Як працює процесор?

Сьогодні практично в кожному будинку є комп'ютер. Без нього важко уявити сьогоднішнє життя. Пошук необхідної інформації, перегляд новин та погоди, купівля-продаж товарів, перегляд фільмів і передач - все це можливо зробити, не виходячи з дому і не докладаючи особливих зусиль. Всього лише необхідно включити комп'ютер і зайти в Інтернет.

Але мало хто замислюється про те, з чого складається комп'ютер, за допомогою чого можна так швидко отримувати всю необхідну інформацію. Однією з основних складових комп'ютера є процесор. Розібравшись, як працює процесор, можна прояснити для себе багато нового.

Що таке процесор

Центральний процесор, або як його називають у світі інформатики - CPU - це основна складова будь-якого комп'ютера, це його серце і мозок. Саме процесор виконує всі команди, вказані користувачем, обробляє всю інформацію і управляє іншими приладами комп'ютера.

Сьогодні основними виробниками процесорів є компанії Intel і Advanced Micro Devices (AMD), які тривалий час існують на ринку інформаційних технологій і проявили себе тільки з кращого боку. Природно, існують і інші виробники, але до рівня цих компаній-гігантів їм ще дуже далеко. Цікаво, що Intel і AMD ведуть постійну боротьбу за першість у творі процесорів, по черзі завойовуючи перші позиції при випуску нових моделей. Як не дивно, саме ця боротьба дає поштовх постійному якісному розвитку цієї галузі інформаційних технологій.

Зовнішній вигляд

Починати оглядати пристрій процесора комп'ютера необхідно з його зовнішнього вигляду. На перший погляд, це просто металева коробочка, зі зворотного боку якої знаходиться невелика плата розміром приблизно 5х5 см і різні контакти, за допомогою яких процесор кріпиться до материнської плати. У середині процесора знаходяться мільйони, а іноді навіть і мільярди різних транзисторів, які і виконують основну роботу.

З чого робиться процесор

Сам процесор в основному складається з піску, а точніше - кремнію, якого в земній корі всього лише 30%. Процес утворення процесорів досить складний, вимагає спеціального обладнання і матеріальних витрат. Якщо коротко, схема виготовлення процесорів чимось схожа з технологією друку фотографій - при його виготовленні використовується технологія фотолітографії. У ролі фотографії тут виступають «млинці» - майбутні процесори, на яких за допомогою сильно розігнаних на спеціальному прискорювачі іонів бору створюють мініатюрну структуру з безліччю транзисторів. І чим тонше технологічний процес, тим більше потужність і швидкість роботи даної структури. З кожним роком розміри цих структурних елементів все менше і незабаром, за прогнозами вчених, вони можуть досягати всього лише близько 15 нм.

Далі ця напівпровідникова структурована частина поміщається на плату, і кріпляться проводи для прикріплення процесора до материнської плати - процесор готовий!

Можна зняти кришку і розглянути внутрішній устрій процесора, але тут існує ризик пошкодження найтонших деталей процесора, що може призвести до його непрацездатності.

Складові

З плином часу пристрій і робота процесора якісно змінюються. Зменшуються і розміри процесорів. Сьогодні використовуються практично ті ж принципи побудови процесорів, що й раніше, змінився тільки розмір комплектуючих.

Всередині пристрій процесора також вельми цікаво. Він складається з загальної архітектури - все, що включає в себе плату, ядра (від роботи яких залежить швидкодія комп'ютера), шини (кріплення, які під'єднуються до материнської плати), а також ревізії (частки, які менше, ніж ядра, але також дуже важливі і функціональні).

Показники швидкодії комп'ютера

Реакція комп'ютера на задані команди може залежати від декількох показників: від кількості ядер, кількості потоків (може не збігатися з кількістю ядер), розмірів кеша - внутрішньої пам'яті процесора, тактової частоти, швидкості шин, а також самого техпроцесу виготовлення процесора.

Принцип роботи

Детально вивчивши пристрій, тепер можна розглянути принцип роботи процесора. Комп'ютер починає свою роботу після отримання певної команди від користувача.

Але мало хто знає, що будь-яка команда складається з двох частин - операційної та операндной:

• операційна частина команди показує те, що повинен виконати комп'ютер,
• друга частина команди дає процесору операнди - те, над чим повинен попрацювати процесор.

Деякі процесори можуть містити два конвеєра, тобто обчислювальних блоку. Кожен з них розділяє виконання команди, даної комп'ютера користувачем, на кілька етапів: вироблення, декодування (тобто дешифрування команди), виконання самої команди, звернення до пам'яті процесора і запам'ятовування отриманих результатів. Всі ці етапи робляться в найкоротші терміни. При роботі конвеєра кожному його етапу відводитися один такт однойменної частоти, тому виконання кожної команди в процесорі відводитися п'ять тактів.

Кешування пам'яті будь-якого процесора збільшує його працездатність. Сьогодні прийнято використовувати дві кеш-пам'яті, тому використання однієї призводило до конфліктів при виконанні команд. Це пов'язано з тим, що часто дві команди намагалися взяти інформацію з однієї кеш-пам'яті. Роздільне кешування повністю виключає виникнення подібних ситуацій і дає можливість двом командам бути виконаними одночасно.

Розбираючись, як працює процесор комп'ютера, варто врахувати і те, що обчислювальні процесори бувають різні: лінійні, циклічні і розгалужуються.

• Лінійні процесори виконують команди в залежності від порядку їх запису в оперативній пам'яті.
• Циклічні і розгалужується процесори виконують команди в залежності від результатів перевірки умов розгалужень.

Важливо також знати, як працюють шини процесора. Їх буває дві, одна, швидка шина працює з кеш-пам'яттю другого рівня, друга шина (більш повільна) призначена для роботи з обміну інформацією з іншими пристроями.