▷ Dijelovi procesora izvana i iznutra: osnovni pojmovi?

Sigurno svi otprilike znamo što je CPU, ali znamo li zapravo koji su dijelovi procesora ? Svaka od glavnih koja su potrebna da bi ovaj mali kvadrat silikona mogao obraditi velike količine informacija, biti u stanju da čovječanstvo prebaci u doba u kojem bi, bez elektroničkih sustava, bio potpuni debakl.

Procesori su već dio našeg svakodnevnog života, posebno ljudi rođenih u posljednjih 20 godina. Mnogi su postali potpuno pomiješani s tehnologijom, a da ne spominjemo one mališane koji donose pametni telefon pod ruku ispod hljeba… U svim tim uređajima postoji zajednički element koji se zove procesor, koji je odgovoran za davanje "inteligencije" strojeva oko nas. Da taj element ne bi postojao, ne bi ni računala, mobiteli, roboti i montažne linije, ukratko, svi bi imali posla… ali bilo bi nemoguće doći do mjesta na kojem smo ih napravili, još uvijek nema svijeta poput "Matrixa", ali sve će ići.

Sadržaj indeks

Što je procesor i zašto je to tako važno

Prije svega, moramo biti svjesni da ne samo računalo ima procesor unutra. Svi elektronički uređaji imaju u sebi element koji funkcionira kao procesor, bilo da je riječ o digitalnom satu, programabilnom automatu ili pametnom telefonu.

Ali naravno, također moramo biti svjesni da procesori, ovisno o njihovim mogućnostima i onome što se proizvode, mogu biti više ili manje složeni, od jednostavnog izvršavanja slijeda binarnih kodova za osvjetljenje LED panela, do rukovanja ogromnim količinama informacije, uključujući učenje od njih (strojno učenje i umjetna inteligencija).

CPU ili središnja procesna jedinica na španjolskom je elektronički sklop sposoban za izvršavanje zadataka i uputa sadržanih u programu. Ove su upute znatno pojednostavljene i svode se na osnovne aritmetičke proračune (zbrajanje, oduzimanje, množenje i dijeljenje), logičke operacije (I, ILI, NE, NOR, NAND) i kontrolu ulaza / izlaza (I / O). uređaja.

Tada je procesor element koji je zadužen za izvršavanje svih operacija koje čine upute programa. Ako se stavimo na stajalište stroja, ove se operacije svode na jednostavne lance nula i one, koji se nazivaju bitovima, i koji predstavljaju trenutna / ne-trenutna stanja, tvoreći tako binarne logičke strukture na koje je čak i ljudsko biće sposobno. razumjeti i programirati u strojnom kodu, alata za sklapanje ili putem programskog jezika više razine.

Tranzistori, krivci za sve

Procesori ne bi postojali, bar tako mali, da nije bilo tranzistora. Oni su osnovna jedinica, tako da kažem, bilo kojeg procesora i integriranog kruga. To je poluvodički uređaj koji zatvara ili otvara električni krug ili pojačava signal. Na taj način, kako možemo stvoriti one i nule, binarni jezik koji CPU razumije.

Ti su tranzistori započeli kao vakuumski ventili, ogromni uređaji nalik žarulji, sposobni izvesti vlastite komutacije tranzistora, ali s mehaničkim elementima u vakuumu. Računala poput ENIAC-a ili EDVAC-a imali su vakuumske ventile u sebi umjesto tranzistora i bili su neizmjerno veliki i praktično su potrošili energiju malog grada. Ti su strojevi bili prvi s Von Neumannom arhitekturom.

No 1950-ih do 1960-ih počeli su se stvarati prvi tranzistorski CPU-ovi - ustvari, to je bio IBM 1958. kada je stvorio svoj prvi stroj na bazi poluvodiča s IBM 7090. Od tada je evolucija bila spektakularna, proizvođači poput Intel-a i kasnijeg AMD-a počeli su stvarati prve procesore za stolna računala, implementirajući revolucionarnu x86 arhitekturu, zahvaljujući Intel 8086 CPU-u. U stvari, čak i danas naši stolni procesori temelje se na ovoj arhitekturi, kasnije ćemo vidjeti dijelove x86 procesora.

