▷ A processzor alkatrészei kívül és belül: alapelvek?

Bizonyára mindannyian tudjuk, hogy mi a CPU, de valóban tudjuk-e a processzor alkatrészeit ? Mindegyik, amely szükséges ahhoz, hogy ez a kis szilikon négyzet nagy mennyiségű információt tudjon feldolgozni, képes legyen az emberiséget egy olyan korszakba helyezni, ahol elektronikus rendszerek nélkül teljes vita lenne.

A feldolgozók már része a mindennapi életünknek, különösen azoknak, akik az utóbbi 20 évben születtek. Sokan teljesen összekeveredtek a technológiával, nem is beszélve a kicsikről, akik egy okostelefonot karjuk alá hoznak egy kenyér helyett… Mindegyik eszközben van egy közös elem, a processzor neve, amelynek feladata az "intelligencia" adása a a gépek körülöttünk. Ha ez az elem nem létezik, akkor sem a számítógépeknek, a mobiltelefonoknak, a robotoknak és az összeszerelő soroknak, röviden, mindenkinek lesz munkája… de lehetetlen eljutni oda, ahova készítettük őket, még mindig nincs olyan világ, mint a "Mátrix", de minden megy.

Tartalom index

Mi az a processzor, és miért olyan fontos?

Mindenekelőtt tisztában kell lennünk azzal, hogy nem csak egy számítógép rendelkezik processzorral. Valamennyi elektronikus eszközben van egy elem, amely processzorként működik, legyen az digitális óra, programozható automata vagy okostelefon.

Természetesen azt is tisztában kell lennünk azzal, hogy képességeiktől és gyártásuktól függően a processzorok többé-kevésbé bonyolultak lehetnek: a bináris kódok sorozatának egyszerű végrehajtásától kezdve a LED-es panel megvilágításáig, a hatalmas mennyiségű információk, beleértve tőlük való tanulást (gépi tanulás és mesterséges intelligencia).

A CPU vagy a központi feldolgozó egység spanyolul egy elektronikus áramkör, amely képes végrehajtani a programban szereplő feladatokat és utasításokat. Ezek az utasítások nagymértékben egyszerűsödnek, és az alapvető számtani számításokhoz (összeadás, kivonás, szorzás és osztás), logikai műveletekhez (ÉS, VAGY, NEM, NOR, NAND) és a bemeneti / kimeneti (I / O) vezérléshez vezetnek. az eszközök.

Ezután a processzor felel az összes olyan művelet végrehajtásáért, amelyek a program utasításait képezik. Ha a gép szempontjából állunk, akkor ezeket a műveleteket egyszerű nullákra és bitekre, úgynevezett bitekre redukáljuk, amelyek az aktuális / nem áramállapotot ábrázolják, és így bináris logikai struktúrákat képeznek, amelyekre az ember is képes. megérteni és programozni gépi kódban, összeszerelőben vagy magasabb szintű programozási nyelven.

A tranzisztorok, mindent elkövetők

A processzorok nem léteznek, legalább annyira kicsi, ha nem a tranzisztorokra lenne szükség. Ezek a processzorok és az integrált áramkörök alapvető egységei. Ez egy félvezető eszköz, amely bezárja vagy megnyitja az elektromos áramkört vagy erősíti a jelet. Ilyen módon hozhatunk létre olyanokat és nullákat, a bináris nyelvet, amelyet a CPU ért.

Ezek a tranzisztorok vákuumszelepekként kezdtek el működni, óriási izzólámpa-szerű eszközök, amelyek képesek a tranzisztor saját kommutációinak végrehajtására, de mechanikus elemekkel vákuumban. Az olyan számítógépekben, mint az ENIAC vagy az EDVAC, tranzisztorok helyett vákuumszelepek voltak benne, rendkívül nagyok és gyakorlatilag egy kis város energiáját fogyasztották. Ezek a gépek voltak az első von Neumann építészettel.

