İşlemci

PGA seramik paketinde Intel 80486DX2.

Plastik bir PPGA paketinde Intel Celeron 400 soket 370, alttan görünüm.

Plastik bir PPGA paketinde Intel Celeron 400 soket 370, üstten görünüm.

FC-PGA2 paketinde Intel Celeron 1100 soket 370, alttan görünüm.

FC-PGA2 paketinde Intel Celeron 1100 soket 370, üstten görünüm.

İşlemci (İşlemci; İşlemci- İngilizce. Merkezi işlem birimi, kelimenin tam anlamıyla - merkezi bilgi işlem cihazı) - makine talimatlarının yürütücüsü, bir bilgisayarın donanımının bir parçası veya programlar tarafından belirtilen işlemleri gerçekleştirmekten sorumlu programlanabilir mantık denetleyicisi.

Bu tür cihazlarda bulunan tüm özellikleri gerçekleştiren ayrı mikro devreler (çipler) şeklinde yürütülen modern CPU'lara mikroişlemciler denir. 1980'lerin ortalarından bu yana, ikincisi, diğer CPU türlerini pratik olarak destekledi ve bunun bir sonucu olarak, terim giderek daha sık "mikroişlemci" kelimesinin sıradan bir eşanlamlısı olarak algılandı. Ancak durum böyle değil: bazı süper bilgisayarların merkezi işlem birimleri bugün bile büyük ölçekli (LSI) ve ekstra büyük ölçekli (VLSI) tümleşik devrelerin karmaşık kompleksleridir.

Başlangıçta terim Merkezi işlem birimi karmaşık bilgisayar programlarını yürütmek için tasarlanmış özel bir mantıksal makine sınıfını tanımladı. Bu amacın o sırada var olan bilgisayar işlemcilerinin işlevlerine oldukça tam olarak uyması nedeniyle, doğal olarak bilgisayarların kendilerine aktarıldı. Terimin kullanımının başlangıcı ve bilgisayar sistemleri ile ilgili kısaltması 1960'larda atılmıştır. İşlemcilerin aygıtı, mimarisi ve uygulaması o zamandan beri birçok kez değişti, ancak ana yürütülebilir işlevleri eskisi gibi kaldı.

Erken CPU'lar, benzersiz ve hatta türünün tek örneği bilgisayar sistemleri için benzersiz yapı taşları olarak tasarlandı. Daha sonra, bir veya birkaç yüksek düzeyde uzmanlaşmış programı yürütmek için tasarlanmış işlemcileri geliştirmenin pahalı yönteminden, bilgisayar üreticileri tipik çok amaçlı işlemci cihazları sınıflarının seri üretimine geçti. Bilgisayar bileşenlerinin standardizasyonuna yönelik eğilim, yarı iletkenlerin, ana bilgisayarların ve mini bilgisayarların hızlı gelişimi çağında ortaya çıktı ve entegre devrelerin ortaya çıkmasıyla daha da popüler hale geldi. Mikro devrelerin yaratılması, fiziksel boyutlarını azaltırken CPU'nun karmaşıklığını daha da artırmaya izin verdi. İşlemcilerin standartlaştırılması ve minyatürleştirilmesi, bunlara dayalı dijital cihazların günlük hayata derinlemesine nüfuz etmesine yol açmıştır. Modern işlemciler yalnızca bilgisayarlar gibi yüksek teknolojili cihazlarda değil, arabalarda, hesap makinelerinde, cep telefonlarında ve hatta çocuk oyuncaklarında da bulunabilir. Çoğu zaman, bilgi işlem cihazına ek olarak, çip üzerinde ek bileşenlerin (arayüzler, giriş / çıkış portları, zamanlayıcılar vb.) Bulunduğu mikrodenetleyiciler tarafından temsil edilirler. Mikrodenetleyicinin modern bilgi işlem yetenekleri, on yıl önceki kişisel bilgisayar işlemcileriyle karşılaştırılabilir ve çoğu zaman performanslarını önemli ölçüde aşar.

Von Neumann mimarisi

Kişisel bilgisayarlar için modern işlemcilerin çoğu genellikle John von Neumann tarafından icat edilen bilgilerin döngüsel sıralı işlenmesinin bazı versiyonlarına dayanır.

D. von Neumann, 1946'da bir bilgisayar inşa etmek için bir plan buldu.

Bu süreçteki en önemli adımlar aşağıda listelenmiştir. Farklı mimariler ve farklı komutlar ek adımlar gerektirebilir. Örneğin, aritmetik komutlar, işlenenlerin okunduğu ve sonuçların yazıldığı ek bellek erişimleri gerektirebilir. Von Neumann mimarisinin ayırt edici bir özelliği, komutların ve verilerin aynı bellekte saklanmasıdır.

Döngü adımlarını çalıştırın:

1. İşlemci, program sayacı kaydında saklanan numarayı adres yoluna gösterir ve belleğe bir okuma komutu verir;
2. Açıkta kalan sayı, bellek adresidir; adresi ve okuma komutunu alan bellek, bu adreste depolanan içeriği veri yoluna sunar ve hazır olduğunu bildirir;
3. İşlemci veri yolundan bir sayı alır, bunu komut setinden bir komut (makine talimatı) olarak yorumlar ve yürütür;
4. Son talimat bir atlama talimatı değilse, işlemci (her talimat uzunluğunun bir olduğu varsayılarak) talimat sayacında saklanan sayıyı bir artırır; sonuç olarak, bir sonraki talimatın adresi orada oluşturulur;
5. Adım 1 tekrar gerçekleştirilir.

Bu döngü değişmez bir şekilde yürütülür ve o denir işlem(cihazın adının nereden geldiği).

Bir işlem sırasında işlemci, bellekte bulunan bir dizi talimatı okur ve bunları yürütür. Böyle bir talimat dizisine program denir ve işlemcinin faydalı çalışması için bir algoritmayı temsil eder. İşlemci bir atlama komutu okursa komutları okuma sırası değişir - o zaman bir sonraki komutun adresi farklı olabilir. Bir işlem değişikliğinin başka bir örneği, bir durdurma komutu alındığında veya bir donanım kesme hizmetine geçtiğinde olabilir.

Merkezi işlemcinin komutları, bilgisayar kontrolünün en düşük seviyesidir, bu nedenle her komutun yürütülmesi kaçınılmaz ve koşulsuzdur. Gerçekleştirilen eylemlerin kabul edilebilirliği üzerinde herhangi bir kontrol yapılmaz, özellikle değerli verilerin olası kaybı kontrol edilmez. Bilgisayarın yalnızca yasal işlemleri gerçekleştirebilmesi için komutların istenen programa uygun şekilde düzenlenmesi gerekir.

Döngünün bir aşamasından diğerine geçiş hızı, saat üreteci tarafından belirlenir. Saat üreteci, merkezi işlemci için ritim görevi gören darbeler üretir. Saat darbesinin frekansına saat frekansı denir.

Boru hattı mimarisi

Boru hattı mimarisi ( boru hattı) performansı artırmak için CPU'ya tanıtıldı. Genellikle, her komutu yürütmek için, aynı türden bir dizi işlemin gerçekleştirilmesi gerekir, örneğin: RAM'den bir talimat alma, bir talimatın şifresini çözme, bir işleneni RAM'e adresleme, RAM'den bir işleneni getirme, bir talimat yürütme. , RAM'e bir sonuç yazma. Bu işlemlerin her biri, konveyörün bir aşaması ile ilişkilidir. Örneğin, bir MIPS-I mikroişlemci ardışık düzeni dört aşama içerir:

• alma ve kod çözme talimatları (Getir)
• RAM'den bir işleneni adresleme ve getirme (Bellek erişimi)
• aritmetik işlemleri gerçekleştirme (Aritmetik İşlem)
• işlemin sonucunu kaydetme (Mağaza)

serbest bırakıldıktan sonra k boru hattının inci aşamasında, hemen bir sonraki komut üzerinde çalışmaya başlar. Boru hattının her aşamasının çalışması için bir birim zaman harcadığını varsayarsak, o zaman bir boru hattı üzerinde bir komutun yürütülmesi n adımlar atılacak n zaman birimleri, ancak en iyimser durumda, her bir zaman biriminden sonra aşağıdaki her komutun yürütülmesinin sonucu elde edilecektir.

Gerçekten de, bir boru hattının yokluğunda, komutun yürütülmesi n zaman birimleri (çünkü komutu yürütmek için getirme, şifre çözme vb. işlemleri yapmak hala gereklidir) ve yürütmek için m komutların zaman birimlerine ihtiyacı olacaktır; yürütmek için bir boru hattı kullanırken (en iyimser durumda) m komutlar sadece gerekli n + m zaman birimleri.

Konveyörün verimliliğini azaltan faktörler:

1. bazı aşamalar kullanılmadığında basit bir ardışık düzen (örneğin, talimat yazmaçlarla çalışıyorsa, bir işlenenin RAM'den adreslenmesi ve alınması gerekli değildir);
2. bekliyor: sonraki komut bir öncekinin sonucunu kullanıyorsa, o zaman sonuncusu, birincisi yürütülmeden önce yürütülmeye başlayamaz (bu, komutların sıra dışı yürütülmesi, sıra dışı yürütme kullanılarak aşılır) ;
3. bir dal talimatı girdiğinde boru hattının temizlenmesi (bu sorun dal tahmini kullanılarak düzeltilebilir).

Bazı modern işlemcilerin boru hattında 30'dan fazla aşaması vardır, bu da işlemcinin performansını artırır, ancak büyük bir boşta kalma süresine yol açar (örneğin, koşullu dal tahmininde bir hata olması durumunda).

süperskalar mimari

Tek bir işlemci döngüsünde birden çok makine talimatını yürütme yeteneği. Bu teknolojinin ortaya çıkması, verimlilikte önemli bir artışa yol açmıştır.

x86 (yıllarca bu işlemciler yalnızca harici komut seti tarafından CISC olmasına rağmen).

John Cocke'dan.

