▷ Делови процесора споља и изнутра: основни појмови?

Сигурно сви отприлике знамо шта је ЦПУ, али да ли заиста знамо који су делови процесора ? Свака од главних која су неопходна да би овај мали квадрат силицијума могао да обрађује велике количине информација, кад би могао да пренесе човечанство у еру у којој би, без електронских система, био потпуни дебакл.

Процесори су већ дио нашег свакодневног живота, посебно људи рођених у посљедњих 20 година. Многи су постали потпуно помешани са технологијом, а да не спомињемо малишане који уместо хлеба донесу паметни телефон под руку… У свим тим уређајима постоји заједнички елемент који се зове процесор, који је одговоран за давање "интелигенције" машине око нас. Да овај елемент не постоји, не би постојали ни рачунари, мобилни телефони, роботи и монтажне линије, укратко, сви би имали посла… али било би немогуће доћи до места где смо их направили, још увек нема света као што је "Матрик", али све ће ићи.

Садржај индекс

Шта је процесор и зашто је то тако важно

Пре свега, морамо бити свесни да не само рачунар има процесор унутра. Сви електронски уређаји имају у себи елемент који функционише као процесор, било да је реч о дигиталном сату, програмабилном аутомату или паметном телефону.

Али наравно, морамо такође бити свесни да, у зависности од својих могућности и од онога што се производи, процесори могу бити мање или више сложени, од простог извршавања низа бинарних кодова за осветљење ЛЕД панела, до руковања огромним количинама информације, укључујући учење од њих (машинско учење и вештачка интелигенција).

ЦПУ или централна процесна јединица на шпанском је електронски склоп способан за извршавање задатака и упутстава садржаних у програму. Ова упутства су знатно поједностављена и своде се на основне аритметичке прорачуне (сабирање, одузимање, множење и дељење), логичке операције (И, ИЛИ, НЕ, НОР, НАНД) и контролу улаза / излаза (И / О). уређаја.

Тада је процесор елемент који је задужен за обављање свих операција које чине упутства програма. Ако се ставимо у тачку гледишта машине, ове операције се своде на једноставне ланце нула и оне, који се називају битови, и који представљају тренутна / тренутна стања, формирајући тако бинарне логичке структуре на које је чак и човеко способно. разумети и програмирати у машинском коду, асемблеру или путем програмског језика вишег нивоа.

Транзистори, кривци за све

Процесори не би постојали, бар тако мали, да није било транзистора. Они су основна јединица, тако да кажем, било којег процесора и интегрисаног кола. То је полуводички уређај који затвара или отвара електрични круг или појачава сигнал. На овај начин ЦПУ разуме како можемо да створимо оне и нуле, бинарни језик.

Ови транзистори су започели као вакуумски вентили, огромни уређаји налик сијалицама, способни да изводе сопствене комутације транзистора, али са механичким елементима у вакууму. Рачунари попут ЕНИАЦ или ЕДВАЦ имали су вакуумске вентиле уместо транзистора и били су неизмерно велики и практично су потрошили енергију малог града. Ове машине су биле прве са Вон Неуманн архитектуром.

Али 1950-их до 1960-их почели су се стварати први транзисторски ЦПУ-и - уствари, то је био ИБМ 1958. када је створио своју прву машину на бази полуводича на транзистору са ИБМ 7090. Од тада је еволуција била спектакуларна, произвођачи попут Интел и каснијег АМД-а почели су да стварају прве процесоре за десктоп рачунаре, примењујући револуционарну к86 архитектуру, захваљујући Интел 8086 ЦПУ-у. У ствари, и данас су нам десктоп процесори базирани на овој архитектури, а касније ћемо видети делове к86 процесора.

Након тога, архитектура је почела да постаје све сложенија, са мањим чиповима и такође са првим увођењем више језгара унутра, а затим и са језграма посебно намењеним за графичку обраду. Чак су и ултра брзе меморијске банке назване кеш меморија и сабирница везе са главном меморијом, РАМ, уведене унутар ових малих чипова.

Спољни делови процесора

Након овог кратког прегледа историје процесора, све до данашњег дана, видећемо какве спољне елементе има тренутни процесор. Говоримо о физичким елементима који се могу додирнути и који су у погледу корисника. Ово ће нам помоћи да боље разумемо физичке потребе и могућности повезивања процесора.

Подножје

ЦПУ утичница или утичница је електромеханички систем фиксно инсталиран на матичној плочи који је одговоран за повезивање процесора са осталим елементима на плочи и рачунару. На тржишту постоји неколико основних типова утичница и такође са много различитих конфигурација. Постоје три елемента у вашем имену или деноминацији због којих ћемо схватити о коме говоримо:

Произвођач може бити Интел или АМД у случају личних рачунара, то је нешто једноставно за разумети. Што се тиче врсте везе, имамо три различита типа:

• ЛГА: (мрежни контактни низ) значи да су контактни пинови инсталирани у самој утичници, док ЦПУ има само равни контактни низ. ПГА: (мрежни низ пинова), управо је супротно претходном, процесор има пинове, а утичницу отвори за њихово уметање. БГА: (матрична мрежа), у овом случају процесор је директно лемљен за матичну плочу.

