Hari ini, hampir setiap rumah mempunyai komputer. Sukar untuk membayangkan kehidupan hari ini tanpanya. Mencari maklumat yang diperlukan, melihat berita dan cuaca, membeli dan menjual barangan, menonton filem dan program - semua ini boleh dilakukan tanpa meninggalkan rumah dan tanpa sebarang usaha. usaha khas. Anda hanya perlu menghidupkan komputer anda dan pergi ke dalam talian.

Tetapi beberapa orang berfikir tentang apa yang terdiri daripada komputer, yang dengannya anda boleh mendapatkan semua maklumat yang diperlukan dengan cepat. Salah satu komponen utama komputer ialah pemproses. Setelah mengetahui cara pemproses berfungsi, anda boleh menjelaskan banyak perkara baharu untuk diri sendiri.

Apa itu pemproses

CPU, atau seperti yang dipanggil dalam dunia sains komputer, CPU adalah komponen utama mana-mana komputer, ia adalah jantung dan otaknya. Ia adalah pemproses yang melaksanakan semua arahan yang ditentukan oleh pengguna, memproses semua maklumat dan mengawal peranti komputer lain.

Hari ini pengeluar pemproses utama adalah Intel dan Peranti Mikro Lanjutan (AMD), yang masa yang lama wujud di pasaran teknologi maklumat dan menunjukkan diri mereka hanya dengan sisi terbaik. Sememangnya, terdapat pengeluar lain, tetapi mereka masih jauh dari tahap syarikat gergasi ini. Adalah menarik bahawa Intel dan AMD sentiasa berjuang untuk keutamaan dalam pengeluaran pemproses, secara bergilir-gilir memenangi kedudukan pertama apabila mengeluarkan model baharu. Anehnya, perjuangan inilah yang memberi dorongan kepada pembangunan kualitatif berterusan bidang teknologi maklumat ini.

Penampilan

Anda perlu mula memeriksa peranti pemproses komputer daripadanya penampilan. Pada pandangan pertama, ia hanya kotak logam dengan sisi terbalik yang terletak bayaran kecil berukuran lebih kurang 5x5 cm dan pelbagai kenalan, yang mana pemproses dilampirkan papan induk. Terdapat berjuta-juta, dan kadang-kadang berbilion-bilion, di tengah-tengah pemproses pelbagai transistor yang melakukan kerja utama.

Pemproses itu diperbuat daripada apa?

Pemproses itu sendiri terutamanya terdiri daripada pasir, atau lebih tepat lagi, silikon, yang mana hanya terdapat 30% dalam kerak bumi. Proses membentuk pemproses agak kompleks dan memerlukan peralatan khas dan kos bahan. Ringkasnya, skim pembuatan pemproses agak serupa dengan teknologi percetakan foto - teknologi fotolitografi digunakan dalam pembuatannya. Peranan fotografi di sini dimainkan oleh "pancake" - pemproses masa depan yang menggunakan ion boron yang sangat overclocked dalam pemecut khas, struktur kecil dengan banyak transistor dicipta. Dan yang lebih nipis proses teknologi, semakin besar kuasa dan kelajuan operasi struktur ini. Setiap tahun saiz ini elemen struktur semakin kurang dan tidak lama lagi, menurut saintis, mereka boleh mencapai hanya kira-kira 15 nm.

Anda boleh mengeluarkan penutup dan melihat organisasi dalaman pemproses, tetapi terdapat risiko kerosakan pada bahagian terbaik pemproses, yang mungkin menyebabkan ketidakbolehoperasiannya.

Komponen

Dari masa ke masa, reka bentuk dan operasi pemproses berubah secara kualitatif. Saiz pemproses juga semakin berkurangan. Hari ini, secara praktikalnya prinsip yang sama untuk membina pemproses digunakan seperti dahulu, hanya saiz komponen yang telah berubah.

Bahagian dalam pemproses juga agak menarik. Ia terdiri daripada seni bina umum- segala-galanya yang termasuk papan, teras (pada operasi yang bergantung kepada kelajuan komputer), bas (lekap yang disambungkan ke papan induk), serta semakan (zarah yang lebih kecil daripada teras, tetapi juga sangat penting dan berfungsi).

Penunjuk prestasi komputer

Reaksi komputer terhadap diberi arahan mungkin bergantung pada beberapa penunjuk: bilangan teras, bilangan benang (mungkin tidak bertepatan dengan bilangan teras), saiz cache - memori dalaman pemproses, kekerapan jam, kelajuan bas, serta proses pembuatan pemproses itu sendiri.

Prinsip operasi

Setelah mengkaji peranti secara terperinci, kini kita boleh mempertimbangkan prinsip operasi pemproses. Komputer memulakan kerjanya selepas menerima arahan tertentu daripada pengguna.

Tetapi beberapa orang tahu bahawa mana-mana arahan terdiri daripada dua bahagian - operasi dan operan:

• bahagian operasi arahan menunjukkan perkara yang perlu dilakukan oleh komputer,
• bahagian kedua arahan memberikan operan pemproses - perkara yang harus dikerjakan oleh pemproses.

Sesetengah pemproses mungkin mengandungi dua saluran paip, i.e. unit pengkomputeran. Setiap daripada mereka membahagikan pelaksanaan perintah yang diberikan kepada komputer oleh pengguna kepada beberapa peringkat: penjanaan, penyahkodan (iaitu menyahkod arahan), pelaksanaan arahan itu sendiri, mengakses memori pemproses dan menyimpan hasil yang diperoleh. Semua langkah ini dilakukan dalam secepat mungkin. Apabila penghantar beroperasi, setiap peringkat diperuntukkan satu kitaran jam dengan frekuensi yang sama, jadi pelaksanaan setiap arahan dalam pemproses diperuntukkan lima kitaran jam.

