Markaziy protsessor (CPU) nima?

CPU nima?

Markaziy protsessor - bu fitnes bilaguzukdan tortib o'yin noutbukigacha bo'lgan elektron jihozlarning asosiy apparat komponenti. Aynan shu narsa hisoblash quvvatini, unumdorligini ta'minlaydi, ma'lumotlarni qayta ishlaydi va qurilmaning, umuman operatsion tizimning va uning alohida ilovalarining to'g'ri ishlashi uchun zarur bo'lgan buyruqlarni beradi.

Oddiy qilib aytganda, protsessor elektron jihozlarning "miyasi" dir. Ushbu "miya" bo'lmasa, boshqa barcha apparat komponentlari, hatto video kartalarning eng ilg'or modellari, ulkan RAM modullari va qattiq holatdagi drayverlar haqida gapiradigan bo'lsak ham, foydasiz va ishlamay qoladi.

Kichik tarix

Kompyuterlar tarixi 20-asrda boshlanadi va, albatta, u protsessorlar bilan uzviy bog'liqdir. Birinchi modellar tetik va klapanlarga asoslangan edi, bu esa minimal ishlash bilan katta quvvat sarfini keltirib chiqardi. 50-yillarda vakuum trubkasi qurilmalari paydo bo'ldi va 90-yillarda ma'lumotlarni keshlash funktsiyalarini qo'llab-quvvatlovchi mikrosxemalar paydo bo'ldi.

Zamonaviy protsessorlar tranzistorlar asosidagi elektron komponentlardir. Elektron sanoatning rivojlanishi va yangi ishlab chiqarish usullarining rivojlanishi tranzistorlarning jismoniy o'lchamlarini kamaytirish va protsessorni yig'ishda milliardlab kichik modullardan foydalanish imkonini beradi. Natijada unumdorlikni oshirish, yanada murakkab arxitektura, 10-15 yil oldingi kabi 1-2 yadrodan emas, balki ko'p, 4, 6, 8-dan foydalanish qobiliyati.

Boshqa xususiyatlar ham rivojlanadi:

Energiya samaradorligi. Komponent kam energiya sarflaydi, kamroq issiqlik hosil qiladi va yuqori hisoblash quvvatini saqlaydi.
Harorat yukiga qarshilik. Modullar grafen va kuchli isitishga bardosh bera oladigan, ortiqcha issiqlik energiyasini tez olib tashlash va tarqatish imkonini beruvchi boshqa materiallar asosida ishlab chiqarilgan.
Ma'lumot almashish tezligi va kesh hajmi oshadi. Texnologiyaning odatiy namunasi 3D NAND.

Funksiyalar

CPU tomonidan bajariladigan asosiy funktsiyalar quyidagilardan iborat:

Ma'lum buyruqlar va ilovalarga xos ko'rsatmalarni bajaring. Dasturiy ta'minot turiga qarab, ma'lumot o'qiladi va boshqa apparat komponentlari o'rtasida uzatiladi.
Xotira boshqaruvi. Jarayon operativ xotira va kesh bilan oʻzaro taʼsir qiladi, bu esa ilovalarning tezkor ishlashini hamda ularning barcha xarakterli koʻrsatmalari va funksiyalarining ishonchli bajarilishini taʼminlaydi.
Axborotni qayta ishlash. Aynan protsessor matematikdan mantiqiygacha bo'lgan barcha amallarni bajaradi, ularsiz axborot bilan samarali o'zaro ta'sir qilish mumkin emas.
Operatsion tizimni boshqarish, kompyuterga ulangan periferik qurilmalar va uning ichki modullari o‘rtasida samarali o‘zaro aloqani ta’minlash.
Keshlash. Har bir protsessor ma'lumot va ko'rsatmalarni qisqa vaqt davomida saqlash uchun ishlatiladigan ma'lum miqdordagi keshga ega. Kesh qanchalik tez bo'lsa, uning hajmi qanchalik katta bo'lsa, tizimning umumiy unumdorligi shunchalik yuqori bo'ladi.

Ishlash algoritmi

CPU smartfon yoki kompyuterda o'rnatilgan dasturlar tomonidan yuborilgan ko'rsatmalarni bajaradi. Barcha hisob-kitoblar ularga qat'iy muvofiq amalga oshiriladi, ish tsikli bir necha bosqichda shakllanadi:

Buyruq qabul qilinmoqda. U RAMdan uzatiladi.
Buyruqni dekodlash.
Buyruqni bajarish.