Çift çekirdekli işlemciler, mantıksal ve fiziksel çekirdeklerin varlığı gibi kavramları içerir: örneğin, bir çift çekirdekli Intel Core Duo işlemci, sırayla iki mantıksal çekirdeğe bölünmüş bir fiziksel çekirdekten oluşur. Intel Core 2 Quad işlemci, çalışma hızını önemli ölçüde etkileyen dört fiziksel çekirdekten oluşur.

Çift ve dört çekirdekli işlemciler, özellikle 65 nm Conroe çekirdeğine (daha sonra 45 nm Wolfdale çekirdeğine) dayanan Intel Core 2 Duo ve K8 mikro mimarisine dayanan Athlon64X2 olmak üzere şu anda yaygın olarak bulunmaktadır. Kasım 2006'da, tek bir pakette iki Conroe kristalinin birleşimi olan Kentsfield çekirdeğine dayalı ilk dört çekirdekli Intel Core 2 Quad işlemci piyasaya sürüldü. Bu işlemcinin soyundan gelen, Yorkfield çekirdeğindeki (45 nm) mimari olarak Kentsfield'a benzeyen, ancak daha büyük bir önbelleğe ve çalışma frekanslarına sahip olan Intel Core 2 Quad idi.

AMD, tek bir çip üzerinde dört çekirdekli işlemciler üreterek kendi yoluna gitti (işlemcileri aslında iki çift çekirdekli çipi birbirine yapıştıran Intel'in aksine). Bu yaklaşımın tüm ilericiliğine rağmen, şirketin AMD Phenom X4 adlı ilk "dört çekirdekli" çok başarılı değildi. Çağdaş rakip işlemcilerin gerisinde kalması, modele ve belirli görevlere bağlı olarak yüzde 5 ila 30 arasında değişiyordu.

Şu anda (Q1-Q2 2009) her iki şirket de dört çekirdekli işlemci hatlarını yükseltti. Intel, farklı frekanslarda çalışan üç modelden oluşan Core i7 ailesini tanıttı. Bu işlemcinin ana özellikleri, üç kanallı bellek denetleyicisi (DDR-3 tipi) ve sekiz çekirdekli öykünme teknolojisinin (bazı özel görevler için kullanışlıdır) kullanılmasıdır. Ek olarak, mimarinin genel optimizasyonu sayesinde, birçok görev türünde işlemcinin performansını önemli ölçüde artırmak mümkün oldu. Core i7'yi kullanan platformun zayıf yanı, aşırı maliyetidir, çünkü bu işlemcinin kurulumu, Intel-X58 yonga setine dayalı pahalı bir anakart ve şu anda çok pahalı olan üç kanallı DDR3 bellek kiti gerektirir.

AMD, sırayla, bir dizi Phenom II X4 işlemci tanıttı. Geliştirme sırasında şirket hatalarını dikkate aldı: önbellek hacmi artırıldı (ilk Phenom için açıkça yetersizdi) ve işlemci üretimi, ısı yayılımını azaltmayı ve önemli ölçüde artırmayı mümkün kılan 45 nm işlem teknolojisine aktarıldı. çalışma frekansları. Genel olarak, AMD Phenom II X4, performans açısından önceki nesil Intel işlemcilerle (Yorkfield çekirdeği) eşittir ve Intel Core i7'nin çok gerisindedir. Ancak bu işlemciyi temel alan platformun makul maliyeti göz önüne alındığında, pazar beklentileri selefinden çok daha pembe görünüyor.

Önbelleğe almak

Önbelleğe alma, olasılığı yakın gelecekte erişilecek olan ana (operasyonel) bellekten bilgi bloklarının kopyalarını depolamak için ek yüksek hızlı belleğin (önbellek) kullanılmasıdır.

1., 2. ve 3. seviyelerin önbellekleri vardır. 1. seviye önbellek en düşük gecikmeye (erişim süresi) sahiptir, ancak küçük bir boyuta ek olarak, 1. seviye önbellekler genellikle çok portlu yapılır. Böylece AMD K8 işlemciler 64-bit yazma + 64-bit okuma veya döngü başına iki 64-bit okuma üretebildi, AMD K8L herhangi bir kombinasyonda iki adet 128-bit okuma veya yazma üretebilir, Intel Core 2 işlemciler 128-bit üretebilir. bit yazma + atım başına 128 bit okuma. Düzey 2 önbellekler genellikle çok daha büyük erişim gecikmelerine sahiptir, ancak çok daha büyük hale getirilebilir. Seviye 3 önbellek en büyük ve en yavaştır, ancak yine de RAM'den çok daha hızlıdır.

paralel mimari

Von Neumann mimarisi sıralı olma dezavantajına sahiptir. Veri dizisinin işlenmesi ne kadar büyük olursa olsun, tüm baytlarda aynı işlem gerekli olsa bile, her bir baytının merkezi işlemciden geçmesi gerekecektir. Bu etkiye denir darboğaz von Neumann.

Bu eksikliğin üstesinden gelmek için, adı verilen işlemci mimarileri önerildi ve öneriliyor. paralel. Paralel işlemciler süper bilgisayarlarda kullanılır.

Paralel mimari için olası seçenekler şunlardır (Flynn'in sınıflandırmasına göre):

İşlemci Üretim Teknolojisi

İşlemci geliştirme tarihi

Halka açık ilk mikroişlemci 4-bit Intel 4004 idi. Bunu, tüm modern masaüstü işlemcilerinin mimarisinin temelini oluşturan 8-bit Intel 8080 ve 16-bit 8086 izledi. Ancak 8 bit bellek modüllerinin yaygınlığı nedeniyle, 8086'nın 8 bit bellek veri yoluna sahip bir klonu olan 8088 piyasaya sürüldü. Bunu 80186 modifikasyonunu takip etti. 80286 işlemci, 16 MB'a kadar bellek kullanımına izin veren 24 bit adreslemeli korumalı bir mod sundu. Intel 80386 işlemci 1985'te ortaya çıktı ve 4 GB'a kadar RAM'e ve sanal bellek mekanizması desteğine izin veren gelişmiş bir korumalı mod, 32 bit adresleme tanıttı. Bu işlemci serisi, bir kayıt bilgi işlem modeli üzerine inşa edilmiştir.

Paralel olarak, yığın hesaplama modeline dayalı olarak mikroişlemciler gelişiyor.

Modern üretim teknolojisi

Modern bilgisayarlarda işlemciler, bir ZIF soketine yerleştirilmiş kompakt bir modül (yaklaşık 5 × 5 × 0,3 cm boyutunda) şeklinde yapılır. Çoğu modern işlemci, milyonlarca, hatta son zamanlarda milyarlarca transistör içeren tek bir yarı iletken çip olarak uygulanmaktadır. İlk bilgisayarlarda işlemciler, bazen tüm dolapları ve hatta odaları kaplayan ve çok sayıda ayrı bileşen üzerinde yapılan hacimli birimlerdi.

1970'lerin başında, LSI ve VLSI (Büyük ve Çok Büyük Tümleşik Devreler) teknolojisindeki mikroçiplerdeki atılımlar, gerekli tüm CPU bileşenlerini tek bir yarı iletken cihaza sığdırmayı mümkün kıldı. Sözde mikroişlemciler ortaya çıktı. Şimdi mikroişlemci ve işlemci kelimeleri pratik olarak eşanlamlı hale geldi, ancak o zaman öyle değildi, çünkü sıradan (büyük) ve mikroişlemci bilgisayarlar en az 10-15 yıl daha barış içinde bir arada var oldular ve sadece 80'lerin başında mikroişlemciler eski muadillerinin yerini aldı. Mikroişlemcilere geçişin daha sonra neredeyse her eve girmiş olan kişisel bilgisayarların oluşturulmasına izin verdiği söylenmelidir.

kuantum işlemciler

Çalışmaları tamamen kuantum etkilerine dayanan işlemciler. Şu anda, kuantum işlemcilerin çalışan sürümlerini oluşturmak için çalışmalar devam etmektedir.

Rus mikroişlemciler

Rusya'da mikroişlemcilerin gelişimi MCST CJSC tarafından yürütülmektedir. 130 ve 350 nm tasarım standartlarına sahip evrensel RISC mikroişlemcileri geliştirdi ve üretime soktu. Yeni nesil süperskalar işlemci Elbrus'un geliştirilmesi tamamlandı. Rus mikroişlemcilerinin ana tüketicileri askeri-endüstriyel kompleks işletmelerdir.

Gelişim tarihi

Diğer ulusal projeler

Çin

Ayrıca bakınız

Notlar

Bağlantılar

• Askeri-sanayi kompleksi için yerli çok çekirdekli işlemciler "Multikor", RISC + DSP
• Hükümet işlemciler üzerindeki vergileri kaldırdı 18.09.2007
• Intel, 80 çekirdekli işlemci Ferra.ru'yu tanıttı, 12 Şubat 2007

Anlatım 6. İşlemcilerin gelişme eğilimi.MnhakkındaGoyadepHsvbhakkındacözhakkındaRkumnhakkındaiçindesteXnaloGveve çok çekirdekliRişdanns

İşlemci

Merkezi işlem birimi genellikle şunları içerir:

aritmetik-mantıksal birim;

veri yolları ve adres yolları;

kayıtlar;

komut sayaçları;

önbellek - çok hızlı küçük bellek (8'den 512 KB'ye kadar);

kayan nokta matematik yardımcı işlemcisi.

Modern işlemciler şeklinde uygulanır mikroişlemciler . Fiziksel olarak, bir mikroişlemci entegre devre- işlemcinin tüm işlevlerini yerine getiren devrelerin yerleştirildiği, yalnızca birkaç milimetre karelik bir alana sahip ince bir dikdörtgen kristal silikon plaka. Gofret kristali genellikle plastik veya seramik düz bir kasaya yerleştirilir ve bilgisayarın ana kartına takılabilmesi için altın teller ile metal pimlere bağlanır.

1. Geliştirilmiş işlemci performansı

Uzun bir süre boyunca, mikroişlemciler alanındaki ilerleme, aslında saat frekansının değeri ile tanımlandı. 2001 yılında, mikroişlemci üreticileri için şirket planları, on yılın sonunda 10 GHz bariyerinin aşılacağını belirtti. Ne yazık ki, bu planların yanlış olduğu ortaya çıktı. Çok çekirdekli mimariler üzerine iddiaya giren kişi haklı çıktı.