De az 1950-60-as években elkezdték az első tranzisztoros CPU-k létrehozását - valójában az IBM volt 1958-ban, amikor létrehozta az első félvezető tranzisztoron alapuló gépet az IBM 7090- rel. Azóta a fejlődés látványos volt, a gyártók, mint például az Intel és később az AMD, az Intel 8086 CPU-nak köszönhetően elkezdték az asztali számítógépek első processzorainak létrehozását, a forradalmian új x86-architektúrát alkalmazva. Valójában, még ma is, az asztali processzorok ezen az architektúrán alapulnak, később látni fogjuk az x86 processzor részeit.

Ezt követően az építészet egyre bonyolultabbá vált, kisebb chipekkel és azzal, hogy először bevezették több magot, majd a kifejezetten a grafikai feldolgozásra elkülönített magokkal. Még a gyorsítótárnak nevezett rendkívül gyors memória bankokat és a fő memóriával, a RAM-nal, az összekötő buszt bevezették ezekbe a kis chipekbe.

A processzor külső részei

A processzorok rövid áttekintése után, amíg napjainkba nem kerülünk, meglátjuk, milyen külső elemekkel rendelkezik a jelenlegi processzor. Olyan fizikai elemekről beszélünk, amelyek megérinthetők és a felhasználó szem előtt tartják. Ez segít jobban megérteni a processzor fizikai és kapcsolódási igényeit.

foglalat

A CPU-foglalat vagy -aljzat egy elektromechanikus rendszer, amely rögzítve van az alaplapra, és feladata a processzor összekapcsolása az alaplap többi elemével és a számítógéppel. Számos alaptípusú foglalat létezik a piacon, és sokféle konfigurációval is. Az Ön nevében vagy felekezetében három elem létezik, amelyek megértik minket, miről beszélünk:

Személyi számítógépek esetében a gyártó lehet Intel vagy AMD, ez egyszerűen érthető. A kapcsolat típusát illetően három különféle típus van:

• LGA: (rácsérintkező-tömb): azt jelenti, hogy az érintkezőcsapokat maga az aljzatba kell beépíteni, míg a CPU-nak csak lapos érintkezőtömbje van. PGA: (rácsos tömbcsapat), éppen az ellentéte van az előzővel: a processzornak van csapja és a lyukakba dugja be őket. BGA: (golyós rácsos tömb), ebben az esetben a processzort közvetlenül az alaplaphoz forrasztják.

Az utolsó számot illetően ez azonosítja az eloszlás típusát vagy a csatlakozótűk számát, amelyet a CPU a foglalattal rendelkezik. Hatalmas mennyiségű van az Intelben és az AMD-ben is.

altalaj

A hordozó alapvetően a NYÁK, ahova a magok elektronikus áramkörét (DIE) tartalmazó szilícium chipet telepítik. A mai processzorokban ezek közül az elemek közül több is telepíthető külön.

Ugyanakkor ez a kis NYÁK is tartalmazza az összekötő csapok teljes mátrixát az alaplap aljzatával, szinte mindig aranyozva, hogy javítsa a villamosenergia-transzfert, és védve legyen a túlterhelésekkel és a jelenlegi feszültségekkel kondenzátorok formájában.

DIE

A DIE pontosan az a négyzet vagy chip, amely a processzor összes integrált áramkört és belső alkatrészét tartalmazza. Vizuálisan egy kis fekete elemnek tekintik, amely kiáll az alapfelületről és érintkezésbe kerül a hőelvezető elemmel.

Mivel az egész feldolgozó rendszer benne van, a DIE hihetetlenül magas hőmérsékletet ér el, ezért más elemekkel kell védeni.

IHS

DTS-nek vagy integrált termikus diffúzornak is hívják, amelynek feladata a processzormagok összes hőmérsékletének felvétele és átvitele a hűtőbordaba, amelyet az elem telepített. Rézből vagy alumíniumból készül.

