja aritmetičke i logičke operacije. Glavna funkcija procesora je primanje informacija, njihova obrada i isporuka krajnjeg rezultata. Zvuči jednostavno, ali u stvarnosti je ovaj proces složen.

Od čega se sastoji procesor?

CPU je minijaturna pravougaona pločica od silikona koja sadrži milione tranzistora (poluprovodnika). Oni implementiraju sve funkcije koje procesor obavlja.

Gotovo svi moderni procesori sastoje se od sljedećih komponenti:

1. Nekoliko jezgri (rijetko 2, obično 4 ili 8) koje obavljaju sve funkcije. U suštini, jezgro je poseban minijaturni procesor. Nekoliko jezgara integriranih u glavni čip radi na zadacima paralelno, što ubrzava proces obrade podataka. Međutim, više jezgri ne znači uvijek brže performanse čipa.
2. Nekoliko nivoa keš memorije (2 ili 3), zbog čega se smanjuje vreme interakcije između RAM-a i procesora. Ako su informacije u keš memoriji, tada je vrijeme pristupa minimizirano. Posljedično, što je veća veličina keša, to će više informacija stati u njega i sam procesor će biti brži.
3. RAM i kontroler sistemske magistrale.
4. Registri su memorijske ćelije u koje se pohranjuju obrađeni podaci. Uvijek imaju ograničenu veličinu (8, 16 ili 32 bita).
5. Koprocesor. Zasebno jezgro koje je dizajnirano za obavljanje određene vrste operacije. Najčešće, grafička jezgra (video kartica) djeluje kao koprocesor.
6. Adresna magistrala koja povezuje čip sa svim uređajima povezanim na matičnu ploču.
7. Sabirnica podataka - za povezivanje procesora sa RAM-om. U suštini, sabirnica je skup provodnika kroz koje se prenosi ili prima električni signal. I što više provodnika ima, to bolje.
8. Sabirnica za sinhronizaciju - omogućava vam kontrolu takta i frekvencije procesora.
9. Restart bus - resetuje stanje čipa.

Svi ovi elementi učestvuju u radu. Međutim, najvažniji među njima, naravno, je jezgro. Sve ostale navedene komponente samo mu pomažu da izvrši svoj glavni zadatak. Sada kada ste shvatili od čega je napravljen procesor, možete detaljnije pogledati njegovu glavnu komponentu.



Jezgra

Kada govorimo o tome od čega se sastoji centralni procesor, prije svega treba spomenuti jezgra, jer su ona njegovi glavni dijelovi. Jezgra uključuju funkcionalne blokove koji izvode aritmetičke ili logičke operacije. Posebno možemo istaći:

1. Blok za dohvaćanje, dekodiranje i izvršavanje instrukcija.
2. Blokirajte za pohranjivanje rezultata.
3. Blok programskog brojača itd.

Kao što razumijete, svaki od njih obavlja određeni zadatak. Na primjer, jedinica za dohvaćanje instrukcija ih čita na adresi navedenoj u programskom brojaču. Zauzvrat, blokovi za dekodiranje određuju šta tačno procesor treba da uradi. Zajedno, rad svih ovih blokova omogućava postizanje zadatka koji je odredio korisnik.

Osnovni zadatak

Imajte na umu da jezgre mogu obavljati samo matematičke proračune i operacije poređenja, kao i premještati podatke između RAM ćelija. Međutim, ovo je dovoljno da korisnici igraju igrice na računaru, gledaju filmove i pretražuju internet.



U suštini, svaki kompjuterski program se sastoji od jednostavnih naredbi: sabiraj, pomnoži, pomjeri, podijeli, idi na instrukcije kada je uvjet ispunjen. Naravno, ovo su samo primitivne naredbe, ali njihovo kombiniranje omogućava stvaranje složene funkcije.

Registri

Od čega se još sastoji procesor, osim jezgara? Registri su njegova druga važna komponenta. Kao što već znate, to su brze memorijske ćelije u kojima se nalaze podaci koji se obrađuju. Oni su različiti:

1. A, B, C - koriste se za pohranjivanje informacija tokom obrade. Ima ih samo tri, ali to je dovoljno.
2. EIP - ovaj registar pohranjuje adresu sljedeće instrukcije u redu čekanja.
3. ESP je adresa podataka u RAM-u.
4. Z - ovo je rezultat posljednje operacije poređenja.

Procesor nije ograničen na ove registre. Postoje i drugi, ali oni koji su gore navedeni su najvažniji - oni su oni koji čip najčešće koristi za obradu podataka tokom izvršavanja određenog programa.



Zaključak

Sada znate od čega se sastoji procesor i koji su njegovi glavni moduli. Ovaj sastav čipova nije konstantan, jer se postepeno poboljšavaju, dodaju se novi moduli, a stari se poboljšavaju. Međutim, danas od čega se sastoji procesor, njegova namjena i funkcionalnost su upravo onakvi kakvi su gore opisani.

Sastav i približni princip rada procesorskih sistema opisanih gore su pojednostavljeni na minimum. Zapravo, cijeli proces je složeniji, ali da biste ga razumjeli potrebno je odgovarajuće obrazovanje.