169
правок
Центральный процессор: различия между версиями
м
Добавлена категория
AE (обсуждение | вклад) (Правки и улучшения) |
AE (обсуждение | вклад) м (Добавлена категория) |
||
| (не показаны 3 промежуточные версии этого же участника) | |||
| Строка 3: | Строка 3: | ||
== Объясните простыми словами, пожалуйста == | == Объясните простыми словами, пожалуйста == | ||
[[Файл:Schlagbaum im Nebel.jpg|мини|200x200пкс|Грустный транзистор в тумане]] | [[Файл:Schlagbaum im Nebel.jpg|мини|200x200пкс|Грустный транзистор в тумане]] | ||
Представьте себе крошечный город с огромным количеством ветвящихся дорог и шлагбаумов. Главная особенность каждого шлагбаума-транзистора — стойка находится на одной дороге, но опускающаяся стрела закрывает другую. По дорогам города бегают вредные электроно-человечки и пытаются перекрыть шлагбаумами соседние дороги. Добегая до какого-нибудь шлагбаума, они опускают его и держат закрытым, мешая человечкам на другой дороге работать. Как итог, на соседней улице уже некому держать шлагбаумы и они открываются. Открытые шлагбаумы открывают новые направления и туда бросаются другие человечки. Достигая новых шлагбаумов, они закрывают их, блокируя еще какие-то дороги и так далее. Всё это происходит со скоростью миллиардов блокировок и открытий в секунду. | Представьте себе крошечный город-процессор с огромным количеством ветвящихся дорог и шлагбаумов. Главная особенность каждого шлагбаума-транзистора — стойка находится на одной дороге, но опускающаяся стрела закрывает другую. По дорогам города бегают вредные электроно-человечки и пытаются перекрыть шлагбаумами соседние дороги. Добегая до какого-нибудь шлагбаума, они опускают его и держат закрытым, мешая человечкам на другой дороге работать. Как итог, на соседней улице уже некому держать шлагбаумы и они открываются. Открытые шлагбаумы открывают новые направления и туда бросаются другие человечки. Достигая новых шлагбаумов, они закрывают их, блокируя еще какие-то дороги и так далее. Всё это происходит со скоростью миллиардов блокировок и открытий в секунду. | ||
Звучит как полное безумие, но здесь скрыт смысл. Все дороги проложены не случайным образом, а по специальным градостроительным стандартам «Логических операций обработки данных». Но каких данных? Одна дорога может определить один бит [[Информационные технологии|информации]] с двумя значениями: <code>1-полно-человечков</code> или <code>0-пусто</code>. Восемь параллельных дорог называют байтом, этого может быть достаточно для определения одной буквы из слова. А если расположить рядом 32 бита, то можно организовать счет от нуля и до 4х миллиардов. | Звучит как полное безумие, но здесь скрыт смысл. Все дороги проложены не случайным образом, а по специальным градостроительным стандартам «Логических операций обработки данных». Но каких данных? Одна дорога может определить один бит [[Информационные технологии|информации]] с двумя значениями: <code>1-полно-человечков</code> или <code>0-пусто</code>. Восемь параллельных дорог называют байтом, этого может быть достаточно для определения одной буквы из слова. А если расположить рядом 32 бита, то можно организовать счет от нуля и до 4х миллиардов. | ||
| Строка 9: | Строка 9: | ||
Процессор отвечает только за обработку небольшого объема данных на лету. А что делать, если мы хотим посмотреть большой цифровой фильм, содержащий миллиарды единиц и нулей? Нам потребуются соседние города-склады: «город» оперативной памяти, «город» видеопамяти, «город» жесткого диска и другие. В эти склады-памяти от города-процессора идут специальные широкие скоростные «трассы». Электро-человечки, бегая по трассам, могут скоординировать состояния ключевых шлагбаумов в процессоре с шлагбаумами на складах и наоборот. Но склады-памяти нужны не только для хранения данных. Они помогают выводить информацию в реальный мир через вспомогательные устройства вывода — экран монитора, динамик, принтер, сетевой кабель и т.п. | Процессор отвечает только за обработку небольшого объема данных на лету. А что делать, если мы хотим посмотреть большой цифровой фильм, содержащий миллиарды единиц и нулей? Нам потребуются соседние города-склады: «город» оперативной памяти, «город» видеопамяти, «город» жесткого диска и другие. В эти склады-памяти от города-процессора идут специальные широкие скоростные «трассы». Электро-человечки, бегая по трассам, могут скоординировать состояния ключевых шлагбаумов в процессоре с шлагбаумами на складах и наоборот. Но склады-памяти нужны не только для хранения данных. Они помогают выводить информацию в реальный мир через вспомогательные устройства вывода — экран монитора, динамик, принтер, сетевой кабель и т.п. | ||
