Як працуе працэсар кампутара? Прынцып працы

Практычна ўсе ведаюць, што ў кампутары галоўным элементам сярод усіх «жалезных» кампанентаў з'яўляецца цэнтральны працэсар. Але кола людзей, якія ўяўляюць сабе, як працуе працэсар, з'яўляецца вельмі абмежаваным. Большасць карыстальнікаў аб гэтым і паняцця не маюць. І нават калі сістэма раптам пачынае «тармазіць», шмат хто лічыць, што гэта працэсар дрэнна працуе і не надаюць значэння іншым фактарам. Для поўнага разумення сітуацыі разгледзім некаторыя аспекты працы ЦП.

Што такое цэнтральны працэсар?

Цэнтральны працэсар (ЦП або ў англійскай варыянце CPU) з'яўляецца сэрцам любой кампутарнай сістэмы. На яго ўскладзеныя ўсе вылічальныя аперацыі, прычым не толькі арыфметычныя або вылічэнні з якая плавае коскі (зменлівая мантисса), але і лагічныя.

Сам працэсар уяўляе сабой невялікую квадратную пласціну (чып), унутры якой знаходзяцца мільёны транзістараў. Часам гэта прылада называюць яшчэ інтэгральнай мікрасхемай.

З чаго складаецца працэсар?

Калі казаць пра тое, як працуе працэсар Intel або яго канкурэнт AMD, трэба паглядзець, як уладкованыя гэтыя чыпы. Першы мікрапрацэсар (дарэчы, менавіта ад Intel, мадэль 4040) з'явіўся яшчэ ў далёкім 1971 годзе. Ён мог выконваць толькі найпростыя аперацыі складання і аднімання з апрацоўкай ўсяго толькі 4 біт інфармацыі, т. Е. Меў 4-бітную архітэктуру.

Сучасныя працэсары, як і першынец, заснаваныя на транзістарах і валодаюць куды вялікім хуткадзейнасцю. Вырабляюцца яны метадам фоталітаграфіі з вызначанага ліку асобных крамянёвых пласцінак, якія складаюць адзіны крышталь, у які як бы ўдрукуешся транзістары. Схема ствараецца на спецыяльным паскаральніку разагнанымі іёнамі бору. Ва ўнутранай структуры працэсараў асноўнымі кампанентамі з'яўляюцца ядра, шыны і функцыянальныя часціцы, званыя рэвізіямі.

асноўныя характарыстыкі

Як і любое іншае прылада, працэсар характарызуецца пэўнымі параметрамі, якія, адказваючы на пытанне, як працуе працэсар, абыйсці бокам нельга. Перш за ўсё гэта:

• колькасць ядраў;
• лік патокаў;
• памер кэша (унутранай памяці);
• тактавая частата;
• шпаркасць шыны.

Пакуль спынімся на тактавай частаце. Нездарма працэсар называюць сэрцам кампутара. Як і сэрца, ён працуе ў рэжыме пульсацыі з вызначаным колькасцю тактаў у секунду. Тактавая частата вымяраецца ў МГц або ў Ггц. Чым яна вышэй, тым больш аперацый можа выканаць прыладу.

На якой частаце працуе працэсар, можна даведацца з яго заяўленых характарыстык або паглядзець інфармацыю ў звестках аб сістэме. Але ў працэсе апрацоўкі каманд частата можа змяняцца, а пры разгоне (оверлокинге) павялічвацца да экстрэмальных межаў. Такім чынам, заяўленая тактавая частата з'яўляецца ўсяго толькі ўсярэдненых паказчыкам.

Колькасць ядраў - паказчык, які вызначае лік вылічальных цэнтраў працэсара (не блытаць з патокамі - колькасць ядраў і патокаў могуць не супадаць). За кошт такога размеркавання з'яўляецца магчымасць перанакіравання аперацый на іншыя ядра, за кошт чаго павышаецца агульная прадукцыйнасць.

Як працуе працэсар: апрацоўка каманд

Зараз трохі аб структуры выкананых каманд. Калі паглядзець, як працуе працэсар, трэба дакладна ўяўляць сабе, што любая каманда мае дзве складнікі - аперацыйную і операндную.

