Кэши процессора — это место, где процессор хранит свои вычисления и данные для этих вычислений. Эта память расположена очень близко к ЦП, поэтому к ней можно получить доступ на экстремальных скоростях вычислительных ядер. В противном случае ЦП пришлось бы использовать ОЗУ, которая (хотя и намного быстрее, чем большинство хранилищ на жестком диске) намного медленнее, чем кэш-память процессора. 

Кэш разделен на «уровни». L1 ближе всего к процессору и самый быстрый. L2 и L3 дальше, но часто они больше; это означает более низкие скорости, но более высокую производительность.

Как правило, больший объем кэш-памяти означает более высокую производительность, поскольку ЦП может быстрее получать и временно хранить данные, но разница в производительности для этого атрибута между процессорами любого поколения ЦП по-прежнему имеет тенденцию быть незначительной по сравнению с различиями, вызванными количеством ядер/потоков и тактовой частотой.

Расчетная мощность процессора (TDP)

Расчетная тепловая мощность или расчетная тепловая точка ЦП — это максимальное количество энергии, которое чип должен выделять в виде тепла во время работы, измеряемое в ваттах. Итак, если этот показатель очень высок, это означает, что процессор потребляет много энергии и выделяет много тепла, и что ему потребуется не только достаточное количество энергии от блока питания, но и достаточно мощный кулер, чтобы поддерживать его на низкой температуре. Вообще говоря, TDP — это спецификация, которая будет иметь большее значение для пользователей, которые больше заботятся об энергоэффективности и/или системном шуме, чем для тех, кто заботится о производительности превыше всего.

При выпуске новых поколений чипов часто упоминается литография: « 7-нм чипы AMD » или

Это, конечно, говорит вам, что им удалось разместить больше транзисторов на кристалле, но было бы лучше проверить другие спецификации, если вы хотите узнать о производительности ЦП. Причина, по которой я до сих пор включил литографию или процесс, заключается в том, что он так часто упоминается в описании современных процессоров. 
 

Вывод

Надеюсь, эта статья прояснила для вас некоторые вещи и помогло вам в выборе следующего процессора для игр или рабочих задач! Но если что-то все еще неясно, пожалуйста, не стесняйтесь спрашивать нас об этом.  В конце концов, это всего лишь краткий обзор ключевых характеристик процессора и мы постарались собрать наиболее важные моменты.

И если вы новичок во всей концепции сборки ПК, вы можете обратиться к нам и мы с удовольствием вам поможем в сборке компьютера под ваши задачи.

Что такое процессор (CPU) | 2DOMAINS.RU ✔️

Помощь 0 Регистрация Вход

• Домены
• Хостинг
• Сайты
• Личный кабинет
• VPS и серверы
• SSL-сертификаты
• Общие вопросы
  • Полезная информация
  • Просто о сложном

• Как выглядит и где находится CPU
• Какие функции выполняет центральный процессор (CPU)
• Составляющие CPU
• Важные характеристики CPU

В этой статье вы узнаете, что такое процессор CPU, АЛУ и тактовая частота.

В человеческом теле за всю работу органов отвечает мозг. Он подает электрические импульсы — команды, благодаря которым органы работают правильно. Подобную функцию в компьютере выполняет центральный процессор. Также его называют CPU.  Расшифровка CPU ― Central Processing Unit (центральное обрабатывающее устройство). 

Как выглядит и где находится CPU

Сам процессор выглядит как небольшая пластинка квадратной формы толщиной в пару миллиметров. Чаще всего он покрыт металлической крышкой. С обратной стороны находится много контактов ― ножек.

Что значит CPU на процессоре

Все части компьютера крепятся на материнскую плату. Она связывает всю систему в единое целое. В материнской плате есть разъём для CPU ― сокет. Он работает как переходник между контактами материнской платы и ножками процессора:

Назначение и характеристика процессора

Какие функции выполняет центральный процессор (CPU)

Функции CPU: 

• выполнение арифметических и логических операций с полученными данными,
• передача результатов обработки данных на внешние устройства,
• создание сигналов для работы внутренних элементов и внешних устройств,
• хранение результатов выполненных операций, переданных сигналов и других данных.