Caching memori mana-mana pemproses meningkatkan prestasinya. Hari ini adalah perkara biasa untuk menggunakan dua ingatan cache, kerana... menggunakan satu membawa kepada konflik apabila melaksanakan arahan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa selalunya dua pasukan cuba mengambil maklumat dari cache yang sama. Caching berasingan sepenuhnya menghapuskan berlakunya situasi sedemikian dan membenarkan dua arahan dilaksanakan serentak.

Apabila memahami cara pemproses komputer berfungsi, ia patut dipertimbangkan pemproses pengkomputeran Terdapat pelbagai jenis: linear, kitaran dan bercabang.

• Pemproses linear melaksanakan arahan bergantung pada susunan ia ditulis dalam RAM.
• Pemproses kitaran dan cawangan melaksanakan arahan bergantung pada hasil pemeriksaan keadaan cawangan.

Ia juga penting untuk mengetahui cara bas pemproses berfungsi. Terdapat dua daripadanya, satu, bas cepat berfungsi dengan cache tahap kedua, bas kedua (lebih perlahan) direka untuk bertukar maklumat dengan peranti lain.

Komputer peribadi adalah perkara yang sangat kompleks dan pelbagai rupa, tetapi dalam setiap Unit Sistem kita akan mencari pusat semua operasi dan proses - mikropemproses. Apakah pemproses komputer terdiri daripada dan mengapa ia masih diperlukan?

Mungkin, ramai yang akan gembira mengetahui apa yang terdiri daripada mikropemproses komputer peribadi. Ia terdiri hampir keseluruhannya daripada batu dan batu biasa.

Ya, betul... Pemproses mengandungi bahan seperti, contohnya, silikon - bahan yang sama yang diperbuat daripada pasir dan batu granit.

Pemproses Hoffa

Mikropemproses pertama untuk komputer peribadi telah dicipta hampir setengah abad yang lalu - pada tahun 1970 oleh Marchian Edward Hoff dan pasukan juruteranya dari Intel.

Pemproses pertama Hoff berjalan pada hanya 750 kHz.

Ciri-ciri utama pemproses komputer hari ini, tentu saja, tidak dapat dibandingkan dengan angka di atas; "batu" semasa adalah beberapa ribu kali lebih kuat daripada nenek moyang mereka, dan sebelum itu, lebih baik untuk membiasakan diri dengan masalah yang ia menyelesaikan.

Ramai orang percaya bahawa pemproses boleh "berfikir". Ia mesti dikatakan segera bahawa tidak ada sebutir kebenaran dalam hal ini. Mana-mana pemproses komputer peribadi yang sangat berkuasa terdiri daripada banyak transistor - suis asal yang menjalankan satu fungsi tunggal - untuk menghantar isyarat atau menghentikannya. Pilihan bergantung pada voltan isyarat.

Jika anda melihatnya dari sisi lain, anda boleh melihat apa yang terdiri daripada mikropemproses, dan ia terdiri daripada daftar - sel pemprosesan maklumat.

Untuk menyambungkan "batu" dengan peranti lain komputer peribadi, jalan berkelajuan tinggi khas yang dipanggil "bas" digunakan. Isyarat elektromagnet kecil "terbang" di sepanjangnya pada kelajuan kilat. Ini adalah prinsip operasi pemproses komputer atau komputer riba.

Peranti mikropemproses

Bagaimanakah pemproses komputer berfungsi? Dalam mana-mana mikropemproses terdapat 3 komponen:

1. Teras pemproses (di sinilah pemisahan sifar dan satu berlaku);
2. Memori cache ialah storan kecil maklumat betul-betul di dalam pemproses;
3. Coprocessor ialah pusat otak khas mana-mana pemproses yang paling banyak operasi yang kompleks. Di sinilah kami bekerja dengan fail multimedia.

Versi ringkas litar pemproses komputer kelihatan seperti ini:

Salah satu penunjuk utama mikropemproses ialah kekerapan jam. Ia menunjukkan berapa banyak kitaran yang dibuat oleh "batu" sesaat. Kuasa pemproses komputer bergantung pada gabungan penunjuk yang diberikan di atas.

Perlu diingatkan bahawa suatu ketika dahulu, pelancaran roket dan operasi satelit dikawal oleh mikropemproses dengan frekuensi jam beribu-ribu kali lebih rendah daripada "saudara" mereka sekarang. Dan saiz satu transistor ialah 22 nm, lapisan transistor hanya 1 nm. Sebagai rujukan, 1 nm ialah ketebalan 5 atom!

Kini anda tahu cara pemproses komputer berfungsi dan apakah kejayaan yang telah dicapai oleh saintis yang bekerja di syarikat pembuatan komputer peribadi.

Adakah anda menggunakan komputer atau peranti mudah alih untuk membaca topik ini pada masa ini. Komputer atau peranti mudah alih menggunakan mikropemproses untuk melakukan tindakan ini. Mikropemproses adalah nadi kepada mana-mana peranti, pelayan atau komputer riba. Terdapat banyak jenama mikropemproses daripada yang paling banyak pengeluar yang berbeza, tetapi mereka semua melakukan perkara yang sama dan dengan cara yang sama.