Аперацыйная частка паказвае, што павінна выканаць у дадзены момант кампутарная сістэма, аперанда вызначае тое, над чым павінен працаваць менавіта працэсар. Акрамя таго, ядро працэсара можа ўтрымліваць два вылічальных цэнтра (кантэйнера, патоку), якія падзяляюць выкананне каманды на некалькі этапаў:

• выпрацоўка;
• дэшыфраванне;
• выкананне каманды;
• зварот да памяці самага працэсара
• захаванне выніку.

Сёння ўжываецца паасобнае кэшаванне ў выглядзе выкарыстання двух узроўняў кэш-памяці, што дазваляе пазбегнуць перахопу двума і больш камандамі звароту да аднаго з блокаў памяці.

Працэсары па тыпу апрацоўкі каманд падзяляюць на лінейныя (выкананне каманд у парадку чаргі іх запісы), цыклічныя і разгаліноўваюцца (выкананне інструкцый пасля апрацоўкі умоў галінавання).

якія выконваюцца аперацыі

Сярод асноўных функцый, ускладзеных на працэсар, у сэнсе выконваемых каманд або інструкцый адрозніваюць тры асноўныя задачы:

• матэматычныя дзеянні на аснове арыфметыка-лагічнай прылады;
• перасоўванне даных (інфармацыі) з аднаго тыпу памяці ў іншы;
• прыняцце рашэння па выкананні каманды, і на яго аснове - выбар пераключэння на выканання іншых набораў каманд.

Узаемадзеянне з памяццю (ПЗУ і АЗП)

У гэтым працэсе варта адзначыць такія кампаненты, як шына і канал чытання і запісы, якія злучаныя з запамінальнымі прыладамі. ПЗУ ўтрымлівае пастаянны набор байт. Спачатку адрасная шына запытвае ў ПЗУ пэўны байт, затым перадае яго на шыну дадзеных, пасля чаго канал чытання мяняе свой стан і ПЗУ прадастаўляе запытаны байт.

Але працэсары могуць не толькі счытваць дадзеныя з аператыўнай памяці, але і запісваць іх. У гэтым выпадку выкарыстоўваецца канал запісу. Але, калі разабрацца, па вялікім рахунку сучасныя кампутары чыста тэарэтычна маглі б і зусім абыйсціся без АЗП, паколькі сучасныя мікракантролеры здольныя размяшчаць патрэбныя байты дадзеных непасрэдна ў памяці самага працэсарнага чыпа. Але вось без ПЗУ абысціся ніяк нельга.

Акрамя ўсяго іншага, старт сістэмы запускаецца з рэжыму тэставання абсталявання (каманды BIOS), а толькі потым кіраванне перадаецца загружанай аперацыйнай сістэме.

Як праверыць, ці працуе працэсар?

Цяпер паглядзім на некаторыя аспекты праверкі працаздольнасці працэсара. Трэба дакладна разумець, што, калі б працэсар не працаваў, кампутар б не здолеў распачаць загрузку наогул.

Іншая справа, калі патрабуецца паглядзець на паказчык выкарыстання магчымасцяў працэсара ў пэўны момант. Зрабіць гэта можна з стандартнага «Дыспетчара задач» (насупраць любога працэсу паказана, колькі працэнтаў загрузкі працэсара ён дае). Для візуальнага вызначэння гэтага параметру можна скарыстацца укладкай прадукцыйнасці, дзе адсочванне змяненняў адбываецца ў рэжыме рэальнага часу. Пашыраныя параметры можна ўбачыць пры дапамозе адмысловых праграм, напрыклад, CPU-Z.

Акрамя таго, можна задзейнічаць некалькі ядраў працэсара, выкарыстоўваючы для гэтага канфігурацыю сістэмы (msconfig) і дадатковыя параметры загрузкі.

магчымыя праблемы

Нарэшце, некалькі слоў аб праблемах. Вось многія карыстальнікі часта пытаюцца, маўляў, чаму працэсар працуе, а манітор не ўключаецца? Да цэнтральнага працэсару гэтая сітуацыя не мае ніякага дачынення. Справа ў тым, што пры ўключэнні любога кампутара спачатку тэстуецца графічны адаптар, а толькі потым усё астатняе. Магчыма, праблема складаецца як раз у працэсары графічнага чыпа (усе сучасныя відэапаскаральнікі маюць уласныя графічна працэсары).

Але на прыкладзе функцыянавання чалавечага арганізма трэба разумець, што ў выпадку спынення сэрца памірае ўвесь арганізм. Так і з кампутарамі. Не працуе працэсар - «памірае» ўся кампутарная сістэма.