Čo je to procesor v počítači. Čo je to centrálna procesorová jednotka (CPU, CPU). Ako funguje centrálna procesorová jednotka? Aké architektúry procesorov existujú

Dokonale poznajú hlavné komponenty počítača, ale málokto chápe, z čoho pozostáva procesor. Medzitým je to hlavné zariadenie systému, ktoré vykonáva aritmetické a logické operácie. Hlavnou funkciou procesora je prijímať informácie, spracovať ich a vrátiť konečný výsledok. Všetko to znie jednoducho, ale v skutočnosti je tento proces komplikovaný.

Z čoho sa skladá procesor

CPU je miniatúrny obdĺžnikový kremíkový plátok, ktorý obsahuje milióny tranzistorov (polovodičov). Práve oni implementujú všetky funkcie, ktoré procesor vykonáva.

Takmer všetky moderné procesory pozostávajú z nasledujúcich komponentov:

1. Niekoľko jadier (zriedka 2, častejšie 4 alebo 8), ktoré vykonávajú všetky funkcie. Jadrom je v podstate samostatný miniatúrny procesor. Niekoľko jadier integrovaných do hlavného čipu pracuje paralelne na úlohách, čo urýchľuje spracovanie dát. Viac jadier však nemusí vždy znamenať rýchlejší výkon čipu.
2. Viacnásobné úrovne vyrovnávacej pamäte (2 alebo 3), čo znižuje čas interakcie medzi RAM a procesorom. Ak sú informácie vo vyrovnávacej pamäti, čas prístupu k nim je minimalizovaný. Následne, čím väčšia je veľkosť vyrovnávacej pamäte, tým viac informácií sa do nej zmestí a tým rýchlejší bude samotný procesor.
3. RAM a radič systémovej zbernice.
4. Registre sú pamäťové bunky, kde sú uložené spracované dáta. Ich veľkosť je vždy obmedzená (8, 16 alebo 32 bitov).
5. Koprocesor. Samostatné jadro, ktoré sa venuje vykonávaniu určitých typov operácií. Najčastejšie grafické jadro (grafická karta) funguje ako koprocesor.
6. Adresová zbernica, ktorá spája čip so všetkými zariadeniami pripojenými k základnej doske.
7. Dátová zbernica - pre komunikáciu medzi procesorom a RAM. Zbernica je v podstate súbor vodičov, cez ktoré sa prenáša alebo prijíma elektrický signál. A čím viac vodičov, tým lepšie.
8. Synchronizačná zbernica – umožňuje ovládať takt a frekvenciu procesora.
9. Reštartovať zbernicu - resetuje stav čipu.

Všetky tieto prvky sa podieľajú na práci. Najdôležitejšie z nich je však, samozrejme, práve jadro. Všetky ostatné špecifikované komponenty mu len pomáhajú pri plnení hlavnej úlohy. Teraz, keď ste pochopili, z čoho je procesor vyrobený, môžete sa bližšie pozrieť na jeho hlavnú súčasť.

Jadrá

Keď už hovoríme o tom, z čoho pozostáva centrálny procesor, v prvom rade je potrebné spomenúť jadrá, pretože sú jeho hlavnými časťami. Jadrá zahŕňajú funkčné bloky, ktoré vykonávajú aritmetické alebo logické operácie. Predovšetkým môžeme zdôrazniť:

1. Blok na načítanie, dekódovanie a vykonávanie pokynov.
2. Blok na uloženie výsledkov.
3. Blok počítadla príkazov atď.

Ako viete, každý z nich vykonáva špecifickú úlohu. Napríklad blok inštrukcií na vyzdvihnutie ich načíta na adresu zadanú v počítadle príkazov. Dekódovacie bloky zase určujú, čo presne musí procesor urobiť. V súhrne práca všetkých týchto blokov umožňuje dosiahnuť splnenie úlohy špecifikovanej používateľom.

Úloha jadra

Upozorňujeme, že jadrá môžu vykonávať iba matematické výpočty a porovnávacie operácie, ako aj presúvať údaje medzi bunkami RAM. To však používateľom stačí na hranie hier na počítači, sledovanie filmov a prehliadanie webu.

V skutočnosti každý počítačový program pozostáva z jednoduchých príkazov: sčítanie, násobenie, presun, rozdelenie, prechod na pokyny, keď je splnená podmienka. Samozrejme, sú to len primitívne príkazy, ale ich kombinovanie umožňuje vytvoriť komplexnú funkciu.

Registre

Z čoho iného sa skladá procesor okrem jadier? Registre sú jeho druhou dôležitou súčasťou. Ako už viete, ide o rýchle pamäťové bunky, kde sa nachádzajú spracovávané dáta. Sú rôzne:

1. A, B, C - slúži na ukladanie informácií počas spracovania. Sú len tri, ale to stačí.
2. EIP - tento register ukladá adresu nasledujúcej inštrukcie vo fronte.
3. ESP je adresa údajov v RAM.
4. Z – Toto je výsledok poslednej porovnávacej operácie.

Procesor nie je obmedzený na tieto registre. Existujú aj ďalšie, ale tie vyššie uvedené sú najdôležitejšie - najčastejšie ich čip používa na spracovanie údajov počas vykonávania konkrétneho programu.

Záver

Teraz viete, z čoho pozostáva procesor a ktoré moduly sú hlavné. Takéto zloženie čipov nie je konštantné, keďže sa postupne vylepšujú, pribúdajú nové moduly, vylepšujú sa staré. Avšak to, z čoho sa procesor dnes skladá, jeho účel a funkčnosť sú úplne rovnaké, ako je opísané vyššie.

Zloženie a približný princíp vyššie popísaných procesorových systémov sú zjednodušené na minimum. V skutočnosti je celý proces zložitejší, no na jeho pochopenie je potrebné získať príslušné vzdelanie.

Dôležitá otázka používateľov, ktorú odkladám na neskôr, čo je to procesor v počítači? Centrálna procesorová jednotka (CPU) je najdôležitejšou súčasťou hardvéru každého počítača, ktorá je zodpovedná za vykonávanie potrebných aritmetických operácií špecifikovaných programami a koordinuje prácu všetkých bez výnimky.

Srdcom každého počítača je samozrejme procesor. Je to procesor, ktorý vykonáva pokyny softvéru používaného na osobnom počítači, spracováva súbor údajov a vykonáva zložité výpočtové operácie. Hlavné charakteristiky procesora sú: výkon, rýchlosť hodín, spotreba energie, architektúra a vyrovnávacia pamäť.

Takže sme pochopili, čo je procesor, ale aké typy existujú a na čo je procesor v počítači? Hovorme o všetkom v poriadku. Je známe že procesory sú jednojadrové a viacjadrové... Viacjadrový procesor je centrálna procesorová jednotka obsahujúca dve (alebo viac) výpočtových jadier umiestnených na jednom malom procesorovom čipe alebo v jednom spoločnom puzdre. Typický procesor má iba jedno jadro. Éra jednojadrových procesorov sa pomaly stáva minulosťou. Pokiaľ ide o ich vlastnosti, sú vo všeobecnosti horšie ako viacjadrové procesory.

Napríklad taktovacia frekvencia priemerného dvojjadrového procesora môže byť často oveľa nižšia ako u slušného jednojadrového procesora, no vďaka rozdeleniu úloh na „obe hlavy“ sa rozdiel vo výsledkoch stáva nepodstatným. Dvojjadrový procesor Core 2 Duo s taktom 1,7 GHz bez problémov predbehne jednojadrový Celeron s taktom 2,8 GHz, pretože výkon závisí nielen od frekvencie, ale aj od počtu jadier, vyrovnávacej pamäte a ďalších faktorov.