Nakon toga, arhitektura je postala sve složenija, s manjim čipovima i s prvim uvođenjem više jezgara iznutra, a potom i s jezgrama posebno posvećenima grafičkoj obradi. Čak su i ultra brze memorijske banke nazvane cache memory i sabirnica za povezivanje s glavnom memorijom, RAM, uvedene unutar tih malih čipova.

Vanjski dijelovi procesora

Nakon ovog kratkog pregleda povijesti procesora, sve do današnjeg dana, vidjet ćemo kakve vanjske elemente ima trenutni procesor. Govorimo o fizičkim elementima koji se mogu dodirnuti i koji su u pogledu korisnika. To će nam pomoći da bolje razumijemo fizičke potrebe i procese povezivanja.

utičnica

CPU utičnica ili utičnica je elektromehanički sustav fiksno instaliran na matičnoj ploči koji je odgovoran za povezivanje procesora s ostalim elementima na ploči i računalu. Na tržištu postoji nekoliko osnovnih tipova utičnica i također sa mnogo različitih konfiguracija. Postoje tri elementa u vašem imenu ili nazivu koji će nam olakšati razumijevanje o kojem govorimo:

Proizvođač može biti Intel ili AMD u slučaju osobnih računala, to je nešto jednostavno za razumjeti. Što se tiče vrste veze imamo tri različite vrste:

• LGA: (mrežni kontaktni niz) znači da su kontaktni pinovi instalirani u samoj utičnici, dok CPU ima samo ravni kontaktni niz. PGA: (mrežni niz pinova), upravo je suprotno prethodnom, procesor ima pinove, a u utičnicu je rupe za njihovo umetanje. BGA: (niz rešetkastih rešetki), u ovom slučaju procesor je izravno lemljen za matičnu ploču.

Što se tiče posljednjeg broja, on identificira vrstu distribucije ili broj priključnih pinova koje CPU ima s utičnicom. Ogromna je količina i u Intelu i u AMD-u.

supstrat

Podloga je u osnovi PCB na kojoj je ugrađen silikonski čip koji sadrži elektronički krug jezgara, nazvan DIE. Današnji procesori mogu imati više instaliranih više od jednog elementa.

No također i ovaj mali PCB sadrži cijelu matricu priključnih igle s utičnicom matične ploče, gotovo uvijek pozlaćenom za poboljšanje prijenosa električne energije, te zaštitom od preopterećenja i strujnih naprezanja u obliku kondenzatora.

DIE

DIE je upravo kvadrat ili čip koji sadrži sve integrirane sklopove i unutarnje komponente procesora. Vizualno se vidi kao mali crni element koji strši iz podloge i uspostavlja kontakt s elementom za raspršivanje topline.

Budući da je cijeli procesni sustav unutar njega, DIE postiže nevjerojatno visoke temperature, tako da ga moraju zaštititi drugi elementi.

IHS

Naziva se i DTS ili integriranim toplinskim difuzorom, a njegova je funkcija prikupljati svu temperaturu procesorskih jezgara i prenijeti je na hladnjak koji je ovaj element instalirao. Izrađena je od bakra ili aluminija.

Ovaj element je lim ili kapsula koja štiti DIE izvana i može biti u izravnom kontaktu s njom pomoću termalne paste ili izravno zavarena. U prilagođenoj opremi za igranje, korisnici uklanjaju ovaj IHS kako bi hladnjake postavili izravno u kontakt s DIE pomoću termalne paste u tekućem metalnom spoju. Taj se proces naziva Delidding i njegova je svrha značajno poboljšati temperature procesora.

hladnjak

Završni element koji je odgovoran za hvatanje što više topline i prenošenje u atmosferu. Oni su mali ili veliki blokovi izrađeni od aluminija i bakrene baze, opskrbljeni ventilatorima koji pomažu hladiti cijelu površinu pomoću prisilne struje zraka kroz peraje.

Svaki je računalni procesor potreban hladnjak za funkcioniranje i održavanje temperature pod kontrolom.

Pa to su dijelovi procesora izvana, sad ćemo vidjeti najviši tehnički dio, njegove unutarnje komponente.

