Co to jest procesor i co robi?

Co to jest procesor? CPU lub Jednostka centralnajest mózgiem komputera, który jest chrupiącym numerem. Wszystko, co robi komputer, od gry wideo po pomoc w napisaniu eseju, jest podzielone na zestaw instrukcji matematycznych. CPU przyjmuje te instrukcje i wykonuje je. 

Oczywiście szczegóły tego, jak to jest, dużo bardziej skomplikowane niż to proste wyjaśnienie. Najważniejsze, co musisz wiedzieć, jest to, że procesor jest głównym silnikiem matematycznym komputera.

Pod koniec lat 50. Robert Noyce i Jack Kilby poszli o jeden ogromny krok dalej i stworzyli pierwszą pracę układ scalony. Zintegrowany obwód to zestaw obwodów elektronicznych zintegrowanych z pojedynczym materiałem półprzewodnikowym. W większości przypadków materiał ten jest krzemem. To właśnie mają na myśli ludzie, gdy mówią „mikroczip”.

CPU składa się z jednego lub więcej mikroczipów. Jest to ważny wynalazek, ponieważ miliardy tranzystorów można zapakować w jeden procesor. To tworzy niezwykle potężne silniki matematyczne.

Korzystając z wynalazków bram logicznych, tranzystorów i obwodów zintegrowanych, cały świat został zmieniony. Mikroczipy są obecnie we wszystkim, a nie tylko komputer. A procesory to najbardziej zaawansowane mikroczipe ogólne, jakie możemy zrobić.

Jak działają procesory?

Cała zasada procesora opiera się kod binarny. Ludzie zwykle reprezentują liczby za pomocą systemu o nazwie baza 10 lub system dziesiętny. Wartości miejsca każdej cyfry w liczbie wzrosną o dziesięć współczynników. Więc „111” zawiera sto, dziesięć.

Komputery i ich procesory w ogóle nie rozumieją bazy 10. Tranzystory pracują nad zasadą bycia w bieżącym lub wyłączonym. Co oznacza, że ​​tworzysz z nich bramy logiczne, mogą również działać tylko z tymi dwoma stanami. Dlatego zasadniczo działają procesory kod binarny. Ten system liczb ma różne wartości miejsca. Zamiast tego, jeśli 1, 10, 100, 1000 i tak dalej, wartości miejsca wynoszą 1,2,4,8,16,32,64,128 i tak dalej.

Tak więc w binarnym „111” miałoby 7 w liczbach dziesiętnych, ponieważ dodasz 1,2 i 4 razem. Jeśli którąkolwiek z liczb jest zerowa, po prostu go pomiń i dodaj wartość miejsca następnego 1. W ten sposób możesz wyrazić dowolną wartość dziesiętną. Zauważ tylko, że liczby binarne są często odczytywane od prawej do lewej, więc wartość miejsca „1” byłaby po prawej stronie.

Ułóżmy go w stole, aby było krystalicznie jasne:

Czy widzisz, dlaczego sumuje się do numeru 7 w dziesięciu? Zróbmy numer 23:

Tak więc 111 to „7”, ale „11101” to 23, ponieważ wartość piątego miejsca w binarie wynosi 16. Całkiem fajne, prawda? Możesz wyrazić dowolną możliwą liczbę, którą można napisać w ten sposób dziesiętnym. Co oznacza, że ​​komputery zbudowane z tranzystorów mogą również działać z dowolnymi liczbami.

Jak wytwarzane są procesory?

Proces produkcyjny nowoczesnych procesorów jest również, jak można się spodziewać, dość złożony. Podstawowy proces obejmuje uprawę dużych cylindrów kryształu krzemu. Jego właściwości półprzewodników sprawiają, że idealnie nadaje się do budowy binarnego obwodu zintegrowanego.

Te duże kryształy są krojone na cienkie wafle. Wafle są następnie „domieszkowane” inną substancją chemiczną, aby dostroić jego właściwości. Obwód w skali nano jest następnie wytrawiany na powierzchni opłatek za pomocą światła za pomocą procesu znanego jako fotolitografia.

Projektowanie i wydajność procesora

Procesory nie są równe. Pierwszy właściwy przodek nowoczesnego procesora, Intel 8086, miał około 29 000 tranzystorów w swoim zintegrowanym obwodzie. Dzisiaj procesor taki jak Intel i99900k ma nieco ponad 1.7 miliard tranzystory. Im gęstość obwodów logicznych procesora, tym bardziej złożona i wyższa liczba instrukcji, jakie może wykonywać w przypadku cyklu zegara.

Poczekaj, „Cykl zegara”? Tak, to drugi główny składnik wydajności procesora. CPU działa z określoną częstotliwością, z każdym impulsem zegara procesora wykonano cykl obliczeń. Jeśli weźmiesz ten sam procesor i podwójnie jego prędkość zegara, wówczas (teoretycznie) powinien występować dwa razy szybciej.

Ten Intel 8086 z 1978 roku trwał przy 5 MHz, kiedy został uruchomiony. To pięć milionów cykli zegara na sekundę. Intel i9-9900k? To zaczyna się o 3.6 GHz.Że 3600 MHz, z opcją zwiększania rzeczy do 5000 MHz, jeśli to możliwe.

Aby dodać kolejną zmarszczkę do wydajności procesora, nowoczesne procesory zawierają wiele „rdzeni”. Każdy rdzeń jest w rzeczywistości samym niezależnym procesorem. Typowe jest w dzisiejszych czasach co najmniej cztery takie rdzenie, ale ostatnio normą było komputery głównego nurtu, aby mieć sześć lub osiem rdzeni. Wysokiej klasy profesjonalne komputery mogą mieć w regionie 100 rdzeni procesowych.

Posiadanie wielu rdzeni oznacza, że ​​procesor może wykonywać wiele zestawów instrukcji równolegle. Co oznacza, że ​​nasze komputery mogą bez problemu robić wiele rzeczy. Niektóre procesory mają rdzenie „wielowy”. Te rdzenie same w sobie poradzi sobie z dwoma osobnymi zadaniami. W procesorach Intel jest to oznaczone jako „hipertreading”.

Całkowita wydajność procesora sprowadza się do kombinacji:

• Jest to całkowita liczba tranzystorowa i jak zaawansowane jest projektowanie jego obwodów logicznych
• Częstotliwość zegara
• Liczba rdzeni
• Liczba wątków

Jest oczywiście więcej niż te cztery główne punkty. Są to jednak cztery główne rozważania dotyczące poprawy procesora.

Rola procesora w twoim komputerze

Ostatnią rzeczą, jaką musimy omówić, jest to, jaką pracę odtwarza procesor w Twoim komputerze. W końcu nie jest to jedyny zintegrowany mikroczip obwodu w komputerze. Na przykład GPU (jednostki przetwarzania grafiki) są często jeszcze bardziej gęste tranzystora niż procesor.

Potrzebują własnego chłodzenia i zasilania, a także pamięci. To jest jak mały dodatkowy komputer! To samo można powiedzieć o układach kontrolujących Twój dźwięk, USB i ruch dysku twardego. Dlaczego więc CPU jest specjalny? To są główne powody:

• Może przetwarzać dowolne instrukcje, GPU wykonuje tylko pewne rodzaje przetwarzania
• Łączy wszystkie pozostałe komponenty razem, pchając i pobierając dane, aby komputer działał
• CPU jest zaangażowany we wszystkie prace, o które komputer jest do pewnego stopnia proszony

Krótko mówiąc, procesor jest najważniejszym komponentem wydajności ogólnego przez. Nie bierz tego za pewnik!