▷ Piese ale unui procesor în exterior și în interior: concepte de bază?

Cu siguranță știm cu toții ce este un procesor, dar știm cu adevărat care sunt părțile unui procesor ? Fiecare dintre principalele, care sunt necesare pentru ca acest mic pătrat de siliciu să poată prelucra cantități mari de informații, să poată muta umanitatea într-o epocă în care, fără a avea sisteme electronice, ar fi o dezacordare completă.

Procesoarele fac deja parte din viața noastră de zi cu zi, în special a persoanelor care s-au născut în ultimii 20 de ani. Mulți s-au dezvoltat complet amestecat cu tehnologia, ca să nu mai vorbim de cei mici care aduc un smartphone sub brațe în loc de pâine… În toate aceste dispozitive, există un element comun numit procesor, care este responsabil pentru a da "inteligență" pentru utilajele din jurul nostru. Dacă acest element nu ar exista, nici calculatoarele, mobilele, roboții și liniile de asamblare, pe scurt, toată lumea ar fi funcționat… dar ar fi imposibil să ajungem acolo unde le-am făcut, încă nu există lume ca „Matrix”, dar totul va merge.

Indice de conținut

Ce este un procesor și de ce este atât de important

În primul rând, trebuie să fim conștienți că nu numai un computer are un procesor în interior. Toate dispozitivele electronice, toate, au în interiorul lor un element care funcționează ca un procesor, indiferent dacă este un ceas digital, un automat automat programabil sau un Smartphone.

Dar, desigur, trebuie să fim conștienți de faptul că, în funcție de capacitățile lor și pentru ceea ce sunt fabricate, procesoarele pot fi mai mult sau mai puțin complexe, de la pur și simplu executarea unei succesiuni de coduri binare la lumina unui panou LED, până la gestionarea unor cantități imense de informații, inclusiv învățarea de la ei (învățare automată și inteligență artificială).

CPU sau unitatea centrală de procesare în limba spaniolă este un circuit electronic capabil să execute sarcinile și instrucțiunile conținute într-un program. Aceste instrucțiuni sunt simplificate și se reduc la calcule aritmetice de bază (adunare, scădere, înmulțire și divizare), operații logice (AND, SAU, NU, NOR, NAND) și control de intrare / ieșire (I / O). a dispozitivelor.

Apoi procesorul este elementul care se ocupă de efectuarea tuturor operațiunilor care formează instrucțiunile unui program. Dacă ne plasăm în punctul de vedere al mașinii, aceste operații sunt reduse la lanțuri simple de zerouri și altele, numite biți și care reprezintă stările curente / non-curente, formând astfel structuri logice binare de care chiar și ființa umană este capabilă. pentru a înțelege și programa în codul mașinii, asamblator sau printr-un limbaj de programare la nivel superior.

Tranzistorii, vinovații de toate

Procesoarele nu ar exista, cel puțin la fel de mici, dacă nu ar fi pentru tranzistoare. Acestea sunt unitatea de bază pentru a spune, a oricărui procesor și circuit integrat. Este un dispozitiv semiconductor care închide sau deschide un circuit electric sau amplifică un semnal. În acest fel, este modul în care putem crea unele și zerouri, limbajul binar pe care CPU îl înțelege.

Acești tranzistoare au pornit ca niște supape de vid, dispozitive uriașe asemănătoare becurilor, capabile să efectueze comutațiile tranzistorului, dar cu elemente mecanice în vid. Calculatoare precum ENIAC sau EDVAC aveau supape de vid în interiorul lor în loc de tranzistoare și erau foarte mari și practic consumau energia unui oraș mic. Aceste mașini au fost primele cu arhitectura Von Neumann.

Dar, în anii 1950 până în 1960, au început să fie create primele CPU tranzistor - de fapt, a fost IBM în 1958, când a creat prima sa mașină bazată pe tranzistor cu semiconductor cu IBM 7090. De atunci evoluția a fost spectaculoasă, producători precum Intel și ulterior AMD au început să creeze primele procesoare pentru computere desktop, implementând arhitectura revoluționară x86, grație procesorului Intel 8086. De fapt, chiar și astăzi, procesoarele noastre desktop se bazează pe această arhitectură, mai târziu vom vedea părțile procesorului x86.