Power ailesindeki ilk çift çekirdekli işlemci IBM tarafından piyasaya sürüldü. Günümüzde çok çekirdekli işlemciler, Intel ve AMD'nin yanı sıra Sun Microsystems (sekiz çekirdekli UltraSPARC T1) tarafından sunulmaktadır.

Moore yasası, bir yarı iletken çip üzerine yerleştirilen transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlandığını, bunun bir yandan performansta bir artışa ve diğer yandan mikro devre üretim maliyetinde bir azalmaya yol açtığını belirtir. Bu yasanın yıllarca önemine ve etkinliğine rağmen, daha fazla gelişme beklentilerini değerlendirmek, zaman zaman kaçınılmaz fiyaskosunu öngördü.

Daha fazla gelişmenin önündeki engeller olarak belirtilen faktörler, fiziksel boyuttan kaynaklanan sınırlamaları, hızla artan enerji tüketimini ve engelleyici üretim maliyetlerini içerir.

Uzun yıllar boyunca işlemci performansını iyileştirmenin tek yolu saat hızını artırmaktı. Yıllar geçtikçe, performansının ana göstergesinin işlemcinin saat hızı olduğu görüşü kök saldı. Mevcut aşamada saat frekanslarını artırmak kolay bir iş değil. Mikroişlemci saat hızı yarışının sonu, çözülmemiş kaçak akım sorunu ve mikro devrelerin ısı yayılımındaki kabul edilemez artışla sona erdi.

İşlemci performansı (Performans), yürütülen program kodu komutlarının toplam sayısının, yürütüldükleri zamana veya saniyede yürütülen komut sayısına oranıdır (Talimat oranı):

ilezeytinsatrançtiçindevenstRdeileqith =vb hakkında ve zvo d ve t e ha n hakkında İle birlikte t b

içindeRevar mıyımsPdalgaehiç biriben

İşlemcinin temel özelliği saat frekansı haline geldiğinden, frekansı formül işlemci performansına dahil edeceğiz. Pay ve paydayı, talimatların yürütüldüğü döngü sayısıyla çarpalım:

vbhakkındavezvodvetehanhakkındaİle birliktetb= ile zeytin satranç t içinde ve n İle birlikte t R de kts ve inci ile zeytin h e İle birlikte t içinde t a ile t yumurta

ilezeytinsatrançtiçindetailethakkındaiçindeRebendesPdalgaehiç biriben

Elde edilen ürünün ilk kısmı, saat döngüsü başına yürütülen komutların sayısıdır (InstructionPer Clock, IPC), ürünün ikinci kısmı, birim zaman başına işlemci döngülerinin sayısıdır (işlemci saat frekansı, F veya Frekans). Bu nedenle, işlemcinin performansı yalnızca saat frekansına değil, aynı zamanda saat başına yürütülen talimatların (IPC) sayısına da bağlıdır:

vbhakkındavehiçindedvetehanhakkındaİle birliktetb = (benPc)(F)

Ortaya çıkan formül belirler iki paznsPhakkındadXövgüdeiçindeebenveChehiç biriYuProitibareniçindedvetebenbnhakkındaİle birliktetiPRhakkındacözoperasyona. Pekaravansinci - deiçindeebenveChehiç birie taileEmtia saato zaman sen Procözoperasyona, ve ikinci – deiçindeebenveChehiç birie ileolvesatrançsen içindeİle birliktetRdekciinci Pdoğruummnvayilebira, içindesPolnbenyemeks ha birven tailet Procözoperasyona.

Saat frekansındaki artış sonsuz olamaz ve işlemci üretim teknolojisi tarafından belirlenir. Aynı zamanda, performanstaki artış, saat frekansındaki artışla doğru orantılı değildir, yani, saat frekansında daha fazla bir artış kârsız hale geldiğinde doyma eğilimi vardır.

Bir döngü sırasında yürütülen talimatların sayısı işlemcinin mikro mimarisine bağlıdır: yürütme birimlerinin sayısına, boru hattının uzunluğuna ve doldurma verimliliğine, ön getirme bloğuna, program kodunun optimizasyonuna bağlıdır. işlemcinin mikro mimarisi verildi.

Bu nedenle, işlemcilerin performansını saat frekanslarına göre karşılaştırmak yalnızca aynı mimari içinde mümkündür (saniyede gerçekleştirilen işlem sayısının aynı değeri ile -IPC işlemciler).

Farklı mimarilere sahip işlemcilerin performansını saat hızına göre karşılaştırmak doğru değildir. Örneğin saat hızına göre farklı L2 önbellek boyutlarına sahip işlemcilerin performansını ya da H y p e r - T rh ding teknolojisini destekleyen ve desteklemeyen işlemcilerin performansını karşılaştırmak yanlış olur.

Transistörlerin özel ucuzlaması nedeniyle, işlemci mimarisinin kusurlarını sayılarına göre telafi etmek mümkün oldu, bu da nihayetinde adını alan uzak 40'larda önerilen bilgisayar sistemlerini organize etme planının korunmasının nedeni oldu. John von Neumann'ın fotoğrafı. Teknik ilerlemeye dahil olduğunu ilan eden, özünde bu kadar muhafazakar olacak başka bir modern teknolojik alanı hayal etmek zor. Von Neumann şemasının doğasında var olan eksiklikler hakkında çok şey yazıldı, ancak şimdi bu konuda ne derlerse desinler, on yıl önce işlemci endüstrisinin niceliksel büyümeye dayalı tek doğru yolu seçtiği inancına karşı çıkan hiçbir argüman yoktu. . Yeni rakamların ne kadar gururla telaffuz edildiğini hatırlamak yeterli; Bir milyon transistör yeterli değilse, bir milyar yapacağımıza inanılıyordu - "sorun değil", asıl mesele kristallerin ve ara bağlantıların boyutunu azaltmak ve saat frekansını artırmak. Ama her şey için ödemek zorundasın. Her transistör güç tüketir ve sonuç olarak, IDC'ye göre, bugün veri merkezlerine güç sağlamak için gereken elektriğin maliyeti, bilgisayar ekipmanı edinme maliyetinin %80'inden fazladır ve birkaç yıl içinde bu rakamlar eşitlenecektir.

Komutların sıralı yürütülmesinden ayrılma ve bir işlemcide birkaç yürütme biriminin kullanılması, aynı anda birkaç işlemci mikro talimatını işlemenize, yani organize etmenize izin verir. PaRallelitibarenmnadeeşitiçindeİle birliktetRdekciinci(TalimatLevelParalelizm - benLP), tabii ki genel performansı artırır.

Bu sorunu çözmek için başka bir yaklaşım, bazı sorunların donanımdan derleyiciye kaydırıldığı VLIW / EPIC mimarisi IA-64'te (çok uzun talimatlar) uygulandı. Yine de geliştiriciler, mimarinin yüksek performans elde etmek için daha önemli olduğunu kabul ediyor.

Mikro devrenin çok sayıda işlevsel bloğu ve büyük boyutu ile, sinyal yayılma hızı ile ilgili bir sorun ortaya çıkar - bir döngüde, sinyallerin gerekli bloklara ulaşmak için zamanı yoktur. Alfa mikroişlemcilerinde olası bir çıktı olarak, sözde " ilebenaİle birlikteteRs",nerededeİle birliktetroinciİle birliktesensaattvehnhakkındaddeblvehendekabenveİle birlikteb, nhakkındahadaha sonrandeüçilebenastehendek rassoyuncakhiç biribulundumbennyşe. Çok çekirdekli mikroişlemciler kurma fikrinin küme fikrinin gelişimi olduğunu söyleyebiliriz ancak bu durumda ddeblveRdeetİle birliktebencebenikohm Procözoperasyonnah çekirdek.

Çok çekirdekli yaklaşımın bir diğer öncüsü teknolojidir. benbilgi- HyperThreading, ayrıca küçük bir ddeblvehendekanvee akişiaRatdery veveİle birliktePolbhyumurtaahiç birie eiçindedeXPotoileyumurtaiçindeİle birliktetRdehisseler, veİle birliktePolbhdeYuşvex toplameçekirdektir.

Çok çekirdekli bir işlemcinin iki veya daha fazla "yürütme çekirdeği" vardır. çekirdekProcözora mahnhakkında nahiçindeaolmak einci İle birlikteveİle birliktetemde veİle birliktePolhiç biritebenнноsX deİle birliktetroinciİle birliktetelevizyon (nabor aRveFMetikhakkında- kayıtvesatrançkiX deİle birliktetroinciİle birliktetelevizyon) , PRednaznAhennsX dla varışaBötkve dannsX. İşletim sistemi, yürütme çekirdeklerinin her birini, gerekli tüm bilgi işlem kaynaklarına sahip ayrı bir işlemci olarak kabul eder. Bu nedenle, işlemcinin çok çekirdekli mimarisi, uygun yazılımın desteğiyle, birkaç program iş parçacığının tamamen paralel yürütülmesini gerçekleştirir.

2006 yılına kadar, önde gelen tüm mikroişlemci geliştiricileri çift çekirdekli işlemciler yaratmıştı. Sun Microsystems (UltraSPARCIV), IBM (Power4, Power5) ve HP (PA-8800 ve PA-8900) çift çekirdekli RISC işlemcileri ilk ortaya çıkanlardı.

AMD ve Intel, neredeyse aynı anda x86 çift çekirdekli işlemcilerin piyasaya sürüldüğünü duyurdu.

İşlemci mimarisi yeterince yüksek bir karmaşıklığa ulaştı, bu nedenle çok çekirdekli işlemcilere geçiş, bilgi işlem sistemlerinin performansını iyileştirmenin ana yönü haline geliyor.