Ez az elem egy olyan lemez vagy kapszula, amely védi a DIE-t kívülről, és közvetlenül érintkezhet vele hőpaszta segítségével vagy közvetlenül hegesztve. Az egyedi játékberendezésekben a felhasználók eltávolítják ezt az IHS-t, hogy a hűtőbordakat közvetlenül a DIE-vel érintkezésbe hozzák, folyékony fémvegyületben lévő hőpaszta segítségével. Ezt a folyamatot Deliddingnek hívják, és célja a processzor hőmérsékletének lényeges javítása.

hűtőborda

Az utolsó elem, amely a lehető legtöbb hő begyűjtéséért és a légkörbe juttatásáért felelős. Kisméretű vagy nagy méretű , alumíniumból és réz alapból készült blokkok vannak ellátva, amelyek ventilátorokkal vannak ellátva, amelyek elősegítik a teljes felület hűtését az uszonyokon keresztül.

Minden PC processzornak hűtőborda szükséges, hogy működjön és hőmérséklete ellenőrzés alatt maradjon.

Nos, ezek kívül vannak a processzor alkatrészei, most meglátogatjuk a legtechnikusabb részt, annak belső alkatrészeit.

Von Neumann építészet

A mai számítógépek Von Neumann építészetén alapulnak, aki a matematikus volt a felelős azért, hogy 1945-ben a történelem első számítógépeinek életét adja, tudod, az ENIAC és más nagy barátai. Ez az architektúra alapvetően a számítógép elemeinek vagy összetevőinek eloszlása, hogy a működése lehetséges. Négy alapvető részből áll:

• Program- és adatmemória: az elem tárolja a processzorban végrehajtandó utasításokat. Tárolómeghajtókból vagy merevlemezekből, véletlen hozzáférésű RAM-ból és programokból áll, amelyek magukat az utasításokat tartalmazzák. Központi feldolgozó egység vagy CPU: ez a processzor, az az egység, amely irányítja és feldolgozza az összes információt, amely a fő memóriából és a bemeneti eszközökből származik. Bemeneti és kimeneti egység: lehetővé teszi a kommunikációt a központi egységhez csatlakoztatott perifériákkal és alkatrészekkel. Fizikailag azonosíthatjuk őket az alaplapunk nyílásaiként és portjaiként. Adatbuszok: azok a sínek, sávok vagy kábelek, amelyek fizikailag összekötik az elemeket. A CPU-ban a vezérlő buszra, az adat buszra és a cím buszra oszlanak.

Többmagos processzorok

Mielőtt elkezdenénk a processzor belső alkotóelemeinek felsorolását, nagyon fontos tudni, hogy mi a processzor magja és funkciója benne.

A processzor magja az integrált áramkör, amely a szükséges számítások elvégzéséért felel meg az áthaladó információkkal. Minden processzor egy bizonyos frekvencián működik, mért MHz-ben, amely jelzi, hogy hány műveletet képes végrehajtani. Nos, a jelenlegi processzoroknak nemcsak van maguk, hanem többek is, amelyek mindegyike ugyanazokkal a belső alkatrészekkel rendelkezik, és képes az utasítások végrehajtására és megoldására az egyes óraciklusokban.

Tehát ha egy központi processzor képes végrehajtani egy utasítást minden ciklusban, ha 6 volt, akkor ezekből az utasításokból 6 végrehajthatja ugyanabban a ciklusban. Ez egy drámai teljesítményfrissítés, és pontosan ezt teszik a mai processzorok. De nemcsak magokkal, hanem feldolgozó szálakkal is rendelkezünk, amelyek olyanok, mint egyfajta logikai mag, amelyeken keresztül egy program szálai keringnek.

Látogassa meg a következő cikket: mik a processzor szálai? Különbségek a magok között, hogy többet tudjunk a témáról.

