Прылада працэсара, як ён працуе на самай справе

У сучасным свеце камп'ютэрных тэхналогій працэсар займае адно з асноватворных месцаў. Цэнтральны працэсар - гэта высокатэхналагічнае і вельмі складаная прылада, якое ўключае ў сябе ўсе дасягненні, якія з'яўляюцца ў сферы вылічальнай тэхнікі, а таксама ў галінах, прылеглых ў ёй.

Спрошчана прылада працэсара выглядае так:

Аснову складаюць ядра (адно або некалькі). Яны адказваюць за выкананне ўсіх давераных інструкцый;

Маецца некалькі узроўняў памяці КЭШ (часцей за ўсё два ці тры), дзякуючы якім паскараецца ўзаемадзеянне працэсара і АЗП;

Кантролер АЗП;

Кантролер сістэмнай шыны (QPI, HT, DMI і г.д.) .;

Прылада кіравання працэсара характарызуецца наступнымі параметрамі:

Тып микроархитектуры;

Тактавая частата ;

Ўзроўні КЭШ-памяці;

Аб'ём КЭШ-памяці;

Тып і хуткасць сістэмнай шыны;

Памер апрацоўваных слоў;

Убудаваны кантролер памяці (яго можа не быць);

Тып падтрымліваецца АЗП;

Аб'ём адраснай памяці;

Наяўнасць убудаванага графічнага чыпа (інтэграваная відэакарта зусім не рэдкасць на сённяшні дзень і выступае хутчэй як дадатак да больш магутным, дыскрэтным картах, хоць прылада працэсара дазваляе выкарыстоўваць даволі магутныя убудаваныя рашэння);

Колькасць спажыванай электраэнергіі.

Працэсар і яго характарыстыкі

Ядро працэсара - літаральна яго сэрца, у якім утрымоўвацца функцыянальныя блокі, якія ажыццяўляюць выкананне лагічных і арыфметычных задач. Ядра працуюць наступным чынам:

Адбываецца праверка блока выбаркі на наяўнасць перапыненняў. Знайшоўшы падобныя перапынення, яны заносяцца ў стэк. Лічыльнік каманд атрымлівае адрас з камандай апрацоўшчыка перапыненняў. Скончыўшы з працай функцый перапыненняў, дадзеныя, якія трапілі ў стэк, аднаўляюцца. Далей адбываецца счытванне адрасу каманды інструкцый з блока выбаркі. Адсюль адбываецца счытванне з АЗП або КЭШ-памяці, пасля чаго дадзеныя паступаюць у блок дэкадавання. Цяпер адбываецца расшыфроўка атрыманых каманд, пасля чаго дадзеныя перадаюцца на блок выбаркі. Там дадзеныя счытваюцца АЗП або КЭШ-памяццю і перадаюцца планавальнік, дзе вызначаецца, які блок павінен выконваць аперацыю, пасля чаго дадзеныя паступаюць менавіта туды. Блок кіравання інструкцый выконвае атрыманыя каманды і перадае вынік блоку захавання вынікаў.

Такі цыкл называецца працэсам, а паслядоўна выконваюцца каманды з'яўляюцца праграмай. За хуткасць, з якой адзін этап цыклу пераходзіць у іншы, адказвае тактавая частата, а за час, які адводзіць для працы этапу цыклу, адказвае само прылада працэсара, а дакладней яго ядра.

Існуе шэраг спосабаў, з дапамогай якіх можна павысіць прадукцыйнасць працэсара. Для гэтага трэба падняць ўзровень тактавай частоты, які мае пэўныя абмежаванні. Падвышаючы тактавую частату, абавязкова павышаеш энергаспажыванне і, як следства, тэмпературу, а гэта вядзе да паніжэння агульнай стабільнасці прылады працэсара.

Для таго каб пазбегнуць неабходнасці ў павышэнне тактавай частоты, вытворцы вырашылі пайсці іншым шляхам, прыдумляючы разнастайныя архітэктурныя рашэнні. Адным з такіх рашэнняў з'яўляецца конвейеризация, сутнасць якой у тым, што кожная выкананая працэсарам інструкцыя па чарзе паступае ва ўсе блокі ядра, дзе выконваецца частка дзеянняў. Такім чынам, пры выкананні ўсяго адной інструкцыі вялікая частка блокаў будзе знаходзіцца ў рэжыме прастою. Такім чынам, усе сучасныя працэсары працуюць так: выканаўшы адну аперацыю, яны адразу прыступаюць да іншай, скарачаючы час прастою да мінімуму і павялічваючы эфектыўнасць на столькі, на колькі гэта магчыма. Вядома, у ідэале ўсё выглядае так, быццам прылада працэсара заўсёды працуе з эфектыўнасцю 100%, але гэтага не адбываецца з-за таго, што паступае каманда непаслядоўныя.