▷ Μέρη ενός επεξεργαστή εξωτερικά και εσωτερικά: βασικές έννοιες;

Σίγουρα όλοι γνωρίζουμε γενικά τι είναι μια CPU, αλλά γνωρίζουμε πραγματικά ποια είναι τα μέρη ενός επεξεργαστή; Ο καθένας από τους κύριους, που είναι απαραίτητο για αυτό το μικρό τετράγωνο πυριτίου να μπορεί να επεξεργαστεί μεγάλα ποσά πληροφοριών, μπορεί να μεταφέρει την ανθρωπότητα σε μια εποχή όπου, χωρίς ηλεκτρονικά συστήματα, θα ήταν μια πλήρης καταστροφή.

Οι μεταποιητές αποτελούν ήδη μέρος της καθημερινής μας ζωής, ιδιαίτερα των ανθρώπων που έχουν γεννηθεί τα τελευταία 20 χρόνια. Πολλοί έχουν αναπτυχθεί εντελώς αναμειγνύονται με την τεχνολογία, για να μην αναφέρουμε και τα μικρότερα που φέρνουν ένα Smartphone κάτω από τα χέρια τους αντί για ένα ψωμί… Σε όλες αυτές τις συσκευές, υπάρχει ένα κοινό στοιχείο που ονομάζεται επεξεργαστής, ο οποίος είναι υπεύθυνος για να δώσει " τα μηχανήματα γύρω μας. Εάν αυτό το στοιχείο δεν υπήρχε, ούτε οι υπολογιστές, τα κινητά, τα ρομπότ και οι γραμμές συναρμολόγησης, με λίγα λόγια, ο καθένας θα είχε δουλειά… αλλά θα ήταν αδύνατο να φτάσουμε εκεί που τα έχουμε φτιάξει, δεν υπάρχει ακόμα κόσμος όπως το "Matrix" όλα θα πάνε.

Ευρετήριο περιεχομένων

Τι είναι ο επεξεργαστής και γιατί είναι τόσο σημαντικό

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να γνωρίζουμε ότι όχι μόνο ένας υπολογιστής έχει επεξεργαστή μέσα. Όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές, όλες, έχουν μέσα τους ένα στοιχείο που λειτουργεί ως επεξεργαστής, είτε πρόκειται για ένα ψηφιακό ρολόι, είτε για ένα προγραμματιζόμενο αυτόματο είτε για ένα Smartphone.

Αλλά, φυσικά, πρέπει επίσης να γνωρίζουμε ότι, ανάλογα με τις δυνατότητές τους και για ό, τι παράγονται, οι επεξεργαστές μπορεί να είναι περισσότερο ή λιγότερο πολύπλοκοι, από την απλή εκτέλεση διαδοχικών δυαδικών κωδικών στο φωτισμό ενός πίνακα LED, στο χειρισμό τεράστιων ποσοτήτων πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένης της μάθησης από αυτούς (μηχανική μάθηση και τεχνητή νοημοσύνη).

Η CPU ή η κεντρική μονάδα επεξεργασίας στα ισπανικά είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ικανό να εκτελέσει τις εργασίες και τις οδηγίες που περιέχονται σε ένα πρόγραμμα. Αυτές οι οδηγίες είναι πολύ απλοποιημένες και βασίζονται σε βασικούς αριθμητικούς υπολογισμούς (προσθήκη, αφαίρεση, πολλαπλασιασμό και διαίρεση), λογικές λειτουργίες (AND, OR, NOT, NOR, NAND) και έλεγχος εισόδου / εξόδου (I / O). των συσκευών.

Στη συνέχεια, ο επεξεργαστής είναι το στοιχείο που είναι υπεύθυνο για τη διεξαγωγή όλων των λειτουργιών που αποτελούν τις οδηγίες ενός προγράμματος. Αν βάλουμε τον εαυτό μας στην οπτική γωνία του μηχανήματος, αυτές οι πράξεις περιορίζονται σε απλές αλυσίδες μηδενικών και σε αυτές που ονομάζονται bits και αντιπροσωπεύουν τις τρέχουσες / μη ρεύμαες καταστάσεις, σχηματίζοντας έτσι δυαδικές λογικές δομές που ακόμη και ο άνθρωπος είναι ικανός. να κατανοούν και να προγραμματίζουν σε κώδικα μηχανών, συναρμολογητές ή μέσω γλώσσας προγραμματισμού υψηλότερου επιπέδου.

