Co to jest procesor? Procesor lub Centralna jednostka przetwarzającato mózg, który łamie numery. Wszystko, co robi komputer, od grania Gry wideo po pomoc w napisaniu eseju, dzieli się na zestaw instrukcji matematycznych. Procesor przyjmuje te instrukcje i wykonuje je.
Szczegóły tego, jak to robi, są oczywiście znaczniebardziej skomplikowane niż to proste wyjaśnienie. Najważniejszą rzeczą, którą musisz wiedzieć, jest to, że CPU jest głównym silnikiem matematycznym komputera.
(Niezwykle) krótka historia procesorów
Historia komputerów jest długa i złożona. Wraca również w przeszłość niż technologia cyfrowa, elektronika czy nawet elektryczność. Liczydło jest rodzajem procesora. Podobnie są kalkulatory mechaniczne. Duża różnica polega na tym, że te maszyny mogą wykonywać tylko jedno lub kilka zadań matematycznych. Nie są to procesory ogólnego przeznaczenia, których przykładem jest współczesny procesor.
To, co czyni procesor uniwersalnym urządzeniem obliczeniowym, to użycie logiki. W 1903 r. Nikola Tesla opatentowała obwody elektryczne zwane bramkami i przełącznikami. Korzystając z tych obwodów, można budować urządzenia wykonujące operacje logiczne, dzięki którym maszyna może działać w określonych warunkach.
W połowie lat 40. William Shockley, John Bardeen i Walter Brattain wynalazli i opatentowali urządzenie zwane tranzystorem podczas pracy w Bell Laboratories. Tranzystor jest podstawowym elementem składowym procesora. Tranzystory to stosunkowo małe elementy komputera. Tranzystor jest tak ważnym wynalazkiem, że trzej wynalazcy otrzymali za to Nagrodę Nobla.
Pod koniec lat 50. XX wieku Robert Noyce i Jack Kilby poszli o krok dalej i stworzyli pierwszy działający układ scalony . Układ scalony to zestaw układów elektronicznych zintegrowanych w jednym kawałku materiału półprzewodnikowego. W większości przypadków tym materiałem jest krzem. To ludzie mają na myśli, mówiąc „mikroczip”.
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [640x360]->Procesor składa się z jednego lub więcej mikroczipów. To ważny wynalazek, ponieważ miliardy tranzystorów można upakować w jednym procesorze. Stwarza to niewiarygodnie potężne silniki matematyczne.
Dzięki wynalazkom bramek logicznych, tranzystorów i układów scalonych zmienił się cały świat. Mikroukłady są teraz we wszystkim, nie tylko na komputerze. Procesory to najbardziej zaawansowane mikroukłady ogólnego przeznaczenia, jakie możemy wykonać.
Jak działają procesory?
Cała zasada procesora oparta jest na kodzie binarnym . Ludzie mają tendencję do przedstawiania liczb za pomocą systemu o nazwie base 10lub systemu dziesiętnego. Wartości miejsc dla każdej cyfry w liczbie zwiększają się dziesięciokrotnie. Zatem „111” zawiera sto, dziesięć i jeden.
Komputery i ich procesory w ogóle nie rozumieją podstawy 10. Tranzystory działają na zasadzie włączenia lub wyłączenia. Co oznacza, że budowane z nich bramki logiczne mogą również działać tylko z tymi dwoma stanami. Dlatego zasadniczo procesory działają na kodzie binarnym. Ten system liczb ma różne wartości miejsc. Zamiast tego, jeśli 1, 10, 100, 1000 itd., Wartości miejsca to 1,2,4,8,16,32,64,128 i tak dalej.
Tak więc w binarnym „111” będzie 7 w liczbach dziesiętnych Ponieważ dodasz 1,2 i 4 razem. Jeśli dowolna z liczb jest zerem, po prostu pomiń ją i dodaj wartość miejsca następnego 1. W ten sposób możesz wyrazić dowolną wartość dziesiętną. Pamiętaj, że liczby binarne są często odczytywane od prawej do lewej, więc wartość miejsca „1” byłaby po prawej stronie.
