Що таке і для чого мікропроцесор чи процесор?

Також відомий як процесор або центральний процесор, мікропроцесор - це повний обчислювальний двигун, який виробляється на одній кремнієвій мікросхемі. Він також відомий як серце будь-якого звичайного комп'ютера, будь то настільна машина, сервер або ноутбук.

Ви хочете дізнатися більше про це? Не пропустіть нашу цікаву статтю!

Зміст індексу

Що таке мікропроцесор?

Безумовно, мікропроцесор, який ви використовуєте на своєму комп’ютері, - це Pentium, AMD Ryzen або одне з поколінь Intel Core i3, i5, i7 або i9. Це найпопулярніші процесори… але вони справді роблять «приблизно те саме» (я залишаю це в лапках, тому що є технології, які диференціюють його) і таким же чином.

Першим мікропроцесором став Intel 4004, представлений у 1971 році. Він був не дуже потужним, оскільки все, що він міг зробити, - це додавання та віднімання, і це міг робити лише 4 біти за один раз. Але було дивно, що все було на чіпі.

Мікропроцесор зазвичай розміщується через певний розетку на материнській платі комп'ютера; до якої додається, для її стабільної та правильної роботи, система охолодження, яка включає тепловідвід і вентилятори, які відповідають за усунення всього зайвого тепла, яке поглинає тепловідвід.

Між мікропроцесорною капсулою і радіатором зазвичай використовується теплова паста, щоб зробити теплопровідність більш ефективною. Крім того, на ринку існують інші більш сучасні та ефективніші методи, такі як рідке охолодження або використання пельтієвих клітин для більшого охолодження, хоча ці практики використовуються майже виключно для розгону.

Для чого складається мікропроцесор?

Мікропроцесор - це компонент, який виконує вказівки та завдання, що беруть участь в обробці комп'ютером, і є «двигуном», який запускається при включенні комп'ютера. У комп'ютерній системі мікропроцесор - це центральний блок, який виконує та керує логічними вказівками, що передаються йому.

Мікропроцесор призначений для виконання типових операцій, таких як додавання, віднімання, ділення, множення, міжпроцесовий зв’язок та комунікація пристрою, управління введенням, виведенням тощо.

Він складається з інтегральних мікросхем, що містять тисячі транзисторів, залежно від потужності обладнання.

Мікропроцесори, як правило, класифікуються відповідно до кількості інструкцій, які вони можуть обробити за певний час, тактової частоти, виміряної в мегагерцах, та кількості бітів, що використовуються в інструкції.

Мікропроцесор призначений для виконання арифметичних та логічних операцій, що використовують області утримання невеликої кількості, що називаються регістрами.

Коли комп'ютер увімкнено, мікропроцесор отримує першу основну інструкцію системи введення / виводу (BIOS), яка постачається разом із комп'ютером як частина його пам'яті.

Після цього BIOS, або операційна система, яку BIOS завантажує в пам'ять комп’ютера, «приводить в рух» мікропроцесор, доручаючи це робити. Мікропроцесор приймає бінарні дані як вхідні та забезпечує вихід після обробки відповідно до інструкцій, що зберігаються в пам'яті.

Що таке чіп?

Чіп називають також інтегральною схемою. Це, як правило, невеликий тонкий шматок кремнію, на який травились транзистори, що складають мікропроцесор.

Мікросхема може бути такою ж величиною, як дюйм на одній стороні і може вмістити десятки мільйонів транзисторів. Найпростіші процесори можуть складатися з декількох тисяч транзисторів, вигравірованих на мікросхемі розміром у кілька квадратних міліметрів.

Як працює мікропроцесор?

Зображення з wikipedia

Процесор - це мозок комп'ютера, який в основному складається з арифметично-логічного блоку (ALU), блоку управління та матриці регістра.

Як вказує його назва, ALU виконує всі арифметичні та логічні операції над даними, отриманими з пам'яті або пристроїв введення.

Матриця регістрів складається з серії регістрів, таких як акумулятор (A), B, C, D тощо, який виконує функції тимчасових локацій пам'яті швидкого доступу для обробки даних.

Зі свого боку, блок управління керує потоком інструкцій та даних по всій системі.

Таким чином, мікропроцесор приймає вхід від підключених пристроїв, обробляє його відповідно до вказівок, наведених у пам'яті, і виробляє вихід.

Переваги мікропроцесора

• Низька вартість : мікропроцесори доступні за низькою вартістю завдяки технології інтегральних схем. Що знижує вартість комп’ютерної системи. Висока швидкість : мікропроцесорні мікросхеми можуть працювати на дуже високій швидкості завдяки технології, що використовується в них. Він здатний виконувати мільйони інструкцій в секунду. Невеликий розмір : Завдяки масштабній та надмасштабній технології інтеграції виготовляється мікропроцесор із значно зменшеними розмірами поверхні. Це зменшить розмір всієї комп'ютерної системи. Універсальний : Мікропроцесори дуже універсальні, одну і ту ж мікросхему можна використовувати для ряду додатків, просто змінивши програму (інструкції, що зберігаються в пам'яті). Низьке споживання електроенергії : мікропроцесори, як правило, виготовляються за допомогою комплементарної напівпровідникової технології оксиду металів (CMOS), в якій MOSFET (транзистори з польовим ефектом з металевим оксидом та напівпровідником) працюють у режимах насичення та відсічення. Тому споживання електроенергії дуже низьке.