Momentálne svetovému počítačovému trhu dominujú dvaja najväčší výrobcovia procesorov – Intel (jeho podiel je dnes asi 84 %) a AMD (asi 10 %). Ak sa pozriete na históriu vývoja centrálnych procesorov, môžete vidieť pomerne veľa zaujímavých vecí. Od príchodu prvých stolných počítačov bolo hlavným spôsobom zlepšenia výkonu postupné zvyšovanie taktov.

To je veľmi zrejmé a logické. Všetko však má svoje hranice a frekvenciu nemožno zvyšovať donekonečna. Bohužiaľ, ako sa frekvencia zvyšuje, uvoľňovanie tepla sa začína zvyšovať nelineárne a nakoniec dosahuje kriticky vysoké hodnoty. Tento problém zatiaľ nepomáha vyriešiť ani použitie jemnejších technických procesov pri tvorbe tranzistorov.

Existuje východisko z tejto veľmi ťažkej situácie? Čoskoro sa našlo riešenie v použití niekoľkých jadier v jednom kryštáli. Bolo rozhodnuté použiť verziu procesora "2 v 1". Objavenie sa počítačov s takýmito procesormi na trhu vyvolalo množstvo kontroverzií. Potrebujete viacjadrové procesory? V čom sú lepšie ako bežné procesory s jedným jadrom? Možno chcú výrobné spoločnosti len extra zisk? Teraz môžeme s istotou odpovedať: sú potrebné viacjadrové procesory, tie sú budúcnosťou. V najbližších desaťročiach si nemožno predstaviť pokrok v tomto odvetví bez použitia viacjadrových procesorov.

Viacjadrové procesory, na čo sú dobré? Použitie takýchto procesorov je porovnateľné s použitím niekoľkých samostatných procesorov pre jeden počítač. Jadrá sú v jednej kocke, nie sú úplne nezávislé (napríklad využívajú zdieľanú vyrovnávaciu pamäť). Pri použití existujúceho softvéru, ktorý bol pôvodne vytvorený na prácu s jedným jadrom, dáva táto možnosť hmatateľné plus. Bez najmenšieho nepohodlia môžete súčasne vykonávať dve (alebo viac) úloh náročných na zdroje. Avšak urýchlenie jedného procesu je pre tieto systémy prakticky nemožné. Vo výsledku tak získame takmer rovnaký jednojadrový procesor s malým plusom v podobe možnosti používať viacero programov súčasne.

Ako byť? Cesta z tejto chúlostivej situácie je celkom zrejmá - je potrebné vyvinúť novú generáciu softvéru, ktorý bude schopný využívať niekoľko jadier súčasne. Je potrebné nejako paralelizovať procesy. V skutočnosti sa to ukázalo ako veľmi ťažké. Samozrejme, niektoré úlohy možno pomerne ľahko paralelizovať. Napríklad je pomerne jednoduché paralelizovať kódovanie videa a zvuku.

Je založený na súbore vlákien rovnakého typu, v tomto poradí je organizovanie ich súčasného vykonávania pomerne jednoduchá úloha. Zisk existujúcich viacjadrových procesorov pri riešení problémov s kódovaním oproti „podobným“ jednojadrovým bude úmerný počtu týchto jadier: ak dve jadrá, potom dvakrát rýchlejšie, štyri jadrá - štyrikrát, 6 jadier - šesťkrát . Bohužiaľ, drvivú väčšinu dôležitých úloh je oveľa ťažšie paralelizovať. Vo väčšine prípadov je potrebná zásadná revízia programového kódu.

Zástupcovia pomerne silných počítačových spoločností už niekoľkokrát vyslovili radostné vyhlásenia o úspešnom vývoji originálnych viacjadrových procesorov novej generácie, ktoré sú schopné samostatne rozdeliť jedno vlákno do skupiny nezávislých vlákien, ale na naše hlboké poľutovanie , nikto z nich zatiaľ nepreukázal ani jednu takúto pracovnú vzorku.

Kroky, ktoré podnikli počítačové spoločnosti smerom k širokému prijatiu viacjadrových procesorov, sú priamočiare a priamočiare. Hlavnou úlohou týchto spoločností je zdokonaľovať procesory, vytvárať nové perspektívne viacjadrové procesory a udržiavať premyslenú cenovú politiku zameranú na znižovanie cien (alebo brzdenie ich rastu). Dnes, v strednom segmente dvoch popredných svetových počítačových gigantov (AMD a Intel), môžete vidieť veľmi širokú škálu dvojjadrových a štvorjadrových procesorov.

Ak chcete, môžete nájsť ešte sofistikovanejšie možnosti. Dobrou správou je, že aj samotní vývojári moderného softvéru začínajú robiť dôležitý krok na ceste k používateľovi. Mnoho nedávnych hier už má podporu pre dve jadrá. Najvýkonnejší z nich je prakticky životne dôležitý minimálne dvojjadrový procesor na zabezpečenie a udržanie optimálneho výkonu.

Keď sa pozrieme na pulty najlepších počítačových obchodov, analyzujeme stav sortimentu a môžeme povedať, že celkový obraz nie je vôbec zlý. Výrobcom viacjadrových procesorov sa podarilo dosiahnuť veľmi vysokú úroveň výroby využiteľných kryštálov. Ich cenová politika je celkom rozumná. Pri súčasných cenách je vidieť, že napríklad zdvojnásobenie počtu jadier procesora väčšinou cenu takéhoto procesora pre kupujúceho nezdvojnásobí. To je veľmi rozumné a celkom logické. Mnohým je navyše celkom jasné, že pri zdvojnásobení počtu jadier centrálneho procesora sa výkon v priemere nezvýši o rovnakú hodnotu.

Napriek tomu stojí za to uznať, že napriek všetkej tŕnistej ceste k vytvoreniu ešte pokročilejších viacjadrových procesorov k nemu v blízkej dohľadnej dobe jednoducho neexistuje žiadna alternatíva. Bežní spotrebitelia, ktorí chcú ísť s dobou, môžu svoj počítač modernizovať len včas, a to pomocou nových procesorov so zvýšeným počtom vstavaných jadier, čím sa celkový výkon dostane na vyššiu úroveň. Rôzne jednojadrové procesory sa stále úspešne používajú v mobilných telefónoch, netbookoch a inej technike.

Ak neviete, kde to je, prečítajte si článok: "". Napíšte do komentárov aký máte procesor?

Centrálna procesorová jednotka je mozog a srdce počítača

Samotný textový procesor pochádza z anglického slovesa spracovať, čo v preklade do ruštiny bude znieť ako spracovať. Vo všeobecnom zmysle sa tento výraz vzťahuje na zariadenie alebo súbor programov, ktoré sa používajú na vykonávanie výpočtových operácií alebo na spracovanie súboru údajov alebo procesov.

V osobnom počítači funguje procesor ako „mozog“, ktorý je hlavným mikroobvodom, ktorý je potrebný na bezproblémovú a správnu prevádzku počítača. Všetky interné a periférne zariadenia sú riadené CPU.

PRE TVOJU INFORMÁCIU:

veľmi často sa procesor označuje anglickou skratkou CPU. To znamená Central Processing Unit alebo centrálna procesorová jednotka.

Vonkajšie je procesorom malá štvorcová doska, ktorej horná časť je pokrytá kovovým krytom, ktorý slúži na ochranu mikroobvodov, a spodná plocha je posiata veľkým počtom kontaktov. Práve na tejto strane je procesor inštalovaný v špeciálnom konektore alebo zásuvke umiestnenej na základnej doske. CPU alebo centrálna procesorová jednotka je najdôležitejšou súčasťou moderného počítača. Bez príkazu z CPU neprebehne ani jedna, ani tá najjednoduchšia operácia, napríklad sčítanie dvoch čísel alebo zápis jedného bajtu informácie.