Τα τρανζίστορ, οι ένοχοι όλων

Οι επεξεργαστές δεν θα υπήρχαν, τουλάχιστον τόσο μικροί, αν δεν ήταν για τα τρανζίστορ. Είναι η βασική μονάδα για να μιλήσω, για κάθε επεξεργαστή και ολοκληρωμένο κύκλωμα. Πρόκειται για μια συσκευή ημιαγωγού που κλείνει ή ανοίγει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ή ενισχύει ένα σήμα. Με αυτό τον τρόπο, μπορούμε να δημιουργήσουμε αυτά και μηδενικά, τη δυαδική γλώσσα που κατανοεί η CPU.

Αυτά τα τρανζίστορ ξεκίνησαν σαν βαλβίδες κενού, τεράστιες συσκευές που μοιάζουν με λαμπτήρες φωτοβολταϊκών, ικανές να εκτελούν τις δικές τους μεταλλάξεις, αλλά με μηχανικά στοιχεία σε κενό. Οι υπολογιστές όπως το ENIAC ή το EDVAC είχαν βαλβίδες κενού μέσα τους αντί για τρανζίστορ και ήταν εξαιρετικά μεγάλες και καταναλώνουν σχεδόν την ενέργεια μιας μικρής πόλης. Αυτά τα μηχανήματα ήταν τα πρώτα με αρχιτεκτονική Von Neumann.

Αλλά στη δεκαετία του 1950 έως τη δεκαετία του 1960 άρχισαν να δημιουργούνται οι πρώτες CPU της τρανζίστορ - στην πραγματικότητα, ήταν η ΙΒΜ το 1958 όταν δημιούργησε το πρώτο μηχάνημα βασισμένο σε τρανζίστορ ημιαγωγών με το IBM 7090. Από τότε η εξέλιξη ήταν θεαματική, κατασκευαστές όπως η Intel και αργότερα η AMD άρχισε να δημιουργεί τους πρώτους επεξεργαστές για επιτραπέζιους υπολογιστές, εφαρμόζοντας την επαναστατική αρχιτεκτονική x86 χάρη στον επεξεργαστή Intel 8086 CPU. Στην πραγματικότητα, ακόμα και σήμερα, οι επεξεργαστές επιφάνειας εργασίας βασίζονται σε αυτήν την αρχιτεκτονική, αργότερα θα δούμε τα μέρη του επεξεργαστή x86.

Μετά από αυτό, η αρχιτεκτονική άρχισε να γίνεται όλο και πιο περίπλοκη, με μικρότερες μάρκες, αλλά και με την πρώτη εισαγωγή περισσότερων πυρήνων μέσα, και μετά με πυρήνες ειδικά αφιερωμένους στην επεξεργασία γραφικών. Ακόμα και οι εξαιρετικά γρήγορες τράπεζες μνήμης που ονομάζονταν μνήμη cache και ο δίαυλος σύνδεσης με την κύρια μνήμη RAM, εισήχθησαν μέσα σε αυτές τις μικρές μάρκες.

Τα εξωτερικά μέρη ενός επεξεργαστή

Μετά από αυτή τη σύντομη ανασκόπηση της ιστορίας των επεξεργαστών έως ότου βρισκόμαστε στην εποχή μας, θα δούμε τι εξωτερικά στοιχεία έχει ένας τρέχων επεξεργαστής. Μιλάμε για φυσικά στοιχεία που μπορούν να αγγιχτούν και για το χρήστη. Αυτό θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις ανάγκες φυσικής και συνδεσιμότητας ενός επεξεργαστή.

Υποδοχή

Η υποδοχή ή η πρίζα της CPU είναι ένα ηλεκτρομηχανικό σύστημα σταθερά εγκατεστημένο σε μια μητρική πλακέτα που είναι υπεύθυνη για τη διασύνδεση του επεξεργαστή με τα άλλα στοιχεία του πίνακα και του υπολογιστή. Υπάρχουν διάφοροι βασικοί τύποι υποδοχών στην αγορά και με πολλές διαφορετικές διαμορφώσεις. Υπάρχουν τρία στοιχεία στο όνομά σας ή στην ονομασία που θα μας κάνουν να καταλάβουμε για ποιο λόγο μιλάμε:

