Pomocna Lavica

Čo je to CPU a čo robí?

Čo je to CPU? CPU alebo Centrálna procesorová jednotkaje mozog počítača lámajúci čísla. Všetko, čo počítač robí, od hrania video hry vám pomôže napísať esej, je rozdelený do sady matematických pokynov. CPU vezme tieto pokyny a vykoná ich.

Podrobnosti o tom, ako sa to robí, sú samozrejme veľa zložitejšie ako to jednoduché vysvetlenie. Najdôležitejšia vec, ktorú musíte vedieť, je, že CPU je hlavným matematickým motorom počítača.

Obsah

(Mimoriadne) krátka história CPU

História výpočtovej techniky je dlhá a zložitá. Tiež siaha ďalej do histórie ako digitálna technológia, elektronika alebo dokonca elektrina. Počítadlo je druh procesora. Rovnako tak mechanické kalkulačky. Veľký rozdiel je v tom, že tieto stroje môžu vykonávať iba jednu alebo niekoľko matematických úloh. Nie sú všeobecný účel procesory, ktorých moderný procesor je príkladom.

To, čo robí z CPU zariadenie na všeobecné použitie, je použitie logiky. V roku 1903 Nikola Tesla patentoval elektrické obvody známe ako brány a spínače. Pomocou týchto obvodov môžete stavať zariadenia, ktoré vykonávajú logické operácie, kde môžete nechať zariadenie pôsobiť za určitých podmienok.

V polovici až neskorých štyridsiatych rokoch minulého storočia William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain vynašli a patentovali zariadenie nazývané tranzistor počas práce v Bell Laboratories. Tranzistor je základným stavebným kameňom CPU. Tranzistory sú relatívne malé počítačové komponenty. Tranzistor je taký dôležitý vynález, že traja vynálezcovia zaň boli ocenení Nobelovou cenou.

Engradio na anglickej Wikipedii / CC BY-SA

Na konci päťdesiatych rokov minulého storočia Robert Noyce a Jack Kilby urobili jeden obrovský krok ďalej a vytvorili prvé dielo integrovaný obvod. Integrovaný obvod je sada elektronických obvodov integrovaných do jedného kusa polovodičového materiálu. Vo väčšine prípadov je týmto materiálom kremík. Práve to majú ľudia na mysli, keď sa povie „mikročip“.

CPU sa skladá z jedného alebo viacerých mikročipov. Toto je dôležitý vynález, pretože miliardy tranzistorov môžu byť zabalené do jedného CPU. To vytvára neuveriteľne silné matematické motory.

Vynálezmi logických brán, tranzistorov a integrovaných obvodov sa zmenil celý svet. Mikročipy sú v dnešnej dobe vo všetkom, nielen vo vašom počítači. A CPU sú najpokročilejšie mikročipy na všeobecné účely, aké môžeme vyrobiť.

Ako fungujú CPU?

Celý princíp CPU je založený na binárny kód. Ľudia väčšinou reprezentujú čísla pomocou systému, ktorý sa nazýva základňa 10 alebo desatinná sústava. Miestne hodnoty každej číslice v čísle stúpnu desaťkrát. Takže „111“ obsahuje sto, desať a jednu.

Počítače a ich CPU vôbec nerozumejú základni 10. Tranzistory fungujú na princípe buď zapnutia alebo vypnutia. To znamená, že logické brány, ktoré z nich postavíte, môžu tiež fungovať iba s týmito dvoma stavmi. Preto CPU v zásade bežia binárny kód. Tento číselný systém má rôzne hodnoty miest. Namiesto toho, ak sú 1, 10, 100, 1000 a tak ďalej, hodnoty miest sú 1,2,4,8,16,32,64,128 a tak ďalej.

V binárnom čísle „111“ by teda bolo 7 v desatinných číslach, pretože sčítate 1,2 a 4 dohromady. Ak je niektoré z čísel nulové, jednoducho ho preskočíte a pridáte hodnotu miesta ďalšej 1. Týmto spôsobom môžete vyjadriť akúkoľvek desatinnú hodnotu. Upozorňujeme, že binárne čísla sa často čítajú sprava doľava, takže hodnota miesta „1“ bude úplne vpravo.

Položme to do tabuľky, aby bolo krištáľovo čisté:

Hodnoty binárnych miest 1 2 4 8 16 32 64 128 256
Desatinné číslo 7 v binárnom formáte 1 1 1 0 0 0 0 0 0

Vidíte, prečo sa sčíta číslo 7 v desatinnom čísle? Poďme na číslo 23:

Hodnoty binárnych miest 1 2 4 8 16 32 64 128 256
Desatinné číslo 7 v binárnom formáte 1 1 1 0 1 0 0 0 0

111 je teda „7“, ale „11101“ je 23, pretože hodnota piateho miesta v binárnej sústave je 16. Celkom cool, nie? Týmto spôsobom môžete vyjadriť akékoľvek možné číslo, ktoré je možné napísať. To znamená, že počítače postavené z tranzistorov môžu pracovať aj s akýmikoľvek číslami.