Што се тиче последњег броја, он идентификује врсту дистрибуције или број прикључних пинова које ЦПУ има са утичницом. Има их огромна количина и у Интел-у и АМД-у.

Подлога

Супстрат је у основи ПЦБ на коме је уграђен силиконски чип који садржи електронски круг језгара, назван ДИЕ. Данашњи процесори могу имати више од једног од ових елемената инсталираних одвојено.

Такође, овај мали ПЦБ садржи читаву матрицу конектора за везу са утичницом матичне плоче, готово увек позлаћеном за побољшање преноса електричне енергије и заштитом од преоптерећења и струјних напрезања у облику кондензатора.

ДИЕ

ДИЕ је управо квадрат или чип који садржи све интегрисано коло и унутрашње компоненте процесора. Визуелно се види као мали црни елемент који стрши из подлоге и ствара контакт са елементом за распршивање топлоте.

Пошто је цео систем за обраду унутар њега, ДИЕ постиже невероватно високе температуре, тако да морају да буду заштићени другим елементима.

ИХС

Назван је и ДТС или интегрисани топлотни дифузор, а његова функција је да сакупи сву температуру процесорских језгара и пребаци је на хладњак који је овај елемент инсталирао. Израђен је од бакра или алуминијума.

Овај елемент је лим или капсула која штити ДИЕ извана и може бити у директном додиру с њом помоћу термалне пасте или директно заварена. У прилагођеној опреми за играње, корисници уклањају овај ИХС да би поставили хладњаке директно у контакт са ДИЕ помоћу термалне пасте у течном металном једињењу. Овај процес се назива Делиддинг и његова сврха је значајно побољшати температуре процесора.

Хеатсинк

Завршни елемент који је одговоран за хватање што више топлоте и преношење у атмосферу. То су мали или велики блокови направљени од алуминијума и бакрене базе, опремљени вентилаторима који помажу да се цела површина охлади помоћу присилне ваздушне струје кроз пераје.

Сваком рачунарском процесору потребан је хладњак за функционирање и одржавање температуре под контролом.

Па то су делови процесора споља, сад ћемо видети највиши технички део, његове унутрашње компоненте.

Вон Неуманн архитектура

Данашњи рачунари заснивају се на архитектури Вон Неуманна, који је био математичар задужен за живот првих рачунара у историји 1945. године, знате, ЕНИАЦ-а и његових других великих пријатеља. Ова архитектура је у основи начин дистрибуције елемената или компоненти рачунара тако да је могуће његово функционисање. Састоји се од четири основна дела:

• Програмска и податковна меморија: то је елемент у којем се чувају упуте које треба извршити у процесору. Састоји се од складишних дискова или хард дискова, РАМ-а са случајним приступом и програма који садрже саме упуте. Централна процесна јединица или ЦПУ: ово је процесор, јединица која контролише и обрађује све информације које долазе из главне меморије и улазних уређаја. Улазна и излазна јединица: омогућава комуникацију са периферним уређајима и компонентама који су повезани на централну јединицу. Физички бисмо их могли идентификовати као уторе и портове наше матичне плоче. Аутобуси са подацима: су стазе, трагови или каблови који физички повезују елементе, а у ЦПУ-у су подељени на контролну магистралу, магистралу података и адресну магистралу.

Вишејезгарни процесори

Пре него што започнемо са листањем унутрашњих компоненти процесора, веома је важно знати шта су језгре процесора и која је њихова функција у њему.

Језгра процесора је интегрисани круг који је одговоран за извршавање потребних израчуна са информацијама које пролазе кроз њега. Сваки процесор ради на одређеној фреквенцији, мерено у МХз, што указује на број операција које је способан да изведе. Па, тренутни процесори имају не само језгру, већ и неколико њих, сви са истим унутрашњим компонентама и способни да извршавају и решавају упутства истовремено у сваком циклусу такта.

Дакле, ако језграни процесор може извршити једну инструкцију у сваком циклусу, ако је имао 6, могао би да изврши 6 ових упутстава у истом циклусу. Ово је драматична надоградња перформанси и управо то раде данашњи процесори. Али не само да имамо језгре, већ и обрађујемо нити, које су попут неке логичке језгре кроз које циркулирају нити програма.

Посетите наш чланак о: Које су нити процесора? Разлике са језграма да би се више знало о овој теми.