A processzor belső alkatrészei (x86)

Számos különféle mikroprocesszoros architektúra és konfiguráció létezik, de érdekel minket az, ami a számítógépeink belsejében található, és kétségtelenül ez az, amely az x86 nevet kapja. Láthatjuk fizikailag vagy sematikusan, hogy kissé világosabbá tegyük, tudjuk, hogy mindez a DIE-n belül található.

Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a vezérlőegység, a számtani-logikai egység, a regiszterek és az FPU jelen lesz az egyes processzormagokban.

Először nézzük meg a fő belső alkotóelemeket:

Vezérlő egység

Angolul, a Conrol Unit vagy CU néven felel a processzor működésének irányításáért. Ez úgy történik, hogy parancsokat ad ki vezérlőjelek formájában a RAM-ra, a számtani-logikai egységre, valamint a bemeneti és kimeneti eszközökre, hogy tudják, hogyan kell kezelni a processzornak küldött információkat és utasításokat. Például adatokat gyűjtenek, számításokat végeznek és eredményeket tárolnak.

Ez az egység biztosítja, hogy az alkatrészek többi része szinkronizálásban működjön óra és időmérő jelek felhasználásával. Gyakorlatilag minden processzor rendelkezik ezzel az egységgel, de tegyük fel, hogy kívül van azon, ami magában a feldolgozásban rejlik. Ennek során megkülönböztethetjük a következő részeket:

• Óra (CLK): felel egy négyzet alakú jel generálásáért, amely szinkronizálja a belső alkatrészeket. Vannak más órák is, amelyek felelősek az elemek közötti szinkronizálásért, például a szorzó, amelyet később meglátunk. Program számláló (CP): a következő végrehajtandó utasítás memóriacímét tartalmazza. Utasításregiszter (RI): menti a végrehajtandó utasítást Sequencer and Decoder: értelmezi és végrehajtja az utasításokat parancsokon keresztül

Számtani-logikai egység

Ezt biztosan „ALU” rövidítéssel fogja tudni. Az ALU felel az összes számtani és logikai számítás elvégzéséért egész számokkal bitszinten, ez az egység közvetlenül az utasításokkal (operandusokkal) és azzal a művelettel működik, amelyet a vezérlő egység adott neki (operátor).

Az operandusok származhatnak akár a processzor belső nyilvántartásából, akár közvetlenül a RAM memóriából. Egy másik művelet eredményeként magukban is létrehozhatók az ALU-ban. Ennek kimenete a művelet eredménye, egy újabb szó, amelyet egy regiszterben tárolnak. Ezek alapvető részei:

• Belépési nyilvántartások (REN): őrzik meg az értékelni kívánt operandusokat. Műveleti kód: a CU küldi az operátort úgy, hogy a művelet elvégzésre kerüljön. Összesítés vagy eredmény: a művelet eredménye bináris szóként jelenik meg az ALU-ból, Status Status (Flag) néven: különféle feltételeket tárol, amelyeket figyelembe kell venni a művelet során.

Lebegőpontos egység

FPU- ként vagy lebegőpontos egységként fogja tudni. Alapvetően az új generációs processzorok által végzett frissítés , amely a lebegőpontos műveletek kiszámítására specializálódott egy matematikai társprocesszor segítségével. Vannak olyan egységek, amelyek akár trigonometrikus vagy exponenciális számításokat is végezhetnek.

Alapvetően egy olyan adaptáció, amely növeli a processzorok teljesítményét a grafikus feldolgozásban, ahol a végrehajtandó számítások sokkal nehezebbek és összetettebbek, mint a normál programoknál. Bizonyos esetekben az FPU funkcióit maga az ALU hajtja végre utasítás mikrokód segítségével.

feljegyzések

A mai processzoroknak úgynevezett saját tárolórendszerük van, és a legkisebb és leggyorsabb egység a regiszterek. Alapvetően egy kis raktár, ahol a feldolgozás alatt álló utasításokat és az azokból kapott eredményeket tárolják.