Von Neumann devre yükseltmeleri

Aslında, bir bilgisayarın von Neumann mimarisi mümkün olan tek mimari değildir; uygulanabilir çözümlerin alanı çok daha geniştir. Bu nedenle, komut yürütme sırasını ve işlemci ile bellek arasındaki veri alışverişini düzenleme yöntemlerine dayanarak, tüm bilgisayarlar dört sınıfa ayrılabilir:

SISD (Tek Komutlu Tek Veri)- "bir komut akışı, bir veri akışı";

SIMD (Tek Komutlu Çoklu Veri)- "bir komut akışı, birçok veri akışı";

MISD (Çok Yönlü Tek Veri)- "birçok komut akışı, bir veri akışı";

MIMD (Çoklu Komutlu Çoklu Veri)- "birçok komut akışı, birçok veri akışı";

SISD sınıfı, bir seferde bir talimatın yürütülebileceğini varsayar ve yalnızca adresleri bu talimatın işlenenlerinde doğrudan bulunan veri kısımlarında çalışabilir. Aksine, MIMD sınıfı, birçok veri parçasını kullanarak birçok talimatı aynı anda yürütebilen makineleri içerir. Bu sınıflandırma "Flynn'in taksonomisi" olarak bilinir ve adını, onu öneren seçkin bir mühendis ve bilim adamı olan ve şu anda Stanford Üniversitesi'nde profesör olan Michael Flynn'den almıştır. Bundan, von Neumann makinesinin SISD sınıfına giren özel bir durum olduğu sonucu çıkar. Çoğu modern bilgisayar bu şekilde inşa edilmiştir; bu arada, ilk on TOP500'deki tüm süper bilgisayarlar MIMD şemasına göre inşa edilmiştir.

İşlemci performansındaki büyümeyi yalnızca nicel göstergeleri artırarak açıklamak yanlış olur, on yıllar boyunca von Neumann şemasından sapmalar olan ancak sınırlı bir ölçekte birkaç büyük yükseltme önerilmiş olması oldukça doğaldır.

Tarihsel olarak ilki, bir veya daha fazla kaydın içeriği üzerinde değil, daha büyük veri parçaları üzerinde işlem gerçekleştirebilen işlemcilerin icadıydı; Flynn'in sınıflandırmasına göre SIMD sınıfına girerler. Görünüşleri Solomon projesi (1962, Westinghouse) ile ilişkilidir.

Daha sonra, benzer bir veri ile çalışma prensibi, zamanının en verimli makinesi olan ILLIAC IV'te (1972) uygulandı. İşlemci bir komut kullanarak vektörler üzerinde işlem yapabiliyorsa, buna denir. vektör işlemci(vektör işlemci) ve eğer diziler üzerindeyse, o zaman dizi işlemcisi(dizi işlemci). Daha sonra Seymour Cray, süper bilgisayarlarının tasarımında Cray-1'den başlayarak vektör ilkelerini kullandı. Bugün, SIMD şeması, oyun konsolları için tasarlanmış özel işlemcilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yeni bir vektör işlemci sınıfının tanıtılmasından sonra, sıradan işlemciler ayırt etmek için onları "skaler" olarak adlandırmak zorunda kaldılar; bu yüzden bir sonraki adımda garip bir isimle çözümler vardı " süperskalar işlemciler”.Süper skalarizm fikri, işlemcinin yürütmeye yaklaşan talimatlara bakması ve paralel olarak yürütülebilecek dizileri seçmesidir. Bu tür işlemciler, tek bir çevrimde birkaç talimatı yürütme yeteneğine sahiptir ve bu tür paralellik şu şekilde bilinir hale gelmiştir: komut düzeyinde paralellik(Eğitim Düzeyinde Paralellik, ILP). Açıktır ki, belirli bir frekansta, bir skaler işlemci, skaler bir işlemciden daha üretken olacaktır, çünkü birkaç komutu alt kümeler haline getirip aynı anda yürütebilir ve bunları işlevsel birimleri arasında dağıtabilir. ILP fikrinin kurucusu aynı Cray'di; 1965'te CDC 6600 bilgisayarında uyguladı, ardından ILP, Intel i960 (1988) ve AMD 29050 (1990) işlemcilerinde yeniden üretildi, süperskalar yaklaşım, basitleştirilmiş komut setleriyle özellikle RISC işlemcileri için “uygun” idi. Daha sonra Pentium II ile başlayarak, ILP ve CISC mimarisine sahip işlemciler bulundu.

Aynı zamanda - önce ana bilgisayarlarda ve daha sonra mini bilgisayarlarda - ortaya çıktı ön bellek; Daha sonra, önbelleğe alma fikri, birinci ve ikinci ve ardından üçüncü seviyenin önbelleklerinin varlığını varsayan çok seviyeli çözümlerde geliştirildi.

İşlemcilerin işini hızlandıran bir diğer önemli buluş, olağanüstü yürütme işleme fikrinin sınırlı bir uygulaması olan (sıra dışı yürütme, OoO) veri akışı(veri akışı hesaplama). Bu yönde ilk girişimler CDC bilgisayarları tasarlanırken yapılmış olsa da aslında ilk uygulamalar IBM 360'ta ve ardından Power1 işlemcilerinde olmuştur. Sıra dışı yürütmenin en önemli avantajlarından biri, daha yüksek işlemci hızlarının daha yavaş bellekle eşleştirilmesine izin vererek, yükün bir kısmını önbellekten kaldırmasıdır.

Von Neumann mimarisindeki bir dizi iyileştirmede dikkate değer bir dönüm noktası, iş parçacığı paralelleştirme(İş parçacığı Düzeyi Paralelliği, TLP). Bu teknolojinin çeşitli versiyonları mevcuttur; aralarında - eşzamanlı çoklu kullanım(Simultaneous Multithreading, SMT) ve çip düzeyinde çoklu iş parçacığı(Çip düzeyinde Çoklu iş parçacığı, CMT). Bu iki yaklaşım, esas olarak, bir "akış"ın ne olduğu fikrinde, başka bir deyişle, akışların ayrıntı düzeyi açısından farklılık gösterir.

Kronolojik olarak, çoklu iş parçacığını destekleyen ilk işlemci DEC Alpha EV4 21064 işlemciydi.Bu işlemci ailesinin dramatik kaderi önemli bir tartışma konusu oldu ve olmaya devam ediyor ve EV7 sürümünde üretim durdurulmasına ve EV8 ve EV9 kağıt üzerinde kalmasına rağmen, EV7 çekirdeğinin gelecek çok çekirdekli işlemcilerden birinde yeniden dirilebileceğine inanmak için nedenler var. SMT kampının tipik bir temsilcisi Pentium 4'tür. HTT teknolojisi(Hyper-Threading Teknolojisi). İşlemci, SMT modunda aynı görevden seçilen iki komut akışına bölmeyi destekler, bu da yaklaşık %30'luk bir toplam performans artışı sağlar. Eskiden Niagara olarak adlandırılan UltraSPARC T1'de, iplikler farklı görevlerden kaynaklanır; bu durumda eşzamanlılık yoktur, her iş parçacığı bir sanal işlemci çekirdeğidir.

Yani, her şey yolunda görünüyor, ancak mantığın karmaşıklığının sonucu, işlemcilerin üretken ve yardımcı bileşenlerinin maliyetlerinde gözle görülür bir orantısızlıktı - aritmetik mantık biriminin kendisi üzerlerindeki kristal alanın% 20'sinden daha azını kaplar. .

Merkezi işlem birimi, herhangi bir kişisel bilgisayarın önemli bir bileşenidir. Bu materyalde modern işlemcilerin temel özellikleri, teknolojik özellikleri ve temel işlevleri hakkında konuşacağız.

giriiş

Herhangi bir bilgisayar cihazı, ister dizüstü bilgisayar, masaüstü bilgisayar veya tablet olsun, genel olarak işlevselliğinden ve performansından sorumlu olan birkaç önemli bileşenden oluşur. Ama belki de bunlardan en önemlisi merkezi işlem birimidir (CPU, CPU veya CPU) - tüm temel hesaplamalardan ve makine talimatlarını (program kodu) yürütmekten sorumlu cihaz. Sebepsiz değil, bilgisayarın beyni ve donanımının ana parçası olarak kabul edilen işlemcidir.

Kural olarak, kendimiz için bir bilgisayar seçerken, gelecekteki PC'nizin yetenekleri ve işlevselliği doğrudan performansına bağlı olacağından, öncelikle ne tür bir işlemciye dayandığına dikkat ediyoruz. Bu nedenle, modern işlemci üreticileri ve bu pazardaki geliştirme eğilimleri hakkında bilgi sahibi olan bir kişi, yalnızca belirli bir bilgisayar cihazının yeteneklerini doğru bir şekilde belirlemekle kalmayacak, aynı zamanda gelecekteki yeni bir PC satın alma veya güncelleme beklentilerini de değerlendirebilecektir. eski olan.

Her türlü bilgisayar ve elektronik cihaza takılan işlemcilerin sadece performanslarında değil, tasarım özelliklerinde ve çalışma prensiplerinde de farklılık gösterdiği oldukça açıktır. Bu döngünün bir parçası olarak, temelde inşa edilen işlemcilerle tanışacağız. mimarix86, çoğu modern masaüstü bilgisayarın, dizüstü bilgisayarın ve netbook'un yanı sıra bazı tabletlerin temelini oluşturur.

Elbette, birçok okuyucu, özellikle bir bilgisayarla yeni tanışmaya başlayanlar, tüm bu "işlemci karmaşıklıklarını" anlamanın çok deneyimli kullanıcılar olduğu konusunda belirli bir önyargıya sahiptir, çünkü çok zordur. Ama gerçekten bu kadar sorunlu mu?

Bir yandan, elbette, işlemci çok karmaşık bir cihazdır ve tüm teknik özelliklerini tam olarak incelemek gerçekten kolay değildir. Durumu daha da kötüleştiren şu ki, modern pazarda bulabileceğiniz CPU modellerinin sayısının çok fazla olması, çünkü aynı anda birkaç nesil çip satışta. Ancak öte yandan, işlemciler, sıradan bir kullanıcının belirli bir işlemci modelinin yeteneklerini bağımsız olarak değerlendirebileceğini ve tüm model çeşitliliğinde kafa karıştırmadan doğru seçimi yapabileceğini anladıktan sonra, yalnızca birkaç temel özelliğe sahiptir.