Ο κατασκευαστής μπορεί να είναι Intel ή AMD στην περίπτωση των προσωπικών υπολογιστών, αυτό είναι κάτι απλό να καταλάβουμε. Όσον αφορά τον τύπο σύνδεσης, έχουμε τρεις διαφορετικούς τύπους:

• LGA: (πίνακας επαφών πλέγματος), σημαίνει ότι οι ακίδες επαφής είναι εγκατεστημένες στην ίδια την υποδοχή, ενώ η CPU έχει μόνο μια επίπεδη συστοιχία επαφών. PGA: (πλέγμα πινάκων καρφίτσες), είναι ακριβώς το αντίθετο από το προηγούμενο, είναι ο επεξεργαστής που έχει τις καρφίτσες και την πρίζα τις τρύπες για να τις τοποθετήσετε. BGA: (συστοιχία πλέγματος μπάλας), στην περίπτωση αυτή ο επεξεργαστής συνδέεται απευθείας στη μητρική πλακέτα.

Όσο για τον τελευταίο αριθμό, προσδιορίζει τον τύπο διανομής ή τον αριθμό των ακίδων σύνδεσης που διαθέτει η CPU με την πρίζα. Υπάρχει ένα τεράστιο ποσό τόσο στην Intel όσο και στην AMD.

Υπόστρωμα

Το υπόστρωμα είναι βασικά το PCB όπου εγκαθίσταται το τσιπ πυριτίου που περιέχει το ηλεκτρονικό κύκλωμα των πυρήνων, που ονομάζεται DIE. Οι σημερινοί επεξεργαστές ενδέχεται να έχουν εγκατεστημένα ξεχωριστά περισσότερα από ένα από αυτά τα στοιχεία.

Αλλά και αυτός ο μικρός πίνακας PCB περιέχει ολόκληρη τη μήτρα των ακίδων σύνδεσης με την υποδοχή της μητρικής πλακέτας, σχεδόν πάντα επιχρυσωμένη για να βελτιώσει τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας και με προστασία από υπερφόρτωση και ρεύματα κύματος με τη μορφή πυκνωτών.

DIE

Το DIE είναι ακριβώς το τετράγωνο ή το τσιπ που περιέχει όλο το ολοκληρωμένο κύκλωμα και τα εσωτερικά εξαρτήματα ενός επεξεργαστή. Οπτικά, θεωρείται ως ένα μικρό μαύρο στοιχείο που προεξέχει από το υπόστρωμα και έρχεται σε επαφή με το στοιχείο διάχυσης θερμότητας.

Επειδή ολόκληρο το σύστημα επεξεργασίας είναι μέσα σε αυτό, το DIE φτάνει σε απίστευτα υψηλές θερμοκρασίες, οπότε πρέπει να προστατεύεται από άλλα στοιχεία.

IHS

Ονομάζεται επίσης DTS ή ενσωματωμένος θερμικός διαχυτήρας και η λειτουργία του είναι να συλλάβει όλη τη θερμοκρασία των πυρήνων του επεξεργαστή και να μεταφερθεί στον ψύκτη που έχει εγκαταστήσει αυτό το στοιχείο. Είναι κατασκευασμένο από χαλκό ή αλουμίνιο.

Αυτό το στοιχείο είναι ένα φύλλο ή καψυλλίωση που προστατεύει το DIE από το εξωτερικό και μπορεί να έρθει σε άμεση επαφή με αυτό μέσω θερμικής πάστας ή απευθείας συγκολλημένο. Στο εξειδικευμένο εξοπλισμό τυχερών παιχνιδιών, οι χρήστες αφαιρούν αυτό το IHS για να τοποθετήσουν τους ψύκτες απευθείας σε επαφή με το DIE χρησιμοποιώντας θερμική πάστα σε μια ένωση υγρού μετάλλου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται Delidding και σκοπός της είναι να βελτιώσει σημαντικά τις θερμοκρασίες του επεξεργαστή.

Ψυγείο

Το τελικό στοιχείο που είναι υπεύθυνο για τη συλλογή όσο το δυνατόν περισσότερης θερμότητας και τη μεταφορά της στην ατμόσφαιρα. Είναι μικρά ή μεγάλα μπλοκ από αλουμίνιο και βάση χαλκού, εξοπλισμένα με ανεμιστήρες που βοηθούν στην ψύξη ολόκληρης της επιφάνειας μέσω ενός αναγκαστικού ρεύματος αέρα μέσω των πτερυγίων.

