Ce este un procesor? CPU sau Central Processing Uniteste creierul care crește numărul de pe un computer. Tot ceea ce face un computer, de la jocul jocuri video până la a vă ajuta să scrieți un eseu, este defalcat într-un set de instrucțiuni matematice. CPU preia aceste instrucțiuni și le execută.
Detaliile modului în care face acest lucru sunt, desigur, multmai complicate decât această simplă explicație. Cel mai important lucru pe care trebuie să-l știi este că CPU este principalul motor matematic al unui computer.
Istoricul scurt (extrem de) al procesoarelor
Istoria computerelor este lungă și complexă. De asemenea, se întoarce mai mult în istorie decât tehnologia digitală, electronica sau chiar electricitatea. Un abacus este un fel de procesor. La fel și calculatoarele mecanice. Marea diferență este că aceste mașini pot face doar una sau câteva sarcini matematice. Acestea nu sunt procesoare cu scop general, din care CPU este un exemplu modern.
Ceea ce face ca un procesor să fie un dispozitiv de calcul general este utilizarea logicii. În 1903, Nikola Tesla a brevetat circuite electrice cunoscute sub numele de porți și întrerupătoare. Folosind aceste circuite, puteți construi dispozitive care efectuează operații logice, unde puteți să acționați mașina în anumite condiții.
La mijlocul până la sfârșitul anilor 1940, William Shockley, John Bardeen și Walter Brattain au inventat și brevetat un dispozitiv numit tranzistor, în timp ce lucrau la Laboratoarele Bell. Tranzistorul este blocul de bază al unui procesor. Tranzistoarele sunt componente ale computerului relativ mici. Tranzistorul este o invenție atât de importantă, încât cei trei inventatori au primit un premiu Nobel pentru aceasta.
La sfârșitul anilor '50, Robert Noyce și Jack Kilby au făcut un pas masiv mai departe și au creat primul lucru circuit integrat. Un circuit integrat este un set de circuite electronice integrate într-o singură bucată de material semiconductor. În cele mai multe cazuri, acel material este siliciu. Asta înseamnă oamenii când spun „microcip”.
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [640x360]->Un procesor este format dintr-unul sau mai multe microcipuri. Aceasta este o invenție importantă, deoarece miliarde de tranzistoare pot fi ambalate într-un singur procesor. Acest lucru creează motoare matematice incredibil de puternice.
Folosind invențiile porților logice, tranzistoarelor și circuitelor integrate, întreaga lume a fost schimbată. Microcipurile sunt în toate zilele acestea, nu doar computerul tău. Și procesoarele sunt cele mai avansate microcipuri de uz general pe care le putem realiza.
Cum funcționează procesoarele?
Întregul principiu al procesorului se bazează pe cod binar. Ființele umane tind să reprezinte numerele folosind un sistem numit baza 10sau sistemul zecimal. Valorile locului fiecărei cifre dintr-un număr cresc cu un factor de zece. Deci „111” conține o sută, zece și una.
Calculatoarele și procesoarele lor nu pot înțelege deloc baza 10. Tranzistoarele funcționează pe principiul fie a fi pornit sau oprit. Ceea ce înseamnă că porțile logice pe care le construiți din ele pot funcționa doar cu aceste două stări. Acesta este motivul pentru care, în mod fundamental, procesoarele rulează pe cod binar. Acest sistem de numere are valori de loc diferite. În schimb, dacă 1, 10, 100, 1000 și așa mai departe, valorile locului sunt 1,2,4,8,16,32,64,128 și așa mai departe.
Deci în binarul „111” ar fi 7 în numere zecimale Deoarece adăugați 1,2 și 4 împreună. Dacă oricare dintre numere este zero, pur și simplu săriți și adăugați valoarea locului următoarei 1. În acest fel puteți exprima orice valoare zecimală. Rețineți că numerele binare sunt adesea citite de la dreapta la stânga, astfel încât valoarea locului „1” ar fi la extremitatea dreaptă.