Унутрашњи делови процесора (к86)

Постоји много различитих архитектура и конфигурација микропроцесора, али оно што нас занима је она која се налази унутар наших рачунара и то је несумњиво она која носи назив к86. Могли бисмо то директно да видимо физички или шематски да то буде мало јасније, јер знамо да је све то у ДИЕ.

Морамо имати на уму да ће контролна јединица, Аритметичко-логичка јединица, Регистри и ФПУ бити присутни у свакој језгри процесора.

Погледајмо прво главне унутрашње компоненте:

Управљачка јединица

На енглеском се зове Цонрол Унит или ЦУ, задужен је за управљање радом процесора. То чини издавањем наредби у облику контролних сигнала РАМ-у, аритметичко-логичкој јединици те уређајима за унос и излаз тако да знају управљати информацијама и упутама које се шаљу процесору. На пример, они прикупљају податке, обављају прорачуне и чувају резултате.

Ова јединица осигурава да остатак компонената ради у синхронизацији користећи сигнале сата и времена. Скоро сви процесори имају ову јединицу унутра, али рецимо да је изван онога што је срж саме обраде. Заузврат, у њој можемо разликовати следеће делове:

• Сат (ЦЛК): одговоран је за генерисање квадратног сигнала који синхронизује унутрашње компоненте. Постоје и други сатови који су задужени за синхронију између елемената, на пример мултипликатор, што ћемо видети касније. Програмски бројач (ЦП): садржи меморијску адресу следећег упутства које треба извршити. Регистар упута (РИ): спрема инструкцију која се изводи Секуенцер и Децодер: интерпретирају и извршавају упуте кроз наредбе

Аритметичко-логичка јединица

То ћете сигурно знати по акрониму „АЛУ“. АЛУ је одговоран за провођење свих аритметичких и логичких израчунавања с цијелим бројевима на нивоу бита, а овај уређај ради директно са упутама (операндима) и са операцијом коју му је контролна јединица дала (оператер).

Операнди могу доћи из унутрашњих регистара процесора или директно из РАМ меморије, могу чак и да се генеришу у самом АЛУ као резултат друге операције. Резултат овога биће резултат операције, што ће бити друга реч која ће бити сачувана у регистру. Ово су његови основни делови:

• Регистри улаза (РЕН): у њима се чувају опереди који се вреднују. Оперативни код: ЦУ шаље оператера да ће операцију извести Акумулатор или резултат: резултат операције излази из АЛУ као бинарна реч Статусни регистар (застава): чува различите услове које треба узети у обзир током операције.

Јединица с плутајућом тачком

Знат ћете га као ФПУ или Јединицу с плутајућом тачком. У основи је то ажурирање које раде нове генерације процесора специјализовано за израчунавање операција с помичним зарезом користећи математички копроцесор. Постоје јединице које могу чак да врше тригонометријске или експоненцијалне прорачуне.

У основи је то прилагођавање за повећање перформанси процесора у графичкој обради где су прорачуни који се изводе много тежи и сложенији него у нормалним програмима. У неким случајевима, функције ФПУ-а врши сам АЛУ користећи микрокод инструкције.

Рецордс

Данашњи процесори имају свој систем складиштења, да тако кажем, а најмања и најбржа јединица су регистри. У основи је то мало складиште у којем се чувају упутства која се обрађују и резултати добијени од њих.

Кеш меморија

Следећи ниво меморије је кеш меморија, која је такође изузетно брза меморија, много више од РАМ меморије која је одговорна за чување упутстава које ће процесор одмах користити. Или ћете барем покушати да похраните упуте за које сматрате да ће бити кориштене, јер понекад нема другог избора него да их затражите директно из РАМ-а.

Кеш тренутних процесора интегрисан је у исти ДИЕ процесора и подељен је на укупно три нивоа, Л1, Л2 и Л3:

• Кеш нивоа 1 (Л1): најмањи је након записника, а најбржи од три. Свака језгра за обраду има своју Л1 кеш меморију која је заузврат подељена на два, Л1 Подаци који су одговорни за чување података и Л1 Упутство, које чува упутства за извршавање. Обично је 32КБ. Ниво предмеморије (Л2) - Ова меморија је спорија од Л2, али и већа. Свако језгро има свој Л2, који може бити око 256 КБ, али у овом случају није директно интегрисан у језгро. Кеш нивоа 3 (Л3): најспорији је од три, мада много бржи од РАМ-а. Такође се налази изван језгара и дистрибуира се између више језгара. Креће се између 8 МБ и 16 МБ, мада у веома моћним ЦПУ-има досеже и до 30 МБ.