Κάθε επεξεργαστής υπολογιστή χρειάζεται να λειτουργεί μια ψήκτρα και να διατηρεί τις θερμοκρασίες υπό έλεγχο.

Λοιπόν αυτά είναι τα μέρη ενός επεξεργαστή εξωτερικά, τώρα θα δούμε το πιο τεχνικό μέρος, τα εσωτερικά συστατικά του.

Von Neumann αρχιτεκτονική

Οι σημερινοί υπολογιστές βασίζονται στην αρχιτεκτονική του Von Neumann, ο οποίος ήταν ο μαθηματικός υπεύθυνος για να δώσει ζωή στους πρώτους υπολογιστές της ιστορίας το 1945, γνωρίζετε, ENIAC και τους άλλους μεγάλους φίλους του. Αυτή η αρχιτεκτονική είναι βασικά ο τρόπος με τον οποίο τα στοιχεία ή τα στοιχεία ενός υπολογιστή διανέμονται έτσι ώστε να είναι δυνατή η λειτουργία του. Αποτελείται από τέσσερα βασικά μέρη:

• Πρόγραμμα και μνήμη δεδομένων: είναι το στοιχείο όπου αποθηκεύονται οι εντολές που πρέπει να εκτελεστούν στον επεξεργαστή. Αποτελείται από μονάδες αποθήκευσης ή σκληρούς δίσκους, μνήμη RAM τυχαίας προσπέλασης και προγράμματα που περιέχουν τις ίδιες τις οδηγίες. Κεντρική μονάδα επεξεργασίας ή CPU: αυτός είναι ο επεξεργαστής, η μονάδα που ελέγχει και επεξεργάζεται όλες τις πληροφορίες που προέρχονται από την κύρια μνήμη και τις συσκευές εισόδου. Μονάδα εισόδου και εξόδου: επιτρέπει την επικοινωνία με περιφερειακά και εξαρτήματα που είναι συνδεδεμένα στην κεντρική μονάδα. Φυσικά θα μπορούσαμε να τα αναγνωρίσουμε ως τις υποδοχές και τα λιμάνια της μητρικής πλακέτας μας. Δεδομένα λεωφορείων: είναι τα κομμάτια, τα κομμάτια ή τα καλώδια που συνδέουν φυσικά τα στοιχεία. Σε μια CPU χωρίζονται στον δίαυλο ελέγχου, το δίαυλο δεδομένων και το δίαυλο διεύθυνσης.

Επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων

Πριν αρχίσουμε να απαριθμούμε τα εσωτερικά στοιχεία ενός επεξεργαστή, είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε ποιοι είναι οι πυρήνες ενός επεξεργαστή και η λειτουργία τους σε αυτό.

Ο πυρήνας ενός επεξεργαστή είναι το ολοκληρωμένο κύκλωμα που είναι υπεύθυνο για την εκτέλεση των απαραίτητων υπολογισμών με τις πληροφορίες που περνούν μέσα από αυτό. Κάθε επεξεργαστής λειτουργεί σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, μετρούμενη σε MHz, η οποία δείχνει τον αριθμό των λειτουργιών που είναι σε θέση να εκτελέσει. Λοιπόν, οι τρέχοντες επεξεργαστές δεν έχουν μόνο έναν πυρήνα, αλλά αρκετές από αυτές, όλες με τα ίδια εσωτερικά στοιχεία και είναι σε θέση να εκτελούν και να επιλύουν οδηγίες ταυτόχρονα σε κάθε κύκλο ρολογιού.

Έτσι, εάν ένας επεξεργαστής πυρήνα μπορεί να εκτελέσει μία εντολή σε κάθε κύκλο, εάν είχε 6, θα μπορούσε να εκτελέσει 6 από αυτές τις οδηγίες στον ίδιο κύκλο. Πρόκειται για μια δραματική αναβάθμιση της απόδοσης και ακριβώς αυτό που κάνουν οι σημερινοί επεξεργαστές. Αλλά όχι μόνο έχουμε πυρήνες, αλλά και επεξεργαζόμενα νήματα, τα οποία είναι σαν ένα είδος λογικών πυρήνων μέσω των οποίων κυκλοφορούν τα νήματα ενός προγράμματος.

Επισκεφθείτε το άρθρο μας σχετικά με: ποια είναι τα θέματα ενός επεξεργαστή; Διαφορές με τους πυρήνες να μάθουν περισσότερα για το θέμα.