Să o plasăm într-un tabel pentru a clarifica:
Puteți vedea de ce se adaugă numărul 7 în zecimale? Să facem numărul 23:
Deci 111 este „7”, dar „11101” este 23, deoarece valoarea a cincea în locurile binare este 16. Destul de mișto, nu? Puteți exprima orice număr posibil care poate fi scris în zecimal în acest fel. Ceea ce înseamnă că computerele construite din tranzistoare pot funcționa și cu orice număr.
Cum sunt fabricate procesoarele? . Procesul de bază implică creșterea cilindrilor mari de cristal de siliciu. Proprietățile sale semiconductoare îl fac ideal pentru construirea unui circuit integrat binar.
Aceste cristale mari sunt tăiate în napolitane subțiri. Plăcile sunt apoi „dopate” cu o altă substanță chimică pentru a-și regla fin proprietățile. Circuitul la scară nano este apoi gravat pe suprafața plafonului folosind lumina folosind un proces cunoscut sub numele fotolitografie.
Proiectarea și performanța procesorului
CPU nu sunt toate făcut egal. Primul strămoș propriu al procesorului modern, Intel 8086, avea aproximativ 29 000 de tranzistoare în circuitul său integrat. Astăzi, un procesor precum Intel i99900K are puțin peste 1,7 miliardetranzistoare. Cu cât sunt mai dense circuitele logice ale unui procesor, cu atât este mai complex și mai mare numărul de instrucțiuni pe care le poate efectua pe ciclu de ceas.
Atârnați, „ciclu de ceas”? Da, aceasta este cealaltă componentă principală a performanței procesorului. Un procesor rulează la o anumită frecvență, cu fiecare impuls al ceasului procesorului se efectuează un ciclu de calcule. Dacă luați același procesor și dublați viteza ceasului, atunci (în teorie), ar trebui să funcționeze de două ori mai rapid.
Acea Intel 8086 din 1978 a rulat la 5 MHz când a fost lansată. Aceasta este de cinci milioane de cicluri de ceas pe secundă. Intel i9-9900K? începela 3.6 Ghz.That 3600 Mhz, cu opțiunea de a rambursa lucrurile până la 5000 MHz, când este posibil.
Pentru a adăuga încă o rid la performanța procesorului, procesoarele moderne conțin de fapt mai multe „nuclee”. Fiecare nucleu este de fapt un procesor independent în sine. Este obișnuit să ai cel puțin patru astfel de nuclee în aceste zile, dar în ultima perioadă norma este ca computerele principale să aibă șase sau opt nuclee. Calculatoare profesionale de ultimă generație pot avea în regiunea a 100 de nuclee de procesor.
A avea mai multe nuclee înseamnă că CPU poate efectua mai multe seturi de instrucțiuni în paralel. Ceea ce înseamnă că calculatoarele noastre pot face multe lucruri simultan, fără a emite probleme. Unele procesoare au nuclee „multitreaded”. Aceste nuclee pot gestiona ele însele două sarcini separate fiecare. În procesoarele Intel aceasta este marcată drept „HyperThreading ”.
Deci performanța totală a unui procesor se reduce la o combinație de:
Există, desigur, mai multe lucruri decât aceste patru puncte principale. Cu toate acestea, acestea sunt cele patru considerente principale pentru ca un procesor să funcționeze bine.
Rolul procesorului în computer
Ultimul lucru pe care trebuie să-l acoperim este ceea ce lucrul pe care CPU îl joacă în computer. Este, până la urmă, nu singurul microcip din circuitul integrat din computer. De exemplu, GPU-urile (unități de procesare grafică) sunt adesea și mai dens-tranzistor decât un procesor.
Au nevoie de propria lor răcire și alimentare, precum și de memorie. Este ca un mic computer suplimentar! Același lucru se poate spune și pentru cipurile care vă controlează sunetul, USB-ul și traficul pe hard disk. Atunci de ce este special procesorul? Acestea sunt principalele motive:
Pe scurt, procesorul este cel mai important scop general componentă de performanță în computer. Nu o luați de la capăt!