Què és la CPU per a la resposta infantil?

Acard symbol Unitat de processament central ( CPU ) és una part important de cada ordinador . La CPU envia els senyals per controlar les altres parts de l' ordinador, gairebé com si un cervell controlés un cos.

La CPU és una electrònica màquina que funciona en una llista de coses d'ordinadors a fer, anomenada instruccions . Llegeix la llista d' instruccions i les sortides ( execs Cada una en ordre. Una llista d' instruccions que una CPU pot executar és una programa d'ordinadors .

La Taxa de rellotge , o velocitat de les parts internes d' una CPU, es mesura HertzCity name (optional, probably does not need a translation) (Hz). Els processadors moderns sovint corren tan ràpid que gigaahertz (GHz) s' usa en lloc seu. Una GHz és 1.000.000.000 cicles per segon.

Tipus de CPU

Els enginyers del segle XX van inventar molts diferents arquitectura de l' ordinador . Actualment, la majoria d' ordinadors d' escriptori usen també 32 bits CPU o CPU de 64 bits. Les instruccions d'una CPU de 32 bits són bones per gestionar les dades que són 32 bits mida (la majoria de les instruccions "pensa" en 32 bits en una CPU de 32 bits). De la mateixa manera, una CPU de 64 bits és bona per gestionar les dades que són 64 bits en mida (i sovint bona en gestionar les dades de 32 bits). La mida de les dades que una CPU gestiona millor sovint s' anomena mida de paraula de la CPU. Moltes CPU antigues dels anys 70, 80 i principis dels 90 (i moltes versions modernes) Sistema encastat s) té una mida de paraula de 8 bits o de 16 bits. Quan es van inventar CPU al segle XX, tenien moltes mides diferents de paraules. Alguns tenien mides diferents de paraules per instruccions i dades. Les mides de paraules menys populars més tard van deixar d'utilitzar- se.

La majoria de CPU són microprocessadors . Això vol dir que la CPU només és una sola xip . Algunes fitxes amb microprocessadors dins també contenen altres components, i tenen un complet "ordinadors." Això s'anomena a microcontroller .

Registra

Quan la CPU executa un programa d'ordinador, necessita desar les dades en algun lloc que les instruccions operen (les dades en les que llegeixen i escriuen). Aquest magatzem s'anomena un A la caixa registradora. Una CPU normalment té molts registres. Els registres han de ser molt ràpids a accedir (per a llegir i escriure). Per tant, formen part del xip de la CPU en si mateixa.

Memòria

Desar totes les dades en els registres faria que la majoria de CPU siguin massa complicades (i molt car). Per tant, els registres solen emmagatzemar les dades que la CPU està treballant en "ara mateix." La resta de dades usades pel programa es desa RAM (memory). Excepte en microcontroladors , la RAM normalment està emmagatzemada fora de la CPU en fitxes separades.

Quan la CPU vol llegir o escriure dades a la RAM, s' escriu un adreça A aquestes dades. Cada byte a la RAM té una Adreça de memòria . La mida de les adreces sovint és la mateixa mida que la mida de paraula: una CPU de 32 bits usa adreces de 32 bits, etc. No obstant això, la CPU més petita, com les CPU de 8 bits, sovint usen adreces que són més grans que la mida de la paraula. Si no, la longitud màxima del programa seria massa curta.

Perquè la mida de les adreces està limitada, la quantitat màxima de memòria també està limitada. Els processadors de 32 bits normalment només poden manejar fins a 4 GB de RAM. Aquest és el nombre de bytes diferents que es poden seleccionar usant una adreça de 32 bits (cada mica pot tenir dos valors 255. 255. 0 i 176and 2 32 Els bytes són 4 GB). Un processador de 64 bits podria portar-se a 16 EB de la RAM (16 exabytes, prop de 16 bilions de bytes). La Sistema operatiu Pot limitar-lo a usar petites quantitats.

La informació que es desa a la RAM normalment és volàtil. Això vol dir que desapareixerà si l'ordinador està apagat.

Memòria cau

En ordinadors moderns, la RAM és molt més lenta que el registre, així que accedir als programes de la RAM més lent. Per accelerar els accessos de memòria, un tipus de memòria més ràpid anomenat un Cau Sovint es posa entre la RAM i les parts principals de la CPU. La memòria cau és normalment una part del xip de la CPU en si mateixa, i és molt més car per byte que la RAM. La memòria cau emmagatzema les mateixes dades que la RAM, però normalment és molt més petita. Per tant, totes les dades usades pel programa poden no encaixar en la memòria cau. La memòria cau intenta emmagatzemar dades que probablement s' usen molt. Exemples inclouen dades i dades usades recentment a la memòria per usar dades recentment.

Sovint té sentit tenir un "creche per a la memòria cau," tal com té sentit tenir una memòria cau per a la RAM. Entrada Nivell multi- nivell , hi ha molts llocs de memòria cau, anomenats la cau L1, la memòria cau L2, etc. La memòria cau L1 és el cau més ràpid (i més car per bytes) i és " Tancat" a la CPU. La memòria cau L2 és un pas lluny i més lent que la cau de L1, etc. La memòria cau L1 es pot veure sovint com una memòria cau per a la memòria cau L2, etc.

BussCity name (optional, probably does not need a translation)

Els autobusos de l' ordinador són els cables usats per la CPU per comunicar- se amb la RAM i altres components de l' ordinador. Gairebé totes les CPU tenen almenys un bus de dades - S'utilitza per llegir i escriure dades - i un bus d' adreça - S' utilitza per obtenir adreces. Altres autobusos dins la CPU porten dades a diferents parts de la CPU.