După aceasta, arhitectura a început să devină din ce în ce mai complexă, cu cipuri mai mici și, de asemenea, cu prima introducere a mai multor nuclee în interior, și apoi cu nuclee special dedicate procesării grafice. Chiar și băncile de memorie ultra-rapide numite memorie cache și bus-ul de conectare cu memoria principală, RAM, au fost introduse în aceste cipuri mici.

Părțile externe ale unui procesor

După această scurtă trecere în revistă a istoriei procesoarelor până când suntem în zilele noastre, vom vedea ce elemente externe are un procesor curent. Vorbim despre elemente fizice care pot fi atinse și care sunt în vizorul utilizatorului. Acest lucru ne va ajuta să înțelegem mai bine nevoile fizice și de conectivitate ale unui procesor.

priză

Priza sau soclul procesorului este un sistem electromecanic instalat fix pe o placă de bază care este responsabilă de interconectarea procesorului cu celelalte elemente de pe placă și computer. Există mai multe tipuri de soclu de bază pe piață și, de asemenea, cu multe configurații diferite. Există trei elemente în numele sau denumirea dvs. care ne vor face să înțelegem despre care vorbim:

Producătorul poate fi Intel sau AMD în cazul calculatoarelor personale, acest lucru este ceva simplu de înțeles. În ceea ce privește tipul de conexiune, avem trei tipuri diferite:

• LGA: (tablou de contacte grilă), înseamnă că pinii de contact sunt instalați în priza în sine, în timp ce procesorul are doar un tablou de contacte plat. PGA: (grila grilaj de pini), este exact opusul precedentului, procesorul este cel care are ace, iar priza găurile pentru a le insera. BGA: (grilă cu grilă bilă), în acest caz procesorul este lipit direct pe placa de bază.

În ceea ce privește ultimul număr, identifică tipul de distribuție sau numărul de pini de conexiune pe care CPU-ul îi are cu priza. Există o cantitate enormă atât în ​​Intel, cât și în AMD.

subturnare

Substratul este practic PCB în care este instalat cipul de siliciu care conține circuitul electronic al miezurilor, numit DIE. Procesoarele de astăzi pot avea mai mult de unul dintre aceste elemente instalate separat.

Dar, de asemenea, acest mic PCB conține întreaga matrice de pini de conectare cu priza plăcii de bază, aproape întotdeauna placat cu aur pentru a îmbunătăți transferul de energie electrică și cu protecție împotriva suprasarcinelor și a supratensiunilor curente sub formă de condensatoare.

DIE

DIE este tocmai pătratul sau cipul care conține toate circuitele integrate și componentele interne ale unui procesor. Vizual, este văzut ca un mic element negru care iese din substrat și face contact cu elementul de disipare a căldurii.

Deoarece întregul sistem de procesare se află în interiorul acestuia, DIE atinge temperaturi incredibil de ridicate, deci trebuie protejat de alte elemente.

IHS

Numit și DTS sau Integrated Thermal Diffuser, iar funcția sa este de a capta toată temperatura nucleelor ​​procesorului și de a- l transfera pe radiatorul instalat de acest element. Este fabricat din cupru sau aluminiu.

Acest element este o foaie sau încapsulare care protejează DIE de exterior și poate fi în contact direct cu acesta prin intermediul unei paste termice sau sudate direct. În echipamentele de jocuri personalizate, utilizatorii elimină acest IHS pentru a pune hidroizolatoare direct în contact cu DIE folosind pasta termică într-un compus metalic lichid. Acest proces se numește Delidding și scopul său este de a îmbunătăți substanțial temperaturile procesorului.

radiator

Elementul final care este responsabil pentru captarea cât mai multă căldură și transferul acesteia în atmosferă. Sunt blocuri mici sau mari din aluminiu și o bază de cupru, prevăzute cu ventilatoare care ajută la răcirea întregii suprafețe cu ajutorul unui curent de aer forțat prin aripioare.

Fiecare procesor PC are nevoie de un radiator pentru a funcționa și a-și menține temperaturile sub control.

Ei bine, acestea sunt părțile unui procesor extern, acum vom vedea partea cea mai tehnică, componentele sale interne.