İşlemcilerin ana özellikleri

x86 mimarisi ilk olarak 1970'lerin sonlarında Intel'in kendi işlemcilerinde uygulandı ve karmaşık komut seti hesaplamasına (CISC) dayanıyordu. Bu mimari, adını, eski Intel ürünlerinin modellerinin kod adlarını sona erdiren son iki basamaktan almıştır - deneyimli kullanıcılar muhtemelen, son zamanlardaki herhangi bir bilgisayar bilimcisinin rüyası olan 286. (80286), 386. (80386) ve 486. (80486)'yı hatırlar. 80'ler, 90'ların başı.

Bugüne kadar, x86 mimarisi AMD, VIA, SiS, Cyrix ve diğer birçok işlemciye de uygulandı.

İşlemcilerin, genellikle modern pazarda bölündükleri ana özellikleri şunlardır:

• imalat firması
• diziler
• bilgi işlem çekirdeği sayısı
• kurulum konektörü tipi (soket)
• saat frekansı.

Üretici (marka) . Bugün, tüm masaüstü ve dizüstü bilgisayar CPU'ları, birlikte toplam küresel mikroişlemci pazarının yaklaşık %92'sini kapsayan Intel ve AMD markaları altında iki büyük kampa bölünmüştür. Bunların yaklaşık %80'ini Intel'in oluşturmasına rağmen, bu iki şirket uzun yıllardır farklı başarılarla birbirleriyle rekabet ediyor ve kendi bayrakları altında alıcıları cezbetmeye çalışıyor.

Diziler - merkezi işlemcinin temel özelliklerinden biridir. Kural olarak, her iki üretici de ürünlerini hızlarına, farklı kullanıcı kategorilerine ve farklı pazar segmentlerine yönelimlerine göre birkaç gruba ayırır. Bu grupların her biri, yalnızca ürünün fiyat nişini değil, aynı zamanda genel olarak işlevselliğini de anlayabileceğiniz, kendi ayırt edici adıyla bir aile veya seri oluşturur.

Bugüne kadar Intel ürünleri beş ana aileye dayanmaktadır - Pentium (Çift Çekirdekli), Celeron (Çift Çekirdekli), Çekirdek i3, Çekirdek i5 ve çekirdek i7. İlk üçü bütçe ev ve ofis çözümlerine yöneliktir, son ikisi üretken sistemlerin temelidir.



İşlemciIntel Core i7

Bir dizi cips, ana ailelerden biraz ayrı tutar atom, düşük güç tüketimi ve düşük maliyetle diğerlerinden farklıdır. Bu işlemciler, yüksek performansın gerekli olmadığı ancak düşük güç tüketiminin gerekli olduğu bütçe sistemlerine kurulum için tasarlanmıştır. Bunlara netbook'lar, nettop'lar, tablet PC'ler ve iletişim cihazları dahildir.

Santa Clara'dan şirketten bir işlemci ailesinden daha bahsetmemek imkansız - çekirdek 2. Artık üretilmemesine ve yalnızca çeşitli "bit pazarlarında" satışta bulunabilmesine rağmen, bu aile hala kullanıcılar arasında hak ediyor ve birçok mevcut ev bilgisayarı bu özel serinin işlemcileriyle donatılmıştır.

AMD, ürünlerinin hayranlarına serinin işlemcilerini sunuyor Athlon II, fenomen II, Bir dizi ve FX Serisi. İlk iki ailenin yolu mantıklı bir sonuca varırken, son ikisi sadece ivme kazanıyor. Bazı yerlerde hala en bütçe işlemcileri satışta bulabilirsiniz. Sempron günlerinin neredeyse sayılı olmasına rağmen.



İşlemciAMD FX Serisi

Intel gibi AMD'nin de kendi "mobil" serisi vardır. E-diziler, mikroişlemcileri düşük güç tüketimi ile karakterize edilir ve düşük maliyetli masaüstü ve dizüstü bilgisayarlara kurulum için tasarlanmıştır.

Hesaplama çekirdeği sayısı . Son on yılda, hepsi tek çekirdekli oldukları için işlemcilerin çekirdek sayısına bölünmesi yoktu. Ancak zaman değişiyor ve bugün tek çekirdekli CPU'lara anakronizm denilebilir ve bunların yerini çok çekirdekli muadilleri almıştır. Bunlardan en yaygın olanı çift ve dört çekirdekli yongalardır. Üç, altı ve sekiz çekirdekli işlemciler biraz daha az yaygındır.

İşlemcide aynı anda birkaç çekirdeğin bulunması, performansını artırmak için tasarlanmıştır ve anladığınız gibi, ne kadar çok olursa, o kadar yüksek olur. Doğru, eski, çok çekirdekli bilgi işlem için optimize edilmemiş yazılımlarla çalışırken, bu kural çalışmayabilir.

bağlayıcı tipi . Anakarta, bunun için özel bir konektör (soket) bulunan herhangi bir işlemci veya başka bir şekilde - bir soket (Soket) takılıdır. Farklı üreticilerin, serilerin ve nesillerin işlemcileri farklı tipteki soketlere kurulur. Şimdi, masaüstü bilgisayarlar için yedi tane var - dördü Intel yongaları ve üçü AMD için.

LGA 1155, Intel CPU'lar için ana ve en yaygın soket olarak kabul edilir.Bu şirketin en üretken ve gelişmiş çözümleri LGA 2011 soketine kurulur.sonlandırılmış.

AMD ürünleri arasında Soket AM3, günümüzde en çok kullanılan konnektör tipi olarak adlandırılabilir. Kural olarak, şirketin bütçesinin ve en popüler ürünlerinin çoğu buna kurulur. Doğru, en yeni işlemcilerin ve yüksek performanslı çözümlerin tümü Soket AM3+ ve Soket FM1'e sahip olduğundan, bu durumun yakın gelecekte değişmesi muhtemeldir.

Bu arada, Intel ve AMD işlemciler, fotoğraflara bakarken fark etmiş olabileceğiniz bir karakteristik özellik ile çok kolay bir şekilde ayırt edilebilir. AMD ürünlerinin arka tarafında, anakarta bağlandıkları (konektöre takılı) çok sayıda pin kontağı bulunur. Temas ayakları işlemcinin üzerinde değil, anakart konektörünün içinde olduğundan, Intel temelde farklı bir çözüm kullanır.

Pratik bir anlam ifade etmediğinden, burada mobil çözümler için bağlayıcıları dikkate almayacağız. Sonuçta, kullanıcı için soket tipi, yalnızca bilgisayarınızdaki işlemciyi bağımsız olarak değiştirmeyi (yükseltmeyi) planlıyorsanız önemlidir. Taşınabilir cihazlarda bunu yapmak oldukça zordur ve işlemcilerin mobil versiyonlarını perakende olarak satın almak neredeyse imkansızdır.

Saat frekansı - işlemcinin performansını belirleyen, megahertz (MHz) veya gigahertz (GHz) cinsinden ölçülen ve saniyede yapabileceği işlem sayısını gösteren bir özellik. Doğru, farklı işlemci modellerinin performansını yalnızca saat frekansı açısından karşılaştırmak temelde yanlıştır.

Gerçek şu ki, bir işlemi gerçekleştirmek için farklı çipler farklı sayıda döngü gerektirebilir. Ek olarak, modern sistemler hesaplamalarda boru hattı ve paralel işleme kullanır ve bir döngüde aynı anda birkaç işlemi gerçekleştirebilir. Bütün bunlar, aynı saat frekansına sahip farklı işlemci modellerinin tamamen farklı performans gösterebilmesine neden oluyor.

Masaüstü İşlemci Ailelerinin Özet Tablosu



Teknolojik süreç(üretim teknolojisi)

Mikro devrelerin ve özellikle endüstriyel koşullarda mikroişlemci kristallerinin üretiminde, fotolitografi kullanılır - işlemcinin çekirdeğini oluşturan litografik ekipman kullanılarak iletkenlerin, yalıtkanların ve yarı iletkenlerin ince bir silikon alt tabakaya uygulandığı bir yöntem. Buna karşılık, kullanılan litografik ekipmanın, uygulanan teknolojik sürecin adını belirleyen belirli bir çözünürlüğü vardır.



Intel

İşlemcilerin yapıldığı teknolojik süreç neden bu kadar önemli? Teknolojilerin sürekli iyileştirilmesi, işlemci çekirdeklerinin boyutunu ve güç tüketimini azaltmanın yanı sıra maliyetlerini düşürmeye yardımcı olan yarı iletken yapıların boyutunu orantılı olarak azaltmaya izin verir. Buna karşılık, güç tüketimini azaltmak, işlemcinin ısı yayılımını azaltır, bu da saat frekanslarını ve dolayısıyla işlem gücünü artırmanıza olanak tanır. Ayrıca, küçük bir ısı dağılımı, mobil bilgisayarlarda (dizüstü bilgisayarlar, netbook'lar, tabletler) daha verimli çözümlerin kullanılmasına olanak tanır.



İşlemci çipli silikon gofretAMD

Hala tüm modern CPU'ların temelini oluşturan x86 mimarisine sahip ilk Intel işlemcisi, 70'lerin sonlarında 3 mikron (mikrometre) işlem teknolojisi kullanılarak üretildi. 2000'li yılların başında, AMD ve Intel dahil olmak üzere neredeyse tüm önde gelen çip üreticileri, 0.13 mikron veya 130 nm işlem teknolojisinde uzmanlaştı. Çoğu modern işlemci 32 nm işlem teknolojisine göre ve 2012'nin ortasından beri 22 nm teknolojisine göre üretilmektedir.

Daha ince bir proses teknolojisine geçiş, mikroişlemci üreticileri için her zaman önemli bir olaydır. Sonuçta, daha önce belirtildiği gibi, bu, üretim yongalarının maliyetinde bir azalmaya ve temel özelliklerinde bir iyileşmeye yol açar, bu da geliştiricinin ürünlerini pazarda daha rekabetçi hale getirdiği anlamına gelir.

Güç tüketimi ve ısı dağılımı

Geliştirmelerinin erken bir aşamasında, mikroişlemciler çok az güç tüketiyordu. Ancak saat frekanslarının büyümesi ve çiplerin çekirdeğindeki transistörlerin sayısı ile bu rakam hızla büyümeye başladı. Başlangıçta neredeyse hiç dikkate alınmayan güç tüketimi faktörü, günümüzde işlemcilerin evrimi üzerinde muazzam bir etkiye sahiptir.