Mikropemproses- juga dikenali sebagai pemproses atau blok pusat pemprosesan ialah enjin pengkomputeran yang dihasilkan pada satu cip. Mikropemproses pertama ialah Intel 4004, ia muncul pada tahun 1971 dan tidak begitu berkuasa. Ia boleh menambah dan menolak, dan ia hanya 4 bit pada satu masa. Pemproses itu menakjubkan kerana ia dibuat pada satu cip. Anda akan bertanya mengapa? Dan saya akan menjawab: jurutera pada masa itu menghasilkan pemproses sama ada dari beberapa cip atau dari komponen diskret (transistor digunakan dalam pakej berasingan).

Jika anda pernah tertanya-tanya apa yang mikropemproses lakukan dalam komputer, bagaimana rupanya, atau bagaimana ia berbeza daripada jenis mikropemproses lain, kemudian pergi bawah kucing- semua perkara dan butiran yang paling menarik ada di sana.

Kemajuan dalam Pembuatan Mikropemproses: Intel

Mikropemproses pertama, yang kemudiannya menjadi nadi yang mudah komputer rumah, ialah Intel 8080 - komputer 8-bit lengkap pada cip tunggal, diperkenalkan pada tahun 1974. Mikropemproses pertama menyebabkan percikan sebenar di pasaran. Ia kemudiannya dikeluarkan pada tahun 1979 model baru- Intel 8088. Jika anda sudah biasa dengan pasaran PC dan sejarahnya, maka anda tahu bahawa pasaran PC telah berpindah dari Intel 8088 ke Intel 80286, dan itu ke Intel 80386 dan Intel 80486, dan kemudian ke Pentium, Pentium II, Pentium III dan Pentium 4 Semua mikropemproses ini dibuat oleh Intel, dan semuanya adalah penambahbaikan pada reka bentuk asas Intel 8088. Pentium 4 boleh menjalankan sebarang kod, tetapi ia melakukannya 5000 kali lebih pantas.

Pada tahun 2004 tahun Intel memperkenalkan mikropemproses dengan berbilang teras dan berjuta-juta transistor, tetapi mikropemproses ini juga mengikutinya peraturan umum, seperti cip yang dikeluarkan sebelum ini. Maklumat tambahan dalam jadual:

• Tarikh: ialah tahun pemproses pertama kali diperkenalkan. Banyak pemproses telah dikeluarkan semula pada kelajuan jam yang lebih tinggi selama bertahun-tahun selepas tarikh keluaran asal.
• Transistor: Ini ialah bilangan transistor pada cip. Anda dapat melihat bahawa bilangan transistor pada cip tunggal telah berkembang dengan stabil selama bertahun-tahun
• Mikron: Lebar dalam mikron wayar terkecil pada cip. Sebagai perbandingan, saya boleh memetik rambut manusia, yang mempunyai ketebalan kira-kira 100 mikron. Apabila saiz semakin kecil dan semakin kecil, bilangan transistor meningkat
• Kekerapan jam: kelajuan maksimum, yang boleh dibangunkan oleh cip itu. Saya akan memberitahu anda tentang kekerapan jam sedikit kemudian.
• Lebar data (bas): ialah lebar ALU (unit logik aritmetik). ALU 8-bit boleh menambah, menolak, mendarab, dsb. Dalam banyak kes, bas data adalah lebar yang sama dengan ALU, tetapi tidak selalu. Intel 8088 adalah 16-bit dan mempunyai bas 8-bit, manakala model moden Pentium 64-bit.
• MIPS: Lajur dalam jadual ini bermaksud memaparkan bilangan operasi sesaat. Merupakan unit ukuran untuk mikropemproses. Pemproses moden boleh melakukan begitu banyak perkara yang berbeza sehingga penilaian hari ini yang dibentangkan dalam jadual kehilangan semua makna. Tetapi anda boleh merasakan kuasa relatif mikropemproses pada masa itu

Daripada jadual ini, anda dapat melihat bahawa, secara umum, terdapat hubungan antara kelajuan jam dan MIPS (bilangan operasi yang dilakukan sesaat). Kelajuan jam maksimum adalah fungsi pemproses pengeluaran. Terdapat juga hubungan antara bilangan transistor dan bilangan operasi sesaat. Sebagai contoh, Intel 8088 mencatatkan masa pada 5 MHz (kini 2.5-3 GHz) melaksanakan hanya 0.33 MIPS (kira-kira satu arahan untuk setiap 15 kitaran jam). Pemproses moden selalunya boleh melaksanakan dua arahan setiap kitaran jam. Peningkatan ini secara langsung berkaitan dengan bilangan transistor pada cip dan saya akan membincangkannya juga kemudian.

Apa itu cip?

Cip juga dipanggil litar bersepadu. Ini biasanya sekeping silikon yang kecil dan nipis di mana transistor yang membentuk mikropemproses telah diukir. Satu cip boleh bersaiz satu inci, tetapi masih mengandungi berpuluh juta transistor. Lagi pemproses mudah boleh terdiri daripada beberapa ribu transistor yang terukir pada cip hanya bersaiz beberapa milimeter persegi.

Bagaimana ia berfungsi

Intel Pentium 4

Untuk memahami cara mikropemproses berfungsi, adalah berguna untuk melihat bahagian dalam dan mempelajari tentang bahagian dalamannya. Dalam proses itu, anda juga boleh belajar tentang bahasa himpunan - Bahasa asal mikropemproses, dan banyak perkara yang boleh dilakukan oleh jurutera untuk meningkatkan kelajuan pemproses.

