Τι είναι ένας πυρήνας επεξεργαστή; [Επεξηγήσεις MakeUseOf]

Διαφήμιση

Κάθε υπολογιστής διαθέτει έναν επεξεργαστή, είτε πρόκειται για έναν μικρό επεξεργαστή απόδοσης είτε για μια μεγάλη μονάδα παραγωγής ισχύος, διαφορετικά δεν θα ήταν σε θέση να λειτουργήσει. Φυσικά, ο επεξεργαστής, ονομάζεται επίσης CPU ή Κεντρική Μονάδα επεξεργασίας, είναι ένα σημαντικό μέρος ενός λειτουργικού συστήματος, αλλά δεν είναι το μόνο.

Οι σημερινοί επεξεργαστές είναι σχεδόν όλοι τουλάχιστον διπλού πυρήνα, πράγμα που σημαίνει ότι ολόκληρος ο επεξεργαστής περιέχει δύο χωριστούς πυρήνες με τους οποίους μπορεί να επεξεργάζεται πληροφορίες. Αλλά τι είναι οι πυρήνες των επεξεργαστών και τι ακριβώς κάνουν;

Τι είναι οι πυρήνες;

Ένας πυρήνας του επεξεργαστή είναι μια μονάδα επεξεργασίας που διαβάζει στις οδηγίες για να εκτελέσει συγκεκριμένες ενέργειες. Οι οδηγίες είναι αλυσοδεμένες έτσι ώστε, όταν τρέχουν σε πραγματικό χρόνο, να συνθέτουν την εμπειρία του υπολογιστή σας. Κυριολεκτικά όλα όσα κάνετε στον υπολογιστή σας πρέπει να υποβάλλονται σε επεξεργασία από τον επεξεργαστή σας. Κάθε φορά που ανοίγετε ένα φάκελο, αυτό απαιτεί τον επεξεργαστή σας. Όταν πληκτρολογείτε σε ένα έγγραφο λέξης, αυτό απαιτεί επίσης τον επεξεργαστή σας. Τα πράγματα όπως η σχεδίαση του περιβάλλοντος επιφάνειας εργασίας, τα παράθυρα και τα γραφικά παιχνιδιών είναι η δουλειά της κάρτας γραφικών σας - η οποία περιέχει εκατοντάδες επεξεργαστές για γρήγορη επεξεργασία δεδομένων ταυτόχρονα - αλλά σε κάποιο βαθμό απαιτούν ακόμα τον επεξεργαστή σας.

Πώς λειτουργούν

Τα σχέδια των επεξεργαστών είναι εξαιρετικά πολύπλοκα και ποικίλλουν σημαντικά μεταξύ των εταιρειών και ακόμη και των μοντέλων. Οι αρχιτεκτονικές τους - επί του παρόντος "Γέφυρα Ivy" για την Intel και "Piledriver" για την AMD - βελτιώνονται διαρκώς για να ταιριάζουν στο μέγιστο βαθμό απόδοσης σε όσο το δυνατό λιγότερη κατανάλωση χώρου και ενέργειας. Αλλά παρά τις αρχιτεκτονικές διαφορές, οι επεξεργαστές περνούν από τέσσερα κύρια βήματα κάθε φορά που επεξεργάζονται τις οδηγίες: φέρω, αποκωδικοποιούν, εκτελούν και γράφουν.

Φέρω

Το βήμα λήψης είναι αυτό που περιμένετε να είναι. Εδώ, ο πυρήνας του επεξεργαστή ανακτά τις οδηγίες που το περιμένουν, συνήθως από κάποιο είδος μνήμης. Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει μνήμη RAM, αλλά στους σύγχρονους πυρήνες επεξεργαστών, οι οδηγίες συνήθως περιμένουν ήδη τον πυρήνα μέσα στην κρυφή μνήμη του επεξεργαστή. Ο επεξεργαστής έχει μια περιοχή που ονομάζεται μετρητής προγράμματος που λειτουργεί ουσιαστικά ως σελιδοδείκτης, επιτρέποντας στον επεξεργαστή να γνωρίζει πού έληξε η τελευταία εντολή και ξεκινά η επόμενη εντολή.

Αποκρυπτογραφώ

Αφού έχει πάρει την άμεση εντολή, συνεχίζει να την αποκωδικοποιεί. Οι οδηγίες συχνά περιλαμβάνουν πολλαπλές περιοχές του πυρήνα του επεξεργαστή - όπως είναι η αριθμητική - και ο πυρήνας του επεξεργαστή πρέπει να το καταλάβει αυτό. Κάθε τμήμα έχει κάτι που ονομάζεται opcode ο οποίος λέει στον πυρήνα του επεξεργαστή τι πρέπει να γίνει με τις πληροφορίες που ακολουθεί. Μόλις ο πυρήνας του επεξεργαστή έχει καταλάβει όλα αυτά έξω, οι διαφορετικές περιοχές του ίδιου του πυρήνα μπορούν να φτάσουν στη δουλειά.