МИ РЕКОМЕНДУЄМО ВАМ Що таке Vcore і як ви можете налаштувати його, щоб зменшити споживання процесора

• Менше вироблення тепла : У порівнянні з пристроями вакуумних труб (термоіонний клапан) напівпровідникові пристрої не виділяють стільки тепла. Надійно : Мікропроцесори дуже надійні, а коефіцієнт відмов набагато нижчий, оскільки використовується напівпровідникова технологія. Портативний : Комп'ютерні пристрої або системи, виготовлені з мікропроцесорів, можна зробити портативними через їх невеликих розмірів і низького енергоспоживання.

Загальні терміни, що використовуються в мікропроцесорі

Щоб зрозуміти, як працює мікропроцесор, корисно зазирнути всередину та дізнатися про логіку, що використовується для його створення. У процесі ви також можете дізнатися про рідну мову мікропроцесора та багато речей, які інженери можуть зробити для збільшення швидкості роботи процесора.

Ось декілька поширених термінів, які використовуються в галузі мікропроцесорів:

Автобус

Шина - це сукупність провідників, призначених для передачі даних, адрес або управління інформацією до різних елементів мікропроцесора. Зазвичай мікропроцесор матиме 3 типи шин: шина даних, шина управління та шина адреси. 8-бітний процесор використовує шину 8 біт.

Інструкція встановлена

Набір інструкцій - це група команд, яку може зрозуміти мікропроцесор. Набір інструкцій - це інтерфейс між апаратним та програмним забезпеченням. Інструкція вказує процесору змінити відповідні транзистори, щоб зробити деяку обробку даних. Наприклад, ADD A, B; використовується для додавання двох чисел, що зберігаються в регістрах A і B.

Довжина слова

Довжина слова - це кількість бітів на внутрішній шині даних процесора, або це кількість бітів, які процесор може обробити за один раз.

Наприклад, 8-бітний процесор буде мати 8-бітну шину даних, 8-бітні регістри і обробляти 8 біт одночасно. Щоб виконати більш високі бітові операції (32 або 16 біт), ви поділите їх на ряд 8-бітових операцій.

Кеш-пам'ять

Кеш - це пам'ять випадкового доступу, вбудована в процесор. Таким чином процесор може отримати доступ до даних у кеш-пам'яті швидше, ніж у звичайній оперативній пам'яті. Також відомий як "пам'ять процесора". Кеш використовується для зберігання даних або інструкцій, на які програмне забезпечення або програма часто посилаються під час роботи. Це збільшить загальну швидкість операції.

Тактова частота

Мікропроцесори використовують тактовий сигнал для керування швидкістю, з якою виконуються інструкції, синхронізації інших внутрішніх компонентів та контролю передачі даних між ними. Тому тактова частота означає швидкість, з якою мікропроцесор виконує вказівки. Як правило, він вимірюється в герцах і виражається в мегагерцах (МГц), гігагерцах (ГГц) тощо.

Класифікація мікропроцесорів

Мікропроцесори можна класифікувати наступним чином:

Довжина слова

Виходячи з довжини слова процесора, ми можемо мати 8-бітні, 16-бітні, 32-бітні та 64-бітні процесори.

RISC - скорочений набір інструкцій

RISC - це тип мікропроцесорної архітектури, який використовує невеликий, високооптимізований набір інструкцій загального призначення, а не більш спеціалізований набір інструкцій, який можна знайти в інших компонентах.

РЕКОМЕНДУЄМО ВАС Як перевірити температуру процесора

RISC пропонує високу продуктивність у порівнянні зі своєю протилежною архітектурою CISC. У процесорі для виконання кожної інструкції потрібна спеціальна схема для завантаження та обробки даних. Тому, скорочуючи інструкції, процесор буде використовувати прості схеми і більш швидку роботу.

Ці мікропроцесори мають:

• Простий набір інструкцій Більші програми складається з великої кількості регістрів Проста схема процесора (невелика кількість транзисторів) Більше використання оперативної пам'яті Фіксованої довжини інструкцій Прості режими адресації Зазвичай встановлюється кількість тактових циклів для виконання інструкції.

CISC - Комплексний набір інструкцій

CISC - це мікропроцесорна архітектура, протиставлена ​​RISC. Це робиться для зменшення кількості інструкцій на одну програму, ігнорування кількості циклів на одну інструкцію. Таким чином, складні інструкції перетворюються безпосередньо в апаратне забезпечення, що робить процесор більш складним і повільним в роботі.

Ця архітектура створена для зниження витрат на пам'ять, скорочення тривалості програми.

Ці мікропроцесори мають:

• Комплексний набір інструкцій Найменша програма Менша кількість регістрів Складна схема процесора (більше транзисторів) Мале використання оперативної пам'яті Інструкції змінної довжини Різноманітні режими адресації Змінна кількість тактових циклів для кожної команди

Спеціальні процесори

Є деякі процесори, призначені для обробки деяких конкретних функцій:

• DSP (Digital Signal Processors) Копроцесори: процесори, що використовуються спільно з основним процесором (математичний копроцесор 8087 використовується з 8086) процесори вводу / виводуТрансп'ютер: мікропроцесор із власною локальною пам'яттю

РЕКОМЕНДУЄМО ВАС, який процесор вибрати для мого нового ПК?

Нарешті, мікропроцесор є найважливішим підрозділом в комп'ютерній системі і відповідає за обробку унікального набору інструкцій та процесів, тому важливо проаналізувати, які є найкращі мікропроцесори сьогодні, щоб зробити хороший вибір. Ці деталі, які ми прокоментували, є процесором, але є основними для розуміння того, як працює процесор 20 - 30 років тому. Наразі існує багато інших функцій, які ми запрошуємо вас дослідити. Що ви думали про нашу статтю? Чекаємо ваших коментарів!