Mis on protsessor ja mida see teeb?

Kui peaksite valima ainult ühe, oleks teie arvuti kõige olulisem osa keskprotsessor (CPU). See on peamine jaotur (või „aju”) ja see töötleb teie arvuti programmidest, operatsioonisüsteemist või muudest komponentidest pärinevaid juhiseid.

1 ja 0

Tänu võimsamatele protsessoritele oleme vaevu suutnud pilti arvutiekraanil kuvada Netflixi, videovestluse, voogesituse ja üha elutruumate videomängude juurde.

Protsessor on inseneri ime, kuid põhineb siiski kahendsignaalide (1 ja 0) tõlgendamise põhikontseptsioonil. Nüüd on erinevus selles, et selle asemel, et perfokaarte lugeda või vaakumtorude komplektidega töötlemise juhiseid kasutada, kasutavad tänapäevased protsessorid TikToki videote loomiseks või arvutustabeli numbrite täitmiseks pisikesi transistore.

Protsessori põhitõed

Protsessorite tootmine on keeruline. Oluline punkt on see, et igal protsessoril on räni (kas üks või mitu tükki), mis mahutab miljardeid mikroskoopilisi transistore.

Nagu varem mainisime, kasutavad need transistorid rea elektrisignaale (praegune "sisse" ja vool "välja"), et tähistada masina binaarkoodi, mis koosneb 1-st ja 0-st. Kuna neid transistore on nii palju, saavad protsessorid senisest suuremal kiirusel teha järjest keerukamaid ülesandeid.

Transistoride arv ei tähenda tingimata, et protsessor on kiirem. Kuid see on endiselt põhiline põhjus, miks telefon, mida taskus kannate, omab palju suuremat arvutusvõimsust kui võib-olla kogu planeedil, kui me esimest korda Kuule läksime.

Enne kui suundume protsessorite kontseptuaalsest redelist ülespoole, räägime sellest, kuidas keskseade täidab masinkoodil põhinevaid juhiseid, mida nimetatakse käsukomplektiks. Erinevate ettevõtete protsessoritel võivad olla erinevad käsukomplektid, kuid mitte alati.

Näiteks kasutab enamik Windowsi personaalarvuteid ja praeguseid Maci protsessoreid x86-64 käskude komplekti, hoolimata sellest, kas tegemist on Inteli või AMD protsessoriga. 2020. aasta lõpus debüteerivatel Macidel on aga ARM-põhised protsessorid, mis kasutavad teistsugust käskude komplekti. ARM-protsessoreid kasutades on ka väike arv Windows 10 arvuteid.

SEOTUD:Mis on binaarne ja miks arvutid seda kasutavad?

Südamikud, vahemälud ja graafika

Vaatame nüüd räni ennast. Ülaltoodud diagramm pärineb 2014. aastal avaldatud Inteli valgest paberist ettevõtte i7-4770S protsessori arhitektuuri kohta. See on vaid näide sellest, kuidas üks protsessor välja näeb - teistel protsessoritel on erinevad paigutused.

Näeme, et see on neljatuumaline protsessor. Oli aeg, kui protsessoril oli ainult üks tuum. Nüüd, kui meil on mitu südamikku, töötlevad nad juhiseid palju kiiremini. Südamikel võib olla ka midagi, mida nimetatakse hüperniitimiseks või samaaegseks mitme lõimega (SMT), mis muudab ühe südamiku arvutile kaheks. Nagu võite arvata, aitab see töötlemisaega veelgi kiirendada.

Selle skeemi südamikud jagavad midagi, mida nimetatakse L3 vahemäluks. See on protsessori sisemälu vorm. Samuti on protsessorites L1 ja L2 vahemälu, mis sisalduvad igas tuumas, samuti registrid, mis on madala mälu vorm. Kui soovite mõista erinevusi registrite, vahemälude ja süsteemi RAM-i vahel, vaadake seda vastust StackExchange'is.

Eespool näidatud protsessor sisaldab ka süsteemi agenti, mälukontrollerit ja muid räni osi, mis haldavad protsessorisse sisenevat ja sealt väljuvat teavet.

Lõpuks on protsessori sisseehitatud graafika, mis loob kõik need suurepärased visuaalsed elemendid, mida ekraanil näete. Kõik protsessorid ei sisalda oma graafikavõimalusi. Näiteks vajavad AMD Zen töölauaprotsessorid diskreetset graafikakaarti, et midagi ekraanil kuvada. Mõni Intel Core'i töölauaprotsessor ei sisalda ka parda graafikat.

Protsessor emaplaadil

Nüüd, kui oleme uurinud, mis protsessori kapoti all toimub, vaatame, kuidas see integreerub teie ülejäänud arvutiga. Protsessor asub teie arvuti emaplaadi nn soklis.

Kui see on pistikupessa istunud, saavad muud arvuti osad protsessoriga ühenduda nn busside kaudu. Näiteks ühendub RAM protsessoriga oma siini kaudu, samas kui paljud arvutikomponendid kasutavad teatud tüüpi siini, mida nimetatakse PCIe-ks.

Igal protsessoril on komplekt „PCIe radasid”, mida ta saab kasutada. Näiteks AMD Zen 2 protsessoritel on 24 rada, mis ühenduvad otse protsessoriga. Seejärel eraldavad need sõidurajad emaplaatide tootjad AMD juhendamisel.

Näiteks x16 graafikakaardi pesa jaoks kasutatakse tavaliselt 16 rada. Seejärel on salvestamiseks neli rada, näiteks üks kiire salvestusseade, näiteks M.2 SSD. Teise võimalusena saab neid nelja rada ka jagada. M.2 SSD jaoks sai kasutada kahte rada ja aeglasema SATA-draivi jaoks, näiteks kõvaketas või 2,5-tolline SSD, kahte rada.

See on 20 rada, ülejäänud neli on reserveeritud kiibistikule, mis on emaplaadi sidekeskus ja liikluskontroll. Kiibistikul on siis oma siiniühenduste komplekt, mis võimaldab arvutisse lisada veelgi rohkem komponente. Nagu arvata võib, on suurema jõudlusega komponentidel otsemühendus protsessoriga.

Nagu näete, töötleb protsessor suurema osa käskude töötlemisest ja mõnikord töötab isegi graafika (kui see on selleks loodud). CPU pole siiski ainus viis juhiste töötlemiseks. Muudel komponentidel, näiteks graafikakaardil, on oma pardal töötlemise võimalused. Samuti kasutab GPU oma töötlemisvõimalusi protsessoriga töötamiseks ja mängude käivitamiseks või muude graafikamahukate ülesannete täitmiseks.

Suur erinevus on see, et komponentprotsessorid on ehitatud konkreetseid ülesandeid silmas pidades. Protsessor on aga üldotstarbeline seade, mis suudab teha mis tahes arvutusülesannet, mida tal palutakse teha. Sellepärast valitseb protsessor teie arvutis ülimalt ja ülejäänud süsteem tugineb selle toimimisele.