Birinchi bunday algoritmni AQSHlik matematika professori Jon fon Neyman tasvirlab bergan. Ta'rif 1945 yilga to'g'ri keladi, ammo u hali ham dolzarbligicha qolmoqda. Biroq, hisoblash quvvati o'sib bormoqda, shuning uchun zamonaviy qurilmalar xuddi shunday tsiklni bir soniya ichida millionlab va hatto o'nlab million marta bajarishga qodir.

Amaliyot tugallangandan so'ng, protsessor natijalarni shaxsiy kompyuter xotirasida saqlaydi yoki ularni tashqi qattiq disk yoki video karta bo'lsin, boshqa qurilmaga yuboradi. Foydalanuvchiga ko'rinadigan protsessor harakatlarining natijasi - bu videoni boshlash, brauzerni ochish, skanerlashni boshlash yoki hujjatni chop etish bo'ladimi, ma'lum bir vazifani bajarishdir.

Keyinchalik murakkab versiyada protsessorning ishlash sxemasi quyidagicha:

Boshqaruv bloki dastur saqlanadigan operativ xotiradan bajarish uchun rejalashtirilgan buyruqlarni oladi. Bu buyruqlar protsessorning shaxsiy keshida saqlanadi.
Qabul qilingan ma'lumotlarni registrlarga yozib olish.
Axborotni tahlil qilish va buyruqlarni bajarish.
Olingan natijalarni registrlarga yozish. Agar ko'rsatma muvaffaqiyatli bajarilsa, natijalar bufer xotirasiga yoziladi, u yerdan keshni bo'shatish va hisoblash quvvatini bo'shatish uchun operativ xotiraga o'tkaziladi yoki ular ayniqsa murakkab ko'rsatmalar va buyruqlarni bajarish uchun xos bo'lgan quyi darajadagi keshga o'tkaziladi.

Protsessor qurilmasi

Protsessor bir nechta komponentlardan iborat bo'lib, ularning har biri o'ziga xos vazifalarni bajaradi:

Boshqaruv qurilmasi. Ushbu komponent tufayli dasturlar to'g'ri bajariladi. Boshqaruv bloki operativ xotiradan buyruqlar qabul qiladi va ularni shifrlaydi;
Arifmetik mantiq birligi. Uning vazifasi buyruqlar, matematik va mantiqiy amallarni bajarish;
Registrlar. Ma'lumotni vaqtincha saqlashni ta'minlaydigan kichik hujayralar. Registrlar tufayli protsessor doimiy ravishda operativ xotira bilan o‘zaro aloqada bo‘lishi shart emas, bu esa unumdorlikni oshiradi;
Kesh. Ikkinchi xotira formati registrlar bilan solishtirganda sig'imning oshishi bilan tavsiflanadi. Kesh muntazam ravishda kirish kerak bo'lgan ko'rsatmalar va ma'lumotlarni saqlaydi.

Protsessorlarning tasnifi

Protsessorlarni ko'plab xususiyatlarga ko'ra tasniflash mumkin. Masalan, ular miniatyura, mobil bo'lishi mumkin, smartfonlar, planshet kompyuterlar va boshqa portativ uskunalarda foydalanish uchun mo'ljallangan yoki noutbuklar yoki ish stoli kompyuterlariga yo'naltirilgan bo'lishi mumkin. Ikkinchisi o'rtasidagi farq loyqa, ammo ofis noutbuklari ko'pincha kam quvvatli modullarga ega, bu avtonomiyani oshiradi va batareyalarga yukni kamaytiradi. Ish stoli kompyuterlari tarmoqqa ulanish uchun mo'ljallangan, shuning uchun quvvat sarfi unchalik muhim ko'rsatkich emas; asosiy e'tibor ishlashga qaratiladi.

Alohida toifa - bu server protsessorlari. Ular bir vaqtning o'zida bir nechta mijozlar bilan o'zaro aloqada bo'lishlari kerak va shuning uchun ular bir nechta yadrolarni, kengaytirilgan keshni, yuqori ishlashni va katta hajmdagi RAMni qo'llab-quvvatlashni talab qiladi.

Protsessorlarni buyruqlarni bajarish xususiyatlariga ko'ra ham tasniflash mumkin:

CISC - to'liq buyruqlar to'plamini qo'llab-quvvatlaydigan qurilma;
RISC - bu turdagi asosiy xususiyat ko'rsatmalarni soddalashtirish orqali samaradorlikni oshirishdir. Tranzistorlar soni kamayadi, bu esa xarajatlar va quvvat sarfini kamaytiradi;
VLIW – protsessor buyruqlarni avval ularni paketlarga birlashtirib bajaradi.

