Пристрій процесора, як він працює насправді

У сучасному світі комп'ютерних технологій процесор займає одне з основоположних місць. Центральний процесор - це високотехнологічне і дуже складний пристрій, яке включає в себе всі досягнення, що з'являються в сфері обчислювальної техніки, а також в областях, прилеглих до неї.

Спрощено пристрій процесора виглядає так:

Основу складають ядра (одне або декілька). Вони відповідають за виконання всіх довірених інструкцій-

Є декілька рівнів пам'яті КЕШ (найчастіше два або три), завдяки яким прискорюється взаємодія процесора і ОЗУ-

Контролер ОЗУ-

Контролер системної шини (QPI, HT, DMI і т.д.) .-

Пристрій управління процесора характеризується наступними параметрами:

Тип мікроархітектури-

Тактова частота-

Рівні КЕШ-пам'яті-

Обсяг КЕШ-пам'яті-

Тип і швидкість системної шини-

Розмір оброблюваних слів-

Вбудований контроллер пам'яті (його може не бути) -

Тип підтримуваної ОЗУ-

Об'єм адресної пам'яті-

Наявність вбудованого графічного чіпа (Інтегрована відеокарта зовсім не рідкість на сьогоднішній день і виступає скоріше як додаток до більш потужним, дискретним картам, хоча пристрій процесора дозволяє використовувати досить потужні вбудовані рішення) -

Кількість споживаної електроенергії.

Процесор і його характеристики

Ядро процесора - буквально його серце, в якому міститися функціональні блоки, що здійснюють виконання логічних і арифметичних завдань. Ядра працюють таким чином:

Відбувається перевірка блоку вибірки на наявність переривань. Знайшовши подібні переривання, вони заносяться в стек. Лічильник команд отримує адресу з командою обробника переривань. Закінчивши з роботою функцій переривань, дані, що потрапили в стек, відновлюються. Далі відбувається зчитування адреси команди інструкцій з блоку вибірки. Звідси відбувається зчитування з ОЗП або КЕШ-пам'яті, після чого дані надходять в блок декодування. Тепер відбувається розшифровка отриманих команд, після чого дані передаються на блок вибірки. Там дані зчитуються ОЗУ або КЕШ-пам'яттю і передаються планировщику, де визначається, який блок повинен виконувати операцію, після чого дані надходять саме туди. Блок керування інструкцій виконує отримані команди і передає результат блоку збереження результатів.

Такий цикл називається процесом, а послідовно виконувані команди є програмою. За швидкість, з якою один етап циклу переходить в інший, відповідає тактова частота, а за час, що відводять для роботи етапу циклу, відповідає сам пристрій процесора, а точніше його ядра.

Існує ряд способів, за допомогою яких можна підвищити продуктивність процесора. Для цього потрібно підняти рівень тактової частоти, який має певні обмеження. Підвищуючи тактову частоту, неодмінно підвищуєш енергоспоживання і, як наслідок, температуру, а це веде до зниження загальної стабільності пристрою процесора.

Для того щоб уникнути необхідності в підвищення тактової частоти, виробники вирішили піти іншим шляхом, придумуючи різноманітні архітектурні рішення. Одним з таких рішень є конвейеризация, суть якої в тому, що кожна виконувана процесором інструкція по черзі надходить в усі блоки ядра, де виконується частина дій. Таким чином, при виконанні всього однієї інструкції більша частина блоків буде знаходитися в режимі простою. Таким чином, всі сучасні процесори працюють так: виконавши одну операцію, вони відразу приступають до іншої, скорочуючи час простою до мінімуму і збільшуючи ефективність на стільки, на скільки це можливо. Звичайно, в ідеалі все виглядає так, ніби пристрій процесора завжди працює з ефективністю 100%, але цього не відбувається через те, що поступає команда непослідовні.