Ako funguje procesor

Princípom procesora je postupné spracovanie rôznych operácií. Stávajú sa veľmi rýchlo, hlavné sú:

1. Pri spustení akéhokoľvek procesu, ktorý zahŕňa vykonávanie programového kódu, riadiaca jednotka CPU získa všetky potrebné údaje a sadu operandov potrebných na vykonanie. Ten sa potom načíta do vyrovnávacej pamäte alebo vyrovnávacej pamäte.
2. Pri výstupe z cache je celý tok informácií rozdelený do dvoch kategórií – inštrukcie a hodnoty. Sú presmerované na príslušné pamäťové miesta nazývané registre. Prvé sú umiestnené v príkazových registroch, druhá kategória - v dátových registroch.
3. Informácie v pamäťových registroch spracováva aritmetická logická jednotka. Je to jedna časť CPU, ktorá je potrebná na vykonávanie aritmetických a logických operácií.
4. Výsledky výpočtov sú rozdelené do dvoch vlákien - dokončené a neúplné, ktoré sa zase posielajú späť do vyrovnávacej pamäte.
5. Na konci výpočtového cyklu sa konečný súčet zapíše do pamäte RAM. Je to potrebné na uvoľnenie vyrovnávacej pamäte pre nové výpočtové operácie. Keď je vyrovnávacia pamäť plná, všetky neaktívne procesy sa presunú do RAM alebo na nižšiu úroveň.

PRE TVOJU INFORMÁCIU:

vyrovnávacia pamäť je virtuálne rozdelená na dve časti - spodnú a hornú úroveň. Aktívne procesy sú na najvyššom „poschodí“ a nedôležité operácie sa presúvajú na spodnú úroveň. V prípade potreby systém využíva spodné vrstvy informácií, zvyšok času sa údaje netýkajú. Tento prístup umožňuje procesoru využiť všetky prostriedky na aktuálnu operáciu.

Zjednodušená schéma centrálneho procesora

Z čoho sa skladá procesor

Aby ste pochopili, ako CPU funguje, musíte pochopiť, z ktorých častí pozostáva. Hlavné komponenty procesora sú:

1. Horný kryt, čo je kovová doska, ktorá plní funkcie ochrany vnútorného obsahu a odvádzania tepla.
2. Crystal... Toto je najdôležitejšia časť CPU. Kryštál je vyrobený z kremíka a obsahuje veľké množstvo drobných mikroobvodov.
3. Podložka PCB, ktorá slúži ako kontaktná podložka. Sú k nemu pripojené všetky časti CPU a sú umiestnené kontakty, cez ktoré prebieha interakcia so zvyškom systému.

Pri nasadzovaní vrchného krytu sa používa lepidlo-tesniaci prostriedok, ktorý odolá vysokým teplotám a tepelná pasta sa používa na uzavretie medzery vo vnútri zostaveného procesora. Po stuhnutí tvorí akýsi „most“, ktorý je potrebný na zabezpečenie odtoku tepla z kryštálu.

Hlavné časti CPU - kryt, matrica a kontaktná podložka

Čo je jadro procesora

Ak sa samotná centrálna procesorová jednotka dá nazvať „mozog“ počítača, potom sa jadro považuje za hlavnú časť samotného CPU. Jadro je súbor mikroobvodov umiestnených na kremíkovej platforme, ktorej veľkosť nepresahuje štvorcový centimeter. Súbor mikroskopických logických prvkov, pomocou ktorých sa realizuje princíp činnosti, sa nazýva architektúra.

Niekoľko technických detailov: v moderných procesoroch je jadro pripevnené k čipovej platforme pomocou systému "flip-chip", takéto spoje poskytujú maximálnu hustotu spojenia.

Každé jadro pozostáva z určitého počtu funkčných blokov:

• prerušiť blok, ktorý je potrebný na rýchle prepínanie medzi úlohami;
• inštrukčný blok zodpovedný za prijímanie a odosielanie príkazov na následné spracovanie;
• dekódovacia jednotka, ktorý je potrebný na spracovanie prichádzajúcich príkazov a určenie akcie potrebnej na to;
• kontrolná jednotka, ktorá sa zaoberá prenosom spracovaných pokynov do iných funkčných častí a koordináciou záťaže;
• posledné sú vykonávanie a ukladanie blokov.

Jadro procesora je najmenšia doska, na ktorej sú umiestnené pracovné prvky

Čo je to zásuvka procesora

Termín zásuvka je preložený z angličtiny ako "zásuvka" alebo "zásuvka". V prípade osobného počítača sa tento termín súčasne vzťahuje priamo na základnú dosku a procesor. Zásuvka je miesto, kde je pripojený CPU. Líšia sa medzi sebou v takých charakteristikách, ako je veľkosť, počet a typ kontaktov, vlastnosti chladiacej inštalácie.

Dvaja najväčší výrobcovia procesorov – Intel a AMD – vedú dlhoročnú marketingovú vojnu, pričom každý ponúka svoju päticu, vhodnú len pre vlastné CPU. Číslo v označení konkrétnej zásuvky, napríklad LGA 775, udáva počet kolíkov alebo kontaktných kolíkov. Aj z hľadiska technológie sa zásuvky môžu navzájom líšiť:

• prítomnosť ďalších ovládačov;
• schopnosť technológie podporovať grafické jadro procesora;
• produktivitu.

Zásuvka môže tiež ovplyvniť nasledujúce parametre počítača:

• typ podporovanej pamäte RAM;
• frekvencia FSB;
• nepriamo na verziu PCI-e a konektor SATA.

Vyžaduje sa vytvorenie špeciálneho socketu pre montáž centrálneho procesora, aby používateľ mohol upgradovať systém a vymeniť CPU v prípade poruchy.

Zásuvka procesora je zásuvka pre jeho inštaláciu na základnej doske

Grafické jadro v procesore: čo to je

Jednou z častí CPU, okrem samotného hlavného jadra, môže byť aj grafický procesor. Čo to je a prečo je potrebné použiť takýto komponent? Hneď je potrebné poznamenať, že integrácia grafického jadra je voliteľná a nie je prítomná v každom procesore. Toto zariadenie je potrebné na vykonávanie hlavných funkcií CPU v podobe riešenia výpočtových problémov, ako aj podpory grafiky.

PRE TVOJU INFORMÁCIU:

niekedy sa môžete stretnúť so skratkou IGP, čo znamená Integrated Graphics Processor alebo integrovaný grafický procesor. To znamená, že tento konkrétny počítač používa podobné riešenie a samostatná grafická karta nemusí byť vôbec dostupná.

Dôvody, prečo výrobcovia používajú technológie na spojenie dvoch funkcií v jednom jadre, sú:

• Znížená spotreba energie, pretože menšie zariadenia vyžadujú nižšie náklady na energiu a chladenie
• kompaktnosť;
• zníženie nákladov.

Použitie integrovanej alebo integrovanej grafiky je najčastejšie vidieť v notebookoch alebo lacných kancelárskych počítačoch, kde nie sú žiadne nadmerné grafické nároky.

