Mi az a CPU? A CPU vagy a Központi feldolgozó egységa számítógép számát rányomó agy. Minden, amit a számítógép csinál, a videójátékok lejátszásától az esszé elkészítésének segítéséig, matematikai utasítások sorozatára oszlik. A CPU elvégzi ezeket az utasításokat, és végrehajtja azokat.
Ennek részletei természetesen sokkalsokkal összetettebbek, mint az egyszerű magyarázat. A legfontosabb, amit tudnod kell, hogy a CPU a számítógép fő matematikai motorja.
A processzorok (rendkívül) rövid története
A számítások története hosszú és összetett. Ugyancsak visszatér a történelembe, mint a digitális technológia, az elektronika vagy akár az elektromosság. Az abacus egyfajta processzor. Ugyanazok a mechanikus számológépek. A nagy különbség az, hogy ezek a gépek csak egy vagy néhány matematikai feladatot tudnak végrehajtani. Ezek nem általános célúprocesszorok, amelyekre a modern CPU példája.
A logika használata teszi a CPU-t általános célú számítási eszközgé. 1903-ban Nikola Tesla szabadalmaztatta kapuk és kapcsolókként ismert elektromos áramköröket. Ezeket az áramköröket használva olyan eszközöket építhet, amelyek logikai műveleteket hajtanak végre, ahol a gép bizonyos körülmények között működhet.
Az 1940-es évek közepén és végén William Shockley, John Bardeen és Walter Brattain feltalálta és szabadalmaztatta egy tranzisztornak nevezett készüléket, miközben a Bell Laboratories-ban dolgozott. A tranzisztor a CPU alapvető építőeleme. A tranzisztorok viszonylag apró számítógépes alkatrészek. A tranzisztor annyira fontos találmány, hogy a három feltaláló Nobel-díjat kapott.
Az 1950-es évek végén Robert Noyce és Jack Kilby egy hatalmas lépést tett előre és létrehozta az első működő integrált áramkört. Az integrált áramkör az elektronikus áramkörök halmaza, amely egyetlen félvezető anyagba van beépítve. A legtöbb esetben az anyag szilícium. Ezt gondolják az emberek, amikor azt mondják: „mikrochip”.
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [640x360]->A CPU egy vagy több mikrochipből áll. Ez egy fontos találmány, mivel tranzisztorok milliárdjai csomagolhatók egyetlen CPU-ba. Ez hihetetlenül nagy teljesítményű matematikai motorokat hoz létre.
A logikai kapuk, tranzisztorok és integrált áramkörök találmányainak felhasználásával az egész világ megváltozott. A mikroszkópok manapság mindenben megtalálhatók, nem csak a számítógépén. A CPU-k pedig a legfejlettebb általános célú mikrochippek, amelyeket tudunk készíteni.
Hogyan működnek a CPU-k?
A CPU teljes elve a bináris kódonalapul. Az emberek hajlamosak a számokat egy base 10nevű rendszer vagy a decimális rendszer segítségével ábrázolni. A számban szereplő számjegyek helyértéke tízszeresére növekszik. Tehát a „111” száz, tíz és egy tartalmaz.
A számítógépek és a CPU-k egyáltalán nem értik a 10. alapot. A tranzisztorok a be- vagy kikapcsolás elvén működnek. Ami azt jelenti, hogy a tőlük épített logikai kapuk csak ezekkel a két állapotmal működhetnek. Ez az oka annak, hogy alapvetően a CPU-k bináris kódonfutnak. Ennek a számrendszernek különböző helyértékei vannak. Ehelyett, ha 1, 10, 100, 1000 és így tovább, akkor a helyértékek 1,2,4,8,16,32,64,128 és így tovább.
Tehát binárisan a „111” 7 tizedes szám lesz, mivel az 1,2-et és 4-et összeadod. Ha bármelyik szám nulla, akkor egyszerűen kihagyja és hozzáadja a következő 1 helyértékét. Így bármilyen tizedes értéket kifejezhet. Ne feledje, hogy a bináris számokat gyakran jobbról balra olvasják, tehát az „1” helyérték jobb szélén lenne.
