Процессордың жұмысына қажетті деректер орналасуы керек. Компьютердің қалай жұмыс істейтініне қатысты маңызды ойларды қарастырыңыз

Қазіргі компьютерлер қолданудың әмбебаптығымен таң қалдырады. Егер бұрын олар негізінен математикалық есептеулер үшін қолданылса, кейінірек машиналар мен роботтардың жұмысын бағдарламалау үшін қолданылса, енді кез келген қолданушы мәтінді, электрондық кестелік құжаттарды және мәліметтер базасын кешенді өңдеуді айтпағанда, өзінің жеке компьютерінде суреттерді, бейнелерді, дыбыстарды қарап, өңдей алады. .деректер.

Секундына миллиондаған операцияларды орындайтын үлкен көлемдегі мәліметтерді өңдейтін негізгі «жұмыс күші» орталық процессор болып табылады.

Бұл материалдан қазіргі заманғы процессорлардың құрылғысы мен жұмыс істеу принциптері, орталық процессорлардың негізгі параметрлері (және осы параметрлердің қайсысы маңыздырақ), оның жұмысын тездететін және баяулататын факторлар туралы біле аласыз.

CPU құрылғысы

Әрбір заманауи процессор құрылғылардың бірнеше түрінен тұрады.

• Атқарушы құрылғылар – негізгі есептеулерді жүргізеді.
• Басқару құрылғылары – дұрыс реттілікпен құрылғыларды іске қосу арқылы мәліметтер мен командаларды қабылдауды және өңдеуді ұйымдастыру.
• Регистрлер (жылдам жады ұяшықтары) – аралық нәтижелерді сақтайды.
• Мәліметтер шинасы – процессор мен басқа компоненттер арасында қажетті ақпаратты тасымалдау.
• Процессор кэші – процессордың оларға қол жеткізуін жылдамдату үшін жиі қолданылатын деректерді сақтайды. Кэш - процессор чипінде орналасқан жылдам жад ұяшықтары.
• Қосымша есептеу модульдері – арнайы тапсырмаларды орындауға жауапты (бейне өңдеу, 3D графикасын өңдеу).

Өнімділікке әсер ететін процессор параметрлері

Орталық процессордың өнімділігіне әсер ететін негізгі параметр оның сыйымдылығы болып табылады, бұл бір уақытта өңделетін ақпарат биттерінің санын көрсететін сипаттама. Жоғары бит тереңдігі үлкенірек деректер массивтерін өңдеуге мүмкіндік береді (немесе өңделген деректердің бірдей өлшемімен деректер жылдамырақ өңделеді немесе есептеулердің дәлдігі артады).

Процессорда үш компонент бар, олардың өнімділігі бит тереңдігіне тікелей байланысты:

• Деректер шинасы
• Ішкі регистрлер
• Жад мекенжайы шинасы

Деректер шинасы

Деректер шинасыэлектр сигналдарын беруге және қабылдауға арналған өткізгіштер шоғыры болып табылады. Мәліметтер шинасы арқылы бір уақытта неғұрлым көп сигналдар өтетін болса, соғұрлым жетектер көбірек ақпарат алады және олармен өңделеді. Мәліметтер шинасы жағдайында разряд ені оның өткізу қабілеттілігін көрсетеді – разряд ені неғұрлым жоғары болса, уақыт бірлігінде шина арқылы көбірек ақпарат өтеді.

Жад мекенжайы шинасы

Жад мекенжайы шинасы- ақпарат жазылатын немесе оқылатын жады ұяшықтарының адрестерін беретін өткізгіштер жиынтығы.

Мекенжай шинасында өткізгіштер неғұрлым көп болса, соғұрлым орталық процессор үшін жедел жад ұяшықтары көбірек болады.

Егер деректер шинасын бит ені жолақтардың санын көрсететін магистральмен салыстыруға болатын болса, онда жад мекенжайы шинасы бір көшедегі ғимараттардың нөмірленуіне көбірек ұқсайды, жад адресі шинасы разрядының ені неғұрлым жоғары болса, көбірек мекенжайларды тіркеуге болады.

Ішкі регистрлер

Ішкі регистрлер- процессорға тікелей салынған және есептеулердің аралық нәтижелерін сақтау үшін қолданылатын өте жылдам жедел жад ұяшықтары. Ішкі регистрлердің сыйымдылығы процессордың бір уақытта (цикл) қанша ақпаратты өңдей алатынын көрсетеді.

Сағат жиілігі

Компьютердің өнімділігіне айтарлықтай әсер ететін тағы бір параметр процессордың сағат жылдамдығы(гигагерцпен өлшенген, ГГц).

Сағат тербелісін металл ыдыстағы кварц кристалы жасайды ( сағат резонаторы) кернеу қолданылатын. Кристалдағы кернеудің әсерінен электр тогының тербелістері пайда болады. Оларға қызмет көрсетіледі сағат генераторы, ол олардың импульстерін түрлендіреді және оларды деректер мен мекенжай шинасына жібереді. Осылайша, орталық процессордың, автобустардың және жедел жадтың барлық компоненттерінің жұмысы синхрондалады. Сағат генераторы барлық компоненттер біркелкі және синхронды жұмыс істеуі үшін ырғақты соғады деп айтуға болады.