Gyorsítótár memória

A következő tárolási szint a gyorsítótár, amely szintén rendkívül gyors memória, sokkal több, mint a RAM memória, amely felelős az utasítások tárolásáért, amelyeket a processzor azonnal felhasznál. Vagy legalább megpróbálja tárolni azokat az utasításokat, amelyeket Ön szerint használ, mivel néha nincs más választás, mint hogy közvetlenül a RAM-tól kérje őket.

Az aktuális processzorok gyorsítótára integrálva van a processzor ugyanazon DIE-jébe, és összesen három szintre oszlik: L1, L2 és L3:

• 1. szintű gyorsítótár (L1): Ez a legkisebb a naplók után, és a leggyorsabb a három közül. Minden egyes feldolgozómagnak megvan a saját L1 gyorsítótára, amelyet viszont két részre osztanak: az L1 Data, amely az adatok tárolásáért felelős, és az L1 utasítás, amely tárolja az elvégzendő utasításokat. Ez általában 32 KB. 2. szintű gyorsítótár (L2) - Ez a memória lassabb, mint az L2, de nagyobb is. Jellemzően, minden magnak saját L2 van, amely körülbelül 256 KB lehet, de ebben az esetben nincs közvetlenül integrálva a magáramkörbe. 3. szintű gyorsítótár (L3): Ez a három közül a leglassabb, bár sokkal gyorsabb, mint a RAM. Ugyancsak a magokon kívül helyezkedik el, és több mag között oszlik meg. 8 MB és 16 MB között lehet, bár nagyon erős CPU-kban akár 30 MB is lehet.

Bejövő és kimenő buszok

A busz a számítógépet alkotó különféle elemek közötti kommunikációs csatorna. Ezek a fizikai vonalak, amelyeken keresztül az adatok áramlása áramlik, az utasítások és a feldolgozáshoz szükséges összes elem. Ezek a buszok közvetlenül a processzor belsejében vagy azon kívül, az alaplapon helyezhetők el. Háromféle busz létezik a számítógépen:

• Adatbusz: minden bizonnyal a legkönnyebben megérthető, mert az a busz, amelyen keresztül a különböző összetevők által küldött és fogadott adatok keringnek a processzorra vagy a processzorról. Ez azt jelenti, hogy ez egy kétirányú busz, amelyen keresztül 64 bites szavakat fog keringtetni, olyan hosszúságon, amelyet a processzor képes kezelni. Például egy adatbuszra a LANES vagy a PCI Express Lines, amelyek kommunikálják a CPU-t a PCI-nyílásokkal, például egy grafikus kártya számára. Cím busz: a cím busz nem cirkulál az adatokkal, hanem a memória címeivel határozza meg a memóriában tárolt adatok helyét. A RAM olyan, mint egy nagy adattár, cellákra osztva, és ezeknek a celláknak megvan a saját címe. A processzor fogja kérni a memóriától az adatokat egy memóriacím elküldésével, ennek a címnek olyan nagynak kell lennie, mint a celláknak a RAM memóriája. Jelenleg a processzor akár 64 bit memóriacímeket is képes címezni, vagyis akár 2 ⁶⁴ cellából álló memóriákat tudunk kezelni. Vezérlő busz: a vezérlő busz felelős a két előző busz kezeléséért, vezérlő és időzítő jelek felhasználásával, hogy a processzorhoz vagy onnan keringő összes információt szinkronizálva és hatékonyan használják fel. Olyan lenne, mint egy repülőtér légiforgalmi irányító tornya.

BSB, bemeneti / kimeneti egység és szorzó

Fontos tudni, hogy a jelenlegi processzorok nem rendelkeznek a hagyományos FSB-vel vagy Front Bus- nal , amelyek a CPU kommunikálását szolgálták az alaplap többi elemével, például a chipeket és a perifériákat az északi és a déli hídon keresztül. Ennek oka az, hogy maga a busz be lett illesztve a CPU-ba bemeneti és kimeneti (I / O) adatkezelő egységként, amely közvetlenül kommunikálja a RAM-ot a processzorral, mintha a régi északi híd lenne. Az olyan technológiák, mint az AMD HyperTransport vagy az Intel HyperThreading, felelősek a nagy teljesítményű processzorokkal kapcsolatos információcsere irányításáért.