Εσωτερικά τμήματα επεξεργαστή (x86)

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές αρχιτεκτονικές και διαμορφώσεις μικροεπεξεργαστών, αλλά αυτό που μας ενδιαφέρει είναι αυτό που βρίσκεται μέσα στους υπολογιστές μας και αυτό είναι αναμφίβολα αυτό που λαμβάνει το όνομα του x86. Μπορούμε να το δούμε άμεσα φυσικά ή σχηματικά για να το καταστήσουμε λίγο πιο ξεκάθαρο, γνωρίζουμε ότι όλα αυτά βρίσκονται μέσα στο DIE.

Πρέπει να έχουμε κατά νου ότι η μονάδα ελέγχου, η αριθμητική-λογική μονάδα, οι καταχωρητές και η FPU θα υπάρχουν σε κάθε έναν από τους πυρήνες επεξεργαστών.

Ας δούμε πρώτα τα κύρια εσωτερικά στοιχεία:

Μονάδα ελέγχου

Στην αγγλική γλώσσα που ονομάζεται μονάδα ελέγχου ή CU, είναι υπεύθυνη για την καθοδήγηση της λειτουργίας του επεξεργαστή. Αυτό γίνεται με την έκδοση εντολών με τη μορφή σημάτων ελέγχου στη μνήμη RAM, τη μονάδα αριθμητικής-λογικής και τις συσκευές εισόδου και εξόδου, ώστε να γνωρίζουν πώς να διαχειρίζονται τις πληροφορίες και τις οδηγίες που αποστέλλονται στον επεξεργαστή. Για παράδειγμα, συλλέγουν δεδομένα, εκτελούν υπολογισμούς και αποθηκεύουν αποτελέσματα.

Αυτή η μονάδα εξασφαλίζει ότι τα υπόλοιπα εξαρτήματα λειτουργούν συγχρονισμένα χρησιμοποιώντας σήματα ρολογιού και χρονισμού. Σχεδόν όλοι οι επεξεργαστές έχουν αυτή τη μονάδα μέσα, αλλά ας πούμε ότι είναι έξω από αυτό που είναι ο πυρήνας της επεξεργασίας. Με τη σειρά του, μπορούμε να διακρίνουμε σε αυτό τα ακόλουθα μέρη:

• Ρολόι (CLK): είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία ενός τετραγωνικού σήματος που συγχρονίζει τα εσωτερικά στοιχεία. Υπάρχουν και άλλα ρολόγια που είναι υπεύθυνα για αυτό το συγχρονισμό μεταξύ στοιχείων, για παράδειγμα ο πολλαπλασιαστής, τον οποίο θα δούμε αργότερα. Μετρητής προγράμματος (CP): περιέχει τη διεύθυνση μνήμης της επόμενης εντολής που θα εκτελεστεί. Εγγραφή εντολών (RI): αποθηκεύει την εντολή που εκτελείται Sequencer και Decoder: ερμηνεύει και εκτελεί τις οδηγίες μέσω εντολών

Αριθμητική-Λογική Μονάδα

Θα το ξέρετε σίγουρα με το ακρωνύμιο "ALU". Η μονάδα ALU είναι υπεύθυνη για τη διεξαγωγή όλων των αριθμητικών και λογικών υπολογισμών με ακέραιους αριθμούς σε επίπεδο bit, η μονάδα αυτή λειτουργεί απευθείας με τις οδηγίες (τελεστές) και με τη λειτουργία που την έδωσε η μονάδα ελέγχου (χειριστής).

Οι τελεστές μπορούν να προέρχονται είτε από τους εσωτερικούς καταχωρητές του επεξεργαστή είτε απευθείας από τη μνήμη RAM, μπορούν ακόμη και να δημιουργηθούν στην ίδια την ALU ως αποτέλεσμα άλλης λειτουργίας. Η έξοδος αυτού θα είναι το αποτέλεσμα της λειτουργίας, που είναι μια άλλη λέξη που θα αποθηκευτεί σε ένα μητρώο. Αυτά είναι τα βασικά του μέρη:

• Μητρώα εισόδου (REN): διατηρούν σε αυτούς τους τελεστές που πρέπει να αξιολογηθούν. Κωδικός λειτουργίας: Ο CU στέλνει τον χειριστή έτσι ώστε να εκτελεστεί η λειτουργία Accumulator ή Αποτέλεσμα: το αποτέλεσμα της πράξης βγαίνει από την ALU ως δυαδική λέξη Register status (Flag): αποθηκεύει διαφορετικές συνθήκες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.

