Urządzenie nowoczesnego procesora komputerowego
Nowoczesne procesory mają postać małego prostokąta, który jest przedstawiony w postaci płyty z krzemu. Sama płyta jest chroniona specjalnym korpusem wykonanym z tworzywa sztucznego lub ceramiki. Pod ochroną są wszystkie główne schematy, dzięki nim i pełnej pracy procesora. Jeśli wszystko jest bardzo proste w wyglądzie, a co z samym obwodem i rozmieszczeniem procesora? Przyjrzyjmy się temu bliżej.
Spis treści
Jak działa procesor komputera
Skład procesora obejmuje niewielką liczbę różnych elementów. Każdy z nich wykonuje swoje własne działanie, odbywa się transfer danych i zarządzanie. Zwykli użytkownicy są przyzwyczajeni do rozróżniania procesorów na podstawie ich częstotliwości taktowania, liczby buforów i rdzeni. Ale to nie wszystko, co zapewnia niezawodną i szybką pracę. Warto zwrócić szczególną uwagę na każdy komponent.
Architektura
Wewnętrzna konstrukcja procesora często różni się od siebie, każda rodzina ma swój własny zestaw właściwości i funkcji - to się nazywa jej architektura. Przykładowy projekt procesora przedstawiony na poniższym obrazku.
Ale wiele z architektury procesora ma na myśli nieco inne znaczenie. Jeśli rozważymy to z punktu widzenia programowania, to zależy to od jego zdolności do wykonania określonego zestawu kodów. Jeśli kupisz nowoczesny procesor, najprawdopodobniej odnosi się to do architektury x86.
Czytaj także: Określ liczbę procesorów
Jądra
Główna część procesora nazywa się jądrem, zawiera wszystkie niezbędne bloki, a także wykonywanie zadań logicznych i arytmetycznych. Jeśli spojrzysz na poniższy rysunek, będziesz w stanie zobaczyć, jak wygląda każda funkcjonalna jednostka jądra:
- Moduł wyboru instrukcji. Tutaj instrukcje są rozpoznawane pod adresem wskazanym w liczniku instrukcji. Liczba jednoczesnych odczytów poleceń zależy bezpośrednio od liczby zainstalowanych jednostek odszyfrowywania, co pomaga załadować każdy etap pracy z największą liczbą instrukcji.
- Predykator transpondera odpowiada za optymalne działanie bloku pobierania instrukcji. Definiuje sekwencję wykonywalnych poleceń, ładując potoki jądra.
- Moduł dekodujący. Ta część jądra jest odpowiedzialna za definiowanie niektórych procesów wykonywania zadań. Samo zadanie dekodowania jest bardzo trudne ze względu na zmienną wielkość instrukcji. W najnowszych procesorach takie bloki występują w kilku jądrach.
- Moduły próbkowania danych. Biorą informacje z pamięci operacyjnej lub pamięci podręcznej. Przeprowadzają pobieranie próbek danych, co jest niezbędne w tym momencie do wykonania instrukcji.
- Jednostka sterująca. Sama nazwa wskazuje na znaczenie tego składnika. W jądrze jest to najważniejszy element, ponieważ generuje rozkład energii między wszystkimi blokami, pomagając wykonać każdą czynność na czas.
- Moduł do zapisywania wyników. Jest przeznaczony do zapisu po zakończeniu instrukcji w pamięci RAM. Adres zapisu jest wskazany w uruchomionym zadaniu.
- Element pracy z przerwaniami. Procesor może wykonywać kilka zadań jednocześnie dzięki funkcji przerwania, co pozwala zatrzymać postępy jednego programu, przełączając się na inną instrukcję.
- Rejestry. Przechowuje tymczasowe wyniki instrukcji, składnik ten można nazwać małą szybką pamięcią RAM. Często jego objętość nie przekracza kilkuset bajtów.
- Licznik poleceń. Przechowuje adres polecenia, które będzie używane w następnym cyklu zegara procesora.
Magistrala systemowa
Urządzenia wchodzące do komputera są podłączone do magistrali systemowej procesora. Tylko że jest bezpośrednio z nim połączony, inne elementy są połączone przez różne kontrolery. W samej magistrali istnieje wiele linii sygnałowych, przez które przekazywane są informacje. Każda linia ma swój własny protokół, który zapewnia komunikację na kontrolerach z innymi podłączonymi komponentami komputera. Autobus ma swoją własną częstotliwość, im wyższy tym szybsza wymiana informacji pomiędzy elementami łączącymi systemu.
Pamięć cache
Szybkość procesora zależy od jego zdolności do szybkiego wybierania poleceń i danych z pamięci. Pamięć cache zmniejsza czas wykonywania, ponieważ pełni rolę tymczasowego bufora, który zapewnia natychmiastowy transfer danych procesora do pamięci RAM lub odwrotnie.
Główną cechą pamięci podręcznej jest różnica poziomów. Jeśli jest wysoka, to pamięć jest wolniejsza i bardziej obszerna. Najszybsza i najmniejsza pamięć jest uważana za pierwszy poziom. Zasada działania tego elementu jest bardzo prosta: procesor odczytuje dane z pamięci RAM i umieszcza je w pamięci podręcznej dowolnego poziomu, usuwając informacje, które były dostępne przez długi czas. Jeśli procesor potrzebuje tych informacji ponownie, przyspieszy to dzięki tymczasowemu buforowi.
Gniazdo (złącze)
Z uwagi na fakt, że procesor ma własne złącze (zagnieżdżone lub szczelinowe), można go łatwo zastąpić podziałem lub zaktualizować komputer. Bez gniazdka procesor byłby po prostu wlutowany do płyty głównej, komplikując późniejszą naprawę lub wymianę. Warto zwrócić uwagę - każde złącze jest przeznaczone wyłącznie do instalacji określonych procesorów.
Często użytkownicy nieumyślnie kupują niekompatybilny procesor i płytę główną, co powoduje dodatkowe problemy.
Czytaj także:
Wybierz procesor dla swojego komputera
Wybór płyty głównej dla komputera
Rdzeń wideo
Dzięki wprowadzeniu rdzenia wideo do procesora działa on jak karta wideo. Oczywiście pod względem mocy nie można go z nim porównać, ale jeśli kupujesz procesor do prostych zadań, możesz obejść się bez karty graficznej. Co najważniejsze, zintegrowany rdzeń wideo wyświetla się w niedrogich laptopach i tanich komputerach stacjonarnych.
W tym artykule szczegółowo zdemontowaliśmy to, z czego składa się procesor, opowiedzieli o roli każdego elementu, jego znaczeniu i zależności od innych elementów. Mamy nadzieję, że ta informacja była przydatna i nauczyliście się nowego i interesującego dla siebie świata CPU.