Von Neumannova arhitektura

Današnja računala bazirana su na arhitekturi Von Neumanna, koji je bio matematičar zadužen za život 1945. godine za prva računala u povijesti, znate, ENIAC i ostala njegova velika prijatelja. Ta je arhitektura u osnovi način distribucije elemenata ili komponenti računala tako da je moguće njegovo funkcioniranje. Sastoji se od četiri osnovna dijela:

• Programska i podatkovna memorija: to je element u kojem se pohranjuju upute koje treba izvršiti u procesoru. Sastoji se od memorijskih pogona ili tvrdih diskova, RAM-a s slučajnim pristupom i programa koji sadrže same upute. Središnja procesna jedinica ili CPU: ovo je procesor, jedinica koja kontrolira i obrađuje sve informacije koje dolaze iz glavne memorije i ulaznih uređaja. Ulazna i izlazna jedinica: omogućuje komunikaciju s perifernim uređajima i komponentama koji su spojeni na središnju jedinicu. Fizički bismo ih mogli prepoznati kao utore i priključke naše matične ploče. Autobusi za podatke: to su zapisa, tragovi ili kablovi koji fizički povezuju elemente, a u procesoru su podijeljeni na upravljačku magistralu, magistralu podataka i adresnu magistralu.

Višejezgreni procesori

Prije nego što započnemo s popisom unutarnjih komponenti procesora, vrlo je važno znati koje su jezgre procesora i koja je njihova funkcija u njemu.

Jezgra procesora je integrirani krug koji je odgovoran za obavljanje potrebnih izračuna s informacijama koje prolaze kroz njega. Svaki procesor radi na određenoj frekvenciji, mjereno u MHz, što pokazuje broj operacija koje je sposoban obavljati. Pa, trenutni procesori imaju ne samo jezgru, već i nekoliko njih, svi s istim unutarnjim komponentama i sposobni istovremeno izvršavati i rješavati upute u svakom ciklusu takta.

Ako Core procesor može izvršiti jednu instrukciju u svakom ciklusu, ako je imao 6, mogao bi izvršiti 6 ovih uputa u istom ciklusu. Ovo je dramatična nadogradnja performansi, a to je upravo ono što rade današnji procesori. Ali ne samo da imamo jezgre, nego i obrađujemo niti, koje su poput neke logičke jezgre kroz koje cirkuliraju niti programa.

Posjetite naš članak o: Koje su niti procesora? Razlike s jezgrama znati više o ovoj temi.

Unutarnji dijelovi procesora (x86)

Postoji mnogo različitih arhitektura i konfiguracija mikroprocesora, ali ono što nas zanima je ona koja se nalazi unutar naših računala, a ovo je nesumnjivo ona koja dobija naziv x86. Mogli bismo to vidjeti izravno fizički ili shematski da to bude malo jasnije, znati da je sve to unutar DIE.

Moramo imati na umu da će upravljačka jedinica, aritmetičko-logička jedinica, registri i FPU biti prisutni u svakoj jezgri procesora.

Pogledajmo prvo glavne unutarnje komponente:

Upravljačka jedinica

Na engleskom se zove Conrol Unit ili CU, zaduženo je za upravljanje radom procesora. To čini izdavanjem naredbi u obliku kontrolnih signala RAM-u, aritmetičko-logičkoj jedinici te uređajima za ulaz i izlaz tako da znaju upravljati informacijama i uputama koje se šalju procesoru. Na primjer, oni prikupljaju podatke, obavljaju proračune i pohranjuju rezultate.

Uređaj osigurava da ostali dijelovi rade u sinkronizaciji koristeći signale sata i vremena. Gotovo svi procesori imaju ovu jedinicu u sebi, ali recimo da je izvan onoga što je srž same obrade. Zauzvrat, u njoj možemo razlikovati sljedeće dijelove:

• Sat (CLK): odgovoran je za generiranje kvadratnog signala koji sinkronizira unutarnje komponente. Postoje i drugi satovi koji su zaduženi za ovu sinkroniju između elemenata, na primjer množitelj, što ćemo vidjeti kasnije. Programski brojač (CP): sadrži memorijsku adresu sljedeće upute koja se izvršava. Registar uputa (RI): sprema upute koje se izvode Sequencer i Decoder: tumače i izvršavaju upute kroz naredbe

Aritmetičko-logička jedinica

Sigurno ćete to znati po akronimu "ALU". ALU je odgovoran za provođenje svih aritmetičkih i logičkih izračuna s cijelim brojevima na razini bita, a ovaj uređaj radi izravno s uputama (operandima) i s operacijom koju mu je kontrolna jedinica zadala (operator).