Mikropemproses melaksanakan koleksi arahan mesin yang memberitahu pemproses perkara yang perlu dilakukan. Berdasarkan arahan, mikropemproses melakukan tiga perkara utama:

• Menggunakan ALU (unit logik aritmetik), mikropemproses boleh melakukan operasi matematik. Contohnya, tambah, tolak, darab dan bahagi. Mikropemproses moden mampu melaksanakan operasi yang sangat kompleks
• Mikropemproses boleh memindahkan data dari satu lokasi memori ke lokasi memori yang lain
• Mikropemproses boleh membuat keputusan dan berpindah ke set arahan baharu berdasarkan keputusan tersebut

Secara terang-terangan, mikropemproses melakukan perkara yang kompleks, tetapi di atas saya menerangkan tiga aktiviti utama. Rajah berikut menunjukkan mikropemproses yang sangat mudah yang mampu melakukan tiga perkara ini. Mikropemproses ini mempunyai:

• Bas alamat (8, 16, atau 32 bit) yang menghantar akses memori
• Bas data (8, 16, atau 32 bit) yang menghantar data ke memori atau menerima data daripada memori
• RD (baca) dan WR (tulis) memberitahu memori sama ada mereka mahu menetapkan atau mendapatkan lokasi yang dialamatkan
• Garis jam yang membolehkan anda melihat urutan denyutan jam pemproses
• Tetapkan semula baris, yang menetapkan semula pembilang program kepada sifar dan memulakan semula pelaksanaan

Memori mikropemproses

Terdahulu kita bercakap tentang bas alamat dan data, serta membaca dan menulis talian. Semua ini disambungkan kepada sama ada RAM (memori akses rawak) atau ROM (memori baca sahaja atau ingatan baca sahaja, ROM) - biasanya kedua-duanya. Dalam contoh mikropemproses kami, kami mempunyai bas alamat lebar 8 bit dan bas data yang sama lebar - juga 8 bit. Ini bermakna bahawa mikropemproses boleh mengakses 2^8 hingga 256 bait memori, dan boleh membaca dan menulis 8 bit memori pada satu masa. Mari kita anggap bahawa mikropemproses mudah ini mempunyai 128 bait memori pada cip, bermula pada alamat 0, dan 128 bait RAM, bermula pada alamat 128.

RAM bermaksud ingatan baca sahaja. Cip ingatan kekal diprogramkan dengan bait sasaran pratetap tetap. Alamat bas memberitahu cip RAM yang bait untuk dicapai dan dimuatkan pada bas data. Apabila baris baca berubah keadaan, cip memori baca sahaja membentangkan bait yang dipilih kepada bas data.

RAM bermaksud Ram, lol. RAM mengandungi bait maklumat, dan mikropemproses boleh membaca atau menulis kepada bait ini bergantung pada sama ada baris itu memberi isyarat baca atau tulis. Salah satu masalah yang boleh didapati dalam kerepek hari ini ialah mereka melupakan segala-galanya sebaik sahaja tenaga habis. Oleh itu, komputer mesti mempunyai RAM.

Cip RAM atau cip ingatan baca sahaja (ROM).

By the way, hampir semua komputer mengandungi sejumlah RAM. hidup komputer peribadi Peranti storan kekal dipanggil BIOS (Sistem Input/Output Asas). Apabila mikropemproses dimulakan, ia mula melaksanakan arahan yang ditemuinya dalam BIOS. Arahan BIOS, dengan cara itu, juga melaksanakan peranan mereka: mereka menyemak perkakasan, dan kemudian semua maklumat pergi ke HDD untuk mencipta sektor but. Sektor but adalah satu program kecil, dan BIOS menyimpannya dalam ingatan selepas membacanya dari cakera. Mikropemproses kemudian mula melaksanakan arahan sektor but daripada RAM. Program sektor but akan menunjukkan mikropemproses apa lagi yang perlu diambil dengannya. cakera keras ke dalam RAM, dan kemudian melakukan semua ini dan seterusnya. Beginilah cara mikropemproses memuatkan dan menjalankan keseluruhan sistem pengendalian.

Arahan mikropemproses

Malah mikropemproses yang sangat mudah yang saya nyatakan akan mempunyai set arahan yang agak besar yang boleh dilaksanakannya. Pengumpulan arahan dilaksanakan sebagai corak bit, setiap satunya mempunyai makna yang berbeza apabila dimuatkan ke dalam sektor arahan. Orang ramai tidak begitu mahir dalam mengingati corak bit kerana ia adalah koleksi perkataan pendek. Dengan cara ini, set perkataan pendek ini dipanggil bahasa himpunan pemproses. Penghimpun boleh menterjemah perkataan ke dalam corak sedikit dengan sangat mudah, dan kemudian usaha penghimpun akan dimasukkan ke dalam ingatan untuk mikropemproses dilaksanakan.