Ako sa vyrábajú CPU?

Výrobný proces moderných CPU je tiež, ako by ste očakávali, dosť zložitý. Základný proces zahŕňa pestovanie veľkých valcov kremíkového kryštálu. Vďaka svojim polovodičovým vlastnostiam je ideálny pre stavbu binárnych integrovaných obvodov.

Tieto veľké kryštály sú nakrájané na tenké plátky. Oplatky sa potom „dopujú“ inou chemickou látkou, aby sa vyladili jej vlastnosti. Obvody v nanoúrovni sú potom leptané na povrch oblátky pomocou svetla pomocou postupu známeho ako fotolitografia.

Dizajn a výkon CPU

CPU nie sú všetky rovnocenné. Prvý správny predchodca moderného CPU, Intel 8086, mal vo svojom integrovanom obvode asi 29 000 tranzistorov. Dnes má procesor ako Intel i99900K niečo viac ako 1,7 miliarda tranzistory. Čím hustejšie sú logické obvody CPU, tým komplexnejší a vyšší počet inštrukcií môže vykonať za hodinový cyklus.

Počkajte, „hodinový cyklus“? Áno, to je ďalší hlavný komponent výkonu CPU. CPU beží na určitej frekvencii, pričom s každým impulzom hodín CPU sa vykoná cyklus výpočtov. Ak vezmete rovnaký procesor a zdvojnásobíte jeho takt, potom (teoreticky) by mal fungovať dvakrát rýchlejšie.

V roku 1978 Intel 8086 bežal pri spustení na frekvencii 5 MHz. To je päť miliónov hodinových cyklov za sekundu. Intel i9-9900K? To začína pri 3,6 GHz Tých 3600 Mhz, s možnosťou rampovať veci až na 5 000 Mhz, keď je to možné.

Aby sa ešte viac skomplikoval výkon procesora, moderné CPU v skutočnosti obsahujú viac „jadier“. Každé jadro je vlastne nezávislý procesor samotný. V dnešnej dobe je typické mať najmenej štyri takéto jadrá, ale v poslednej dobe je normou, že bežné počítače majú šesť alebo osem jadier. Špičkové profesionálne počítače môžu mať v oblasti 100 CPU jadier.

Mať viac jadier znamená, že CPU môže vykonávať niekoľko sád inštrukcií súbežne. To znamená, že naše počítače dokážu bez problémov vykonávať veľa vecí naraz. Niektoré CPU majú „viacvláknové“ jadrá. Tieto jadrá samy zvládnu dve oddelené úlohy. V procesoroch Intel je to označené ako „hyperthreading”.

Celkový výkon CPU sa teda skladá z kombinácie:

  • Je to celkový počet tranzistorov a ako pokročilý je návrh jeho logických obvodov
  • The hodinová frekvencia
  • The počet jadier
  • Počet vlákien

V týchto štyroch hlavných bodoch je, samozrejme, viac. Toto sú však štyri hlavné faktory, ktoré zaisťujú dobrý výkon CPU.

Úloha CPU vo vašom počítači

Posledná vec, ktorú musíme pokryť, je, akú úlohu plní CPU vo vašom počítači. Koniec koncov, nie je to jediný mikročip s integrovaným obvodom vo vašom počítači. Napríklad GPU (jednotky na spracovanie grafiky) sú často ešte hustejšie na tranzistor ako CPU.

Potrebujú vlastné chladenie a napájanie, ako aj pamäť. Je to ako malý počítač navyše! To isté platí pre čipy, ktoré riadia váš zvuk, prenos USB a pevný disk. Prečo je teda CPU špeciálny? Toto sú hlavné dôvody:

  • Dokáže spracovať KAŽDÚ inštrukciu, GPU robí iba určité typy spracovania
  • Spája všetky ostatné komponenty dohromady, tlačí a ťahá údaje, aby váš počítač fungoval
  • CPU je do určitej miery zapojený do všetkej práce, ktorú má počítač vykonať

Stručne povedané, CPU je najdôležitejším výkonným komponentom na všeobecné použitie vo vašom počítači. Neberte to ako samozrejmosť!

Vitajte v Help Desk Geek- blogu plnom technologických tipov od dôveryhodných technických odborníkov. Máme tisíce článkov a sprievodcov, ktoré vám pomôžu vyriešiť akýkoľvek problém. Naše články boli od spustenia v roku 2008 prečítané viac ako 150 miliónov krát.

Tiež nenávidíme spam, kedykoľvek sa môžete odhlásiť.

insta viewer
Teachs.ru