Què hi ha dins del processador?

Els processadors dels ordinadors d'avui han crescut enormement en el rendiment, capacitats i complexitats durant la passada dècada. La velocitat del rellotge ha pujat al cel, i la mida s'ha deswinditzat, fins i tot com el nombre de transistors que hi ha hagut ha hagut. Un processador del 1983 fet amb 30.000 transistors, mentre que algunes CPU actuals tenen fins a 40 milions de transistors.

Qualsevol programa d'ordinador consisteix en moltes instruccions per operar- se en dades. Un processador executa el programa a través de quatre fases operatius: agafar, descodificar, executar i retirar (o completar el complet).

L'escenari que llegeix les instruccions d'un programa i qualsevol dada necessària en el processador.

L'escenari descodificada determina el propòsit de la instrucció i passa a l' element del maquinari apropiat.

L'escenari d'execució és on aquest element de maquinari, ara alimentat de manera fresca amb una instrucció i dades, conté les instruccions. Això podria ser un afegeix, bit-shift, multipliquem en coma flotant o operacions vectorials.

L'escenari de retirar-se agafa els resultats de l'escenari d'execució i els situa en els registres d'un altre processador o la memòria principal de l'ordinador. Per exemple, el resultat d' una operació d' afegir pot ser desat en memòria per a ús posterior.

Una part important d'un microprocessador és el seu rellotge construït, que determina la velocitat màxima a la que altres unitats poden operar i ajudar a sincronitzar operacions relacionades. La velocitat del rellotge es mesura a megahertz i cada cop més, gigahertz. Avui, els processadors comercials més ràpids treballen a 2 GHz, o 2 bilions de cicles de rellotge per segon. Alguns hobbyistes ho van accelerar (una pràctica demanada sobre el bloqueig) per obtenir més rendiment. No obstant això, això augmenta considerablement la temperatura operativa del xip, sovint provoca un fracàs primerenc.

Parts és parts

El circuit del processador està organitzat en elements lògics separats, potser una dotzena o més - anomenada unitats d'execució. Les unitats d'execució treballen en el concert per implementar les quatre fases operatives. Les capacitats de les unitats d' execució sovint es superposen entre les fases del procés. Les següents són algunes de les unitats d' execució del processador comú:

• Unitat de lògica aritmètica: els processos totes les operacions aritmètica. A vegades aquesta unitat està dividida en subununts, una per gestionar totes les instruccions enteres i restar, i una altra per a l'enter computacionalment complex multipliqueu i dividir instruccions.

• Unitat de càrrega/ store: Gestiona les instruccions que llegeixen o escriuen a la memòria.

• Unitat de gestió de memòria (MU): Tradueix les adreces d' una aplicació en adreces de memòria física. Permet que un sistema operatiu mapai el codi i les dades d' una aplicació en diferents espais d' adreces virtuals, el qual permet el MUM oferir serveis de memòria.

• La unitat de processament de la branca (BPU): Predicta el resultat d' una instrucció de branca, que pretén reduir les desrupcions en el flux d' instruccions i dades en el processador quan un fil d' execució salta a una nova localització de memòria, normalment com a resultat d' una operació de comparació o el final d' un bucle.

No tots els elements de la CPU executen instruccions. L'esforç considerat va a assegurar-se que el processador aconsegueix les seves instruccions i dades tan ràpid com sigui possible. Una operació de recuperació que accedeix a la memòria principal (p. e., en algun lloc no en el xip de CPU) farà servir molts cicles de rellotge mentre el processador no fa res (tots). No obstant això, la BPU només pot fer tant de temps, i finalment, més codi o instruccions s'han de recuperar.

Una altra manera de minimitzar els llocs és emmagatzemar sovint codi i dades en una memòria cau d'un xip [ Tecnús ràpid de la tecnologia , abril 3, 2000]. La CPU pot accedir al codi o dades de la memòria cau en un cicle de rellotge. La memòria cau primària a la memòria cau de l' ordinador (anomenat Nivell 1, o L1) és normalment sobre 32KB i només pot tenir part d' un programa o dades. El truc per al disseny de la memòria cau és trobar un algoritme que obté informació clau a la memòria cau de L1 quan és necessari. Això és tan important per a fer que més de la meitat dels transistors d' un processador es puguin usar per a una gran memòria cau de l' ordinador.

No obstant això, la pràctica de sistemes operatius i un Ivy d'aplicacions concurrents poden aclaparar fins i tot un cau ben dissenyat L1. Per abordar aquest problema, els venedors de fa uns anys van afegir una interfície d'autobús dedicat a alta velocitat que el processador podia usar per accedir a una memòria cau de nivell 2 secundària (L2) a una velocitat molt alta, normalment mitja o una tercera part de la taxa de rellotge del processador. Els nous processadors d'avui en dia, el Pentiui 4 i el PowerPP7450, aneu més enllà i instal· leu la memòria cau L2 en el xip de la CPU, proporcionant suport d'alta velocitat per a un cau extern de nivell 3. En el futur, els venedors poden fins i tot integrar-se en un controlador de memòria de l'empresa per accelerar les coses encara més.