Grafickým jadrom je grafický koprocesor na CPU

Základné pojmy procesora v informatike

Čo sú vlákna v procesore

Vlákno CPU je najmenšia jednotka spracovania, ktorá je priradená jadrom na oddelenie kódu od kontextu spustiteľného súboru. V rovnakom čase môže existovať viacero procesov, ktoré súčasne využívajú prostriedky CPU. Existuje originálny vývoj od Intelu, ktorý sa začal používať v modeloch začínajúcich s procesorom Intel Core i3, ktorý sa nazýva HyperThreading. Ide o technológiu rozdelenia fyzického jadra na dve logické. Operačný systém tak vytvára dodatočný výpočtový výkon a zvyšuje vlákno. Ukazuje sa, že iba ukazovateľ počtu jadier nebude rozhodujúci, pretože v niektorých prípadoch počítače so 4 jadrami strácajú rýchlosť na tie, ktoré majú iba 2.

Počet vlákien je možné zobraziť prostredníctvom správcu úloh

Aká je technológia procesu v procesore

Technický proces v informatike sa vzťahuje na veľkosť tranzistorov použitých v jadre počítača. Proces výroby CPU prebieha podľa metódy fotolitografie, kedy sú tranzistory vyleptané z kryštálu pokrytého dielektrickým filmom pod vplyvom svetla. Použité optické zariadenie má taký indikátor ako rozlíšenie. Toto bude technologický postup. Čím je vyššia, tým viac tranzistorov sa zmestí na jeden kryštál.

Zmenšenie veľkosti kryštálu je uľahčené:

• zníženie výroby tepla a spotreby energie;
• výkonu, keďže pri zachovaní fyzickej veľkosti kryštálu je možné naň umiestniť väčšie množstvo pracovných prvkov.

Jednotkou merania technického procesu je nanometer (10-9). Väčšina moderných procesorov sa vyrába 22 nm výrobným procesom.

PRE TVOJU INFORMÁCIU:

príkladom je procesor Intel Core i7, ktorý s veľkosťou matrice 160 mm obsahuje 1,4 miliardy pracovných prvkov.

Technickým procesom je zvýšenie počtu pracovných prvkov procesora pri zachovaní jeho veľkosti

Čo je virtualizácia procesora

Metóda je založená na rozdelení CPU na hosťujúcu a monitorovaciu časť. Ak je potrebné prepnutie z hlavného na hosťujúci OS, procesor túto operáciu automaticky vykoná, pričom ponechá viditeľné iba tie hodnoty registra, ktoré sú potrebné pre stabilnú prevádzku. Keďže hosťujúci operačný systém interaguje priamo s procesorom, virtuálny stroj pobeží výrazne rýchlejšie.

Povolenie virtualizácie je možné v nastaveniach systému BIOS. Väčšina základných dosiek a procesorov od AMD nepodporuje technológiu vytvárania virtuálneho stroja pomocou hardvérových metód. Tu používateľovi pomáhajú softvérové ​​metódy.

Virtualizácia je aktivovaná v systéme BIOS

Čo sú registre procesora

Register procesora je špeciálna sada digitálnych elektrických obvodov, ktoré odkazujú na ultra rýchlu pamäť, ktorú CPU vyžaduje na ukladanie výsledkov medzioperačných operácií. Každý procesor obsahuje veľké množstvo registrov, z ktorých väčšina je pre programátora nedostupná a sú vyhradené na vykonávanie základných funkcií jadra. Existujú všeobecné a špeciálne registre. Prvá skupina je dostupná ako referencia, druhú používa samotný procesor. Keďže rýchlosť interakcie s registrami CPU je vyššia ako pri prístupe k RAM, programátori ich aktívne využívajú na písanie softvérových produktov.

Registre procesora

Hlavné technické vlastnosti procesora

Aká je rýchlosť hodín CPU

Mnoho používateľov počulo taký koncept ako frekvencia hodín, ale nie každý úplne rozumie tomu, čo to je. Zjednodušene povedané, ide o počet operácií, ktoré môže CPU vykonať za 1 sekundu. Platí tu pravidlo – čím vyšší takt, tým je počítač produktívnejší.

Jednotkou merania frekvencie hodín je Hertz, čo je vo fyzikálnom zmysle zobrazenie počtu kmitov za nastavené časové obdobie. K tvorbe hodinových kmitov dochádza v dôsledku pôsobenia kremenného kryštálu, ktorý sa nachádza v hodinovom rezonátore. Po priložení napätia dochádza ku kolísaniu elektrického prúdu. Posielajú sa do generátora, ktorý ich premieňa na impulzy, ktoré sa posielajú do dátových zberníc. Takt procesora nie je jedinou charakteristikou pre hodnotenie rýchlosti PC. Treba brať do úvahy aj počet jadier a množstvo vyrovnávacej pamäte.

Frekvenciu hodín môžete zobraziť v systéme BIOS alebo pomocou špeciálneho softvéru

Čo je bitová rýchlosť procesora

Každý používateľ Windows bol pri inštalácii nových programov postavený pred výber verzie pre bitovosť systému. Čo je to bitová kapacita CPU? Zjednodušene povedané, ide o indikátor, inak nazývaný strojové slovo, ktorý ukazuje, koľko bitov informácií CPU spracuje v jednom hodinovom cykle. V moderných procesoroch môže byť toto číslo násobkom 32 alebo 64.

PRE TVOJU INFORMÁCIU:

pre bežného používateľa bude bitová hĺbka určovať maximálne množstvo pamäte RAM, ktorú procesor podporuje. Pre 32 bitov je to 4 GB a pre 64 bitov je horná hranica už 16 TB.

Bitová šírka môže byť 32 a 64 bitov

Čo je obmedzovanie CPU

Škrtenie, alebo škrtenie, je ochranný mechanizmus používaný na zabránenie prehriatiu CPU alebo zapríčineniu zlyhania hardvéru. Funkcia je štandardne aktívna a spúšťa sa, keď teplota stúpne na kritickú úroveň, ktorú pre každý konkrétny model CPU nastavuje výrobca. Ochrana sa vykonáva znížením výkonu jadra. Keď sa teplota vráti do normálu, funkcia sa automaticky vypne. Cez BIOS je možné násilne meniť parametre škrtenia. Aktívne ho používajú fanúšikovia pretaktovania CPU alebo pretaktovania, ale pre bežného používateľa sú takéto zmeny spojené s rozpadom počítača.

Pri prekročení povolených teplôt procesora sa automaticky aktivuje ochranný systém alebo škrtenie

Teplota procesora a grafickej karty

Pri práci jadra a ostatných prvkov CPU vzniká veľké množstvo tepla, a preto moderné počítače využívajú výkonné chladiace systémy, a to ako pre centrálny procesor, tak aj pre hlavné komponenty základnej dosky. Náročné programy, ktoré aktívne využívajú výkon CPU a grafickej karty (zvyčajne hry), zaťažujú procesor, čo vedie k rýchlemu nárastu teploty. V tomto prípade je škrtenie povolené. Mnoho výrobcov grafických kariet tvrdí, že ich produkty dokážu normálne fungovať aj pri 100 °C. V skutočnosti bude hraničnou teplotou teplota uvedená v technickej dokumentácii.

PRE TVOJU INFORMÁCIU:

výkonné grafické karty a procesory bežia pri vyšších rýchlostiach hodín, čo vedie k väčšej tvorbe tepla. Preto vyžadujú lepšie chladenie.

Teplotný režim môžete nezávisle ovládať pomocou špeciálneho monitorovacieho softvéru (AIDA64, GPU Temp, Speccy). Ak dôjde k spomaleniu počas práce alebo hry, je pravdepodobné, že teplota stúpla na kritickú úroveň a ochrana automaticky fungovala.

