A számítógép legfontosabb része, ha csak egyet kellene választania, a központi feldolgozó egység (CPU) lenne. Ez az elsődleges központ (vagy „agy”), és feldolgozza a programokból, az operációs rendszerből vagy a számítógép egyéb összetevőiből származó utasításokat.
Tartalomjegyzék
1 és 0
A nagyobb teljesítményű CPU-knak köszönhetően a számítógép képernyőjén alig tudó képről a Netflixre, a videocsevegésre, a streamelésre és az egyre élethűbb videojátékokra ugrottunk.
A CPU a tervezés csodája, de lényegében továbbra is a bináris jelek (1-esek és 0-k) értelmezésének alapkoncepciójára támaszkodik. A különbség most az, hogy ahelyett, hogy lyukkártyákat olvasnának fel vagy utasításokat vákuumcsövekkel dolgoznának fel, a modern CPU-k apró tranzisztorokat használnak TikTok-videók létrehozásához vagy számok kitöltéséhez egy táblázatban.
A CPU alapjai
A CPU gyártása bonyolult. A lényeg az, hogy minden CPU-ban van szilícium (egy darab vagy több), amely több milliárd mikroszkopikus tranzisztort tartalmaz.
Amint arra korábban utaltunk, ezek a tranzisztorok elektromos jelek sorozatát (áram „be” és áram „ki”) használnak a gépi bináris kód megjelenítésére, amely 1-ekből és 0-kból áll. Mivel nagyon sok ilyen tranzisztor létezik, a CPU-k egyre bonyolultabb feladatokat tudnak végrehajtani a korábbinál nagyobb sebességgel.
A tranzisztorok száma nem feltétlenül jelenti azt, hogy a CPU gyorsabb lesz. Ez azonban továbbra is alapvető ok, amiért a zsebben hordott telefon sokkal nagyobb számítási teljesítménnyel rendelkezik, mint talán az egész bolygó. először mentünk a Holdra.
Mielőtt továbbmennénk a CPU-k fogalmi létráján, beszéljünk arról, hogy a CPU hogyan hajtja végre a gépi kódon alapuló utasításokat, az úgynevezett „utasításkészletet”. A különböző cégektől származó CPU-k eltérő utasításkészlettel rendelkezhetnek, de nem mindig.
A legtöbb Windows PC és jelenlegi Mac processzor például használja a x86-64 utasításkészlet, függetlenül attól, hogy Intel vagy AMD CPU-ról van szó. A 2020 végén debütáló Mac gépeken azonban ARM-alapú CPU-k lesznek, amelyek más utasításkészletet használnak. Néhány Windows 10 számítógép is létezik ARM processzorokkal.
Magok, gyorsítótárak és grafikák
Most pedig nézzük magát a szilíciumot. A fenti diagram egy 2014-ben megjelent Intel fehér könyvből származik, amely a vállalat CPU-architektúrájáról szól Core i7-4770S. Ez csak egy példa arra, hogyan néz ki egy processzor – a többi processzor elrendezése eltérő.
Láthatjuk, hogy ez egy négymagos processzor. Volt idő, amikor egy CPU-nak csak egyetlen magja volt. Most, hogy több magunk van, sokkal gyorsabban dolgozzák fel az utasításokat. A magok rendelkezhetnek hiperszálas vagy szimultán többszálú (SMT) névvel is, ami miatt egy mag kettőnek tűnik a PC számára. Ez, ahogy elképzelheti, még jobban felgyorsítja a feldolgozási időt.
A diagramon szereplő magok egy úgynevezett L3 gyorsítótárat osztanak meg. Ez egyfajta beépített memória a CPU-n belül. A CPU-k mindegyik magjában L1 és L2 gyorsítótár található, valamint regiszterek, amelyek az alacsony szintű memória egy formája. Ha meg szeretné érteni a regiszterek, gyorsítótárak és a rendszer RAM közötti különbségeket, nézze meg ezt a választ a StackExchange-on.
A fent látható CPU tartalmazza a rendszerügynököt, a memóriavezérlőt és a szilícium egyéb részeit is, amelyek a CPU-ba érkező és onnan kimenő információkat kezelik.
Végül ott van a processzor beépített grafikája, amely létrehozza mindazokat a csodálatos vizuális elemeket, amelyeket a képernyőn lát. Nem minden CPU rendelkezik saját grafikus képességekkel. Az AMD Zen asztali CPU-k például külön grafikus kártyát igényelnek, hogy bármit megjelenítsenek a képernyőn. Egyes Intel Core asztali CPU-k szintén nem tartalmaznak beépített grafikát.
A CPU az alaplapon
Most, hogy megnéztük, mi történik a CPU burkolata alatt, nézzük meg, hogyan integrálható a számítógép többi részével. A CPU a számítógép alaplapjának úgynevezett aljzatában található.
Miután behelyezték az aljzatba, a számítógép más részei csatlakozhatnak a CPU-hoz az úgynevezett buszokon keresztül. A RAM például saját buszon keresztül csatlakozik a CPU-hoz, míg sok PC-összetevő egy meghatározott típusú buszt használ, az úgynevezett „PCIe”.
Minden CPU rendelkezik egy sor „PCIe sávval”, amelyet használhat. Az AMD Zen 2 CPU-i például 24 sávot tartalmaznak, amelyek közvetlenül csatlakoznak a CPU-hoz. Ezeket a sávokat aztán az alaplapgyártók osztják fel az AMD útmutatása alapján.
Például egy x16-os grafikus kártyahelyhez általában 16 sávot használnak. Ezután négy sáv áll rendelkezésre a tároláshoz, például egy gyors tárolóeszköz, például egy M.2 SSD. Alternatív megoldásként ez a négy sáv felosztható. Két sáv használható az M.2 SSD-hez, kettő pedig egy lassabb SATA-meghajtóhoz, például merevlemezhez vagy 2,5 hüvelykes SSD-hez.
Ez 20 sávot jelent, a másik négy a chipkészlet számára van fenntartva, amely az alaplap kommunikációs központja és forgalomirányítója. A lapkakészlet ezután saját buszcsatlakozással rendelkezik, amely lehetővé teszi még több komponens hozzáadását a számítógéphez. Ahogy az várható volt, a nagyobb teljesítményű komponensek közvetlenebb kapcsolatban állnak a CPU-val.
Mint látható, a CPU végzi az utasításfeldolgozás nagy részét, és néha még a grafika is működik (ha erre készült). A CPU azonban nem az egyetlen módja az utasítások feldolgozásának. Más alkatrészek, mint például a grafikus kártya, saját beépített feldolgozási képességekkel rendelkeznek. A GPU saját feldolgozási képességeit is használja a CPU-val való együttműködéshez, játékok futtatásához vagy egyéb grafikaigényes feladatok elvégzéséhez.
A nagy különbség az, hogy az összetevő-processzorokat meghatározott feladatok figyelembevételével építik. A CPU azonban egy általános célú eszköz, amely bármilyen számítási feladat elvégzésére képes. Ez az oka annak, hogy a CPU uralkodik a számítógépen belül, a rendszer többi része pedig erre támaszkodik, hogy működjön.