Berikut ialah satu set arahan bahasa himpunan:

• LOADA mem- muatkan ke dalam daftar dengan alamat memori
• LOADB mem- muatkan ke dalam daftar B dari alamat memori
• CONB mem- memuatkan nilai tetap ke dalam daftar B
• SAVEB mem- simpan daftar B ke alamat memori
• SAVEC mem- simpan daftar C ke alamat memori
• TAMBAH- tambah A dan B dan simpan hasilnya dalam C
• SUB- tolak A dan B dan simpan hasilnya dalam C
• MUL- darabkan A dan B dan simpan hasilnya dalam C
• DIV- belah A dan B dan simpan hasilnya dalam C
• COM- bandingkan A dan B dan simpan keputusan dalam ujian
• JUMP addr- pergi ke alamat
• JEQ addr- pergi jika sama dengan menyelesaikan
• JNEQ addr- pergi jika tidak sama dengan menyelesaikan
• JG addr- pergi, jika lebih, untuk menyelesaikan
• JGE addr- pergi jika lebih besar daripada atau sama dengan penyelesaian
• JL addr- pergi jika kurang untuk menyelesaikan
• JLE addr- pergi jika kurang daripada atau sama dengan menyelesaikan
• BERHENTI- hentikan pelaksanaan

Bahasa himpunan
Pengkompil C menterjemah kod C ini ke dalam bahasa himpunan. Jika kita menganggap bahawa RAM bermula pada alamat 128 dalam pemproses ini, dan ROM (yang mengandungi atur cara bahasa himpunan) bermula pada alamat 0, maka untuk mikropemproses mudah kami pemasang mungkin kelihatan seperti ini:

// Anggap a berada di alamat 128 // Anggap F berada di alamat 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // jika a > 5 lompat ke 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 LOMPAT 4 // gelung kembali ke if17 SAVEC

Memori baca sahaja (ROM)
Jadi sekarang persoalannya ialah, "Bagaimanakah semua arahan ini disepadukan dengan ingatan baca sahaja?" Saya akan menerangkan, sudah tentu: setiap arahan ini dalam bahasa himpunan mesti diwakili dalam bentuk nombor binari. Untuk kesederhanaan, mari kita anggap bahawa setiap arahan bahasa himpunan menetapkan sendiri nombor unik. Sebagai contoh, ia akan kelihatan seperti ini:

• LOADA - 1
• LOADB - 2
• CONB - 3
• SAVEB - 4
• SAVEC mem - 5
• TAMBAH - 6
• SUB - 7
• MUL - 8
• DIV - 9
• COM - 10
• JUMP addr - 11
• JEQ addr - 12
• JNEQ addr - 13
• JG addr - 14
• JGE addr - 15
• JL addr - 16
• JLE addr - 17
• BERHENTI - 18

Nombor ini akan dikenali sebagai kod transaksi. Dalam storan berterusan, program kecil kami akan kelihatan seperti ini:

// Anggapkan a berada di alamat 128 // Anggap F berada di alamat 129Addr opcode/value0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // 3281 / LOADA 1288 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 //12922 1 //12922 6 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // LOMPAT 430 831 18 // BERHENTI

Anda melihat bahawa 7 baris kod C menjadi 18 baris pemasangan, dan semuanya menjadi 32 bait dalam ingatan baca sahaja.

Penyahkodan
Arahan penyahkod mesti mengubah setiap opcode menjadi satu set isyarat yang akan mengawal pelbagai komponen di dalam mikropemproses. Mari kita ambil arahan TAMBAH sebagai contoh dan lihat apa yang perlu dilakukan. Jadi:

• 1. Dalam kitaran pertama, adalah perlu untuk memuatkan arahan itu sendiri, jadi penyahkod perlu: mengaktifkan penimbal untuk pembilang program dalam tiga keadaan, mengaktifkan baris baca (RD), mengaktifkan data dalam tiga keadaan penimbal dalam daftar perintah
• 2. Dalam kitaran jam kedua, arahan ADD dinyahkod. Terdapat sedikit yang perlu dilakukan di sini: tetapkan operasi unit logik aritmetik (ALU) kepada daftar C
• 3. Semasa kitaran jam ketiga, pembilang program dinaikkan (secara teori ini boleh bertindih dalam kitaran jam kedua)

Setiap arahan boleh dipecahkan kepada satu set operasi tersusun, seperti yang baru kita lihat. Mereka memanipulasi komponen mikropemproses dalam susunan yang betul. Sesetengah arahan, seperti arahan ADD, mungkin mengambil masa dua atau tiga kitaran jam. Yang lain mungkin mengambil lima atau enam kitaran.

Mari sampai ke penghujungnya

Bilangan transistor mempunyai kesan yang besar terhadap prestasi pemproses. Seperti yang dapat dilihat di atas, tipikal Mikropemproses Intel 8088 boleh melakukan 15 kitaran. Lebih banyak transistor, lebih tinggi prestasi - ia mudah. Sejumlah besar Transistor juga membenarkan teknologi seperti pemprosesan saluran paip.

Seni bina saluran paip terdiri daripada pelaksanaan arahan. Ia boleh mengambil lima kitaran untuk melaksanakan satu arahan, tetapi tidak boleh ada lima arahan dalam peringkat pelaksanaan yang berbeza pada masa yang sama. Jadi nampaknya satu arahan melengkapkan setiap kitaran jam.

Semua aliran ini membolehkan bilangan transistor berkembang, menghasilkan transistor berwajaran tinggi berjuta-juta dolar yang tersedia hari ini. Pemproses sedemikian boleh melakukan kira-kira satu bilion operasi sesaat - bayangkan. Dengan cara ini, kini banyak pengeluar telah berminat untuk mengeluarkan 64-bit pemproses mudah alih dan jelas gelombang lain akan datang, cuma kali ini raja fesyen adalah seni bina 64-bit. Mungkin saya akan sampai ke topik ini tidak lama lagi dan memberitahu anda cara ia sebenarnya berfungsi. Itu sahaja mungkin untuk hari ini. Saya harap anda mendapati ia menarik dan belajar banyak perkara baharu.

Unit pemprosesan pusat (CPU) ialah bahagian berfungsi komputer yang menjalankan operasi asas untuk memproses data dan mengawal operasi unit lain. Pemproses pusat terdiri daripada yang berikut yang saling berkaitan unsur konstituen: peranti logik aritmetik, peranti kawalan dan daftar.