Μονάδα κυμαινόμενου σημείου

Θα το γνωρίζετε ως Μονάδα FPU ή Floating Point. Βασικά πρόκειται για μια ενημέρωση που πραγματοποιήθηκε από τους επεξεργαστές νέας γενιάς που ειδικεύεται στον υπολογισμό των λειτουργιών κυμαινόμενου σημείου με τη χρήση ενός μαθηματικού συνεπεξεργαστή. Υπάρχουν μονάδες που μπορούν να πραγματοποιήσουν και τριγωνομετρικούς ή εκθετικούς υπολογισμούς.

Βασικά είναι μια προσαρμογή για την αύξηση της απόδοσης των επεξεργαστών στην επεξεργασία γραφικών όπου οι υπολογισμοί που πρέπει να εκτελεστούν είναι πολύ πιο βαρύι και πιο περίπλοκοι απ 'ότι σε κανονικά προγράμματα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι λειτουργίες της FPU εκτελούνται από την ίδια την ALU χρησιμοποιώντας έναν μικροκώδικα εντολής.

Εγγραφές

Οι σημερινοί επεξεργαστές έχουν το δικό τους σύστημα αποθήκευσης, έτσι να το πω, και η μικρότερη και ταχύτερη μονάδα είναι οι καταχωρητές. Βασικά είναι μια μικρή αποθήκη στην οποία αποθηκεύονται οι οδηγίες που υποβάλλονται σε επεξεργασία και τα αποτελέσματα που λαμβάνονται από αυτά.

Μνήμη προσωρινής μνήμης

Το επόμενο επίπεδο αποθήκευσης είναι μνήμη προσωρινής μνήμης, η οποία είναι επίσης εξαιρετικά γρήγορη μνήμη, πολύ περισσότερο από τη μνήμη RAM που είναι υπεύθυνη για την αποθήκευση των οδηγιών που θα χρησιμοποιηθούν άμεσα από τον επεξεργαστή. Ή τουλάχιστον θα προσπαθήσετε να αποθηκεύσετε τις οδηγίες που νομίζετε ότι θα χρησιμοποιηθούν, καθώς μερικές φορές δεν υπάρχει άλλη επιλογή παρά να τους ζητήσετε απευθείας από τη μνήμη RAM.

Η κρυφή μνήμη των σημερινών επεξεργαστών ενσωματώνεται στο ίδιο DIE του επεξεργαστή και διαιρείται σε ένα σύνολο τριών επιπέδων: L1, L2 και L3:

• Επίπεδο 1 Cache (L1): Είναι το μικρότερο μετά τα αρχεία καταγραφής και το ταχύτερο από τα τρία. Κάθε πυρήνας επεξεργασίας έχει τη δική του μνήμη L1, η οποία με τη σειρά της χωρίζεται σε δύο, τα δεδομένα L1 που είναι υπεύθυνα για την αποθήκευση των δεδομένων και η οδηγία L1, η οποία αποθηκεύει τις οδηγίες εκτέλεσης. Είναι συνήθως 32KB το καθένα. Επίπεδο 2 Cache (L2) - Αυτή η μνήμη είναι πιο αργή από την L2, αλλά και μεγαλύτερη. Τυπικά, κάθε πυρήνας έχει τη δική του L2, η οποία μπορεί να είναι περίπου 256 KB, αλλά στην περίπτωση αυτή δεν είναι άμεσα ενσωματωμένη στο κύκλωμα πυρήνα. Επίπεδο 3 Cache (L3): Είναι το πιο αργό από τα τρία, αν και πολύ ταχύτερο από RAM. Βρίσκεται επίσης έξω από τους πυρήνες και διανέμεται μεταξύ πολλών πυρήνων. Αυτός κυμαίνεται μεταξύ 8 MB και 16 MB, αν και σε πολύ ισχυρές CPU φθάνει τα 30 MB.