İşlemcinin güç tüketimi ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla ısı üretir, bu da hem işlemcinin hem de çevresindeki mikro devrelerin aşırı ısınmasına ve arızalanmasına neden olabilir. Isıyı gidermek için, boyutu doğrudan işlemci tarafından üretilen ısı miktarına bağlı olan özel soğutma sistemleri kullanılır.

2000'lerin başında, bazı işlemcilerin ısı yayılımı 150 watt'ın üzerine çıktı ve onları soğutmak için büyük ve gürültülü fanlar kullanmak zorunda kaldılar. Ayrıca, o zamanın güç kaynaklarının ortalama gücü 300 W idi, bu da yarısından fazlasının “obur” işlemciye hizmet etmesi gerektiği anlamına geliyor.

O zaman işlemcilerin işlem gücünde daha fazla artışın güç tüketimini azaltmadan imkansız olduğu anlaşıldı. Geliştiriciler, işlemci mimarilerini kökten revize etmeye ve ısı yayılımını azaltmaya yardımcı olan teknolojileri aktif olarak uygulamaya başlamak zorunda kaldılar.



Ultra yüksek saat hızlarında çalışan işlemcilerin bu tür devasa soğutma sistemleri tarafından soğutulması gerekiyor.

İşlemcilerin ısı yayılımını değerlendirmek için, soğutma sistemlerinin performansı için gereksinimleri karakterize eden bir değer tanıtıldı ve olarak adlandırıldı. TDP. TDP, belirli bir işlemci modeliyle kullanıldığında belirli bir soğutma sisteminin ne kadar ısıyı çıkarmak için tasarlanması gerektiğini gösterir. Örneğin, dizüstü bilgisayarlarda veya netbook'larda büyük ve ağır soğutma sistemleri kullanılamayacağından, mobil işlemcilerin TDP'si 45W'tan az olmalıdır.

Bugün, taşınabilir cihazların (dizüstü bilgisayarlar, nettoplar, tabletler) en parlak çağında, geliştiriciler güç tüketimini azaltma alanında muazzam sonuçlar elde etmeyi başardılar. Bu, kristal üretiminde daha ince bir teknolojik sürece geçiş, kaçak akımları azaltmak için yeni malzemelerin tanıtımı, işlemcilerin düzeninde bir değişiklik, sıcaklık ve voltajı izleyen çeşitli sensörlerin ve akıllı sistemlerin kullanılmasıyla kolaylaştırıldı. yanı sıra diğer enerji tasarrufu teknolojilerinin tanıtımı. Tüm bu önlemler, geliştiricilerin işlemcilerin işlem gücünü artırmaya devam etmesine ve kompakt cihazlarda daha güçlü çözümler kullanmasına olanak tanır.

Pratikte, sessiz bir kompakt sistem oluşturmak istiyorsanız veya örneğin gelecekteki bir dizüstü bilgisayarın pil gücüyle mümkün olduğunca uzun süre çalışmasını istiyorsanız, satın alırken işlemcinin termal özelliklerini dikkate almaya değer.

İşlemci mimarisi ve kod adları

Her işlemci, sözde işlemci mimarisine dayanır - bütün bir mikroçip ailesinde bulunan bir dizi nitelik ve özellik. Mimari, işlemcilerin iç tasarımını ve organizasyonunu doğrudan tanımlar.

Geleneksel olarak Intel ve AMD, çeşitli işlemci mimarilerine kod adları verir. Bu, modern işlemci çözümlerini daha doğru bir şekilde sistemleştirmenize olanak tanır. Örneğin, aynı aileden aynı saat hızına ve aynı çekirdek sayısına sahip işlemciler, farklı bir teknolojik süreç kullanılarak üretilebilir, bu da farklı mimari ve performansa sahip oldukları anlamına gelir. Ayrıca mimarilerin isimlerinde sesli isimlerin kullanılması, üreticilerin yeni gelişmelerini biz kullanıcılara daha etkin bir şekilde sunmalarını mümkün kılmaktadır.

Intel tasarımları, ilgili mimarinin geliştirilmesinden sorumlu üretim yapılarının konumlarının yakınında bulunan yerlerin (dağlar, nehirler, şehirler vb.) coğrafi adlarını taşır. Örneğin ilk Core 2 Duo işlemciler, adını ABD'nin Teksas eyaletinde bulunan bir şehirden alan Conroe mimarisi üzerine inşa edildi.

AMD, gelişmeleri için isim oluşumunda net bir eğilime sahip değil. Nesilden nesile tematik odak değişebilir. Örneğin, şirketin yeni işlemcilerinin kod adı Liano ve Trinity.

Çok seviyeli önbellek

Hesaplamaları gerçekleştirme sürecinde, mikroişlemcinin veri okumak veya yazmak için sürekli olarak belleğe erişmesi gerekir. Modern bilgisayarlarda, ana veri depolama işlevi ve işlemci ile etkileşim RAM tarafından gerçekleştirilir.

Bu iki bileşen arasındaki yüksek veri alışverişi hızına rağmen, işlemci genellikle bellekten istenen bilgileri bekleyerek boşta kalmak zorundadır. Buna karşılık, bu, hesaplama hızında ve sistemin genel performansında bir azalmaya yol açar.

Bu durumu iyileştirmek için, tüm modern işlemcilerin bir önbelleği vardır - en sık istenen verileri depolamak için kullanılan, çok hızlı erişime sahip küçük bir ara bellek arabelleği. İşlemci bazı verilere ihtiyaç duyduğunda, gerekli bilgilerin oradan seçilmesi RAM'den çok daha hızlı gerçekleşeceğinden, önce kopyalarını önbellekte arar.

Modern bilgisayarlar için çoğu mikroişlemci, her biri belirli işlemleri hızlandırmaktan sorumlu olan iki veya üç bağımsız bellek tamponundan oluşan çok seviyeli bir önbelleğe sahiptir. Örneğin, birinci seviye önbellek (L1), makine talimatlarının yüklenmesini hızlandırmaktan, ikinci (L2) önbellek - veri yazmayı ve okumayı hızlandırmaktan ve üçüncü (L3) - sanal adreslerin çevirisini hızlandırmaktan sorumlu olabilir. fiziksel olanlara.

Geliştiricilerin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri, en uygun önbellek boyutlarını bulmaktır. Bir yandan, büyük bir önbellek daha fazla veri içerebilir, bu da işlemcinin aralarında bulacağı yüzdenin daha yüksek olduğu anlamına gelir. Öte yandan, önbellek ne kadar büyük olursa, ondan veri almadaki gecikme o kadar büyük olur.

Bu nedenle, farklı seviyelerdeki önbelleklerin farklı boyutları vardır, birinci seviye önbellek en küçük ama aynı zamanda en hızlıdır ve üçüncüsü en büyük ama aynı zamanda en yavaştır. İçlerinde veri arama, küçükten büyüğe ilkesine göre gerçekleşir. Yani işlemci önce L1 önbelleğinde, ardından L2'de ve ardından L3'te (varsa) ihtiyaç duyduğu bilgiyi bulmaya çalışır. Tüm arabelleklerde gerekli verilerin yokluğunda RAM'e erişilir.

Genel olarak önbelleğin, özellikle 3. seviyenin verimliliği, belleğe erişen programların doğasına ve işlemcinin mimarisine bağlıdır. Örneğin bazı uygulamalarda L3 önbelleğinin varlığı %20 performans artışı sağlayabilirken bazılarında hiç etkilemez. Bu nedenle, pratikte, bilgisayarınız için bir işlemci seçerken çok seviyeli bir önbelleğin özellikleri tarafından yönlendirilmeye değmez.

Entegre grafikler

Üretim teknolojilerinin gelişmesi ve bunun sonucunda çip boyutlarının küçülmesiyle birlikte, üreticiler işlemcinin içine ek mikro devreler yerleştirme olanağına sahiptir. Bunlardan ilki, görüntüyü monitörde göstermekten sorumlu olan grafik çekirdeğiydi.

Bu çözüm, bilgisayarın genel maliyetini düşürür, çünkü bu durumda ayrı bir video kartı kullanmaya gerek yoktur. Açıkçası, hibrit işlemciler, grafik bileşeninin performansının ikincil olduğu bütçe sistemlerinde ve kurumsal sektörde kullanıma yöneliktir.

Bir video işlemcisini "normal" bir CPU'ya entegre etmenin ilk örneği, 2010'un başlarında Intel tarafından gösterildi. Tabii ki, bu herhangi bir devrim getirmedi, çünkü bu noktaya kadar grafikler uzun süredir anakart yonga setlerine başarılı bir şekilde entegre edildi.

Bir zamanlar, entegre ve ayrık grafikler arasındaki işlevsellik farkı temeldi. Bugün sadece bu çözümlerin farklı performanslarından bahsedebiliriz, çünkü yerleşik video çipleri, görüntüleri mevcut herhangi bir çözünürlükte birden fazla monitörde görüntüleme, 3D hızlandırma ve donanım video kodlaması gerçekleştirme yeteneğine sahiptir. Aslında, performansları ve yetenekleri açısından entegre çözümler, daha düşük video kartı modelleri ile karşılaştırılabilir.

Intel, kendi tasarımının iddiasız IntelHDGraphics adı altında bir grafik çekirdeğini işlemcilerine entegre ediyor. Aynı zamanda Core 2, Celeron işlemciler ve daha eski Core i7 modellerinde entegre grafik çekirdeği bulunmaz.

2006 yılında video kartı devi Kanadalı ATI şirketi ile birleşen AMD, çözümlerine Radeon HD ailesinin video çiplerini entegre ediyor. Ayrıca, şirketin yeni işlemcilerinden bazıları, tek bir çip üzerinde x86 işlemci çekirdekleri ve Radeon grafiklerinin bir birleşimidir. Merkezi (CPU) ve grafik (GPU) işlemcilerin birleştirilmesiyle oluşturulan tek bir öğeye APU, Hızlandırılmış İşlemci Birimi (hızlandırılmış işlemci öğesi) adı verildi. Bu tam olarak (APU) şimdi A ve E serisi işlemciler olarak adlandırılıyor.