Pomocou špeciálneho softvéru môžete nezávisle monitorovať teplotu CPU a grafickej karty

Čo je turbo boost v procesore

Turbo Boost je patentovaná technológia Intel, ktorá poháňa prvé tri generácie procesorov Intel Core i5 a i7. Používa sa na hardvérové ​​zrýchlenie CPU na určitý čas. Pomocou technológie sa postup pretaktovania vykonáva s prihliadnutím na všetky dôležité parametre - sila prúdu, teplota, napätie, stav OS, preto je pre počítač úplne bezpečný. Zvýšenie rýchlosti procesora je dočasné a bude závisieť od typu záťaže, počtu jadier a konfigurácie platformy. Okrem toho je potrebné poznamenať, že technológiu podporujú iba operačné systémy Windows 7 a 8.

Patentovaná technológia Intel dočasne zlepšuje výkon počítača

Typy procesorov

Celkovo je v počítači obvyklé rozlišovať 5 hlavných typov procesorov:

1. Buffer... Je to koprocesor, ktorý je potrebný na predbežné spracovanie informácií medzi periférnym zariadením a CPU.
2. Predprocesor... V podstate ide o procesor podobný predchádzajúcemu, ktorého účelom je medzispracovanie dát.
3. CISC... CPU vyrobený spoločnosťou Intel, ktorý sa líši od bežného rozšíreným súborom pokynov.
4. RISC... Alternatívna verzia CISC so zníženým počtom príkazov. Väčšina hlavných výrobcov procesorov používa kombináciu dvoch variantov (CISC a RISC) na zvýšenie výkonu a rýchlosti jadra.
5. Klony... Ide o procesory, ktoré vyrábajú stredne veľkí výrobcovia na základe licencie alebo úplne pirátske.

Najpopulárnejšie modely a výrobcovia

Trh mikroprocesorov rozdeľujú dvaja veľkí výrobcovia – Intel a AMD, ktorí počas celej svojej existencie zvádzajú nezmieriteľný boj. Každá spoločnosť ponúka svoje vlastné riešenia na kľúč. Výber konkrétneho modelu je subjektívnym rozhodnutím koncového používateľa, keďže každý výrobca ponúka širokú škálu modelov, ktoré disponujú rozpočtovými možnosťami aj špičkovými hernými CPU.

Najpopulárnejšie v rade procesorov od Intelu sú modely Intel Core i3, i5 a i7. V závislosti od úpravy ich možno použiť ako v herných PC, tak aj v kancelárskych strojoch. V AMD sú procesory série Ryzen považované za jedny z najlepších a vykazujú dobré ukazovatele výkonu. Séria Athlon sa nachádza dodnes, no patrí do archívu. Pre nenáročného používateľa sú vhodné procesory AMD radu A.

AMD a Intel sú dve najväčšie procesorové spoločnosti

Čo je skalpovanie CPU

Skalpovanie procesora je postup na odstránenie krytu na výmenu tepelnej pasty. Tento postup je súčasťou pretaktovania alebo môže byť potrebný na zníženie zaťaženia hardvéru CPU.

Samotný postup pozostáva z:

• odstránenie krytu;
• odstránenie starej tepelnej pasty;
• čistenie kryštálov;
• nanesenie novej vrstvy tepelnej pasty;
• zatváranie veka.

Pri vykonávaní postupu by ste mali vziať do úvahy skutočnosť, že jeden nesprávny pohyb môže viesť k zlyhaniu procesora. Preto je lepšie zveriť túto akciu profesionálom. Ak sa nakoniec rozhodne vykonať skalpovanie doma, potom je vhodné zakúpiť špeciálne zariadenie vo forme klipu pre CPU, ktoré uľahčí odstránenie krytu bez poškodenia kryštálu.

Skalpovanie procesora je postup na otvorenie krytu na výmenu tepelnej pasty

Ako pretaktovať procesor

Pretaktovanie alebo pretaktovanie CPU môže byť vhodné, ak máte zastarané vybavenie a nemáte prostriedky na nákup nového kameňa. Tento postup vám zvyčajne umožňuje dosiahnuť zvýšenie výkonu o 10 až 20 %. Existujú dva spôsoby pretaktovania - zvýšením frekvencie FSB alebo zvýšením násobiteľa procesora. Moderné počítače sa spravidla dodávajú s uzamknutým multiplikátorom, takže cenovo najdostupnejšou metódou je zmena frekvencie systémovej zbernice.

Pretaktovanie procesora sa vykonáva zvýšením frekvencie zbernice alebo násobiteľa procesora

Základné tipy na pretaktovanie:

1. Pri absencii skúseností sa neodporúča dotýkať sa výkonu jadra.
2. Zvýšenie frekvenčného indikátora by sa malo vykonávať postupne, pričom by sa malo naraz zvyšovať maximálne o 100 MHz.
3. Sledujte teplotu, pretože tvorba tepla sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou.
4. Pri rozhodovaní o zvýšení napájania jadra je krok 0,05V, pričom maximálna hranica by nemala presiahnuť 0,3V, inak je pravdepodobnosť zlyhania CPU vysoká.
5. Po každom zvýšení musíte otestovať stabilitu diela. Pri prvých poruchách treba pretaktovanie zastaviť.

PRE TVOJU INFORMÁCIU:

ak sa pri dosiahnutí maximálnej frekvencie pozoruje stabilná prevádzka, ale nadmerné zahrievanie, v tomto prípade je potrebné plne preštudovať činnosť chladiaceho systému PC.

Proces pretaktovania môžete zjednodušiť pomocou špeciálnych programov, ktoré nezávisle riadia hlavné parametre ovplyvnené pretaktovaním.

Procesor je srdcom vášho PC. Tu prichádza na rad administrácia všetkých strojových procesov. Kvalita celého počítača závisí od toho, ako efektívne bude táto jednotka fungovať. To znamená, že vaša dôvera a pokoj úplne závisia od výberu vysokokvalitného hardvéru pre hardvérový počítač.

Ak máte otázky pre našich odborníkov, môžete ich zanechať nižšie.

Takmer každý vie, že v počítači je hlavným prvkom medzi všetkými „železnými“ komponentmi centrálny procesor. Ale okruh ľudí, ktorí si predstavia fungovanie procesora, je veľmi obmedzený. Väčšina používateľov o tom nemá ani potuchy. A aj keď sa systém náhle začne „spomaliť“, mnohí veria, že tento procesor nefunguje dobre a nepripisujú dôležitosť iným faktorom. Aby sme úplne pochopili situáciu, pozrime sa na niektoré aspekty CPU.

Čo je to centrálna procesorová jednotka?

Z čoho je vyrobený procesor?

Ak hovoríme o tom, ako funguje procesor Intel alebo jeho konkurent AMD, musíte sa pozrieť na to, ako fungujú tieto čipy. Prvý mikroprocesor (mimochodom bol od Intelu, model 4040) sa objavil už v roku 1971. Dokázal vykonávať len najjednoduchšie operácie sčítania a odčítania so spracovaním iba 4 bitov informácie, t.j. mal 4-bitovú architektúru.

Moderné procesory, podobne ako prvorodené, sú založené na tranzistoroch a sú oveľa rýchlejšie. Vyrábajú sa metódou fotolitografie z určitého počtu jednotlivých kremíkových doštičiek, ktoré tvoria jeden kryštál, do ktorého sú akoby vtlačené tranzistory. Obvod je vytvorený na špeciálnom urýchľovači pretaktovanými iónmi bóru. Vo vnútornej štruktúre procesorov sú hlavnými komponentmi jadrá, zbernice a funkčné častice nazývané revízie.

Hlavné charakteristiky

Ako každé iné zariadenie, aj procesor sa vyznačuje určitými parametrami, ktoré pri odpovedi na otázku, ako procesor funguje, nemožno ignorovať. V prvom rade sú to tieto:

• Počet jadier;
• počet vlákien;
• veľkosť vyrovnávacej pamäte (vnútorná pamäť);
• frekvencia hodín;
• rýchlosť pneumatiky.