А как этим электро-человейником управлять? На помощь приходят реальные большие человеки. Большой человек-программист заранее определяет какие шлагбаумы будут открыты, чтобы трафик шел не случайным образом, а в нужном и правильном порядке. Этот порядок | А как этим электро-человейником управлять? На помощь приходят реальные большие человеки. Большой человек-программист заранее определяет какие шлагбаумы будут открыты и закрыты, чтобы трафик шел не случайным образом, а в нужном и правильном порядке. Этот порядок будет определен программами на «складах». А большой человек-пользователь может в реальном времени вмешиваться в работу шлагбаумов и открывать-закрывать их, с помощью вспомогательных устройств ввода — клавиатуры, мыши, сенсорного экрана. | ||
Пользователи и программисты молодцы, но главная заслуга здесь у ученых и инженеров, разрабатывающих оптимальные схемы городов-процессоров. Давайте скажем им спасибо! | Пользователи и программисты молодцы, но главная заслуга здесь у ученых и инженеров, разрабатывающих оптимальные схемы городов-процессоров. Давайте скажем им спасибо! | ||
| Строка 46: | Строка 46: | ||
Чем быстрее и энергоэффективнее процессор — тем он лучше. | Чем быстрее и энергоэффективнее процессор — тем он лучше. | ||
[[Файл:AMD Bulldozer block diagram (8 core CPU).PNG|мини|200x200пкс|Чем больше ядер, тем быстрее, но требуется больше энергии]] | [[Файл:AMD Bulldozer block diagram (8 core CPU).PNG|мини|200x200пкс|Чем больше ядер, тем быстрее, но требуется больше энергии]] | ||
Скорость работы процессора определяется | Скорость работы процессора базово определяется тактовой частотой в герцах (1 GHz гигагерц = миллиард тактов в секунду). Один такт — это один электрический импульс, переключающий транзисторы. Чем больше частота, тем выше скорость переключений, тем быстрее процессор проводит вычисления. | ||
Долгие годы повышение частоты было основным способом ускорить процессор. Но тут важно, чтобы за короткое время выполнения такта, электроны успевали пройти через транзистор. Именно для этих целей транзисторы приходилось уменьшать в размерах. В какой-то момент развития технологий, только уменьшение транзисторов стало недостаточным условием для увеличения частоты — выделяемое при работе тепло не успевало покидать внутренности процессора и повреждало его. Поэтому уже много лет частота процессоров значительно не увеличивается, а ускорение работы происходит за счет архитектурных изменений: | |||
* | |||
* Более оптимизированная архитектура позволяет выполнять больше инструкций из расчета на каждый такт. Более точно можно оценить скорость процессора в IPS — количестве инструкций, выполняемых за секунду. Или, например, посчитать FLOPS-ы — количество операций с плавающей точкой (с нецелыми числами) в секунду. | |||
* | * Увеличение количества ядер. Каждое ядро по сути отдельный мини-процессор. Чем их больше, тем лучше. Но значительно растет энергопотребление. | ||
* | * Количество потоков обработки данных. В некоторых процессорах каждое ядро может обрабатывать данные параллельно в нескольких потоках. | ||
* | * Добавление внутренней кэш памяти. Чем её больше и чем она быстрее, тем лучше. | ||
=== Состав процессора === | === Состав процессора === | ||
| Строка 64: | Строка 64: | ||
* Устройство генерации адресов AGU (Address generation unit) — вспомогательный блок, ускоряющий расчет адресов в оперативной памяти для более быстрого доступа к данным. | * Устройство генерации адресов AGU (Address generation unit) — вспомогательный блок, ускоряющий расчет адресов в оперативной памяти для более быстрого доступа к данным. | ||
* Устройство управления памятью MMU (Memory management unit) — управляет безопасным доступом к оперативной памяти, защищая данные одной программы от влияния других программ. | * Устройство управления памятью MMU (Memory management unit) — управляет безопасным доступом к оперативной памяти, защищая данные одной программы от влияния других программ. | ||
* | * Кэш память (Cache) — внутренняя дополнительная память процессора, быстрее чем оперативная, но медленнее чем регистры. | ||
* И другие блоки. | * И другие блоки. | ||
| Строка 76: | Строка 76: | ||
Количество компаний производящих современные чипы в мире ограничено из-за технологической сложности. Поэтому любой сбой поставок влечет дефицит и кризисы на смежных производствах. | Количество компаний производящих современные чипы в мире ограничено из-за технологической сложности. Поэтому любой сбой поставок влечет дефицит и кризисы на смежных производствах. | ||
[[Категория:Информационные технологии]] | |||