Arhitectura Von Neumann

Calculatoarele de astăzi se bazează pe arhitectura lui Von Neumann, care a fost matematicianul însărcinat să dea viață primelor calculatoare din istorie în 1945, știți, ENIAC și ceilalți mari prieteni ai săi. Această arhitectură este practic modul în care sunt distribuite elementele sau componentele unui computer, astfel încât funcționarea sa este posibilă. Este format din patru părți de bază:

• Memorie de programe și date: este elementul în care sunt stocate instrucțiunile care trebuie executate în procesor. Constă din unități de stocare sau hard disk-uri, memorie RAM cu acces aleatoriu și programe care conțin instrucțiunile în sine. Central Processing Unit sau CPU: acesta este procesorul, unitatea care controlează și prelucrează toate informațiile care provin din principalele dispozitive de memorie și de intrare. Unitate de intrare și ieșire: permite comunicarea cu perifericele și componentele care sunt conectate la unitatea centrală. Fizic i-am putea identifica ca sloturi și porturi ale plăcii noastre de bază. Busuri de date: sunt piesele, piesele sau cablurile care conectează fizic elementele. Într-un procesor sunt împărțite în magistrala de control, magistrala de date și magistrala de adrese.

Procesoare multi-core

Înainte de a începe listarea componentelor interne ale unui procesor, este foarte important să știm care sunt nucleele unui procesor și funcția lor în acesta.

Nucleul unui procesor este circuitul integrat care este responsabil de efectuarea calculelor necesare cu informațiile care îi trec. Fiecare procesor funcționează la o anumită frecvență, măsurată în MHz, ceea ce indică numărul de operații pe care este capabil să le efectueze. Ei bine, procesoarele actuale nu numai că au un nucleu, ci mai multe, toate cu aceleași componente interne și capabile să execute și să rezolve instrucțiuni simultan în fiecare ciclu de ceas.

Deci, dacă un procesor de bază poate executa o instrucțiune în fiecare ciclu, dacă ar avea 6, ar putea executa 6 din aceste instrucțiuni în același ciclu. Este o actualizare dramatică a performanței și este exact ceea ce fac procesoarele de astăzi. Dar nu avem doar nuclee, ci și procesarea firelor, care sunt ca un fel de nuclee logice prin care circulă firele unui program.

Accesați articolul nostru despre: care sunt firele unui procesor? Diferențe cu nucleele pentru a ști mai multe despre acest subiect.

Părți interne ale unui procesor (x86)

Există multe arhitecturi și configurații diferite de microprocesoare, dar cea care ne interesează este cea care se află în interiorul computerelor noastre și aceasta este, fără îndoială, cea care primește numele de x86. Am putea să o vedem direct fizic sau schematic pentru a face un lucru mai clar, să știm că toate acestea se află în DIE.

Trebuie să avem în vedere faptul că unitatea de control, unitatea aritmetică-logică, registrele și FPU vor fi prezente în fiecare dintre nucleele procesorului.

Să analizăm mai întâi principalele componente interne:

Unitate de control

În limba engleză numită Conrol Unit sau CU, este responsabilă de direcționarea funcționării procesorului. Face acest lucru prin emiterea de comenzi sub formă de semnale de control către RAM, unitatea aritmetică-logică și dispozitivele de intrare și ieșire, astfel încât să știe să administreze informațiile și instrucțiunile care sunt trimise procesorului. De exemplu, colectează date, efectuează calcule și stochează rezultatele.

Această unitate asigură că restul componentelor funcționează în sincronizare folosind semnale de ceas și de sincronizare. Practic, toate procesoarele au această unitate în interior, dar să zicem că este în afara ceea ce este miezul procesării în sine. La rândul său, putem distinge în cadrul său următoarele părți:

• Ceas (CLK): este responsabil pentru generarea unui semnal pătrat care sincronizează componentele interne. Există și alte ceasuri care se ocupă de această sincronie între elemente, de exemplu, multiplicatorul, pe care îl vom vedea mai târziu. Contor de program (CP): conține adresa de memorie a următoarei instrucțiuni care urmează să fie executată. Registrul de instrucțiuni (RI): salvează instrucțiunile care se execută Sequencer și Decoder: interpretează și execută instrucțiunile prin intermediul comenzilor

Unitatea de aritmetică-logică

Cu siguranță, veți ști acest lucru prin acronimul său „ALU”. ALU este responsabil pentru efectuarea tuturor calculelor aritmetice și logice cu numere întregi la nivel de biți, această unitate funcționează direct cu instrucțiunile (operanzi) și cu operația pe care unitatea de control a indicat-o să o facă (operator).