Сағат кезеңі (цикл)- процессордың жұмыс уақытын өлшеуге арналған ең кіші бірлік (яғни, орталық процессор кез келген операцияға кемінде бір тактілік циклді жұмсайды). Компьютердің басқа құрамдас бөліктерімен (ең алдымен жедел жадымен) деректер алмасу кезінде процессор бір циклден көп уақыт жұмсай алады (сонымен қатар, олардың көпшілігі процессормен, деректерді беру автобустарымен және жедел жады микрочиптерімен салыстырғанда баяулауына байланысты күту циклдері болады).

Процессорды таңдауда тактілік жиілік шешуші параметр болып табылады ма? Жоқ. Жоғары тактілік жиілік процессордың басқа параметрлерімен ғана маңызды бонус болады. Кейбір жағдайларда төменірек сағаттық процессорлар жылдамдық пен жалпы өнімділік бойынша өздерінің «жылдамырақ» әріптестерінен асып түсті.

Соңғы 10-12 жылда «оверклокинг» сияқты құбылыс өте кең тарады - олардың мәжбүрлі жұмыс режимдерін пайдалану арқылы компьютер компоненттерінің жылдамдығын арттыру. Орыс тілінде «overclocking» термині көбірек тамыр алды. Сонымен, процессор қалай үдетілген? Ең қарапайым нәрсе - сағат жиілігін арттыру. Ол үшін сағаттық резонаторға үлкен кернеу беріледі, кварц кристалындағы тербелістердің саны артады, сәйкесінше тактілік генератор арқылы берілетін уақыт бірлігіндегі импульстар саны да артады. Мұндай үдеткіш үшін бірнеше шектеулер бар:

• Процессор тұтынатын энергия мөлшері артады (егер сіз компьютеріңізді үдеткіңіз келсе, қуат көзін таңдағанда осыны ескеріңіз)
• Кристаллға берілетін энергияның ұлғаюымен оларға берілетін энергия мөлшері де артады. Қарапайым сөзбен айтқанда, ол көбірек қызады және бұл артық жылуды алып тастау керек (әдетте бұл үшін неғұрлым қуатты салқындату жүйесі орнатылған).
• Электр энергиясын жеткізудің ұлғаюымен электромагниттік кедергілер, ең алдымен деректер мен адрестік шиналар бойынша артады. Әрине, циклдар саны артады, бірақ процессордан жадқа және керісінше тасымалданатын деректер көлемі азаяды.

Неліктен процессорлар қызып кетеді және оны қалай болдырмауға болады

Әрбір процессор микроскопиялық радиоэлементтердің үлкен санынан тұрады. Олар неғұрлым көп болса және процессордың тактілік жиілігі неғұрлым жоғары болса, процессор соғұрлым көп энергияны тұтынады. Ноутбуктерге, планшеттерге және коммуникаторларға арналған мобильді процессорлар қуатты аз тұтынуға (35 Вт дейін) арналған. Жұмыс үстелі үлгілері 130 Вт немесе одан көп қуат тұтынады. Бұл кезде сыртқа көп мөлшерде жылу бөлінеді және бұл жылуды чиптің бетінен кетіру үшін жақсы салқындату жүйесі қажет.

Салқындату жүйесін таңдағанда, ең маңызды параметрлердің бірі - мән TDP (Жалпы бөлінген қуат, жалпы қуат шығыны).

Қуатты тұтынуды азайтудың көптеген жолдары бар. Мұнда олардың кейбіреулері бар:

• Модульдерді өшіру, тактілік жиілікті төмендету, процессорға жүктеме азайған кезде жұмыс кернеуін төмендету (Intel процессорлары үшін – SpeedStep технологиясы, AMD процессорлары үшін – Cool&Quiet технологиясы).
• Жаңа, прогрессивті материалдарды өндіруде қолдану.
• Төмен кернеумен жұмыс істейтін процессорларды пайдалану (төмен кернеу, ультра төмен кернеу). Қуатты тұтыну кернеуге пропорционалды түрде өзгереді.

Процессор жұмысын жақсарту жолдары

• Жүйелік шинаны жеделдету. Процессор ДК сақтау құрылғыларынан деректер мен пәрмендерді неғұрлым жылдам қабылдаса, күтуге, демек, бағдарламаларды орындауға аз уақыт жұмсайды.
• Жылдам көп деңгейлі кэш жады. Процессорлар есептеулердің аралық нәтижелерін кірістірілген кэш жадыда сақтайды. Оның тактілік жиілігі процессордың өзінің жиілігіне тең, сондықтан ол жүйелік жадтан әлдеқайда жылдам. Қазіргі заманғы процессорлардың көпшілігінде бірінші (1-деңгей, L1), екінші (2-деңгей, L2) және үшінші (деңгей 3, L3) деңгейдегі кэш жады бар. Бірінші деңгейдегі кэш салыстырмалы түрде аз (бірнеше жүз килобайт). L2 және L3 кэштері L1 кэштерінен үлкенірек (бірнеше мегабайтқа дейін) және баяуырақ, бірақ жүйелік жедел жадқа қарағанда жоғары жылдамдықта жұмыс істейді. Кэштен келетін деректер процессордың жүйелік жадтан жауапты күту қажеттілігін болдырмай, мүмкіндігінше бос емес етеді.
• Құбырларды төсеу, яғни. орталық процессордың әртүрлі құрамдас бөліктері арқылы командалардың дәйекті өтуі. Мәліметтерді өңдеудің бұл әдісінің артықшылығы - конвейердің болуымен процессор бір уақытта бір нұсқаумен емес, бірнеше нұсқамен айналысады.
  Pipelining пәрменді және деректерді алдын ала алу алгоритмдерін пайдаланады. Пәрмен жүктелген кезде, алдын ала жүктеу блогы келесі пәрмендер мен деректер қажет болатынын болжауға тырысады. Осылайша, құбыр жылдамырақ жүктеледі, өйткені алдыңғы пәрмендердің нәтижелерін күту үшін уақыт босқа кетпейді.
• Бірнеше физикалық есептеуіш ядролардың көмегімен есептеулерді параллельдеу. Қазіргі көп ядролы процессорлар жүйеде екі, төрт немесе одан да көп жеке процессорлардың болуын имитациялайды. Егер орындалатын бағдарламада есептеулерді параллельдеу, оларды бірнеше ағындарға (Treads) бөлу функциясы болса, бұл есептеулерді бір уақытта орындауға болады.
• SIMD принципі бойынша жұмыс істейтін мультимедиялық деректерді өңдеу алгоритмдерін қолдау (Simple Instruction – Multiple Data, яғни бір команда – көп деректер). Бұл технологияларды қолдайтын процессорлар бірдей нұсқауларды қайталап орындауды талап ететін үлкен көлемдегі деректерді өңдеуде жылдамырақ. Intel процессорларында MMX және SSE технологиялары бар, AMD процессорларында 3DNow бар!