Umieśćmy ją w tabeli, aby była krystalicznie czysta:
Czy widzisz, dlaczego sumuje się do liczby 7 w systemie dziesiętnym? Zróbmy liczbę 23:
Więc 111 to „7”, ale „11101” to 23, ponieważ piątym miejscem w binarnym jest 16. Całkiem fajne, prawda? W ten sposób możesz wyrazić dowolną liczbę, którą można zapisać w systemie dziesiętnym. Co oznacza, że komputery zbudowane z tranzystorów mogą również pracować z dowolnymi liczbami.
Jak powstają procesory?
Proces produkcji nowoczesnych procesorów jest również, jak można się spodziewać, dość złożony . Podstawowy proces obejmuje hodowanie dużych cylindrów kryształu krzemu. Jego właściwości półprzewodnikowe sprawiają, że idealnie nadaje się do budowy binarnego układu scalonego.
Te duże kryształy są krojone w cienkie płytki. Wafle są następnie „domieszkowane” inną substancją chemiczną w celu dokładnego dostosowania jej właściwości. Obwody w skali nano są następnie wytrawiane na powierzchni płytki za pomocą światła przy użyciu procesu znanego jako fotolitografia.
Projekt i wydajność procesora
Procesory nie są wszystkie zrównany. Pierwszy właściwy przodek współczesnego procesora, Intel 8086, miał około 29 000 tranzystorów w układzie scalonym. Dzisiaj procesor taki jak Intel i99900K ma nieco ponad 1,7 miliardatranzystorów. Im gęstsze obwody logiczne procesora, tym bardziej złożona i wyższa liczba instrukcji, które może wykonać na cykl zegara.
Poczekaj, „cykl zegara”? Tak, to drugi główny składnik wydajności procesora. Procesor pracuje na określonej częstotliwości, z każdym impulsem zegara procesora wykonywany jest cykl obliczeń. Jeśli weźmiesz ten sam procesor i podwoisz szybkość zegara, to (teoretycznie) powinien on działać dwa razy szybciej.
Gdy w 1978 r. Intel 8086 działał z częstotliwością 5 MHz, kiedy został uruchomiony. To pięć milionów cykli zegara na sekundę. Intel i9-9900K? To zaczyna sięprzy 3,6 Ghz. To 3600 MHz, z opcją zwiększania prędkości do 5000 MHz, gdy jest to możliwe.
Aby dodać kolejny zmarszczek do wydajności procesora, nowoczesne procesory faktycznie zawierają wiele „rdzeni”. Każdy rdzeń jest właściwie niezależnym procesorem. W dzisiejszych czasach typowe jest posiadanie co najmniej czterech takich rdzeni, ale ostatnio normą było, aby komputery głównego nurtu miały sześć lub osiem rdzeni. Najwyższej klasy komputery profesjonalne mogą mieć około 100 rdzeni procesora.
Posiadanie wielu rdzeni oznacza, że CPU może wykonywać wiele zestawów instrukcji równolegle. Co oznacza, że nasze komputery mogą bez problemu robić wiele rzeczy naraz. Niektóre procesory mają rdzenie „wielowątkowe”. Rdzenie te same mogą obsługiwać dwa oddzielne zadania. W procesorach Intela jest to oznaczone jako „Hyper Threading ”.
Tak więc całkowita wydajność procesora sprowadza się do kombinacji:
Jest oczywiście więcej niż cztery główne punkty. Są to jednak cztery główne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, aby procesor działał dobrze.
Rola procesora w komputerze
Ostatnią rzeczą, którą musimy omówić, jest zadanie, które procesor odgrywa na komputerze. W końcu nie jest to jedyny mikroukład scalony w twoim komputerze. Na przykład procesory graficzne (procesory graficzne) są często jeszcze bardziej gęste dla tranzystorów niż procesor.
Potrzebują własnego chłodzenia i zasilania, a także pamięci. To jest jak mały dodatkowy komputer! To samo można powiedzieć o chipach, które kontrolują dźwięk, USB i ruch na dysku twardym. Dlaczego więc procesor jest wyjątkowy? Oto główne powody:
Krótko mówiąc, procesor jest najważniejszym zadaniem ogólnym składnik wydajności w komputerze. Nie bierz tego za pewnik!