Εισερχόμενα και εξερχόμενα λεωφορεία

Ο δίαυλος είναι το κανάλι επικοινωνίας μεταξύ των διαφόρων στοιχείων που απαρτίζουν έναν υπολογιστή. Είναι οι φυσικές γραμμές μέσω των οποίων κυκλοφορούν τα δεδομένα με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας, οι οδηγίες και όλα τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για την επεξεργασία. Αυτά τα λεωφορεία μπορούν να τοποθετηθούν απευθείας μέσα στον επεξεργαστή ή εκτός του, στη μητρική πλακέτα. Υπάρχουν τρεις τύποι λεωφορείων σε έναν υπολογιστή:

• Δίαυλος δεδομένων: σίγουρα το πιο εύκολο να καταλάβει, επειδή είναι το λεωφορείο μέσω του οποίου κυκλοφορούν τα δεδομένα που αποστέλλονται και λαμβάνονται από τα διαφορετικά στοιχεία, προς ή από τον επεξεργαστή. Αυτό σημαίνει ότι είναι ένας αμφίδρομος δίαυλος και μέσω αυτού θα κυκλοφορούν λέξεις με μήκος 64 bit, το μήκος που μπορεί να χειριστεί ο επεξεργαστής. Ένα παράδειγμα ενός διαύλου δεδομένων είναι οι LANES ή οι PCI Express Lines, οι οποίες επικοινωνούν την CPU με τις υποδοχές PCI, για παράδειγμα, για μια κάρτα γραφικών. Δίαυλος διεύθυνσης: Ο δίαυλος διεύθυνσης δεν κυκλοφορεί δεδομένα, αλλά διευθύνσεις μνήμης για να εντοπίσει τα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη. Το RAM είναι σαν ένα μεγάλο κατάστημα δεδομένων χωρισμένο σε κελιά, και κάθε ένα από αυτά τα κελιά έχει τη δική του διεύθυνση. Θα είναι ο επεξεργαστής που ζητά τη μνήμη για τα δεδομένα στέλνοντας μια διεύθυνση μνήμης, αυτή η διεύθυνση πρέπει να είναι τόσο μεγάλη όσο τα κελιά έχουν τη μνήμη RAM. Επί του παρόντος, ένας επεξεργαστής μπορεί να απευθύνει διευθύνσεις μνήμης έως 64 bit, δηλαδή μπορούμε να χειριστούμε μνήμες έως και 2 ⁶⁴ κελιών. Δίαυλος ελέγχου: ο δίαυλος ελέγχου είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση των δύο προηγούμενων λεωφορείων, χρησιμοποιώντας σήματα ελέγχου και χρονισμού για την συγχρονισμένη και αποτελεσματική χρήση όλων των πληροφοριών που κυκλοφορούν προς ή από τον επεξεργαστή. Θα ήταν σαν τον πύργο ελέγχου εναέριας κυκλοφορίας ενός αεροδρομίου.

BSB, μονάδα εισόδου / εξόδου και πολλαπλασιαστή

Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι οι σημερινοί επεξεργαστές δεν διαθέτουν το παραδοσιακό FSB ή Front Bus, το οποίο εξυπηρετούσε την επικοινωνία της CPU με τα υπόλοιπα στοιχεία της μητρικής πλακέτας, για παράδειγμα, chipset και περιφερειακά μέσω της βόρειας γέφυρας και της νότιας γέφυρας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο ίδιος ο δίαυλος έχει εισαχθεί στην CPU ως μονάδα διαχείρισης δεδομένων εισόδου και εξόδου (I / O) που μεταδίδει απευθείας τη μνήμη RAM με τον επεξεργαστή σαν να ήταν η παλιά βόρεια γέφυρα. Τεχνολογίες όπως η HyperTransport της AMD ή η HyperThreading της Intel είναι υπεύθυνες για τη διαχείριση της ανταλλαγής πληροφοριών σχετικά με επεξεργαστές υψηλής απόδοσης.

Ο δίαυλος BSB ή Back Side Bus είναι ο δίαυλος που είναι υπεύθυνος για τη σύνδεση του μικροεπεξεργαστή με τη μνήμη προσωρινής μνήμης του, συνήθως αυτή της L2. Με αυτό τον τρόπο, το μπροστινό λεωφορείο μπορεί να απελευθερωθεί από ένα αρκετά φορτίο και έτσι να φέρει την ταχύτητα των κρυφών μαρκών ακόμη πιο κοντά στην ταχύτητα του πυρήνα.