DALAM komputer moden pemproses direka sebagai modul padat(dimensi kira-kira 5x5x0.3 cm) dimasukkan ke dalam soket ZIF (penyambung). Kebanyakan daripada pemproses moden dilaksanakan dalam bentuk cip semikonduktor tunggal yang mengandungi berjuta-juta, berbilion-bilion transistor.

Ciri-ciri utama pemproses ialah: kekerapan jam.frekuensi jam– bilangan denyutan jam sesaat. Pada masa ini, kelajuan jam diukur dalam gigahertz, i.e. dalam berbilion (109) denyutan sesaat. guna kekerapan jam Membandingkan prestasi pemproses hanya boleh dilakukan jika kedua-dua pemproses direka bentuk yang sama. Sebagai contoh, jika beberapa arahan dalam salah satu pemproses dilaksanakan dalam dua kitaran jam, dan yang lain dalam tiga, maka jika frekuensi adalah sama, yang pertama akan berfungsi satu setengah kali lebih cepat.

Ciri lain yang membolehkan anda menilai prestasi pemproses ialah cirinya kedalaman sedikit.

Kedalaman bit- Ini jumlah maksimum bit binari yang pemproses mampu memproses dalam satu arahan.

Selalunya, kedalaman bit ditakrifkan sebagai saiz daftar pemproses dalam bit. Lebar bas data dan bas alamat yang disokong oleh pemproses juga penting. Lebar bas data ialah bilangan maksimum bit yang boleh dibaca dalam satu capaian memori. Lebar bas alamat– ialah bilangan baris alamat; ia menentukan jumlah maksimum memori yang boleh disokong oleh pemproses.

Ciri-ciri Penting pemproses ialah – jenis teras, bilangan teras (1,2,3,4 komputer teras, siri pemproses - nombor model pemproses bersyarat, dan teknologi pengeluaran, frekuensi bas sistem.

Pemproses berfungsi bersama-sama dengan RAM. Data disalin ke sel pemproses (daftar) dan kemudian ditukar mengikut arahan (program).

Kebanyakan pemproses yang sedang digunakan adalah serasi dengan Intel, iaitu, mereka mempunyai set arahan dan antara muka pengaturcaraan yang dilaksanakan dalam pemproses Intel.

Pemproses yang paling popular hari ini dihasilkan daripada Intel, AMD dan IBM. Antara pemproses dari Intel: 8086, i286, i486, Pentium. , Pentium II, Pentium III dipanggil "tiga", Pentium 4 - "empat") Pentium III, Pentium 4, Celeron (versi ringkas Pentium) Core 2 Quad, Core 2 DUE Core i7, Xeon (serangkaian pemproses untuk pelayan), Itanium, Atom (satu siri pemproses untuk teknologi terbenam), dsb. AMD mempunyai barisan pemproses seni bina x86 (analog 80386 dan 80486, keluarga K6 dan keluarga K7 - Athlon, Duron, Sempron) dan x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom , Opteron, dll.). pemproses IBM(POWER6, POWER7, Xenon, PowerPC) digunakan dalam superkomputer, kotak set atas video generasi ke-7 dan teknologi terbenam; sebelum ini digunakan dalam komputer Apple.

Para saintis telah mengenal pasti corak, memanggilnya "undang-undang Moore": KUASA MIKROPROSES BERGANDA SETIAP TAHUN! Dalam 10-20 tahun akan datang, bahagian material pemproses mungkin berubah kerana fakta bahawa proses teknologi mencapai had fizikal pengeluaran. Mungkin ia akan menjadi:

1. Komputer optik- di mana bukannya isyarat elektrik Aliran cahaya (foton, bukan elektron) diproses.
2. Komputer kuantum, yang kerjanya berdasarkan kesan kuantum sepenuhnya. Pada masa ini, kerja sedang dijalankan untuk membuat versi yang berfungsi pemproses kuantum.
3. Komputer molekul - sistem pengkomputeran, menggunakan keupayaan pengiraan molekul (terutamanya organik). Komputer molekul menggunakan idea kuasa pengiraan susunan atom dalam ruang.

Prestasi pemproses dan PC secara keseluruhan bergantung dengan ketara pada jenisnya chipset . Chipset (Bahasa Inggeris) chipset) - satu set cip yang direka untuk kerjasama untuk melaksanakan satu set fungsi. Set cip yang terletak pada papan induk bertindak sebagai komponen penyambung yang memastikan fungsi bersama subsistem memori, pemproses pusat dan peranti PC lain.

Memori elektronik dalaman dalam PC hadir dalam jenis berikut:

1. Memori simpanan Sistem asas I/O (Bahasa Inggeris) BIOS ), dihasilkan menggunakan teknologi baca sahaja (Bahasa Inggeris . Ingatan Baca Sahaja - ROM ) atau dalam PC moden - mengikut teknologi kilat -ingatan, dan mengandungi:

· Program ujian kendiri PC selepas menghidupkannya – POS (dari bahasa Inggeris Kuasa Menguji Kendiri);

program pengurusan ingatan CMOS (Bahasa Inggeris) CMOS ) – SETUP

· program carian pemuat but BOOT ) sistem pengendalian, dsb.