Operanzile pot proveni fie din registrele interne ale procesorului, fie direct din memoria RAM, ele putând fi chiar generate în ALU în sine, ca urmare a unei alte operațiuni. Rezultatul va fi rezultatul operațiunii, fiind un alt cuvânt care va fi stocat într-un registru. Acestea sunt părțile sale de bază:

• Registrele de intrare (REN): păstrează în ele operandele care trebuie evaluate. Cod operație: CU trimite operatorului astfel încât operațiunea să fie efectuată Acumulator sau Rezultat: rezultatul operațiunii iese din ALU ca un cuvânt binar Registru de stare (Steag): stochează diferite condiții de luat în considerare în timpul operației.

Unitate cu punct flotant

Îl veți cunoaște ca FPU sau Floating Point Unit. Practic, este o actualizare realizată de procesoarele de nouă generație, care este specializată în calcularea operațiunilor în plutire folosind un coprocesor matematic. Există unități care pot efectua chiar și calcule trigonometrice sau exponențiale.

Practic, este o adaptare pentru a crește performanța procesoarelor în procesarea grafică, unde calculele care trebuie efectuate sunt mult mai grele și mai complexe decât în ​​programele normale. În unele cazuri, funcțiile FPU sunt îndeplinite chiar de ALU folosind un cod de instrucțiune.

înregistrări

Procesoarele de astăzi au propriul sistem de stocare, ca să zic așa, iar cea mai mică și cea mai rapidă unitate sunt registrele. Practic este un mic depozit în care sunt stocate instrucțiunile care sunt procesate și rezultatele obținute din acestea.

Memorie cache

Următorul nivel de stocare este memoria cache, care este și o memorie extrem de rapidă, mult mai mult decât memoria RAM care este responsabilă de stocarea instrucțiunilor care vor fi utilizate iminent de procesor. Sau cel puțin veți încerca să stocați instrucțiunile care credeți că vor fi utilizate, deoarece uneori nu există altă opțiune decât să le solicitați direct din memoria RAM.

Cache-ul procesoarelor actuale este integrat în același DIE al procesorului și este împărțit într-un total de trei niveluri, L1, L2 și L3:

• Nivelul 1 Cache (L1): Este cel mai mic după jurnalele și cel mai rapid dintre cele trei. Fiecare nucleu de procesare are propriul cache L1, care la rândul său este împărțit în două, Datele L1 care sunt responsabile pentru stocarea datelor și Instrucțiunea L1, care stochează instrucțiunile de efectuat. De obicei este de 32KB fiecare. Nivelul 2 Cache (L2) - Această memorie este mai lentă decât L2, dar și mai mare. De obicei, fiecare miez are propriul L2, care poate fi de aproximativ 256 KB, dar în acest caz nu este integrat direct în circuitul de bază. Nivelul 3 Cache (L3): Este cel mai lent dintre cele trei, deși mult mai rapid decât memoria RAM. Este, de asemenea, situat în afara nucleelor și este distribuit între mai mulți nuclei. Este cuprins între 8 MB și 16 MB, deși în procesoare foarte puternice ajunge până la 30 MB.

Autobuze de intrare și de ieșire

Autobuzul este canalul de comunicare dintre diferitele elemente care alcătuiesc un computer. Sunt liniile fizice prin care circulă datele sub formă de electricitate, instrucțiunile și toate elementele necesare prelucrării. Aceste autobuze pot fi plasate direct în interiorul procesorului sau în afara acestuia, pe placa de bază. Pe un computer există trei tipuri de autobuze:

• Bus de date: cu siguranță cel mai ușor de înțeles, deoarece este autobuzul prin care circulă datele trimise și primite de diferitele componente, către sau de la procesor. Aceasta înseamnă că este o magistrală bidirecțională și prin ea vor circula cuvinte cu o lungime de 64 biți, lungimea pe care procesorul este capabil să o gestioneze. Un exemplu de bus de date sunt LANES sau PCI Express Line, care comunică CPU cu sloturile PCI, de exemplu, pentru o placă grafică. Magistrala de adrese: magistrala de adrese nu circulă date, ci adrese de memorie pentru a localiza unde se află datele stocate în memorie. RAM este ca un depozit de date mare împărțit în celule și fiecare dintre aceste celule are propria sa adresă. Va fi procesorul care solicită memoriei datele prin trimiterea unei adrese de memorie, această adresă trebuie să fie la fel de mare ca celulele să aibă memoria RAM. În prezent, un procesor poate adresa adrese de memorie de până la 64 de biți, adică am putea gestiona memorii de până la 2 ^{64 de} celule. Magistrala de control: magistrala de control este responsabilă de administrarea celor două autobuze anterioare, folosind semnale de control și de sincronizare pentru a utiliza în mod sincronizat și eficient toate informațiile care circulă către sau de la procesor. Ar fi ca turnul de control al traficului aerian al unui aeroport.