Genel olarak AMD'nin entegre grafik çözümleri Intel HD'den daha hızlıdır ve oyun uygulamaları için tercih edilir.

modTurbo

Birçok modern işlemci, bazı durumlarda saat hızlarını otomatik olarak nominal hızın üzerine çıkarmalarını sağlayan ve bu da uygulama performansının artmasına neden olan teknolojiyle donatılmıştır. Aslında bu teknoloji, işlemcinin "kendi kendine hız aşırtma" işlemidir. Turbo modunda sistem çalışma süresi, çalışma koşullarına, iş yüküne ve platform tasarımına bağlı olarak değişecektir.

Intel, işlemcilerinde Turbo Boost adlı kendi akıllı hız aşırtma teknolojisini kullanır. Üretken Core i5 ve Core i7 ailelerinde kullanılır.

Dahili kontrol sistemi, CPU üzerindeki yük ile ilgili parametreleri (voltaj ve akım, sıcaklık, güç) izleyerek, işlemcinin maksimum termal paketine (TDP) henüz ulaşılmadığında çekirdeklerin saat frekansını arttırır. . Yüksüz çekirdekler varsa, devre dışı bırakılır ve uygulamalar tarafından kullanılanlar için potansiyellerini serbest bırakır. Hesaplamalara ne kadar az çekirdek dahil edilirse, hesaplamalara dahil olan çiplerin saat frekansı o kadar yüksek olur. Tek iş parçacıklı uygulamalar için hızlanma 667 MHz'e kadar olabilir.

AMD ayrıca en çok yüklenen çekirdeklerin dinamik hız aşırtma için kendi teknolojisine sahiptir ve bunu yalnızca Phenom II X6 ve FX serisini içeren 6 ve 8 çekirdekli yongalarında kullanır. Buna Turbo Çekirdek denir ve yalnızca hesaplama sırasında yüklü çekirdek sayısı toplam sayılarının yarısından azsa çalışabilir. Yani, 6 çekirdekli işlemciler söz konusu olduğunda, etkin olmayan çekirdek sayısı en az üç ve 8 çekirdekli işlemciler - dört olmalıdır. Intel Turbo Boost'un aksine bu teknolojide boş çekirdek sayısı frekans artışını etkilemiyor ve hep aynı. Değeri işlemci modeline bağlıdır ve 300 ile 600 MHz arasında değişir.

Çözüm

Sonuç olarak, pratik olarak edinilen bilgileri iyi kullanım için uygulamaya çalışalım. Örneğin, popüler bir bilgisayar elektroniği mağazası, aynı saat hızı 2,8 GHz olan iki Intel Core i5 işlemci satıyor. Mağazanın web sitesinden alınan açıklamalarına bakalım ve farklılıklarını anlamaya çalışalım.




Ekran görüntülerine yakından bakarsanız, her iki işlemcinin de aynı aileye ait olmasına rağmen, pek ortak noktaları yoktur: saat hızı ve çekirdek sayısı. Geri kalan özellikler farklılık gösterir, ancak dikkat etmeniz gereken ilk şey, her iki işlemcinin de kurulu olduğu soket türleridir.

Intel Core i5 760, Soket 1156 soketine sahiptir, bu da eski işlemci nesline ait olduğu anlamına gelir. Satın almak, yalnızca bilgisayarınızda böyle bir sokete sahip bir anakartınız varsa ve değiştirmek istemiyorsanız haklı çıkacaktır.

Daha yeni Core i5 2300, daha ince bir işlem teknolojisi (45 nm'ye karşı 32 nm) kullanılarak yapılmıştır, bu da daha gelişmiş bir mimariye sahip olduğu anlamına gelir. Biraz daha küçük bir L3 önbellek ve kendi kendine hız aşırtma özelliğine rağmen, bu işlemci kesinlikle öncekinden performans almayacak ve entegre grafiklerin varlığı, ayrı bir ekran kartı satın almadan yapmanıza izin verecektir.

Her iki işlemci de aynı ısı dağılımına (95W) sahip olsa da, Core i5 2300, daha modern işlem teknolojisinin daha az güç tüketimi sağladığını zaten bildiğimiz için, eşit koşullar altında öncekinden daha soğuk olacaktır. Buna karşılık, bu, bilgisayar meraklılarını memnun edemeyen ancak memnun etmeyen hız aşırtma potansiyelini arttırır.

Şimdi AMD işlemcilere dayalı bir örneğe bakalım. Burada iki farklı aileden özel olarak seçilmiş işlemciler var - Athlon II X4 ve Phenom II X4. Teoride, Phenom serisi Athlon'dan daha üretken, ancak özelliklerine bakalım ve her şeyin bu kadar net olup olmadığına karar verelim.



Özelliklerden, her iki işlemcinin de aynı saat frekansına ve işlemci çekirdeği sayısına, neredeyse aynı ısı dağılımına sahip olduğu ve her ikisinde de entegre grafik çekirdeği olmadığı görülebilir.

Hemen göze çarpan ilk fark, işlemcilerin farklı soketlere takılı olması. Her ikisinin de (soketlerin) şu anda anakart üreticileri tarafından aktif olarak desteklenmesine rağmen, bu çiftin Soket FM1'i, yeni A serisi işlemciler (APU'lar) buraya kurulabileceğinden, gelecekteki yükseltmeler açısından biraz tercih edilir görünüyor.

Athlon II X4 651'in bir diğer avantajı, üretildiği daha ince ve daha modern teknolojik süreç. Phenom II, bir Turbo modu ve L3 önbelleği ile yanıt verir.

Sonuç olarak, durum belirsiz ve burada kilit faktör, Athlon II serisinden bir işlemci için Phenom II'ye göre %20-25 daha düşük olan perakende fiyatı olabilir. Ve daha umut verici platform (Socket FM1) dikkate alındığında, Athlon II X4 651'in satın alınması daha çekici görünüyor.

Tabii ki, belirli işlemci modellerinin avantajlarından daha net bir şekilde bahsetmek için, hangi mimariye dayanarak yapıldıklarını ve ayrıca pratikte ölçülen çeşitli uygulamalardaki gerçek performanslarını bilmek gerekir. Bir sonraki makalede, masaüstü bilgisayarlar için modern Intel ve AMD mikroişlemci serilerine daha yakından bakacağız, çeşitli CPU ailelerinin özelliklerini tanıyacağız ve ayrıca performanslarının karşılaştırmalı sonuçlarını vereceğiz.

işlemci nedir? Burada bu kavramın biraz terminolojisini okuyabilirsiniz. Nelerden oluştuğuna, işlemci çekirdeğinin ne olduğuna, sistem veriyoluna, işlemci önbelleğine, işlemcinin sahip olduğu soketlere ve popüler üreticilere bakacağız. Ve şimdi, işe başlayalım.

İşlemci (CPU veyaİşlemci) makine talimatlarını (talimatları) yürüten bir cihaz veya devredir. Herhangi bir bilgisayar ve dizüstü bilgisayarın en önemli bileşenidir. Hem mantıksal hem de aritmetik işlemleri gerçekleştirir. Ayrıca bilgisayara bağlı tüm cihazları yönetir.

Şu anda, işlemciler bir devredir (mikroişlemci) ve kare şeklinde küçük, ince bir plakadır. Böyle bir şema, işlemcinin kendisinin ve bir bütün olarak PC'nin işlevselliğini sağlayan unsurları içerir. Böyle bir plaka, metal uçlu altın tellerle bağlanan plastik veya seramik bir kasa ile korunur. Bu tasarım, işlemciyi anakarta takmanıza izin verir.

Bir işlemci nelerden yapılmıştır?

• Kayıtlar
• Aritmetik mantık Birimi
• Veri ve adres otobüsleri
• ön bellek
• Matematik yardımcı işlemcisi

Farklı mesleklerden uzmanlar biraz farklı bir işlemci mimarisi kavramına sahiptir. Örneğin, programcılar bir işlemci mimarisinin, bir işlemcinin makine kodları setlerini yürütme yeteneğine sahip olduğu zaman olduğunu düşünür. Bilgisayar bileşenlerinin geliştiricileri farklı düşünürler, yani işlemci mimarı, tüm işlemci ailesinde (başka bir deyişle, işlemcilerin organizasyonu veya iç tasarımlarında) bulunan bazı özellikleri ve nitelikleri yansıtır. Örneğin, Intel Pentium gibi bir mimari var, P5 olarak belirlenmiş. Örneğin, Pentium IV, NetBurst olarak anılır.

Pentium 4 işlemci mimarisi modeli

İşlemciler aynı mimariye sahip olsalar bile farklılıkları olabilir. Her şeyden önce, bu, elbette, işlemcinin kendisine bazı özellikler kazandıran işlemcilerdeki farktır. Tabii ki, hem önbellek boyutlarında hem de sistem veri yolu frekansındaki farklılıklarda farklılık gösterebilirler. Aslında işlemci çekirdeği teriminin net bir tanımı yoktur ancak herhangi bir modelin özelliklerini öne çıkarmanıza olanak sağlayabilir.


Çekirdeği değiştirirseniz, büyük olasılıkla anakartların uyumluluğuyla ilgili belirli zorluklar gerektiren işlemci soketini değiştirmeniz gerekecektir. Tabii ki, geliştiriciler sürekli olarak çekirdekleri geliştirmek için çalışıyorlar. Bu tür yeniliklere çekirdeklerin revizyonu denir, bunlar sırasıyla harf ve sayı değerleriyle gösterilir.

Sistem veri yolu nedir?

Sistem veri yolu veya işlemci veri yolu (FSB) - amaca göre birleştirilmiş bir dizi sinyal hattıdır. Basit bir ifadeyle, sistem veri yolu, tüm bilgisayar bileşenlerini işlemciye veya işlemciye bağlar. İşlemci yalnızca sistem veri yoluna bağlanır, diğer cihazlar özel denetleyiciler aracılığıyla bağlanır.




İşlemci soketi nedir?