Especificació d' instrucció

An Joc d' instruccionsComment (també anomenada ISA - Instructura d' instrucció) és un llenguatge entès directament per una CPU en particular. Aquests idiomes també s' anomenen codi màquina o binari . Diuen com li dius a la CPU que faci coses diferents, com carregar les dades de la memòria en un registre, o afegir els valors des de dos registres. Cada instrucció en un conjunt d' instruccions té una codificació, que és com s' escriu l' instrucció com una seqüència de bits.

Programes escrits en llenguatges de programació com C i C++ No es pot executar directament per la CPU. S'han de traduir al codi màquina abans que la CPU pugui executar-los. Acard symbol compilador és un programa d' ordinador que fa aquesta traducció.

El codi màquina és només una seqüència de 0s i 1s, que dificulta que els humans ho llegeixin. Per a fer-ho més llegibles, els programes de codi màquina s' escriuen normalment Idioma de muntatge . L' idioma d' assemblador usa text en comptes de 0s i 1s: Podeu escriure "LD A, 0" per a carregar el valor 0 al registre A per exemple. Un programa que tradueix llenguatge de muntatge en codi màquina s' anomena un SunerCity name (optional, probably does not need a translation) .

Funcionalitat

Mou un número d' un lloc a un altre (per exemple, des d' un registre a un altre, o entre un registre i la memòria).
Salta a un altre lloc de la llista d' instruccions, però només si alguna prova és certa (per exemple, només si un número és més gran que un altre).

Fins i tot es poden fer programes molt complicats combinant moltes instruccions simples com aquestes. Això és possible perquè cada instrucció triga molt de temps a passar. Moltes CPU d'avui poden fer més de 1 mil milions d'euros (1.000,000.000) instruccions en un sol segon. En general, com més CPU pot fer en un temps determinat, més ràpid és. Una manera de mesurar la velocitat d' un processador és MIPS (Impersió d' instruccions per segon). FlopsCity name (optional, probably does not need a translation) (operacions de punt flotant per segon) i velocitat del rellotge de la CPU (normalment mesurat en gigahertzCity name (optional, probably does not need a translation) ) també són maneres de mesurar la quantitat de treball que un processador pot fer en un cert temps.

Es construeix una CPU fora de portes lògiques ; no té parts en moviment. La CPU d' un ordinador està connectada electrònicament a altres parts de l' ordinador, com el Targeta de vídeo , o la BIOS . Un programa d'ordinadors pot controlar- lo Perifèrics llegint o escrivint nombres als llocs especials de la memòria de l'ordinador.

canonades d' instruccions

Cada instrucció executada per una CPU normalment es fa en molts passos. Per exemple, les passes per executar una instrucció "INCA" (encreeix el valor desat en el registre A per un) en una CPU simple podria ser això:

Llegeix les instruccions de la memòria,
Descodificador de les instruccions (figurar què fa les instruccions), i
Afegir un per registrar A.

Diferents parts de la CPU fan aquestes coses diferents. Sovint és possible executar alguns passos des de diferents instruccions alhora, el que fa que la CPU sigui més ràpida. Per exemple, podem llegir una instrucció de la memòria al mateix temps que hem descodificat una altra instrucció, ja que aquests passos usen mòduls diferents. Això es pot pensar en com tenir moltes instruccions "en la canonada" a la vegada. En el millor cas, tots els mòduls estan treballant en diferents instruccions alhora, però això no sempre és possible.

Unitats de gestió de memòria (MMUs) i memòria virtual

CPU modernes sovint usen una unitat de gestió de memòria (MU). Una MUM és un component que tradueix les adreces de la CPU a (normalment) diferents adreces RAM. Quan s' usa una MUM, les adreces usades en un programa són (normalment) no les adreces "real" a on es desen les dades. Això s'anomena virtual (el contrari de la memòria "real"). Algunes de les raons per les quals és bo tenir una MU (MU) llistades a sota:

Una MUM pot " Amagar" la memòria dels altres programes d'un programa. Això es fa sense traduir cap adreça a les adreces "ocultes" mentre s' executa el programa. Això és bo perquè vol dir que els programes no poden llegir i modificar la memòria dels altres programes, que millora la seguretat i l'estabilitat. (Programs no poden posar-se "py" l'un a l'altre, o "passa't sobre els dits dels altres."
Moltes MUM poden fer algunes parts de la memòria que no es poden escriure, no llegibles, o que no es puguin executar (el codi que s' està emmagatzemat en aquesta part de la memòria). Això pot ser bo per raons d'estabilitat i de seguretat, així com per altres motius.
Les MUM permeten diferents programes que tinguin diferents vistes de memòria. Això és pràctic en moltes situacions diferents. Per exemple, sempre serà possible tenir el codi "main" d'un programa al mateix (vilual) adreça sense xocar amb altres programes. També és pràctic quan hi ha moltes peces de codi diferents (des de biblioteques ) que es comparteixen entre programes.
Les MUles permeten el codi de biblioteques que apareguin en adreces diferents cada vegada que s' executa un programa. Això és bo perquè no saber on hi ha coses a la memòria sovint dificulta els hackers per fer que els programes facin coses dolentes. Això s'anomena aleatoriització de l' espai d' adreces .
Els programes avançats i els sistemes operatius poden usar trucs amb MUL per evitar copiar dades entre diferents llocs de memòria.

Múltiples nuclis

Processador multi-core Es va tornar comú a principis del segle XXI. Això vol dir que tenen molts processadors construïts al mateix xip de manera que puguin executar moltes instruccions alhora. Alguns processadors poden haver pujat a trenta-dos nuclis, com ara l'AD Eyc 7601.