Operandi mogu poticati ili iz unutarnjih registara procesora, ili izravno iz RAM memorije, mogu se čak generirati u samom ALU-u kao rezultat druge operacije. Rezultat ovoga će biti rezultat operacije, što će biti druga riječ koja će biti spremljena u registar. Ovo su njegovi osnovni dijelovi:

• Ulazni registar (REN): u njima se čuvaju operedi koji se ocjenjuju. Operativni kod: CU šalje operatera da će operaciju izvesti Akumulator ili rezultat: rezultat operacije izlazi iz ALU kao binarna riječ Statusni registar (zastava): pohranjuje različite uvjete koje treba uzeti u obzir tijekom operacije.

Jedinica s plutajućom točkom

Znat ćete ga kao FPU ili Jedinicu s plutajućom točkom. U osnovi to je ažuriranje koje provode procesori nove generacije, specijalizirano za proračun operacija s pomičnim zarezom koristeći matematički koprocesor. Postoje jedinice koje mogu čak izvoditi trigonometrijske ili eksponencijalne proračune.

U osnovi to je prilagođavanje za povećanje performansi procesora u grafičkoj obradi gdje su proračuni koji se izvode mnogo teži i složeniji nego u uobičajenim programima. U nekim slučajevima, funkcije FPU-a obavlja sam ALU koristeći mikrokod uputa.

ploče

Današnji procesori imaju vlastiti sustav za pohranjivanje, da tako kažem, a najmanja i najbrža jedinica su registri. U osnovi to je malo skladište u kojem se pohranjuju upute koje se obrađuju i rezultati dobiveni od njih.

Cache memory

Sljedeća razina pohrane je cache memorija, koja je također izuzetno brza memorija, puno više od RAM memorije koja je odgovorna za spremanje uputa koje će procesor odmah koristiti. Ili ćete barem pokušati pohraniti upute za koje smatrate da će biti korištene, jer ponekad nema izbora nego ih zatražiti izravno iz RAM-a.

Predmemorija trenutnih procesora integrirana je u isti DIE procesora i podijeljena je na ukupno tri razine, L1, L2 i L3:

• Predmemorija razine 1 (L1): najmanja je nakon zapisnika, a najbrža od tri. Svaka jezgra za obradu ima vlastiti L1 predmemoriju, koja je zauzvrat podijeljena na dva, L1 Podaci koji su odgovorni za pohranu podataka i L1 Instrukciju, koja pohranjuje upute za izvršavanje. Obično je 32KB svaki. Predmemorija razine 2 (L2) - ovo je memorija sporija od L2, ali i veća. Obično svaka jezgra ima svoj L2, koji može biti oko 256 KB, ali u ovom slučaju nije izravno integriran u jezgri krug. Cache Level 3 (L3): najsporiji je od tri, iako mnogo brži od RAM-a. Smještena je i izvan jezgara i raspoređena je u nekoliko jezgara. Raspon se kreće između 8 MB i 16 MB, iako u vrlo moćnim procesorima doseže i do 30 MB.

Ulazni i odlazni autobusi

Sabirnica je komunikacijski kanal između različitih elemenata koji čine računalo. Oni su fizičke linije kroz koje kruže podaci u obliku električne energije, uputa i svih elemenata potrebnih za obradu. Ti se sabirnici mogu smjestiti izravno unutar procesora ili izvan njega, na matičnu ploču. Postoje tri vrste autobusa na računalu:

• Sabirnica podataka: zasigurno je najlakše za razumjeti, jer to je magistrala kroz koju cirkuliraju podaci koji su poslani i primljeni od strane različitih komponenti, do ili iz procesora. To znači da je dvosmjerna sabirnica i kroz nju će kružiti riječi duljine 64 bita, duljine koju procesor može podnijeti. Primjer podatkovne sabirnice su LANES ili PCI Express Lines, koji komuniciraju CPU s PCI utorima, na primjer, za grafičku karticu. Adresna magistrala: adresna sabirnica ne cirkulira podatke, već memorijske adrese kako bi pronašla mjesta u kojima su podaci pohranjeni u memoriji. RAM-ova je poput velikog spremišta podataka podijeljenog u ćelije, a svaka od tih ćelija ima svoju adresu. To će biti procesor koji postavlja memoriju za podatke slanjem memorijske adrese, a ta adresa mora biti velika koliko ćelije imaju RAM memoriju. Trenutno procesor može adresirati memorijske adrese do 64 bita, to jest, možemo obrađivati ​​memorije do 2 ⁶⁴ ćelije. Upravljačka magistrala: kontrolna magistrala zadužena je za upravljanje dva prethodna sabirnika, koristeći upravljačke i vremenske signale za sinkronizaciju i učinkovito korištenje svih informacija koje kruže do procesora ili iz njega. Bilo bi to poput tornja za kontrolu zračnog prometa na aerodromu.