Қазіргі заманғы процессордың алгоритмі

Бұл тарауда біз негізгі компоненттердің функцияларын сипаттайтын орталық процессордың айтарлықтай жеңілдетілген схемасын қарастырамыз.

• Жадтан пәрменді сұрау. Қабылдау құрылғысы бірінші деңгейлі (L1) кэште, екінші деңгейде (егер нұсқау L1 кэшінде болмаса) және үшінші деңгейде (егер нұсқау L1 және L2 кэштері). Нұсқау процессордың кэшінде болмаса, нұсқау жүйелік жадтан деректер шинасы арқылы барлық үш деңгейдің кэшін ретімен аралап жүктеледі. Сол алгоритм бойынша бұл команданы орындау үшін деректер сұралады.
• Алу блогынан команда дешифраторға беріледі. Дешифраторда команда орындау бірліктерінің 1 тактілік циклінде орындалатындай көлемдегі бірнеше микрооперацияларға бөлінеді. Микро-операциялар тізбегі кэшке орналастырылады. Алдын ала алу блогы келесі нұсқаулар қажет екенін анықтау үшін микро-операциялар ретін талдайды.
• Жоспарлаушы кэш-жадтан микрооперациялар блогын таңдап, олардың орындалу ретін қалыптастырады. Орындалуы басқа командалардың орындалуына байланысты емес командалар әртүрлі орындау бірліктерінде параллель орындалады: бүтін сандар үшін ALU (арифметикалық-логикалық бірлік, арифметикалық логикалық бірлік), FPU (жылжымалы нүкте бірлігі, өзгермелі нүкте бірлігі), SSE пәрмендері үшін ALU және т.б. Бұл кезеңде алдын ала алу қателері болуы мүмкін (мысалы, қате таңдалған келесі нұсқау немесе жадтағы қате таңдалған деректер мекенжайлары), бұл құбырды тазалауды және біздің схеманың 1-қадамына көшуді талап етеді.
• Команданың орындалу дұрыстығы тексеріліп, нәтиже кэш жадына орналастырылады және деректер шинасы арқылы жүйелік жадыға беріледі.

Процессор кез келген компьютер құрылғысының негізгі бөлігі болып табылады. Бірақ көптеген пайдаланушылар компьютердегі процессордың не екенін және оның қандай қызмет атқаратынын өте нашар түсінеді. Қазіргі әлемде бұл маңызды ақпарат болса да, оны біле отырып, көптеген қате пікірлерден аулақ бола аласыз. Компьютеріңізді қуаттандыратын чип туралы көбірек білгіңіз келсе, сіз дұрыс жерге келдіңіз. Бұл мақалада сіз процессордың не үшін қажет екенін және оның бүкіл құрылғының өнімділігіне қалай әсер ететінін білесіз.

Орталық процессор дегеніміз не

Бұл жағдайда біз орталық процессор туралы айтып отырмыз. Өйткені, компьютерде басқалары бар, мысалы, бейне процессоры.

Орталық процессор – электронды блок немесе интегралдық схема болып табылатын компьютердің негізгі бөлігі. Ол машиналық нұсқауларды немесе бағдарлама кодын орындайды және құрылғының аппараттық құралдарының негізі болып табылады.

Қарапайым тілмен айтқанда, бұл компьютердің жүрегі мен миы. Оның арқасында бәрі жұмыс істейді, ол деректер ағындарын өңдейді және жалпы жүйенің барлық бөліктерінің жұмысын басқарады.

Процессорға физикалық тұрғыдан қарасақ, ол кішкентай, жұқа, төртбұрышты тақта. Оның өлшемі кішкентай және үстіне металл қақпақпен жабылған.

Чиптің төменгі бөлігінде чипсет жүйенің қалған бөлігімен әрекеттесетін контактілер орналасқан. Компьютердің жүйелік блогының қақпағын ашу арқылы сіз процессорды, егер ол салқындату жүйесімен жабылмаған болса, оңай таба аласыз.

Орталық процессор тиісті пәрменді бермейінше, компьютер ең қарапайым операцияны да орындай алмайды, мысалы, екі санды қосыңыз. Компьютерде не істегіңіз келсе де, кез келген әрекет процессорға қоңырау шалуды қамтиды. Сондықтан ол компьютердің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады.

Заманауи орталық процессорлар өздерінің негізгі міндеттерін орындауға ғана емес, сонымен қатар бейне картаны ішінара ауыстыра алады. Жаңа чиптер бейне контроллердің функцияларын орындауға арналған бөлек орынмен шығарылады.

Бұл бейнеконтроллер видеокартадан қажетті барлық негізгі қажетті әрекеттерді орындайды. Бұл жағдайда жедел жады бейне жады ретінде пайдаланылады. Бірақ қуатты заманауи процессор бейне картаны толығымен алмастыра алады деп қателеспеңіз.

Тіпті видеокарталардың орташа класы процессорлардың бейне контроллерін әлдеқайда артта қалдырады. Сонымен, бейне картасы жоқ компьютер опциясы графикамен байланысты күрделі тапсырмаларды орындауды қажет етпейтін кеңсе құрылғыларына ғана жарамды.

Мұндай жағдайларда шынымен де үнемдеуге мүмкіндік бар. Өйткені, сіз жай ғана жақсы бейне контроллері бар процессорлық чипсетке ие бола аласыз және бейне картаға ақша жұмсамайсыз.

Процессор қалай жұмыс істейді

Процессор дегеніміз не екенін анықтады. Бірақ ол қалай жұмыс істейді? Бұл ұзақ және күрделі процесс, бірақ оны үйренгеннен кейін, бұл жеткілікті оңай. Орталық процессордың жұмыс істеу принципін кезең-кезеңімен қарастыруға болады.

Біріншіден, бағдарлама оперативті жадқа жүктеледі, ол жерден барлық қажетті ақпаратты және процессордың басқару блогының орындауы үшін міндетті командалар жиынтығын шығарады. Содан кейін бұл деректердің барлығы процессордың кэш деп аталатын буферлік жадыға түседі.

Ақпарат буферден шығады, ол екі түрге бөлінеді: нұсқаулар және мәндер. Олар да, мыналар да тізілімдерге кіреді. Регистрлер - чипсетке орнатылған жад ұяшықтары. Сондай-ақ олар алатын ақпарат түріне қарай екі формада болады: нұсқау регистрлері және деректер регистрлері.

Орталық процессордың құрамдастарының бірі арифметикалық логикалық блок болып табылады. Ол арифметикалық және логикалық есептеулер арқылы ақпаратты түрлендіруді орындаумен айналысады.

Бұл жерде регистрлердің деректері түседі. Осыдан кейін арифметикалық-логикалық блок алынған мәліметтерді оқиды және алынған сандарды өңдеуге қажетті командаларды орындайды.

Міне, біз тағы да бөлінуге тап болдық. Соңғы нәтижелер аяқталған және аяқталмаған болып бөлінеді. Олар регистрлерге қайта оралады, ал дайындары буферлік жадыға өтеді.

Процессордың кэш жады екі негізгі деңгейден тұрады: жоғарғы және төменгі. Ең соңғы пәрмендер мен деректер жоғарғы кэшке жіберіледі, ал пайдаланылмайтындар төменгісіне өтеді.

Яғни, үшінші деңгейде орналасқан барлық ақпарат екіншіге беріледі, одан өз кезегінде деректер біріншіге өтеді. Ал қажетсіз деректер, керісінше, төменгі деңгейге жіберіледі.

Есептеу циклі аяқталғаннан кейін оның нәтижелері қайтадан компьютердің жедел жадына жазылады. Бұл процессор кэшінің босатылғанын және жаңа операциялар үшін қолжетімді болуын қамтамасыз ету.

Бірақ кейде буферлік жады толығымен толып, жаңа операцияларға орын болмайтын жағдайлар болады. Бұл жағдайда қазіргі уақытта пайдаланылмайтын деректер жедел жадқа немесе процессор жадының төменгі деңгейіне түседі.

Процессорлардың түрлері

Орталық процессордың жұмыс істеу принципін қарастыра отырып, оның әртүрлі түрлерін салыстыру уақыты келді. Процессордың көптеген түрлері бар. Бір ядролы әлсіз модельдер де, бірнеше ядросы бар қуатты құрылғылар да бар. Тек кеңсе жұмыстарына арналғандары бар, ал ең заманауи ойындарға қажеттері бар.

Қазіргі уақытта процессорлардың екі негізгі жасаушысы бар - AMD және Intel. Олар ең өзекті және сұранысқа ие чиптерді шығарады. Сіз бұл екі компанияның чиптерінің арасындағы айырмашылық ядролардың санында немесе жалпы өнімділігінде емес, архитектурасында екенін түсінуіңіз керек.

Яғни, бұл екі кәсіпорынның өнімдері әртүрлі қағидаларға негізделген. Және әрбір жасаушының бәсекелесінен өзгеше құрылымы бар өзінің бірегей процессор түрі бар.

Айта кету керек, екі нұсқаның да күшті және әлсіз жақтары бар. Мысалы, Intel осындайлармен ерекшеленеді артықшылықтар :

• Аз энергия тұтыну;
• Темірді жасаушылардың көпшілігі дәл Intel процессорларымен өзара әрекеттесу арқылы басшылыққа алады;
• Ойындарда өнімділік жоғарырақ;
• Intel компьютердің жедел жадымен өзара әрекеттесу оңайырақ;
• Бір ғана бағдарламамен орындалатын операциялар Intel жүйесінде жылдамырақ.

Сонымен қатар, бар минустар :

• Әдетте, Intel чипсеттерінің құны AMD баламасымен салыстырғанда қымбатырақ;
• Бірнеше ауыр бағдарламалармен жұмыс істегенде өнімділік төмендейді;
• Графикалық ядролар бәсекелестерге қарағанда әлсіз.

AMD келесілермен ерекшеленеді артықшылықтар:

• Ақша үшін әлдеқайда жақсы құндылық;
• Бүкіл жүйенің сенімді жұмысын қамтамасыз етуге қабілетті;
• Процессордың қуатын 10-20% арттыра отырып, үдеткіш мүмкіндігі бар;
• Неғұрлым қуатты біріктірілген графикалық ядролар.

Дегенмен, AMD келесі параметрлер бойынша төмен:

• ЖЖҚ-мен өзара әрекеттесу нашар;
• Процессор көбірек электр энергиясын тұтынады;
• Буферлік жадының екінші және үшінші деңгейлеріндегі жұмыс жиілігі төмен;
• Ойындарда өнімділік төмен.

Олардың артықшылықтары мен кемшіліктері ерекшеленсе де, компаниялар жақсырақ процессорларды шығаруды жалғастыруда. Сізге қайсысы жақсы екенін таңдау керек. Өйткені, бір компания екіншісінен жақсы деп біржақты айту мүмкін емес.

негізгі сипаттамалары

Сонымен, біз процессордың негізгі сипаттамаларының бірі оның әзірлеушісі екенін анықтадық. Бірақ сатып алу кезінде сіз одан да көп назар аударуыңыз керек бірқатар параметрлер бар.

Біз брендтен алыс кетпейміз және фишкалардың әртүрлі сериялары бар екенін айтамыз. Әрбір өндіруші әртүрлі тапсырмалар үшін жасалған әртүрлі баға санаттарында өз желілерін шығарады. Тағы бір қатысты параметр - процессордың архитектурасы. Шын мәнінде, бұл чиптің бүкіл жұмысы байланысты болатын оның ішкі органдары.

Ең айқын емес, бірақ өте маңызды параметр - розетка. Мәселе мынада, процессордың өзінде розетка аналық платадағы сәйкес ұяшыққа сәйкес келуі керек.

Әйтпесе, кез келген компьютердің осы екі маңызды құрамдастарын біріктіре алмайсыз. Сонымен, жүйелік блокты құрастыру кезінде сізге аналық плата сатып алып, оған чипсет іздеу керек немесе керісінше.

Енді процессордың қандай сипаттамалары оның өнімділігіне әсер ететінін анықтау уақыты келді. Ең бастысы - тактілік жиілік екені сөзсіз. Бұл белгілі бір уақыт бірлігінде орындалатын операциялардың көлемі.

Бұл көрсеткіш мегагерцпен өлшенеді. Сонымен, чиптің тактілік жиілігі неге әсер етеді? Ол белгілі бір уақыт аралығындағы операциялардың санын көрсететіндіктен, құрылғының жылдамдығы оған байланысты екенін болжау қиын емес.

Тағы бір маңызды көрсеткіш - буферлік жадының көлемі. Бұрын айтылғандай, ол жоғарғы және төменгі. Бұл процессордың өнімділігіне де әсер етеді.

Орталық процессордың бір немесе бірнеше ядросы болуы мүмкін. Көп ядролы модельдер қымбатырақ. Бірақ ядролардың саны не әсер етеді? Бұл сипаттама құрылғының қуатын анықтайды. Неғұрлым ядролар көп болса, құрылғы соғұрлым қуатты болады.

Қорытынды

Орталық процессор ең маңыздылардың бірін ғана емес, сонымен қатар компьютердің жұмысында негізгі рөлді де айтуға болады. Оған бүкіл құрылғының өнімділігі, сондай-ақ оны қолдануға болатын міндеттер тәуелді болады.

Бірақ бұл орташа компьютер үшін ең қуатты процессорды сатып алу керек дегенді білдірмейді. Сіздің талаптарыңызға сай келетін ең жақсы үлгіні таңдаңыз.

Бүгінгі күні әрбір үйде дерлік компьютер бар. Онсыз бүгінгі өмірді елестету қиын. Қажетті ақпаратты іздеу, жаңалықтар мен ауа-райын қарау, тауарларды сатып алу және сату, фильмдер мен бағдарламаларды көру - мұның барлығын үйден шықпай-ақ және ерекше күш жұмсамай-ақ жасауға болады. Сізге тек компьютерді қосып, Интернетке кіру жеткілікті.

Бірақ аз адамдар компьютердің неден тұратыны туралы ойлайды, оның көмегімен сіз барлық қажетті ақпаратты тез арада ала аласыз. Компьютердің негізгі компоненттерінің бірі процессор болып табылады. Процессордың қалай жұмыс істейтінін түсініп, сіз өзіңіз үшін көптеген жаңа нәрселерді түсіндіре аласыз.

Процессор дегеніміз не

Орталық процессор немесе оны информатика әлемінде атайды - процессор кез келген компьютердің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады, ол оның жүрегі мен миы болып табылады. Бұл пайдаланушы көрсеткен барлық командаларды орындайтын, барлық ақпаратты өңдейтін және компьютердің басқа құрылғыларын басқаратын процессор.

Бүгінгі таңда процессорлардың негізгі өндірушілері Intel және Advanced Micro Devices (AMD) болып табылады, олар ұзақ уақыт бойы ақпараттық технологиялар нарығында болды және өздерін тек жақсы жағынан көрсетті. Әрине, басқа өндірушілер бар, бірақ олар әлі де осы алып компаниялардың деңгейінен өте алыс. Бір қызығы, Intel және AMD процессорлар өніміндегі көшбасшылық үшін үнемі күресіп, жаңа үлгілерді шығару кезінде кезекпен бірінші орындарды жеңіп алады. Бір қызығы, дәл осы күрес ақпараттық технологияның осы саласының тұрақты сапалы дамуына серпін береді.

Сыртқы түрі

Компьютердің процессорлық құрылғысын оның сыртқы түрінен тексеруді бастау керек. Бір қарағанда, бұл жай ғана металл қорап, оның артқы жағында шамамен 5x5 см өлшемі бар шағын тақта және процессор аналық платаға бекітілген әртүрлі контактілер бар. Процессордың ортасында негізгі жұмысты атқаратын миллиондаған, кейде тіпті миллиардтаған түрлі транзисторлар болады.

Процессор неден жасалған?

Процессордың өзі негізінен құмнан, дәлірек айтсақ, жер қыртысында 30% ғана болатын кремнийден тұрады. Процессорларды қалыптастыру процесі айтарлықтай күрделі, ол арнайы жабдықты және материалдық шығындарды қажет етеді. Қысқаша айтқанда, процессорлардың өндіріс схемасы фото басып шығару технологиясына біршама ұқсас - оны өндіруде фотолитография технологиясы қолданылады. Мұнда «құймақ» фотография рөлін атқарады - болашақ процессорлар, оларда арнайы үдеткіште қатты үдетілген бор иондарының көмегімен көптеген транзисторлары бар миниатюралық құрылым жасайды. Ал технологиялық процесс неғұрлым жұқа болса, соғұрлым бұл құрылымның күші мен жылдамдығы жоғары болады. Жыл сайын бұл құрылымдық элементтердің өлшемдері азаяды және жақын арада ғалымдардың пікірінше, олар шамамен 15 нм-ге жетуі мүмкін.

Қақпақты алып, процессордың ішкі жағын қарауға болады, бірақ процессордың ең жақсы бөліктеріне зақым келтіру қаупі бар, бұл оның жұмыс істемеуіне әкелуі мүмкін.

Құрамдас бөліктер

Уақыт өте келе құрылғы мен процессордың жұмысы сапалы түрде өзгереді. Процессорлар да қысқарады. Бүгінгі күні процессорларды құрудың бірдей дерлік принциптері бұрынғыдай қолданылады, тек компоненттердің өлшемдері өзгерді.

Процессорлық блоктың ішінде де өте қызықты. Ол жалпы архитектурадан тұрады - тақтаны, өзектерді (компьютердің жылдамдығын анықтайтын), автобустарды (аналық платаға қосылатын қондырғылар), сондай-ақ ревизияларды (ядролардан кіші бөлшектер, бірақ өте маңызды және функционалды).

Компьютердің өнімділік көрсеткіштері

Компьютердің берілген командаларға реакциясы бірнеше көрсеткіштерге байланысты болуы мүмкін: ядролар саны, ағындар саны (ядролар санымен бірдей болмауы мүмкін), кэш көлемі - процессордың ішкі жады, тактілік жиілік, автобустардың жылдамдығы, сондай-ақ процессордың өзін өндіру процесі.

Жұмыс принципі

Құрылғыны егжей-тегжейлі зерттеп, енді процессордың принципін қарастыруға болады. Пайдаланушыдан белгілі бір пәрменді алғаннан кейін компьютер өз жұмысын бастайды.

Бірақ кез келген команда екі бөліктен тұратынын аз адамдар біледі - операциялық және операнд:

• команданың операциялық бөлігі компьютердің не істеу керектігін көрсетеді,
• нұсқаудың екінші бөлігі процессорға операндтарды береді - процессор немен жұмыс істеуі керек.

Кейбір процессорларда екі конвейер болуы мүмкін, яғни. есептеу блоктары. Олардың әрқайсысы пайдаланушы компьютерге берген команданың орындалуын бірнеше кезеңге бөледі: генерациялау, декодтау (яғни команданың шифрын ашу), команданың өзін орындау, процессор жадына кіру және нәтижелерді сақтау. Бұл кезеңдердің барлығы ең қысқа мерзімде орындалады. Құбырды пайдалану кезінде әрбір кезеңге бірдей жиіліктегі бір цикл тағайындалады, сондықтан процессордағы әрбір команданың орындалуына бес цикл тағайындалады.

Кез келген процессордың жадын кэштеу оның өнімділігін арттырады. Бүгінгі күні екі кэшті пайдалану әдеттегідей, өйткені. біреуін пайдалану командаларды орындау кезінде қақтығыстарға әкелді. Бұл көбінесе екі команданың бір кэштен ақпаратты алуға әрекеттенуіне байланысты. Бөлек кэштеу мұндай жағдайлардың пайда болуын толығымен жояды және екі команданы бір уақытта орындауға мүмкіндік береді.

Компьютерлік процессордың қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін есептеу процессорларының әртүрлі екенін ескерген жөн: сызықтық, циклдік және тармақталған.

• Сызықтық процессорлар оперативті жадқа жазылу ретіне байланысты нұсқауларды орындайды.
• Циклдік және тармақталу процессорлары тармақталу шарттарын тексеру нәтижелеріне байланысты нұсқауларды орындайды.

Процессорлық шиналар қалай жұмыс істейтінін білу де маңызды. Олардың екеуі бар, біреуі, жылдам шинасы екінші деңгейлі кэш жадымен жұмыс істейді, екінші шина (баяу) басқа құрылғылармен ақпарат алмасу бойынша жұмыс істеуге арналған.

Компьютерде процессор қалай жұмыс істейді?

Пернені басқан кезде электр сигналы өткізгіштер арқылы пернетақта контроллеріне өтеді. Бұл кімге болса да түсінікті. Бірақ содан кейін - ең қиын. Әрі қарай, процестердің мәнін түсіну үшін үзіліс ұғымын енгізу қажет. Үзіліс – процессорға сигнал жіберу процесі, осылайша ол осы сигналға жауап беруге дайындалады. Процессор, егер бұл сигнал қабылданса, ағымдағы операцияны тоқтатады және үзілген нұсқауды орындағаннан кейін оған қайтады. Үзілістер әртүрлі құрылғылардан немесе бағдарламалардан болуы мүмкін: диск, Windows жүйесінде жұмыс істейтін қолданба, тінтуір бар пернетақта және т.б. Үзу механизмін жүзеге асыру процессор архитектурасының құрамдас бөлігі болып табылады.

Бірақ біздің қойларға қайта оралу. Сонымен, пернені басу арқылы біз пернетақтадан «irks» деп аталатын осы үзіліс үшін 16 сұрау жолының бірімен сигнал жібереміз ( IRQ– үзілген сұрау жолдары). Айтпақшы, олардың жетеуі осы механизм үшін бөлінген жүйенің құрамдас бөліктерін, соның ішінде пернетақтаны (дәлірек айтқанда, оның контроллерін) үнемі бақылайды. Және одан әрі...

• Контроллер үзіліс контроллері деп аталатын ішкі жүйеге сигнал жібереді, ол әскери штаб бастығы сияқты жұмыс істейді, процессорға кедергі жасау процесін үнемі бақылайды, процессордың назарын қажет ететін ықтимал үзілістердің 256 түрі.
• Басқа электрлік үзу тізбектері компьютердің кеңейту слоттары бар енгізу/шығару шинасын бақылайды. Айтпақшы, бірдей «иркаға» орнатуға немесе пайдалануға болатын кеңейту карталары, өйткені осы карталарға немесе осы слоттарға сұраныс Plug and Play функциясы арқылы басқарылады (бұл туралы кейінірек).
• Әрі қарай, үзу контроллері процессордың негізінен шығып тұрған түйреуіштердің біріне сигнал жібереді. Бұл контактінің өз аты бар - INTR(INterruptT Request) және жиі осындай үзу сигналдары үшін пайдаланылады. Айтпақшы, процессордың «ішінде» тағы бір контакт бар, ол NMI (NonMaskable Interrupt – маскирленбейтін үзіліс – маскаланбайтын немесе өшірілмейтін жоғары деңгейлі аппараттық үзіліс) деп аталады (мысалы, электр қуатының өшіп қалуына немесе құнды пернелерді басу); ол орын алған кезде процессор әрқашан ағымдағы жұмысты тоқтатады).
• Процессор үзілген тапсырманы стек деп аталатын кейбір аймаққа жазу арқылы ағымдағы жұмысты кідіртеді. Бұл аймақ немесе жад мекенжайы процессорға осы тапсырманы орындау үшін кезекте тұрғанын еске салады.
• Қай түймені басқаныңызды көру үшін процессор басқа істікшіні тексереді. Бірақ экранда басылған түйменің немесе перненің әсерін көрмей тұрып, процессор үзіліс дескрипторының кестесі деп аталатын жад бөлігін тексереді ( IDT). Дәлірек айтсақ, орталық процессор ұяшықтардың біріне белгілі бір нұсқаулар береді IDT, ол біз басқан пернемен байланысты. Үзіліс қызмет көрсету бағдарламасы (ISR) деп аталатын осы нұсқаудан кейін бірден процессорға осы сәтсіз пернені басқан кезде не істеу керектігін айтады. Айтпақшы, бұл тікенді жол әдеттегі нұсқауларды (тек басылған пернені экранда көрсету) орындалатын бағдарламаға (кілт) тән операциялармен ауыстыруға мүмкіндік береді. Ссөзбен айтқанда латынша с, ал ойында – артқа жылжу немесе «отыру»).
• Сонымен, ISR өз жұмысын аяқтап, процессорға нұсқауды жібереді RET(үзілістен қайту). Ол сонымен қатар процессорды кейінге қалдырған тапсырмаға оралуға шақырады. Орталық процессор жад мекенжайына қол жеткізеді және күтілетін тапсырманың соңғы нұсқауымен жұмысын жалғастырады.

Кез келген редакторда бір әріпті терген кезде процессор осылай жұмыс істейді.

Компьютер. Процессорлар қалай ерекшеленетінінен бастайық?

Әртүрлі процессорларда олар орындай алатын әртүрлі нұсқаулар жиынтығы болуы мүмкін. Процессор неғұрлым көп нұсқауларды орындай алатын болса, соғұрлым ол ақпаратты жылдам өңдейді.Егер командалар жүйесі «нашар» болса, онда мұндай процессор «байы» процессормен салыстырғанда, деректерді өңдеу үшін қарапайым операциялардың көп санын орындауы керек. нұсқау жүйесі.

Командалар жинағы басқаларынан айтарлықтай ерекшеленетін процессорлар кеңейтілген командалар жиыны процессорлары деп аталады.

Процессордың не істеп жатқанын мүлде білмейтін мүлде «жансыз» механизм екенін түсіну маңызды. Процессор өз жұмысын кезең-кезеңімен орындайды, пәрменді пәрмен арқылы өңдейді және бұл қадамдар мен командалар арасындағы байланысты мүлдем «көрмейді».