Выполнять основные функции центрального процессора позволяют различные его элементы.

Составляющие CPU

1. Основной составляющей процессора является ядро. В нем проходят все этапы обработки данных. Само ядро состоит из двух компонентов:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Оно выполняет все арифметические и логические операции. 
• Устройство управления(УУ) координирует взаимодействие различных частей компьютера. Оно формирует и подает во все блоки машины сигналы, в которых описан алгоритм действий.

1. Процессорная память нужна для хранения кратковременной информации. Она состоит из:

• Регистров. Они сохраняют промежуточные результаты и текущие команды. АЛУ может делать только одну операцию одновременно. Представим, что устройству надо решить пример: (1+1) x (2-2). Он решается в 3 этапа: сложение, вычитание, умножение. АЛУ не может сделать это вычисление одной операцией. Сначала оно выполнит сложение и сохранит результат в регистре. Далее выполнит вычитание. Для умножения АЛУ попросит результат прошлой операции у регистра и закончит решение примера.
• Кеш-памяти, которая нужна для ускорения выполнения частых команд. Весь список команд хранится в оперативной памяти, поэтому ядро постоянно обращается к нему за информацией. Частые команды и данные хранит кеш-память, чтобы не ждать отклика от оперативной. Это значительно ускоряет работу процессора.

1. Интерфейсная система нужна для связи с другими устройствами компьютера. Она включает в себя:

• порты ввода-вывода, которые позволяют подключать к CPU другие устройства,
• шины ― это каналы для передачи данных между всеми составляющими CPU.

Важные характеристики CPU

Первый важный фактор производительности центрального процессора ― количество ядер. Одно ядро может выполнять только одну задачу. Если процессор одноядерный, то каждая задача будет выполняться последовательно. Таким образом, двухъядерный может выполнять две задачи параллельно, трехъядерный ― три и т. д. Чем больше ядер, тем выше производительность устройства.  

Тактовая частота ― число выполненных операций в секунду. Измеряется в  гигагерцах (ГГц — миллиард тактов в секунду). Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает машина.

При выборе CPU стоит ориентироваться на цели, для которых будет использоваться компьютер. От мощности центрального процессора зависит продуктивность работы других составляющих ПК. Если вы чаще всего работаете с документами, то вам не нужен мощный четырехъядерный процессор. Он просто не сможет показать весь свой потенциал. А цена за такую машину будет высокая. А если вы собираетесь играть в современные компьютерные игры и планируете устанавливать мощную видеокарту, то процессор стоит брать с высокой тактовой частотой, с четырьмя и более ядрами. Современная видеокарта не сможет показать свои возможности, если ею будет управлять слабый CPU.

Популярные статьи

• Как указать (изменить) DNS-серверы для домена
• Я зарегистрировал домен, что дальше
• Как добавить запись типа A, AAAA, CNAME, MX, TXT, SRV для своего домена
• Что такое редирект: виды и возможности настройки
• Как создать почту со своим доменом

Домены

• Регистрация доменов
• Освободившиеся домены
• Промоакции
• Перенос домена
• Переадресация
• Магазин доменов

Сайты

• Конструктор сайтов
• Сайты на WordPress

Хостинг сайтов

• Хостинг
• Windows хостинг

VPS и серверы

• VPS хостинг
• Windows VPS
• Аренда серверов

Дополнения

• SSL-сертификаты
//=url(‘/free-mail’)?>

Сервисы

• Бесплатный хостинг
• Whois
• Связь с администратором домена
• Определить свой IP-адрес
• Проверка порта на доступность
• Узнать местоположение по IP
• Проверить доступность сайта