Zastavme sa zatiaľ pri frekvencii hodín. Nie nadarmo sa procesoru hovorí srdce počítača. Rovnako ako srdce funguje v pulzujúcom režime s určitým počtom úderov za sekundu. Hodinová frekvencia sa meria v MHz alebo GHz. Čím je vyššia, tým viac operácií môže zariadenie vykonávať.

Na akej frekvencii procesor pracuje, zistíte z jeho deklarovaných charakteristík alebo si pozrite informácie v No pri spracovávaní príkazov sa frekvencia môže meniť a pri pretaktovaní (overlockingu) sa môže zvýšiť až do extrémnych limitov. Uvedené je teda len priemerným ukazovateľom.

Počet jadier je ukazovateľ, ktorý určuje počet výpočtových centier procesora (nezamieňať s vláknami - počet jadier a vlákien sa nemusí zhodovať). Táto distribúcia umožňuje presmerovať operácie na iné jadrá, čím sa zvýši celkový výkon.

Ako procesor funguje: spracovanie príkazov

Teraz trochu o štruktúre spustiteľných príkazov. Ak sa pozriete na to, ako procesor funguje, musíte jasne pochopiť, že každý príkaz má dve zložky - operačný a operand.

Operačná časť udáva, čo má počítačový systém momentálne robiť, operand určuje, na čom má pracovať procesor. Okrem toho môže jadro procesora obsahovať dve výpočtové centrá (kontajnery, vlákna), ktoré rozdeľujú vykonávanie príkazu do niekoľkých etáp:

• výroba;
• dešifrovanie;
• vykonávanie príkazov;
• prístup k pamäti samotného procesora
• uloženie výsledku.

Dnes sa používa samostatné ukladanie do vyrovnávacej pamäte vo forme použitia dvoch úrovní vyrovnávacej pamäte, čím sa zabráni zachyteniu dvoch alebo viacerých inštrukcií na prístup k jednému z pamäťových blokov.

Podľa typu spracovania inštrukcií sa procesory delia na lineárne (vykonávanie inštrukcií v poradí ich zápisu), cyklické a vetviace (vykonávanie inštrukcií po spracovaní podmienok vetvenia).

Vykonané operácie

Medzi hlavné funkcie priradené procesoru, pokiaľ ide o vykonávané príkazy alebo inštrukcie, sa rozlišujú tri hlavné úlohy:

• matematické operácie založené na aritmeticko-logickom zariadení;
• presúvanie údajov (informácií) z jedného typu pamäte do druhého;
• rozhodovanie o vykonaní príkazu a na jeho základe výber prechodu na vykonanie iných súborov príkazov.

Interakcia s pamäťou (ROM a RAM)

V tomto procese si treba všimnúť také komponenty ako zbernica a kanál na čítanie a zápis, ktoré sú pripojené k úložným zariadeniam. ROM obsahuje konštantnú sadu bajtov. Najprv si adresová zbernica vyžiada určitý bajt z ROM, potom ho prenesie na dátovú zbernicu, po čom čítací kanál zmení svoj stav a ROM poskytne požadovaný bajt.

Ale procesory dokážu dáta z RAM nielen čítať, ale aj zapisovať. V tomto prípade sa použije nahrávací kanál. Ale keď sa na to pozriete, vo všeobecnosti by sa moderné počítače čisto teoreticky mohli zaobísť bez RAM, pretože moderné mikrokontroléry sú schopné umiestniť potrebné dátové bajty priamo do pamäte samotného procesorového čipu. Bez ROM sa však nezaobídete.

Systém sa okrem iného spúšťa z testovacieho režimu hardvéru (príkazy systému BIOS) a až potom sa riadenie prenesie na načítaný operačný systém.

Ako skontrolovať, či procesor funguje?

Teraz sa pozrime na niektoré aspekty kontroly stavu procesora. Musíte jasne pochopiť, že ak by procesor nefungoval, počítač by sa vôbec nemohol začať načítavať.

Iná vec je, keď sa treba pozrieť na mieru využitia schopností procesora v určitom momente. Dá sa to urobiť zo štandardného „Správcu úloh“ (oproti akémukoľvek procesu je uvedené, koľko percent zaťaženia procesora dáva). Na vizuálne definovanie tohto parametra môžete použiť kartu výkonu, kde sa zmeny sledujú v reálnom čase. Rozšírené parametre je možné zobraziť pomocou špeciálnych programov, ako je CPU-Z.

Je tiež možné použiť viacero procesorových jadier pomocou (msconfig) a rozšírených možností zavádzania.

Možné problémy

Na záver pár slov o problémoch. Mnoho používateľov sa často pýta, prečo procesor funguje, ale monitor sa nezapne? Táto situácia nemá nič spoločné s centrálnym procesorom. Faktom je, že keď zapnete akýkoľvek počítač, najskôr sa otestuje grafický adaptér a až potom všetko ostatné. Možno je problém práve v procesore grafického čipu (všetky moderné video akcelerátory majú svoje vlastné grafické procesory).

Ale na príklade fungovania ľudského tela musíte pochopiť, že v prípade zástavy srdca odumiera celé telo. Tak je to aj s počítačmi. Procesor nefunguje - celý počítačový systém "umrie".

CPU

Intel 80486DX2 v keramickom PGA puzdre.

Intel Celeron 400 socket 370 v plastovom puzdre PPGA, pohľad zdola.

Intel Celeron 400 socket 370 v plastovom puzdre PPGA, pohľad zhora.

Intel Celeron 1100 socket 370 v balení FC-PGA2, pohľad zdola.

Intel Celeron 1100 socket 370 v balení FC-PGA2, pohľad zhora.

CPU (CPU; CPU- Angličtina. centrálna procesorová jednotka, doslova - centrálna výpočtová jednotka) - vykonávateľ strojových inštrukcií, súčasť hardvéru počítača alebo programovateľného logického ovládača, zodpovedný za vykonávanie operácií špecifikovaných programami.

Moderné CPU, vykonávané vo forme samostatných mikroobvodov (čipov), ktoré implementujú všetky funkcie obsiahnuté v tomto druhu zariadení, sa nazývajú mikroprocesory. Tie od polovice 80. rokov 20. storočia prakticky vytlačili iné typy CPU, v dôsledku čoho sa tento pojem čoraz častejšie stáva bežným synonymom slova „mikroprocesor“. Nie je to však tak: centrálne procesorové jednotky niektorých superpočítačov sú aj dnes zložité komplexy rozsiahlych (LSI) a veľmi veľkých (VLSI) integrovaných obvodov.

Pôvodne termín Centrálna procesorová jednotka opísal špecializovanú triedu logických strojov určených na vykonávanie zložitých počítačových programov. Vďaka pomerne presnej zhode tohto označenia s funkciami vtedajších počítačových procesorov sa prirodzene prenieslo aj na samotné počítače. Začiatok používania termínu a jeho skratky vo vzťahu k počítačovým systémom bol položený v 60. rokoch 20. storočia. Zariadenie, architektúra a implementácia procesorov sa odvtedy niekoľkokrát zmenili, no ich hlavné spustiteľné funkcie zostali rovnaké ako predtým.