1. Operasi ingatan, atau peranti storan capaian rawak(Bahasa Inggeris) Memori capaian rawak - Ram ), direka untuk menyimpan semua data dan program yang dilaksanakan dalam masa ini. Dilakukan sebagai memori dinamik semikonduktor (eng. Memori Capaian Rawak Dinamik - DRAM ), di mana setiap sel adalah kapasitor berdasarkan persimpangan transistor CMOS.
2. CMOS -ingatan (Bahasa Inggeris) CMOS ). tersendiri ciri Litar CMOS ialah penggunaan kuasa yang rendah dalam mod statik. Memori tidak menentu; dalam PC ia menerima kuasa daripada bateri yang boleh dicas semula pada papan induk. Memori CMOS dikawal oleh pengguna dalam dialog dengan program daripada BIOS – SETUP. Untuk menjalankan program SETUP dalam kebanyakan kes, sejurus selepas menghidupkan PC, anda harus menekan (mungkin beberapa kali) kekunci Padam. Simpanan memori CMOS:

· beberapa parameter peranti asas PC (jenis cakera keras, pemacu liut, dll.);

· kata laluan “hidupkan kuasa” untuk pengguna PC (dalam kes-kes tertentu dan pentadbir), diminta walaupun sebelum sistem pengendalian but;

· masa semasa(walaupun semasa PC dimatikan);

urutan carian cakera sistem(dengan OS) perkara yang perlu dipertimbangkan semasa menggunakan Pemacu langsung.

Ingatan dalaman mempunyai apa-apa jenis alamat sel organisasi berbanding ingatan luaran berdasarkan fail organisasi.

1. Cache- ingatan– ini adalah ingatan yang mempercepatkan operasi jenis ingatan lain (lebih perlahan) dengan menyimpan data baca sekiranya ia diakses semula. Memori cache ialah ingatan statik, yang berfungsi dengan lebih pantas RAM dinamik. Ia tidak mempunyai alamat sendiri, ia tidak berfungsi mengikut prinsip penyasaran von Neumann.
2. Memori maya

Komputer mempunyai jumlah maksimum memori yang dibenarkan, tetapi secara realistik RAM yang dipasang- hanya beberapa Bahagian ruang ini. Bahagian yang selebihnya diletakkan dalam khas fail sistem atau berasingan bahagian keras cakera. Jika kapasiti RAM tidak mencukupi untuk tugasan seterusnya, sistem menyalin bahagian "paling tidak diperlukan" (paling lama tidak digunakan) RAM ke cakera, membebaskan jumlah memori yang diperlukan. Apabila, sebaliknya, data dari cakera diperlukan, ia akan dikembalikan ke ruang RAM yang dibebaskan dengan cara yang sama.

Pemproses adalah, tanpa ragu-ragu, komponen utama mana-mana komputer. Sekeping silikon kecil ini, bersaiz beberapa puluh milimeter, yang melaksanakan semua tugas rumit yang anda tetapkan untuk komputer anda. Berlari ke sini sistem operasi, serta semua program. Tetapi bagaimana semuanya berfungsi? Kami akan cuba mengkaji soalan ini dalam artikel kami hari ini.

Pemproses menguruskan data pada komputer anda dan melaksanakan berjuta-juta arahan sesaat. Dan dengan pemproses perkataan, saya maksudkan dengan tepat maksudnya - cip kecil yang diperbuat daripada silikon yang sebenarnya melakukan semua operasi pada komputer. Sebelum kita beralih kepada cara pemproses berfungsi, kita mesti terlebih dahulu mempertimbangkan secara terperinci apa itu dan kandungannya.

Apakah pemproses atau CPU?

Mula-mula mari kita lihat apa itu pemproses. CPU atau unit pemprosesan pusat (unit pemprosesan pusat) - yang merupakan litar mikro dengan sejumlah besar transistor, dibuat pada kristal silikon. Pemproses pertama di dunia telah dibangunkan oleh Intel pada tahun 1971. Semuanya bermula dengan model Intel 4004. Ia hanya boleh menjalankan operasi pengiraan dan hanya boleh memproses 4 bait data. Model seterusnya keluar pada tahun 1974 - Intel 8080 dan sudah boleh memproses 8 bit maklumat. Seterusnya ialah 80286, 80386, 80486. Dari pemproses inilah nama seni bina itu datang.

Kelajuan jam pemproses 8088 ialah 5 MHz, dan bilangan operasi sesaat hanya 330,000, yang jauh lebih rendah daripada pemproses moden. Peranti moden mempunyai kekerapan sehingga 10 GHz dan beberapa juta operasi sesaat.

Kami tidak akan mempertimbangkan transistor; kami akan bergerak ke tahap yang lebih tinggi. Setiap pemproses terdiri daripada komponen berikut:

• teras— semua pemprosesan maklumat dan operasi matematik dilakukan di sini; mungkin terdapat beberapa teras;
• Penyahkod arahan- komponen ini tergolong dalam teras, ia menukar arahan program menjadi satu set isyarat yang akan dilakukan oleh transistor teras;
• Cache- kawasan memori ultra-pantas, volum kecil, di mana data dibaca daripada RAM disimpan;
• Mendaftar- ini adalah sel memori yang sangat pantas di mana data yang sedang diproses disimpan. Terdapat hanya beberapa daripada mereka dan mereka mempunyai saiz terhad - 8, 16 atau 32 bit, kapasiti bit pemproses bergantung pada ini;
• Coprocessor- teras berasingan yang dioptimumkan hanya untuk melaksanakan operasi tertentu, contohnya, pemprosesan video atau penyulitan data;
• Alamat bas— untuk komunikasi dengan semua peranti yang disambungkan ke papan induk, boleh mempunyai lebar 8, 16 atau 32 bit;
• Bas data- untuk komunikasi dengan RAM. Menggunakannya, pemproses boleh menulis data ke memori atau membacanya dari sana. Bas memori boleh menjadi 8, 16 atau 32 bit, ini adalah jumlah data yang boleh dipindahkan pada satu masa;
• Bas penyegerakan— membolehkan anda mengawal kekerapan pemproses dan kitaran operasi;
• Mulakan semula bas— untuk menetapkan semula keadaan pemproses;

Komponen utama boleh dianggap sebagai teras atau peranti pengkomputeran aritmetik, serta daftar pemproses. Segala-galanya membantu kedua-dua komponen ini berfungsi. Mari kita lihat apa itu daftar dan apakah tujuannya.