A BSB vagy a hátsó busz az a busz, amely felelős a mikroprocesszor és a saját gyorsítótár-memóriájának, általában az L2-hez való csatlakoztatásáért. Ily módon az elülső busz megszabadulhat a megterheléstől, és így még közelebb hozhatja a gyorsítótár gyorsaságát a mag sebességéhez.

És végül megvan a szorzó, amely egy sor olyan elem, amely a processzoron belül vagy kívül helyezkedik el és felelős a CPU-óra és a külső buszok órája közötti kapcsolat méréséért. Ezen a ponton tudjuk, hogy a CPU buszokon keresztül kapcsolódik olyan elemekhez, mint a RAM, a lapkakészlet és más perifériák. Ezeknek a szorozóknak köszönhetően lehetséges, hogy a CPU frekvencia sokkal gyorsabb, mint a külső buszok, hogy több adatot lehessen feldolgozni.

Például az x10 szorzó lehetővé teszi a 200 MHz-en működő rendszer számára, hogy a CPU-n 2000 MHz-en működjön. A jelenlegi processzorokban olyan egységeket találunk, amelyek nyitva vannak a szorzóval, ez azt jelenti, hogy megnövelhetjük annak gyakoriságát és ezáltal a feldolgozási sebességet. Felhívjuk ezt a túllépésre.

IGP vagy belső grafikus kártya

Ha befejezzük a processzor alkatrészeit, akkor nem szabad elfelejteni az integrált grafikus egységet, amelyet néhányuk hordoz. Mielőtt még láttuk, mi az FPU, és ebben az esetben valami hasonlóval állunk szemben, de sokkal nagyobb energiával, mivel alapvetően olyan magok sorozata, amelyek képesek a csapatunk grafikáinak független feldolgozására, és amelyek matematikai célokra hatalmas mennyiségű lebegőpontos számítások és grafikus megjelenítés, amelyek nagyon processzorigényesek.

Az IGP ugyanazt a funkciót látja el, mint egy külső grafikus kártya, amelyet a PCI-Express nyílásba telepítettünk, csak kisebb méretben vagy teljesítményben. Integrált grafikus processzornak hívják, mivel egy ugyanabba a processzorba telepített integrált áramkör, amely megkönnyíti a központi egységet a bonyolult folyamatok sorozatától. Hasznos lesz, ha nincs grafikus kártya, de egyelőre nem rendelkezik ezzel összehasonlítható teljesítménygel.

Mind az AMD, mind az Intel rendelkezik egységekkel, amelyek integrálják az IGP-t a CPU-ban, így APU-nak (Accelerated Processing Unit) hívják. Erre példa szinte az i család összes Intel Core-ja, az AMD Athlon és néhány Ryzen mellett.

Következtetés a processzor alkatrészeiről

Nos, eljutunk ennek a hosszú cikknek a végéhez, ahol többé-kevésbé láthatjuk, hogy mi a processzor alkatrészei, mind külső , mind belső szempontból. Az igazság az, hogy ez egy nagyon érdekes téma, de átkozottul bonyolult és hosszú magyarázattal bír, amelynek részletei szinte mindannyiunk számára érthetetlenek, akik nem merülnek bele az ilyen típusú készülékek összeszerelési sorába és gyártójába.

Most néhány oktatóprogramot hagyunk neked, amelyek érdekesek lehetnek számodra.

Ha bármilyen kérdése van, vagy szeretne tisztázni a cikk bármely kérdését, kérjük, írja meg azt a megjegyzés mezőbe. Mindig jó, ha mások véleménye és bölcsessége megvan.