Улазни и одлазни аутобуси

Сабирница је комуникацијски канал између различитих елемената који чине рачунар. Они су физичке линије кроз које круже подаци у облику електричне енергије, упутстава и свих елемената потребних за обраду. Ови се сабирници могу поставити директно унутар процесора или ван њега, на матичну плочу. На рачунару постоје три врсте аутобуса:

• Сабирница података: засигурно је најлакше за разумјети, јер је то магистрала кроз коју подаци које шаљу и примају различите компоненте циркулирају, до процесора или из њега. То значи да је двосмерна магистрала и кроз њу ће кружити речи дужине 64 бита, дужине којом процесор може да управља. Пример сабирнице података су ЛАНЕС или ПЦИ Екпресс Линес, који комуницирају ЦПУ са ПЦИ слотовима, на пример, за графичку картицу. Адресна магистрала: адресна магистрала не циркулира податке, већ меморијске адресе да би пронашла гдје су подаци похрањени у меморији. РАМ је попут великог складишта података подељеног у ћелије, а свака од тих ћелија има своју адресу. Биће процесор који тражи меморију за податке слањем меморијске адресе, а та адреса мора бити велика колико ћелије имају РАМ меморију. Тренутно процесор може адресирати меморијске адресе до 64 бита, то јест, можемо обрађивати меморије до 2 ⁶⁴ ћелије. Контролна магистрала: контролна магистрала задужена је за управљање два претходна сабирника, користећи контролне и временске сигнале за синхроно и ефикасно коришћење свих информација које круже до процесора или из њега. Било би то попут торња за контролу ваздушног саобраћаја на аеродрому.

БСБ, улазно / излазна јединица и мултипликатор

Важно је знати да тренутни процесори немају традиционални ФСБ или Фронт Бус, који су служили за комуникацију ЦПУ-а с осталим елементима матичне плоче, на примјер, чипсетом и периферним уређајима преко сјеверног и јужног моста. То је зато што је сама сабирница убачена у ЦПУ као јединица за управљање улазима и излазима (И / О) која директно комуницира РАМ-у са процесором, као да је стари северни мост. Технологије попут АМД-овог ХиперТранспорта или Интелове ХиперТхреадинг одговорне су за управљање разменом информација о процесорима високих перформанси.

БСБ или стражња бочна сабирница је магистрала која је задужена за повезивање микропроцесора са сопственом кеш меморијом, обично Л2. На тај се начин предњи аутобус може ослободити од прилично оптерећења и на тај начин приближити брзину предмеморирања брзини језгре.

И на крају, имамо множитеље, који су низ елемената смештених унутар или изван процесора који су одговорни за мерење односа између ЦПУ сата и сата спољних сабирница. У овом тренутку знамо да је ЦПУ повезан са елементима као што су РАМ, чипсет и друге периферне јединице путем магистрала. Захваљујући овим мултипликаторима, могуће је да је фреквенција ЦПУ-а много бржа од спољних сабирница, како би се могло обрађивати више података.

Мултипликатор к10, на пример, омогућиће систему који ради на 200 МХз, да ради на ЦПУ-у на 2000 МХз. У тренутним процесорима можемо пронаћи јединице са множитељем откључаним, то значи да можемо повећати његову фреквенцију и самим тим брзину обраде. То називамо оверцлоцкингом.

ИГП или интерна графичка картица

За крај с деловима процесора не можемо заборавити интегрисану графичку јединицу коју неки од њих носе. Пре него што смо видели шта је ФПУ, и у овом случају се суочавамо са нечим сличним, али са много више снаге, јер су у основи серије језгара способних да независно обрађују графику нашег тима, која је у математичке сврхе огромна количина израчунавања плутајуће тачке и приказивања графике који би били веома интензивни за процесор.

ИГП обавља исту функцију као спољна графичка картица, ону коју смо инсталирали преко ПЦИ-Екпресс утора, само у мањем опсегу или јачини. Назван је интегрисаним графичким процесором јер је интегрисано коло инсталирано у истом процесору који ослобађа централну јединицу овог низа компликованих процеса. Биће корисно када немамо графичку картицу, али за сада нема перформансе упоредиве са овим.

И АМД и Интел имају јединице које интегришу ИГП у ЦПУ и тако се називају АПУ (Аццелератед Процессинг Унит). Пример за то је готово сва Интел Цоре породице и, заједно са АМД-ом Атхлон и неким Ризен-ом.

Закључак о деловима процесора

Па, на крају овог дугог чланка где на мање-више основни начин видимо који су делови процесора, и са спољне и са унутрашње тачке гледишта. Истина је да је то врло занимљива тема, али проклето сложена и дуга за објаснити, чији детаљи нису разумљиви готово свима нама који нисмо уроњени у монтажне линије и произвођачима ове врсте уређаја.

Сада вам остављамо неколико туторијала који би вам могли бити занимљиви.

Ако имате било каквих питања или желите да разјасните било који проблем у чланку, позивамо вас да га напишете у оквир за коментаре. Увек је добро имати мишљење и мудрост других.