Helyezzük egy táblázatba, hogy kristálytiszta legyen:
Látja, miért adja hozzá a 7-es számhoz decimálisan? Csináljuk a 23-as számot:
Tehát a 111 „7”, de „11101” 23, mert a bináris ötödik helyértéke 16. Elég jó, igaz? Bármely lehetséges számot kifejezhet, amely decimálisan írható be. Ami azt jelenti, hogy a tranzisztorokból épített számítógépek bármilyen számmal is működhetnek.
Hogyan készülnek a CPU-k?
A modern CPU-k gyártási folyamata szintén, amire számíthat, nagyon bonyolult. . Az alapvető folyamat a szilikonkristály nagy hengereinek termesztése. Félvezető tulajdonságai ideálisak egy bináris integrált áramkör felépítéséhez.
Ezeket a nagy kristályokat vékony ostyákra szeleteltük. Az ostyákat ezután egy másik vegyi anyaggal „adalékítják” a tulajdonságaik finomhangolására. A nanoméretű áramköreket ezután fény segítségével maratják a ostya felületéhez, fotolitográfiában.
CPU tervezés és teljesítmény
eljárásnak nevezzük el a processzorokat nem mind egyenlővé tették. A modern CPU első megfelelő őse, az Intel 8086, körülbelül 29 000 tranzisztorral volt az integrált áramkörében. Manapság egy olyan processzorhoz, mint az Intel i99900K, valamivel több mint 1,7 milliárdtranzisztor van. Minél sűrűbb a CPU logikai áramköre, annál összetettebb és annál nagyobb az utasítások száma, amelyet az óraciklusonként képes végrehajtani.
Várjon, „óraciklus”? Igen, ez a CPU teljesítményének másik fő alkotóeleme. A CPU egy meghatározott frekvencián fut, a CPU-óra minden impulzusával egy számítási ciklust kell végrehajtani. Ha ugyanazt a CPU-t veszi fel és megduplázza az óra sebességét, akkor (elméletileg) kétszer olyan gyorsan kell teljesítenie.
Az 1978-as Intel 8086 5MHz-en futott, amikor elindították. Ez ötmillió óra ciklus másodpercenként. Az Intel i9-9900K? kezdődik3,6 GHz-en. Ez 3600 Mhz, azzal a lehetőséggel, hogy 5000 Mhz-ig növelje a dolgokat.
Ha még egy ráncot szeretne hozzáadni a CPU teljesítményéhez, A modern CPU valójában több „magot” tartalmaz. Minden mag valójában önálló CPU. Jellemző, hogy manapság legalább négy ilyen mag van, de az utóbbi időben a normának az volt, hogy a mainstream számítógépeknek hat vagy nyolc mag van. A csúcskategóriás professzionális számítógépeknek 100 CPU-magja lehet.
Ha több mag van, az azt jelenti, hogy a CPU párhuzamosan több utasításkészletet is végrehajthat. Ami azt jelenti, hogy számítógépeink sok mindent egyszerre csinálhatnak kiadás nélkül. Egyes processzorok „többszálú” magokkal rendelkeznek. Ezek a magok maguk is két különálló feladatot tudnak kezelni. Az Intel CPU-kban ez a hyperthreading márkanév.
Tehát a CPU teljesítménye az alábbiak kombinációjára csökken:
Természetesen ennél több is, mint ez a négy fő pont. Ez a négy fő szempont a CPU megfelelő működéséhez.
A CPU szerepe a számítógépen
Az utolsó dolog, amit le kell fednünk, a CPU lejátszása a számítógépen. Végül is ez nem az egyetlen integrált áramköri mikrochip a számítógépben. Például a GPU-k (grafikus feldolgozó egységek) gyakran még tranzisztor-sűrűbbek, mint a CPU-k.
Szüksége van saját hűtésre és tápegységre, valamint memóriára. Olyan, mint egy kis extra számítógép! Ugyanez mondható el a hang, USB és merevlemez forgalmát vezérlő chipekről. Miért különleges a CPU? Ezek a fő okok:
Röviden: a CPU a legfontosabb általános célú teljesítménykomponens a számítógépben. Ne vegye azt magának!