Και τελικά έχουμε τους πολλαπλασιαστές, οι οποίοι είναι μια σειρά στοιχείων που βρίσκονται μέσα ή έξω από τον επεξεργαστή και είναι υπεύθυνα για τη μέτρηση της σχέσης μεταξύ του ρολογιού της CPU και του ρολογιού των εξωτερικών λεωφορείων. Σε αυτό το σημείο γνωρίζουμε ότι η CPU συνδέεται με στοιχεία όπως η RAM, το chipset και άλλα περιφερειακά μέσα από τα λεωφορεία. Χάρη σε αυτούς τους πολλαπλασιαστές, είναι πιθανό η συχνότητα της CPU να είναι πολύ πιο γρήγορη από τα εξωτερικά λεωφορεία, ώστε να είναι δυνατή η επεξεργασία περισσότερων δεδομένων.

Ένας πολλαπλασιαστής x10 για παράδειγμα, θα επιτρέψει σε ένα σύστημα που λειτουργεί στα 200 MHz, για να δουλέψει στην CPU στα 2000 MHz. Στους τρέχοντες επεξεργαστές, μπορούμε να βρούμε μονάδες με τον πολλαπλασιαστή ξεκλειδωμένο, αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να αυξήσουμε τη συχνότητά του και έτσι την ταχύτητα επεξεργασίας του. Ονομάζουμε αυτό το overclocking.

IGP ή εσωτερική κάρτα γραφικών

Για να τελειώσετε με τα μέρη ενός επεξεργαστή δεν μπορούμε να ξεχάσουμε την ενσωματωμένη μονάδα γραφικών που μερικά από αυτά μεταφέρουν. Πριν δούμε τι είναι η FPU και στην περίπτωση αυτή αντιμετωπίζουμε κάτι παρόμοιο αλλά με πολύ περισσότερη δύναμη, αφού είναι βασικά μια σειρά πυρήνων ικανών να επεξεργάζονται ανεξάρτητα τα γραφικά της ομάδας μας, τα οποία για μαθηματικούς σκοπούς είναι ένα τεράστιο ποσό υπολογισμών με κινητά σημεία και απόδοση γραφικών που θα ήταν πολύ εντατική στον επεξεργαστή.

Το IGP έχει την ίδια λειτουργία με μια εξωτερική κάρτα γραφικών, αυτή που εγκαταστήσαμε στην υποδοχή PCI-Express, μόνο σε μικρότερη κλίμακα ή σε ισχύ. Ονομάζεται ολοκληρωμένος επεξεργαστής γραφικών επειδή είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα εγκατεστημένο στον ίδιο επεξεργαστή που ανακουφίζει την κεντρική μονάδα αυτής της σειράς περίπλοκων διαδικασιών. Θα είναι χρήσιμο όταν δεν έχουμε μια κάρτα γραφικών, αλλά προς το παρόν, δεν έχει απόδοση συγκρίσιμη με αυτές.

Τόσο η AMD όσο και η Intel διαθέτουν μονάδες που ενσωματώνουν IGP στη CPU, ονομάζοντας έτσι APU (μονάδα επιτάχυνσης επεξεργασίας). Ένα παράδειγμα αυτού είναι σχεδόν όλο το Intel Core της οικογένειας i, μαζί με το AMD Athlon και μερικά Ryzen.

Συμπέρασμα σχετικά με τα μέρη ενός επεξεργαστή

Λοιπόν, φτάνουμε στο τέλος αυτού του μακρού άρθρου, όπου βλέπουμε με έναν περισσότερο ή λιγότερο βασικό τρόπο ποια είναι τα μέρη ενός επεξεργαστή, τόσο από εξωτερική όσο και από εσωτερική άποψη. Η αλήθεια είναι ότι πρόκειται για ένα πολύ ενδιαφέρον θέμα, αλλά περίπλοκο και μακρύ να εξηγήσουμε, οι λεπτομέρειες του οποίου είναι πέρα ​​από την κατανόηση σχεδόν όλων μας που δεν βυθίζονται στις γραμμές συναρμολόγησης και κατασκευαστές αυτού του τύπου συσκευής.

Τώρα σας αφήνουμε με μερικά μαθήματα που μπορεί να σας ενδιαφέρουν.

Αν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή θέλετε να διευκρινίσετε οποιοδήποτε θέμα στο άρθρο, σας προσκαλούμε να το γράψετε στο πλαίσιο σχολίων. Είναι πάντα καλό να έχουμε τη γνώμη και τη σοφία άλλων.