Prvé CPU boli navrhnuté ako jedinečné stavebné bloky pre jedinečné, ak nie jedinečné, počítačové systémy. Neskôr výrobcovia počítačov prešli od drahého spôsobu vývoja procesorov určených na vykonávanie jedného alebo niekoľkých vysoko špecializovaných programov k hromadnej výrobe typických tried viacúčelových procesorových zariadení. Trend štandardizácie počítačových komponentov vznikol v ére explozívneho rozvoja polovodičových prvkov, sálových počítačov a minipočítačov a s príchodom integrovaných obvodov sa stal ešte populárnejším. Vývoj mikroobvodov umožnil ďalšie zvýšenie zložitosti CPU a zároveň zníženie ich fyzickej veľkosti. Štandardizácia a miniaturizácia procesorov viedla k hlbokému prenikaniu digitálnych zariadení na nich založených do každodenného života. Moderné procesory možno nájsť nielen v high-tech zariadeniach, ako sú počítače, ale aj v autách, kalkulačkách, mobilných telefónoch a dokonca aj v detských hračkách. Najčastejšie sú to mikrokontroléry, kde sú na čipe okrem výpočtového zariadenia umiestnené aj ďalšie komponenty (rozhrania, I/O porty, časovače atď.). Moderné výpočtové možnosti mikrokontroléra sú porovnateľné s osobnými počítačmi spred desaťročia a častejšie dokonca výrazne prevyšujú ich výkon.

Architektúra von Neumanna

Väčšina moderných procesorov osobných počítačov je vo všeobecnosti založená na nejakej verzii cyklického sekvenčného spracovania informácií, ktoré vynašiel John von Neumann.

D. von Neumann prišiel v roku 1946 so schémou zostrojenia počítača.

Najdôležitejšie kroky v tomto procese sú zhrnuté nižšie. Pre rôzne architektúry a pre rôzne tímy môžu byť potrebné ďalšie kroky. Napríklad aritmetické inštrukcie môžu vyžadovať dodatočné prístupy do pamäte na čítanie operandov a zapisovanie výsledkov. Charakteristickým rysom von Neumannovej architektúry je, že inštrukcie a dáta sú uložené v rovnakej pamäti.

Etapy prevádzkového cyklu:

1. Procesor nastaví číslo uložené v registri počítadla príkazov na adresovú zbernicu a dá pamäti príkaz na čítanie;
2. Odkryté číslo je adresa pre pamäť; pamäť po prijatí adresy a príkazu na čítanie vystaví obsah uložený na tejto adrese dátovej zbernici a oznámi pripravenosť;
3. Procesor prijme číslo z dátovej zbernice, interpretuje ho ako inštrukciu (strojovú inštrukciu) zo svojej inštrukčnej sady a vykoná ju;
4. Ak posledná inštrukcia nie je inštrukcia vetvenia, procesor zvýši (za predpokladu, že dĺžka každej inštrukcie je jedna) číslo uložené v počítadle inštrukcií; v dôsledku toho sa tam vytvorí adresa nasledujúceho príkazu;
5. Krok 1 sa vykoná znova.

Tento cyklus sa vykonáva vždy a je to on, kto je povolaný proces(odtiaľ názov zariadenia).

Počas procesu procesor načíta sekvenciu inštrukcií obsiahnutých v pamäti a vykoná ich. Takáto postupnosť inštrukcií sa nazýva program a predstavuje algoritmus pre užitočnú prácu procesora. Poradie čítania príkazov sa zmení, ak procesor prečíta príkaz skoku - potom sa adresa nasledujúceho príkazu môže ukázať ako iná. Ďalším príkladom zmeny procesu je prijatie príkazu stop alebo prepnutie na hardvérové ​​prerušenie.

Príkazy centrálneho procesora sú najnižšou úrovňou riadenia počítača, takže vykonanie každého príkazu je nevyhnutné a bezpodmienečné. Nekontroluje sa prípustnosť vykonaných úkonov, najmä sa nekontroluje možná strata cenných údajov. Aby sa zabezpečilo, že počítač bude robiť len to, čo dokáže, príkazy musia byť vhodne usporiadané do požadovaného programu.

Rýchlosť prechodu z jednej fázy cyklu do ďalšej je určená generátorom hodín. Generátor hodín generuje impulzy, ktoré fungujú ako rytmus pre centrálny procesor. Frekvencia hodinových impulzov sa nazýva hodinová frekvencia.

Architektúra dopravníkov

Architektúra dopravníka ( potrubia) bol zavedený do centrálneho procesora na zlepšenie výkonu. Na vykonanie každého príkazu je zvyčajne potrebné vykonať niekoľko operácií rovnakého typu, napríklad: načítanie inštrukcie z RAM, dešifrovanie inštrukcie, adresovanie operandu v RAM, načítanie operandu z RAM, vykonanie príkazu , zápis výsledku do RAM. Každá z týchto operácií je spojená s jedným stupňom dopravníka. Napríklad potrubie mikroprocesora MIPS-I obsahuje štyri stupne:

• načítať a dekódovať inštrukciu (načítať)
• adresovanie a načítanie operandu z RAM (prístup do pamäte)
• Aritmetická operácia
• uloženie výsledku operácie (obchod)

Po oslobodení k stupni dopravníka, okamžite začne pracovať na ďalšom príkaze. Ak predpokladáme, že každý stupeň dopravníka strávi svojou prácou jednotku času, potom vykonanie príkazu na dopravníku s dĺžkou n podniknú kroky n jednotky času, avšak v najoptimistickejšom prípade bude výsledok vykonania každého ďalšieho príkazu získaný cez každú jednotku času.

V skutočnosti, ak neexistuje kanál, vykonanie príkazu bude trvať n jednotky času (keďže na vykonanie príkazu je stále potrebné vzorkovať, dešifrovať atď.) a vykonať m tímy budú potrebovať jednotky času; pri použití potrubia (v najoptimistickejšom prípade) na vykonanie m tímy potrebujú len n + m jednotky času.

Faktory, ktoré znižujú účinnosť dopravníka:

1. jednoduchý pipeline, keď sa niektoré stupne nepoužívajú (napríklad nie je potrebné adresovanie a načítanie operandu z RAM, ak príkaz pracuje s registrami);
2. čakanie: ak nasledujúci príkaz používa výsledok predchádzajúceho, potom sa posledný nemôže začať vykonávať skôr, ako sa vykoná prvý (toto sa prekonáva pri použití vykonávania mimo poradia);
3. čistenie potrubia, keď naň zasiahne inštrukcia vetvenia (tento problém možno vyriešiť pomocou predikcie vetvenia).

Niektoré moderné procesory majú viac ako 30 krokov v potrubí, čo zvyšuje výkon procesora, ale vedie k mnohým prestojom (napríklad v prípade chyby v predikcii podmienenej vetvy.)

Superskalárna architektúra

Schopnosť vykonať niekoľko strojových inštrukcií v jednom cykle procesora. Nástup tejto technológie viedol k výraznému zvýšeniu produktivity.

x86 (hoci už mnoho rokov sú tieto procesory CISC len na externej inštrukčnej sade).

John Cocke z.

Dvojjadrové procesory zahŕňajú pojmy ako prítomnosť logických a fyzických jadier: napríklad dvojjadrový procesor Intel Core Duo pozostáva z jedného fyzického jadra, ktoré je zase rozdelené na dve logické. Procesor Intel Core 2 Quad pozostáva zo štyroch fyzických jadier, čo výrazne ovplyvňuje rýchlosť jeho práce.

V súčasnosti sú masívne dostupné dvoj- a štvorjadrové procesory, konkrétne Intel Core 2 Duo na 65 nm jadre Conroe (neskôr na 45 nm jadre Wolfdale) a Athlon64X2 na mikroarchitektúre K8. V novembri 2006 bol vydaný prvý štvorjadrový procesor Intel Core 2 Quad na jadre Kentsfield, čo je zostava dvoch kryštálov Conroe v jednom balení. Potomkom tohto procesora je Intel Core 2 Quad založený na jadre Yorkfield (45 nm), ktorý je architektonicky podobný Kentsfieldu, no má väčšiu veľkosť vyrovnávacej pamäte a prevádzkové frekvencie.