Asosiy xususiyatlar

CPU tanlashda asosiy ko'rsatkich uning ishlashi bo'lib, u quyidagi parametrlarga bog'liq:

Soat chastotasi. Chastota qanchalik baland bo'lsa, qurilma vaqt birligida shunchalik ko'p operatsiyalarni bajaradi. Bir necha o'n yillar oldin chastota yuzlab megahertsda o'lchangan bo'lsa, endi u gigagertsda o'lchanadi. Shuni hisobga olish kerakki, bu xususiyat bilan birga energiya iste'moli va chiqarilgan issiqlik energiyasi hajmi oshadi. Samarali protsessor katta radiator va samarali sovutgichni talab qiladi.
Yadrolar soni. Ko'p yadroli protsessorlar bir vaqtning o'zida bir nechta vazifalarni bajarishi mumkin, bu ularning bir yadroli hamkasblari bilan mumkin emas. Shuningdek, diqqat qilish kerak bo'lgan narsa ko'p ish zarralari, bir yadroning bir vaqtning o'zida bir nechta buyruq oqimlarini boshqarish qobiliyatidir.
Kesh xotira hajmi. Bu yerda hamma narsa oddiy – kesh qanchalik katta bo‘lsa, protsessor shunchalik samarali va tezroq ishlaydi.
Texnologik jarayon. Bu protsessorda ishlatiladigan tranzistorlarning o'lchamlarini ko'rsatadi. Transistorlar qanchalik kichik bo'lsa, qurilma qanchalik unumdor bo'lsa, u chiqaradigan energiya miqdori shunchalik kam bo'ladi.
Issiqlik tarqalishi. CPU tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlik energiyasi miqdori vattlarda o'lchanadi. Ushbu ko'rsatkich noutbuklar va boshqa portativ uskunalar uchun ayniqsa muhimdir. Sovutish tizimining samaradorligi korpusning o'lchami bilan keskin cheklangan va noutbuklarda bu borada katta muammolar mavjud. Teshiklarning o'tkazuvchanligi va kichik fanning kuchi to'g'ri havo oqimi uchun etarli emas, noutbuk sekinlasha boshlaydi, gazni bosadi va protsessor haddan tashqari qizib ketishning oldini olish uchun chastotasini sun'iy ravishda pasaytira boshlaydi. Statsionar kompyuterlar uchun bu unchalik muhim ko'rsatkich emas; katta holatda, bir nechta sovutgichlarni yoki hatto issiqlik hosil qiluvchi yuqori samarali protsessorni ham sovutishga qodir suv tizimini o'rnatish juda mumkin.

Tanlash qoidalari

Avvalo, protsessor nima uchun ishlatilishini hisobga olishingiz kerak. Agar siz Word va Excel-da asosiy ofis ishlarini bajarishni rejalashtirmoqchi bo'lsangiz, videolarni tomosha qiling, keyin yuqori samarali modellarni ta'qib qilishingiz shart emas; o'rtacha soat chastotalari bilan 2, maksimal 4 yadroli arzon versiya etarli bo'ladi. Kompyuter o'yinlari, grafiklarni qayta ishlash va katta hisoblash quvvatini talab qiladigan boshqa vazifalar bilan bu boshqa masala. Bunday vaziyatda saqlamaslik yaxshiroqdir.

Ikkinchi nuqta - rozetka. Anakart ma'lum bir protsessordan foydalanish imkoniyatini ta'minlashi kerak. Agar rozetka mos kelmasa, o'rnatish muvaffaqiyatsiz bo'ladi.

Biz ishlab chiqaruvchi va joylashishni unutmasligimiz kerak. Bozordagi asosiy o'yinchilar AMD va Intel bo'lib, ularning kataloglarida siz ofis vazifalari uchun arzon seriyalarni ham, yuqori soat chastotalari, ko'p o'rinli va boshqa xususiyatlar bilan ajralib turadigan premium o'yin seriyalarini topishingiz mumkin, bu esa unumdorlikni oshiradigan, tejamkorlik va boshqa noxush hodisalarni bartaraf qiladi.

Shuni hisobga olish kerakki, protsessorlar faol sur'atlarda rivojlanmoqda, o'yin va ish ilovalariga bo'lgan talablar keskin o'sib bormoqda. Qurilmani sotib olayotganda, tezkor modernizatsiya va qo'shimcha xarajatlarga duch kelmaslik uchun darhol 20-30 foiz ishlash zaxirasini ta'minlash yaxshiroqdir.