İki tür konektör (soket) vardır - yuvalama ve oluklu. Her ne kadar bu bir soket olarak kabul edilebilir, çünkü sadece bir işlemci kurmak için yaratılmıştır. Soketin varlığı, işlemcinin değiştirilmesini büyük ölçüde kolaylaştırır. Bilgisayar tamir edilirken de çıkarılabilir. Bu arada, eğer bir şey varsa, bu konektör üzerinde bulunur. Intel ve AMD şirketlerinin görebileceğiniz kendi bağlayıcı türleri vardır.




İşlemci kaydı nedir?

Bir işlemcideki kayıt, ultra hızlı RAM oluşturan bir hücre bloğudur. Bu bellek yalnızca işlemci tarafından kullanılır.

İşlemci önbelleği nedir?

Nakit- Bu, tüm modern işlemcilerde zorunlu olan bir teknolojidir, buna hızlı bellek de denir. Önbellek teknolojisi, işlemci ile denetleyici arasında yavaş bellek olan bir arabellektir. Tampon, şu anda işlenen veri bloklarının bir deposudur, bu nedenle işlemcinin denetleyiciye erişmesine gerek yoktur. Bu özellik işlemcinin performansını çok iyi artırır.

Şu anda, birkaç önbellek düzeyi vardır. L1 - birinci seviye önbellek, en hızlısıdır ve doğrudan çekirdekle çalışır. Sıradaki ikinci seviye önbellek - L2, bu L1 ile etkileşime girer. Bu önbellek L1'den çok daha büyüktür. Bazen de oluşabilir üçüncü seviye önbellek - L3. Oldukça yavaştır ve L2'den bile daha büyüktür, ancak yine de sistem belleğinden daha hızlıdır.

Ayrıca, önbellek ayrılmıştır özel ve özel değil.

İlk tür, verilerin kesin bir sırayla orijinal verilere bölündüğü bir önbellek içerir. Münhasır olmayan bir önbellek, verileri önbelleğin tüm seviyelerinde tekrarlanabilen bir önbellektir. Örneğin, Intel münhasır olmayan bir tür kullanırken AMD buna uygun olarak özel bir tür kullanır. Hangisinin daha iyi olduğunu söylemek zor, ikisinin de artıları ve eksileri var.

Günümüzde işlemciler yalnızca reklamcılıkta özel bir rol oynuyorlar, özellikle Intel gibi bir üretici olmak üzere bir bilgisayardaki işlemcinin belirleyici bileşen olduğuna ikna etmek için ellerinden geleni yapıyorlar. Soru ortaya çıkıyor: modern bir işlemci nedir ve gerçekten de işlemci nedir?

Uzun bir süre ve daha doğrusu 90'lı yıllara kadar bir bilgisayarın performansını belirleyen işlemciydi. İşlemci her şeyi belirledi, ancak bugün bu tamamen doğru değil.

Her şey CPU tarafından belirlenmez ve Intel'den gelen işlemciler her zaman AMD'ye tercih edilmez. Son zamanlarda, diğer bilgisayar bileşenlerinin rolü gözle görülür şekilde arttı ve evde işlemciler nadiren darboğaz haline geliyor, ancak diğer bilgisayar bileşenleri gibi, ek bir değerlendirmeye ihtiyaçları var, çünkü onsuz hiçbir bilgisayar var olamaz. Bilgisayarların çeşitliliği arttıkça, işlemcilerin kendileri uzun zamandır çeşitli bilgisayar türlerinin dışında kaldı.

İşlemci (merkezi işlem birimi)- bu, çeşitli işlemleri gerçekleştirmekten ve bilgisayar çevre birimlerini kontrol etmekten sorumlu olan makine kodunu işleyen çok karmaşık bir çiptir.

Merkezi işlem biriminin kısa bir tanımı için, kısaltma benimsenmiştir - CPU ve CPU - Merkezi İşlem Birimi de çok yaygındır, bu da merkezi işlem birimi olarak tercüme edilir.

Mikroişlemcilerin kullanımı

İşlemci gibi bir cihaz, hemen hemen her elektronik ekipmana entegre edilmiştir, TV ve video oynatıcı gibi cihazlar hakkında, hatta oyuncaklarda ve akıllı telefonların kendileri, tasarımlarında farklılık gösterseler de, zaten bilgisayarlardır.

Birkaç CPU çekirdeği birbirinden bağımsız olarak tamamen farklı görevleri gerçekleştirebilir. Bilgisayar yalnızca bir görevi yerine getirirse, tipik işlemlerin paralelleştirilmesi nedeniyle yürütmesi hızlandırılır. Performans oldukça net bir çizgide olabilir.

Dahili frekans çarpan faktörü

İşlemciler henüz bilgisayarın harici bileşenlerini aynı frekansta işleyemese de, sinyaller işlemci yongasının içinde yüksek bir frekansta dolaşabilir. Bu bakımdan anakartın tek başına çalıştığı frekans ve işlemcinin frekansı farklıdır.

İşlemcinin anakarttan aldığı frekans, referans frekansı olarak adlandırılabilir, bu da onu dahili katsayı ile çarpar ve bu da dahili çarpan adı verilen dahili bir frekans ile sonuçlanır.

Dahili frekans çarpan faktörünün yetenekleri, hız aşırtmacılar tarafından işlemcinin hız aşırtma potansiyelini serbest bırakmak için sıklıkla kullanılır.

İşlemci önbelleği

İşlemci sonraki çalışma için verileri rastgele erişimli bellekten alır, ancak işlemci mikro devrelerinin içinde sinyaller çok yüksek bir frekansta işlenir ve RAM modüllerinin kendilerine erişim birkaç kat daha az bir frekansta gerçekleşir.

Dahili frekans çarpanının yüksek bir katsayısı, tüm bilgiler içinde olduğunda, örneğin RAM'den, yani dışarıdan daha etkili hale gelir.

İşlemcide kayıt adı verilen birkaç veri işleme hücresi vardır, genellikle içlerinde neredeyse hiçbir şey saklamaz ve hem işlemciyi hem de bilgisayar sistemini hızlandırmak için önbelleğe alma teknolojisi entegre edilmiştir.

Bir önbellek, bir arabellek görevi gören küçük bir bellek hücreleri kümesi olarak adlandırılabilir. Paylaşılan bellekten bir okuma gerçekleştiğinde, CPU'nun önbelleğinde bir kopya belirir. Bu, aynı veriye ihtiyaç duyulursa, erişimin hemen elinizin altında olması, yani arabellekte olması ve performansın artması için gereklidir.

Mevcut işlemcilerdeki önbellek piramidal bir forma sahiptir:

1. Seviye 1 önbellek - hacim olarak en küçük, ancak aynı zamanda en hızlı hız, işlemci çipinin bir parçasıdır. İşlemci kayıtları ile aynı teknolojiler kullanılarak üretilmiştir, çok pahalıdır, ancak hızına ve güvenilirliğine değer. Çok küçük olan yüzlerce kilobayt ile ölçülse de performansta büyük rol oynar.
2. 2. seviye önbellek - tıpkı 1. seviye gibi, işlemci çipinde bulunur ve çekirdeğinin frekansında çalışır. Modern işlemcilerde, yüzlerce kilobayttan birkaç megabayta kadar ölçülür.
3. Seviye 3 önbellek, bu tür hafızanın önceki seviyelerinden daha yavaştır, ancak RAM'den daha hızlıdır, bu önemlidir ve onlarca megabayt ile ölçülür.

L1 ve L2 önbellek boyutları hem performansı hem de işlemci maliyetini etkiler. Üçüncü önbellek seviyesi, bir bilgisayarın çalışmasında bir tür bonustur, ancak mikroişlemci üreticilerinden hiçbiri onu ihmal etmek için acele etmez. Seviye 4 önbellek sadece çok işlemcili sistemlerde bulunur ve kendini haklı çıkarır, bu yüzden normal bir bilgisayarda bulunamaz.

İşlemci kurulum soketi (Soket)



Modern teknolojilerin işlemcinin uzaktan bilgi alabileceği kadar gelişmiş olmadığını anlamak, sabitlenmemeli, anakarta takılmamalı, içine takılmamalı ve onunla etkileşime girmemelidir. Bu yuvaya soket denir ve yalnızca farklı üreticiler için farklı olan belirli bir işlemci türü veya ailesi için uygundur.

İşlemci nedir: mimari ve iş akışı

İşlemcinin mimarisi onun iç yapısıdır, öğelerin farklı düzenlenmesi de özelliklerini belirler. Mimarinin kendisi bütün bir işlemci ailesinin doğasında vardır ve yapılan ve hataları iyileştirmeyi veya düzeltmeyi amaçlayan değişikliklere adımlama denir.

Üretim süreci, işlemcinin bileşenlerinin boyutunu belirler ve nanometre (nm) cinsinden ölçülür ve daha küçük transistör boyutları, işlemcinin kendisinin daha küçük boyutunu belirler, bu da gelecekteki CPU'ların tasarımının hedeflendiği şeydir.

Güç tüketimi ve ısı dağılımı

Güç tüketimi, doğrudan işlemcilerin üretildiği teknolojiye bağlıdır. Daha küçük boyutlar ve daha yüksek frekanslar, güç tüketimi ve ısı dağılımı ile doğru orantılıdır.

Güç tüketimini ve ısı yayılımını azaltmak için, herhangi bir performans ihtiyacı olmadığında sırasıyla işlemci üzerindeki yükü ayarlamak için enerji tasarruflu otomatik bir sistem hareket eder. Yüksek performanslı bilgisayarlar hatasız olarak iyi bir işlemci soğutma sistemine sahiptir.

Makalenin malzemesini özetlemek - sorunun cevabı, işlemci nedir:

Günümüz işlemcileri, RAM ile çok kanallı çalışma yeteneğine sahip, sırayla işlevsel seviyesini artıran yeni talimatlar ortaya çıkıyor. Grafikleri işlemcinin kendisi tarafından işleme yeteneği, hem işlemcilerin kendisinde hem de onlar sayesinde ofis ve ev bilgisayarı düzeneklerinde maliyette bir azalma sağlar. Performansın daha pratik bir şekilde dağıtılması için sanal çekirdekler ortaya çıkıyor, teknolojiler gelişiyor ve onlarla birlikte bilgisayar ve merkezi işlem birimi gibi bileşeni.