Εκτέλεση

Το βήμα εκτέλεσης είναι όπου ο επεξεργαστής γνωρίζει τι πρέπει να κάνει, και στην πραγματικότητα προχωράει και το κάνει. Αυτό που συμβαίνει εδώ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό ανάλογα με τις περιοχές του πυρήνα του επεξεργαστή που χρησιμοποιούνται και ποιες πληροφορίες τοποθετούνται. Για παράδειγμα, ο επεξεργαστής μπορεί να κάνει αριθμητική μέσα στην μονάδα ALU ή αριθμητική λογική. Αυτή η μονάδα μπορεί να συνδεθεί σε διαφορετικές εισόδους και εξόδους για να χτυπήσει αριθμούς και να πάρει το επιθυμητό αποτέλεσμα. Το κύκλωμα μέσα στην ALU κάνει όλη τη μαγεία και είναι πολύ περίπλοκο να το εξηγήσω, οπότε θα το αφήσω αυτό για τη δική σας έρευνα αν σας ενδιαφέρει.

Σύνταξη εγγραφής

Το τελευταίο βήμα, που ονομάζεται γραφή, απλά τοποθετεί το αποτέλεσμα όσων έχουν επεξεργαστεί στη μνήμη. Πού ακριβώς η έξοδος πηγαίνει εξαρτάται από τις ανάγκες της τρέχουσας εφαρμογής, αλλά συχνά παραμένει σε καταχωρητές επεξεργαστών για γρήγορη πρόσβαση, όπως τις χρησιμοποιούν οι ακόλουθες οδηγίες. Από εκεί, θα ληφθεί μέριμνα έως ότου μέρη από εκείνη την παραγωγή πρέπει να υποβληθούν σε άλλη επεξεργασία, πράγμα που μπορεί να σημαίνει ότι μπαίνει στη μνήμη RAM.

Είναι ένας κύκλος

Αυτή η όλη διαδικασία ονομάζεται κύκλος διδασκαλίας. Αυτοί οι κύκλοι διδασκαλίας γίνονται γελοία γρήγορα, ειδικά τώρα που έχουμε ισχυρούς επεξεργαστές με υψηλές συχνότητες. Επιπλέον, ολόκληρο το CPU με τους πολλαπλούς πυρήνες το κάνει σε κάθε πυρήνα, έτσι ώστε τα δεδομένα να μπορούν να χτυπηθούν κατά προσέγγιση πολλές φορές ταχύτερα απ 'ότι η CPU έχει πυρήνες από ό, τι εάν κολλήσει με έναν μόνο πυρήνα παρόμοιας απόδοσης. Οι επεξεργαστές έχουν επίσης βελτιστοποιημένα σύνολα οδηγιών συνδεδεμένα στο κύκλωμα, τα οποία μπορούν να επιταχύνουν τις οικείες οδηγίες που τους αποστέλλονται. Ένα δημοφιλές παράδειγμα είναι το SSE.

συμπέρασμα

Μην ξεχνάτε ότι πρόκειται για μια πολύ απλή περιγραφή των επεξεργαστών - στην πραγματικότητα είναι πολύ πιο περίπλοκες και κάνουν πολύ περισσότερα από ό, τι συνειδητοποιούμε. Η τρέχουσα τάση είναι ότι οι κατασκευαστές επεξεργαστών προσπαθούν να καταστήσουν τις μάρκες τους όσο το δυνατόν πιο αποδοτικές και αυτό περιλαμβάνει συρρίκνωση των τρανζίστορ. Ivy Bridge Τι χρειάζεστε για να ξέρετε για τη γέφυρα Ivy της Intel [Σημειώσεις της MakeUseOf] Τι πρέπει να ξέρετε για τη γέφυρα Ivy της Intel [MakeUseOf εξηγεί] Η Intel μόλις κυκλοφόρησε το νέο επεξεργαστή της, με κωδικό όνομα Ivy Bridge, τόσο για επιτραπέζιους υπολογιστές όσο και για φορητούς υπολογιστές. Θα βρείτε αυτά τα νέα προϊόντα που αναφέρονται στη σειρά 3000 και μπορείτε να αγοράσετε τουλάχιστον μερικά από αυτά ... Τα τρανζίστορ Read More είναι απλά 22nm και υπάρχει ακόμα λίγος χρόνος πριν οι ερευνητές συναντήσουν ένα φυσικό όριο. Φανταστείτε ότι όλη αυτή η επεξεργασία συμβαίνει σε τόσο μικρό χώρο. Θα δούμε πώς βελτιώνονται οι επεξεργαστές μόλις φτάσουμε εκεί.

Πού πιστεύετε ότι οι επεξεργαστές θα πάνε στη συνέχεια; Πότε περιμένετε να δείτε κβαντικούς επεξεργαστές, ειδικά στις προσωπικές αγορές; Ενημερώστε μας στα σχόλια!

Συντελεστές εικόνας: Olivander, Bernat Gallemi, Dominik Bartsch, Ιωάννη Σαμέλη, Εθνική Διοίκηση Πυρηνικής Ασφάλειας