BSB, ulazno / izlazna jedinica i množitelj

Važno je znati da trenutni procesori nemaju tradicionalni FSB ili Front Bus koji je služio za komunikaciju CPU-a s ostalim elementima matične ploče, na primjer, čipsetom i perifernim uređajima preko sjevernog i južnog mosta. To je zato što je sama sabirnica umetnuta u CPU kao jedinica za upravljanje ulazima i izlazima (I / O) koja izravno komunicira RAM-u s procesorom, kao da je stari sjeverni most. Tehnologije poput AMD-ovog HyperTransporta ili Intelove HyperThreading odgovorne su za upravljanje razmjenom informacija o procesorima visokih performansi.

BSB ili stražnja bočna sabirnica je magistrala koja je zadužena za povezivanje mikroprocesora s vlastitom predmemorijom, obično L2. Na taj se način Prednji sabirnik može osloboditi dosta opterećenja i na taj način približiti brzinu predmemoriranja brzini jezgre.

I na kraju imamo množitelje, koji su niz elemenata smještenih unutar ili izvan procesora koji su odgovorni za mjerenje odnosa između CPU sata i sata vanjskih magistrala. U ovom trenutku znamo da je CPU povezan s elementima poput RAM-a, čipseta i drugih perifernih uređaja putem magistrala. Zahvaljujući ovim množiteljima, moguće je da je frekvencija CPU-a mnogo brža od vanjskih sabirnica, kako bi se moglo obraditi više podataka.

Na primjer, multiplikator x10 omogućit će radu sustava na 200 MHz na CPU-u na 2000 MHz. U trenutnim procesorima možemo pronaći jedinice s množiteljem otključanim, to znači da možemo povećati njegovu frekvenciju, a samim tim i brzinu obrade. To nazivamo overclockingom.

IGP ili interna grafička kartica

Za kraj s dijelovima procesora ne možemo zaboraviti integriranu grafičku jedinicu koju neki od njih nose. Prije nego što smo vidjeli što je FPU, i u ovom slučaju smo suočeni s nečim sličnim, ali s mnogo više snage, jer su u osnovi niz jezgara sposobnih samostalno obrađivati ​​grafiku našeg tima, koja je u matematičke svrhe ogromna količina izračuna s pomičnim zarezom i grafičkog prikazivanja koje bi bile vrlo intenzivne za procesor.

IGP radi istu funkciju kao i vanjska grafička kartica, onu koju smo instalirali preko utora za PCI-Express, samo u manjem opsegu ili jačini. Nazvan je integriranim grafičkim procesorom jer je to integrirani krug instaliran u istom procesoru koji oslobađa središnju jedinicu ovog niza kompliciranih procesa. Bit će korisno kad nemamo grafičku karticu, ali za sada nema performanse usporedive s ovim.

I AMD i Intel imaju jedinice koje integriraju IGP u CPU, tako se naziva APU (ubrzana procesna jedinica). Primjer za to je gotovo cijela Intel Core obitelj i, zajedno s AMD-om Athlon i nekim Ryzenom.

Zaključak o dijelovima procesora

Pa, dolazimo do kraja ovog dugog članka u kojem na više ili manje osnovni način vidimo koji su dijelovi procesora, i s vanjske i s unutarnje točke gledišta. Istina je da je to vrlo zanimljiva tema, ali prokleto složena i duga za objasniti, čiji detalji nisu razumljivi gotovo svima nama koji nismo uronjeni u montažne linije i proizvođači ove vrste uređaja.

Sada vam ostavljamo nekoliko tutorijala koji bi vam mogli biti zanimljivi.

Ako imate bilo kakvih pitanja ili želite pojasniti bilo koji problem u članku, pozivamo vas da ga napišete u okvir za komentare. Uvijek je dobro imati mišljenje i mudrost drugih.