AMD sa vydalo vlastnou cestou a vyrábalo štvorjadrové procesory v jednej matrici (na rozdiel od Intelu, ktorého procesory v skutočnosti zlepujú dva dvojjadrové kryštály). Napriek všetkej progresívnosti tohto prístupu sa prvý „štvorjadrový“ procesor spoločnosti s názvom AMD Phenom X4 ukázal ako málo úspešný. Jeho zaostávanie za modernými konkurenčnými procesormi bolo od 5 do 30 percent alebo viac, v závislosti od modelu a konkrétnych úloh.

V súčasnosti (Q1-Q2 2009) obe spoločnosti aktualizovali svoje rady štvorjadrových procesorov. Intel predstavil rodinu Core i7 pozostávajúcu z troch modelov pracujúcich na rôznych frekvenciách. Hlavnou výhodou tohto procesora je použitie trojkanálového pamäťového radiča (typ DDR-3) a emulačnej technológie ôsmich jadier (užitočné pre niektoré špecifické úlohy). Navyše vďaka všeobecnej optimalizácii architektúry bolo možné výrazne zlepšiť výkon procesora v mnohých typoch úloh. Slabou stránkou platformy využívajúcej Core i7 sú jej príliš vysoké náklady, keďže inštalácia tohto procesora si vyžaduje drahú základnú dosku založenú na čipsete Intel-X58 a trojkanálovú pamäťovú sadu DDR3, ktorá je v súčasnosti tiež drahá.

AMD zase predstavilo rad procesorov Phenom II X4. Pri jeho vývoji spoločnosť zohľadnila svoje chyby: zvýšil sa objem vyrovnávacej pamäte (pre prvý „Fenom“ zjavne nedostatočný) a výroba procesora prešla na 45 nm procesnú technológiu, čo umožnilo znížiť tvorbu tepla a výrazne zvýšiť prevádzkové frekvencie. Vo všeobecnosti sa AMD Phenom II X4 výkonom vyrovná predchádzajúcej generácii procesorov Intel (jadro Yorkfield) a výrazne zaostáva za Intel Core i7. Ak však vezmeme do úvahy mierne náklady na platformu založenú na tomto procesore, jej trhové vyhliadky vyzerajú oveľa lepšie ako jej predchodca.

Ukladanie do vyrovnávacej pamäte

Ukladanie do vyrovnávacej pamäte je použitie prídavnej vysokorýchlostnej pamäte (vyrovnávacej pamäte) na ukladanie kópií blokov informácií z hlavnej pamäte (s náhodným prístupom), ku ktorým sa pravdepodobne v blízkej budúcnosti pristúpi.

Nachádzajú sa tu kešky 1., 2. a 3. úrovne. Cache 1. úrovne má najnižšiu latenciu (čas prístupu), ale malú veľkosť, navyše cache 1. úrovne sa často robia viacportové. Procesory AMD K8 boli teda schopné produkovať 64-bitový zápis + 64-bitové čítanie alebo dve 64-bitové čítania za cyklus hodín, AMD K8L dokáže produkovať dve 128-bitové čítania alebo zápisy v akejkoľvek kombinácii, procesory Intel Core 2 môžu vykonávať 128 -bitový zápis + 128-bitové čítanie na takt. Cache L2 má zvyčajne výrazne vyššie latencie prístupu, ale môže byť oveľa väčšia. Vyrovnávacia pamäť L3 je najväčšia a pomerne pomalá, ale stále oveľa rýchlejšia ako RAM.

Paralelná architektúra

Von Neumannova architektúra má nevýhodu v tom, že je konzistentná. Bez ohľadu na to, aké veľké množstvo údajov je potrebné na spracovanie, každý z jeho bajtov bude musieť prejsť centrálnym procesorom, aj keď sa na všetkých bajtoch vyžaduje rovnaká operácia. Tento efekt sa nazýva von Neumannov úzky krk.

Na prekonanie tohto nedostatku boli navrhnuté a sú navrhované architektúry procesorov, ktoré sa nazývajú paralelný... Paralelné procesory sa používajú v superpočítačoch.

Možné možnosti pre paralelnú architektúru sú (podľa Flynnovej klasifikácie):

Technológia výroby procesora

História procesora

Prvým verejne dostupným mikroprocesorom bol 4-bitový Intel 4004. Nahradený bol 8-bitovým Intel 8080 a 16-bitovým 8086, ktoré položili základy architektúry všetkých moderných desktopových procesorov. Ale kvôli rozšíreniu 8-bitových pamäťových modulov bol vydaný 8088, klon 8086 s 8-bitovou pamäťovou zbernicou. Potom nasledovala jeho modifikácia 80186. V procesore 80286 sa objavil chránený režim s 24-bitovým adresovaním, ktorý umožňoval využiť až 16 MB pamäte. Procesor Intel 80386 sa objavil v roku 1985 a priniesol vylepšený chránený režim, 32-bitové adresovanie, umožňujúce až 4 GB RAM a podporu mechanizmu virtuálnej pamäte. Tento rad procesorov je postavený na výpočtovom modeli založenom na registroch.

Paralelne sa vyvíjajú mikroprocesory, pričom základom je zásobníkový výpočtový model.

Moderná výrobná technológia

V moderných počítačoch sa procesory vyrábajú vo forme kompaktného modulu (asi 5 × 5 × 0,3 cm) vloženého do pätice ZIF. Väčšina moderných procesorov je implementovaná ako jeden polovodičový kryštál obsahujúci milióny a v poslednej dobe dokonca miliardy tranzistorov. V prvých počítačoch boli procesory objemné jednotky, ktoré niekedy zaberali celé skrinky a dokonca aj miestnosti a boli vyrobené na veľkom počte samostatných komponentov.

Začiatkom sedemdesiatych rokov minulého storočia bolo vďaka prelomu v technológii vytvárania mikroobvodov LSI a VLSI (veľké a veľmi veľké integrované obvody) možné umiestniť všetky potrebné komponenty CPU do jedného polovodičového zariadenia. Objavili sa takzvané mikroprocesory. Teraz sa slová mikroprocesor a procesor stali prakticky synonymami, no vtedy to tak nebolo, pretože bežné (veľké) a mikroprocesorové počítače spolu pokojne existovali minimálne 10-15 rokov a až začiatkom 80. rokov mikroprocesory vytlačili svojich starších kolegov. Musím povedať, že prechod na mikroprocesory neskôr umožnil vznik osobných počítačov, ktoré dnes prenikli takmer do každej domácnosti.

Kvantové procesory

Procesory, ktorých práca je úplne založená na kvantových efektoch. V súčasnosti sa pracuje na vytvorení pracovných verzií kvantových procesorov.

Ruské mikroprocesory

Mikroprocesory v Rusku vyvíja spoločnosť ZAO MCST. Vyvinul a zaviedol do výroby univerzálne mikroprocesory RISC s konštrukčnými štandardmi 130 a 350 nm. Vývoj novej generácie superskalárneho procesora Elbrus bol ukončený. Hlavnými spotrebiteľmi ruských mikroprocesorov sú vojensko-priemyselný komplex.

História vývoja

Ďalšie národné projekty

Čína

pozri tiež

Poznámky (upraviť)

Odkazy

• Domáce viacjadrové procesory "Multicor", RISC + DSP, pre vojensko-priemyselný komplex
• Vláda zrušila clá pre spracovateľov 18.09.2007
• Intel predstavuje 80-jadrový procesor Ferra.ru, 12. februára 2007