• Daftar A, B, C— direka untuk menyimpan data semasa pemprosesan, ya, terdapat hanya tiga daripadanya, tetapi ini sudah cukup;
• EIP— mengandungi alamat arahan program seterusnya dalam RAM;
• ESP— alamat data dalam RAM;
• Z— mengandungi hasil operasi perbandingan terakhir;

Sudah tentu, ini bukan semua daftar memori, tetapi ini adalah yang paling penting dan paling banyak digunakan oleh pemproses semasa pelaksanaan program. Nah, sekarang anda tahu apa yang terdiri daripada pemproses, anda boleh melihat cara ia berfungsi.

Bagaimanakah pemproses komputer berfungsi?

Teras pengiraan CPU hanya boleh melakukan matematik, perbandingan dan memindahkan data antara sel dan RAM, tetapi ia cukup untuk membolehkan anda bermain permainan, menonton filem, menyemak imbas web dan banyak lagi.

Malah, mana-mana program mengandungi arahan berikut: pindah, tambah, darab, bahagi, beza dan pergi ke arahan jika syarat perbandingan dipenuhi. Sudah tentu, ini bukan semua arahan; ada yang lain yang menggabungkan arahan yang telah disenaraikan atau memudahkan penggunaannya.

Semua pergerakan data dilakukan menggunakan arahan bergerak (mov), arahan ini memindahkan data antara sel daftar, antara daftar dan RAM, antara memori dan cakera keras. Untuk operasi aritmetik Terdapat arahan khas. Dan arahan lompat diperlukan untuk memenuhi syarat, contohnya, semak nilai daftar A dan jika ia bukan sifar, kemudian pergi ke arahan pada ke alamat yang betul. Anda juga boleh membuat gelung menggunakan arahan lompat.

Ini semua sangat baik, tetapi bagaimanakah semua komponen ini berinteraksi antara satu sama lain? Dan bagaimanakah transistor memahami arahan? Operasi keseluruhan pemproses dikawal oleh penyahkod arahan. Ia menjadikan setiap komponen melakukan apa yang sepatutnya dilakukan. Mari kita lihat apa yang berlaku apabila kita perlu melaksanakan program.

Pada peringkat pertama, penyahkod memuatkan alamat arahan pertama program dalam ingatan ke dalam daftar EIP arahan seterusnya, untuk ini ia mengaktifkan saluran baca dan membuka transistor selak untuk memasukkan data ke dalam daftar EIP.

Dalam kitaran jam kedua, penyahkod arahan menukar arahan menjadi satu set isyarat untuk transistor teras pengkomputeran, yang melaksanakannya dan menulis hasilnya ke salah satu daftar, contohnya, C.

Pada kitaran ketiga, penyahkod menambah alamat arahan seterusnya dengan satu supaya ia menunjuk ke arahan berikut dalam fikiran. Seterusnya, penyahkod meneruskan untuk memuatkan arahan seterusnya dan seterusnya sehingga tamat program.

Setiap arahan sudah dikodkan oleh jujukan transistor, dan ditukar menjadi isyarat, ia menyebabkan perubahan fizikal dalam pemproses, contohnya, menukar kedudukan selak yang membolehkan data ditulis ke sel memori, dan sebagainya. Untuk pelaksanaan pasukan yang berbeza perlu kuantiti yang berbeza kitaran jam, sebagai contoh, satu perintah mungkin memerlukan 5 kitaran jam, dan satu lagi, lebih kompleks, sehingga 20. Tetapi semua ini masih bergantung pada bilangan transistor dalam pemproses itu sendiri.

Nah, ini semua jelas, tetapi semua ini hanya akan berfungsi jika satu program berjalan, dan jika terdapat beberapa daripadanya dan semuanya pada masa yang sama. Kita boleh menganggap bahawa pemproses mempunyai beberapa teras, dan kemudian setiap teras dilaksanakan program berasingan. Tetapi tidak, sebenarnya tiada sekatan sedemikian.

menjadi satu detik tertentu Hanya satu program boleh dilaksanakan. Semua masa CPU dikongsi antara semua orang menjalankan program, setiap program dijalankan untuk beberapa kitaran jam, kemudian pemproses dipindahkan ke program lain, dan semua kandungan daftar disimpan dalam RAM. Apabila kawalan kembali ke program ini, nilai yang disimpan sebelum ini dimuatkan ke dalam daftar.

kesimpulan

Itu sahaja, dalam artikel ini kita melihat bagaimana pemproses komputer berfungsi, apa itu pemproses dan kandungannya. Ia mungkin sedikit rumit, tetapi kami telah memastikannya mudah. Saya harap anda kini mempunyai pemahaman yang lebih baik tentang cara peranti yang sangat kompleks ini berfungsi.

Untuk menyimpulkan video tentang sejarah pemproses: