Στο σύγχρονο κόσμο της τεχνολογίας των υπολογιστώνο επεξεργαστής καταλαμβάνει ένα από τα θεμελιώδη σημεία. Ο κεντρικός επεξεργαστής είναι μια υψηλής τεχνολογίας και πολύ περίπλοκη συσκευή, η οποία περιλαμβάνει όλα τα επιτεύγματα που εμφανίζονται στον τομέα της τεχνολογίας των υπολογιστών, καθώς και στις γειτονικές περιοχές.
Μια απλοποιημένη συσκευή επεξεργαστή μοιάζει με αυτό:
Ο πυρήνας αποτελείται από πυρήνες (ένας ή περισσότεροι). Είναι υπεύθυνοι για την εκτέλεση όλων των αξιόπιστων οδηγιών.
Υπάρχουν αρκετά επίπεδα μνήμης cache (συνήθως δύο ή τρία), λόγω των οποίων επιταχύνεται η αλληλεπίδραση του επεξεργαστή και της μνήμης RAM.
Ελεγκτής RAM
Ελεγκτής διαύλου συστήματος (QPI, HT, DMI, κ.λπ.).
Η συσκευή ελέγχου επεξεργαστή χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους:
Τύπος μικροαρχιτεκτονικής;
Συχνότητα ρολογιού;
Επίπεδα μνήμης cache;
Το μέγεθος της μνήμης cache.
Τύπος και ταχύτητα του διαύλου συστήματος ·
Το μέγεθος των επεξεργασμένων λέξεων.
Ενσωματωμένος ελεγκτής μνήμης (ενδέχεται να μην είναι).
Υποστηριζόμενος τύπος RAM.
Το μέγεθος της μνήμης διευθύνσεων.
Η παρουσία ενός ολοκληρωμένου chip γραφικών(μια ενσωματωμένη κάρτα γραφικών δεν είναι ασυνήθιστη σήμερα και λειτουργεί περισσότερο σαν προσθήκη σε πιο ισχυρές, διακριτές κάρτες, αν και η συσκευή επεξεργαστή σάς επιτρέπει να χρησιμοποιείτε αρκετά ισχυρές ολοκληρωμένες λύσεις).
Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται.
CPU και τα χαρακτηριστικά του
Ο πυρήνας του επεξεργαστή είναι κυριολεκτικά η καρδιά του, ο οποίος περιέχει λειτουργικά μπλοκ που εκτελούν λογικές και αριθμητικές εργασίες. Οι πυρήνες λειτουργούν ως εξής:
Το μπλοκ δειγματοληψίας ελέγχεται για διαθεσιμότητα.διακοπές. Έχοντας βρει τέτοιες διακοπές, ωθούνται στη στοίβα. Ο μετρητής οδηγιών λαμβάνει τη διεύθυνση με την εντολή χειριστή διακοπής. Έχοντας τελειώσει με την εργασία των λειτουργιών διακοπής, τα δεδομένα που πήραν στη στοίβα αποκαθίστανται. Στη συνέχεια, η διεύθυνση εντολής εντολής διαβάζεται από το μπλοκ ανάκτησης. Αυτό διαβάζει από τη μνήμη RAM ή την προσωρινή μνήμη, μετά την οποία τα δεδομένα μεταβαίνουν στη μονάδα αποκωδικοποίησης. Τώρα, οι ληφθείσες εντολές αποκρυπτογραφούνται, μετά την οποία τα δεδομένα μεταδίδονται στη μονάδα ανάκτησης. Εκεί, τα δεδομένα διαβάζονται με μνήμη RAM ή προσωρινή μνήμη και μεταφέρονται στον προγραμματιστή, όπου καθορίζεται ποιο μπλοκ πρέπει να εκτελέσει τη λειτουργία, μετά την οποία τα δεδομένα πηγαίνουν εκεί. Η μονάδα ελέγχου εντολών εκτελεί τις ληφθείσες εντολές και μεταδίδει το αποτέλεσμα στη μονάδα αποθήκευσης αποτελεσμάτων.
Ένας τέτοιος κύκλος ονομάζεται διαδικασία καιδιαδοχικά εκτελούμενες εντολές είναι ένα πρόγραμμα. Για την ταχύτητα με την οποία ένα στάδιο του κύκλου περνά σε ένα άλλο, η συχνότητα του ρολογιού είναι υπεύθυνη και για τον χρόνο που έχει οριστεί για τη λειτουργία του σταδίου του κύκλου, η ίδια η συσκευή επεξεργαστή, ή μάλλον ο πυρήνας της, είναι υπεύθυνη.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορείτεβελτιώστε την απόδοση του επεξεργαστή. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να αυξήσετε το επίπεδο της συχνότητας του ρολογιού, το οποίο έχει ορισμένους περιορισμούς. Αυξάνοντας τη συχνότητα του ρολογιού, σίγουρα θα αυξήσετε την κατανάλωση ενέργειας και, ως αποτέλεσμα, τη θερμοκρασία, και αυτό θα οδηγήσει σε μείωση της συνολικής σταθερότητας της συσκευής επεξεργαστή.
Προκειμένου να αποφευχθεί η ανάγκη γιααυξάνοντας τη συχνότητα του ρολογιού, οι κατασκευαστές αποφάσισαν να πάνε το αντίθετο, καταλήγοντας σε μια ποικιλία αρχιτεκτονικών λύσεων. Μία από αυτές τις λύσεις είναι η σωληνώσεις, η ουσία της οποίας είναι ότι κάθε εντολή που εκτελείται από τον επεξεργαστή φθάνει με τη σειρά της σε όλα τα μπλοκ του πυρήνα όπου εκτελούνται ορισμένες από τις ενέργειες. Έτσι, κατά την εκτέλεση μιας μόνο εντολής, τα περισσότερα από τα μπλοκ θα είναι σε κατάσταση αδράνειας. Έτσι, όλοι οι σύγχρονοι επεξεργαστές λειτουργούν έτσι: μετά την εκτέλεση μιας λειτουργίας, προχωρούν αμέσως σε μια άλλη, μειώνοντας το χρόνο διακοπής στο ελάχιστο και αυξάνοντας την απόδοση όσο το δυνατόν περισσότερο. Φυσικά, ιδανικά, όλα φαίνονται σαν η συσκευή επεξεργαστή να λειτουργεί πάντα με απόδοση 100%, αλλά αυτό δεν συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι οι εντολές που λαμβάνονται είναι ασυνεπείς.