Егер келесі команда алдыңғысының күшін жойса (мысалы, бірінші команда регистрге деректерді жазуға мүмкіндік береді, ал екінші команда сол регистрден деректерді жояды), онда процессор мұндай командаларды мағынасыздық туралы «ойланбай» орындайды. оның әрекеттерінен.

Немесе, мысалы, егер бағдарлама қате жазылған болса және оның соңы болмаса, онда процессор оны үздіксіз өңдейді және ешқашан жұмысын тоқтату туралы «шешім қабылдамайды». Мұндай «тұйықталған» бағдарламаны тоқтату тек сырттан араласу арқылы мүмкін болады.

Одан да сорақысы, егер бағдарлама құруға (деректерді өңдеуге) емес, жоюға (мысалы, маңызды және қажетті деректерді жоюға немесе бұл деректерді рұқсат етілмеген жолмен түсіруге) бағытталған болса, онда процессор мінсіз және ешқандай «өкінбестен» жұмыс істейді. " құпия деректерді жоюға немесе ұрлауға арналған барлық нұсқаулар.

Әзірлеушілер оны пайдаланады. Рұқсат етілмеген әрекеттерді орындауға бағытталған бағдарламаларды құру арқылы (мәліметтерді жою немесе банальды ұрлау, мәліметтерді өңдеуге кедергі жасау және т.б.) вирус жасаушылар өз бағдарламаларының компьютердің жедел жадына жазылуын және процессордың өңдеуге сигнал беруін қамтамасыз етуге тырысады. жадта жазылған командалар тізбегі.

Бұл олардың негізгі міндеті: бағдарламаны ЖЖҚ-ға қоймас бұрын басқару элементтерінің барлық түрлерін айналып өту. Қалғанын процессор шабуылдаушылардың барлық командаларын орындау арқылы жасайды.

exe арқылы жазылған вирустар жедел жадыға оңай енеді, өйткені олар арнайы алдын ала өңдеусіз немесе процессордың орындауына талдаусыз іс жүзінде қолайлы командалар жинағын сақтайды.

Файлдардың басқа түрлерінің командалары арнайы бағдарламалармен алдын ала өңделуі керек болса, сәйкесінше өңдеу кезінде вирустар мен зиянды бағдарламалардың болуын анықтауға болады. A.exe файлдарын бірден жадқа жазуға және олардағы вирустарды танымай-ақ процессор өңдеуге жіберуге болады.

Сондықтан вирус жасаушылар .exe файл пішімін қатты жақсы көреді, ал антивирустық бағдарламалық қамтамасыз етуді жасаушылар, керісінше, бұл файлдарды ұнатпайды және оларды өте мұқият тексереді.

Мұны әрқашан есте ұстау керек тексерілмеген көздерден алынған .exe файлдарын орындауға мүмкіндік бере отырып, біз қолжетімділікті ашамызкомпьютеріміздің жүрегіне, процессорға, және ол компьютерге және оған сеніп тапсырылған деректерімізге зиян келтіруі мүмкін нәрселерді жасауға рұқсат етіңіз. Содан кейін біздің ассистенттің процессоры өзін-өзі жоюға айналады.

Қорытындылай келе, процессор жоғары жүктемелерге төтеп бере алатынын, салқындату жүйесі бір уақытта жұмыс істейтін болса, толық қуатта және үздіксіз жұмыс істей алатынын атап өткен жөн. Бұл жүйенің жақсы жұмыс тәртібінде болуы өте маңызды, әйтпесе процессор істен шығуы мүмкін.

Негізінде, процессормен басқа ештеңе болуы мүмкін емес, ол сенімді түрде орналастырылған, егер сіз оны балғамен соғып, беріктігін тексермейінше! Алайда, егер процессор қызып кету салдарынан істен шықса, оны дизайн ерекшеліктеріне байланысты жөндеу мүмкін емес. Ақаулы процессорды тек басқа, жаңа және жұмысқа жарамдысымен ауыстыруға болады.

Сондықтан компьютерде процессор температурасы шекті мәнге дейін немесе одан жоғары көтерілсе, компьютердің қуатын автоматты түрде өшіретін қауіпсіздік жүйелері бар. Мұндай төтенше өшіру, әдетте, кенеттен және ешқандай ескертусіз орын алады: басыңыз және ДК өшірілді.

Басқа ақаулар болған жағдайда, мысалы, монитор экранында немесе дыбыстық сигналдар түрінде ескертулер берілуі мүмкін. Процессор қолайлы температураға дейін салқындағанша компьютерді қосу мүмкін емес.

Егер компьютер процессордың қызып кетуіне байланысты автоматты түрде өшіп қалса, салқындату жүйесінің процессордың белгіленген температурасын ұстап тұруына кедергі келтіретін шаңнан тазарту үшін мұндай компьютерді жөндеуге жіберген дұрыс.

Жұмыс істейтін процессорсыз компьютер де болмайды. Процессор – компьютердің өзіне жүктелген барлық тапсырмаларды орындауын қамтамасыз ететін ақпаратты өңдеуге қабілетті ететін компьютердің өзіндік миы.

P.S.Мақала аяқталды, бірақ толығырақ оқи аласыз:

Компьютерлік сауаттылық туралы соңғы мақалаларды тікелей кіріс жәшігіңізге алыңыз.
Қазірдің өзінде көбірек 3000 жазылушы