BSB, unitate de intrare / ieșire și multiplicator

Este important să știți că procesoarele actuale nu au tradiționalul FSB sau Front Bus, care a servit pentru a comunica CPU cu restul elementelor plăcii de bază, de exemplu, chipset și periferice prin podul nord și podul sud. Acest lucru se datorează faptului că autobuzul în sine a fost introdus în procesor ca unitate de gestionare a datelor de intrare și ieșire (I / O) care comunică direct RAM cu procesorul ca și cum ar fi fostul pod nord. Tehnologii precum HyperTransportul AMD sau HyperThreading Intel sunt responsabile de gestionarea schimbului de informații pe procesoarele de înaltă performanță.

BSB sau Back Side Bus este autobuzul care se ocupă de conectarea microprocesorului cu propria memorie cache, de obicei cea a L2. În acest fel, Autobuzul frontal poate fi eliberat de o sarcină destul de mare și, astfel, aduce viteza cache-urilor și mai aproape de viteza miezului.

Și în sfârșit avem multiplicatorii, care sunt o serie de elemente amplasate în interiorul sau în afara procesorului, care sunt responsabile pentru măsurarea relației dintre ceasul procesorului și ceasul autobuzelor externe. În acest moment știm că procesorul este conectat la elemente precum RAM, chipset și alte periferice prin autobuze. Datorită acestor multiplicatori, este posibil ca frecvența procesorului să fie mult mai rapidă decât autobuzele externe, pentru a putea prelucra mai multe date.

Un multiplicator de x10, de exemplu, va permite unui sistem care funcționează la 200 MHz, să funcționeze pe procesor la 2000 MHz. În procesoarele curente, putem găsi unități cu multiplicatorul deblocat, ceea ce înseamnă că îi putem crește frecvența și astfel viteza de procesare. Numim acest overclocking.

IGP sau placă grafică internă

Pentru a termina cu părțile unui procesor, nu putem uita unitatea grafică integrată pe care unii dintre ei o poartă. Înainte am văzut ce este un FPU și, în acest caz, ne confruntăm cu ceva similar, dar cu mult mai multă putere, deoarece, practic, sunt o serie de nuclee capabile să prelucreze în mod independent graficele echipei noastre, care în scopuri matematice sunt o cantitate masivă de calcule în virgulă flotantă și redare grafică care ar fi foarte intens procesator.

IGP face aceeași funcție ca o placă grafică externă, cea pe care am instalat-o prin slotul PCI-Express, doar la o scară sau o putere mai mică. Se numește procesor grafic integrat, deoarece este un circuit integrat instalat în același procesor care scutește unitatea centrală a acestei serii de procese complicate. Va fi util când nu avem o placă grafică, dar deocamdată nu are o performanță comparabilă cu acestea.

Atât AMD cât și Intel au unități care integrează IGP în procesor, fiind denumite astfel APU (Accelerated Processing Unit). Un exemplu în acest sens este aproape tot Intel Core al familiei i, împreună cu AMD Athlon și unii Ryzen.

Concluzie cu privire la părțile unui procesor

Ei bine, ajungem la finalul acestui articol lung în care vedem într-un mod mai mult sau mai puțin de bază care sunt părțile unui procesor, atât din punct de vedere extern , cât și intern. Adevărul este că este un subiect foarte interesant, dar al naibii de complex și lung de explicat, ale cărui detalii sunt dincolo de înțelegerea aproape tuturor dintre noi care nu suntem cufundați în liniile de asamblare și producătorii acestui tip de dispozitiv.

Acum vă lăsăm cu câteva tutoriale care vă pot fi interesante.

Dacă aveți întrebări sau doriți să clarificați orice problemă din articol, vă invităm să o scrieți în caseta de comentarii. Este întotdeauna bine să ai opinia și înțelepciunea celorlalți.