Поддержка

• Справка
• Стоимость услуг
• Способы оплаты
• Связаться с нами

Компания

• О компании
• Документы
• Офис
• Дата-центр
• Новости
• Блог
• Акции и скидки

© 2DOMAINS — регистрация доменов

• Домены оптом
• Географические домены
• Кириллические домены
• Административные домены
• Национальные домены
• Новые домены первого уровня
• Где купить домен дешево
• Дешевый хостинг
• CloudVPS
• Хостинг для сайта-визитки
• Хостинг с PHP и MySQL
• Надежный хостинг
• Самые дешевые домены
• Хостинг WordPress
• Хостинг для 1С-Битрикс
• Хостинг для Drupal
• Хостинг для Joomla
• Хостинг для MODX
• Хостинг для OpenCart
• Антивирус для хостинга
• Бэкап сайта
• Защита от DDoS-атак
• Хостинг с ISPmanager
• SSL бесплатно
• AlphaSSL
• AlphaSSL WildCard
• ExtendedSSL
• GlobalSign-сертификаты
• Comodo / Sectigo — сертификаты
• GeoTrust-сертификаты
• Symantec-сертификаты
• Thawte-сертификаты
• TrustWave-сертификаты
• Wildcard-сертификаты

Политика обработки персональных данных
Тех. поддержка: [email protected]

Указанные на сайте цены могут не включать стоимость применимых комиссий.

При заказе услуги стоимость может быть уточнена исполнителем.

Понимание характеристик ЦП — CompTIA A+ 220-901 — 1.6

Наши современные процессоры могут делать гораздо больше, чем традиционные ЦП. В этом видео вы узнаете о скоростях процессоров, встроенных кэш-памятях, гиперпоточности, функциях виртуализации и многом другом.

<< Предыдущий: Обзор типов сокетов процессора Следующий: Охлаждение процессора >>

Если вы хотите купить новый компьютер или вы покупаете процессор для компьютера который вы собираете, очень часто он подскажет вам тип или марку процессора. И затем он сообщает вам, какова скорость этого процессора. И в наши дни эта скорость обычно указывается в гигагерцах.

Если вы посмотрите на некоторые старые процессоры в старых компьютерах, эти процессоры могут измеряться в мегагерцах. Но это общая тактовая частота, на которой работает конкретный процессор. На самом деле, вы увидите, что на этом процессоре он даже помечен. 3,8 гигагерца — это скорость этого конкретного компонента.

Конечно, фактическая скорость вашего компьютера может не обязательно быть связана с этой единственной скоростью процессора. Внутри вашего компьютера так много других компонентов, которые влияют на общую производительность машины. Есть тактовая частота. Архитектура процессора, скорость шины, ширина шины, размер кеша и оптимизация самой операционной системы в целом влияют на фактическую скорость вашего компьютера.

В начале, когда персональные компьютеры только появились на рынке, производители использовали скорость процессора, чтобы попытаться сказать людям, какие системы лучше или хуже других. Но в наши дни мы склонны смотреть на возможности всей системы. Мы больше не видим маркетинга, основанного на общей скорости процессора.

В наши дни это может быть сосредоточено на определенной категории ЦП или конкретном производителе ЦП, но акцент не обязательно делается исключительно на этой конкретной тактовой частоте. На самом деле не существует единого показателя, на который мы могли бы указать для описания общей производительности компьютера. Это потому, что могут быть разные вещи, которые важны для разных людей. Графическая производительность может быть более важна для одного человека, а скорость ввода и вывода памяти может быть важнее для другого. Вы должны найти тест, который работает для вас, и тогда вы сможете сравнить его в разных системах.

Ранние процессоры в наших персональных компьютерах имели одно ядро ​​ЦП. Внутри этого физического процессора должен был выполняться один набор вычислений. Но в эти дни мы добавили дополнительные ядра к процессору. Да и сами процессоры стали намного сложнее.

Вот пример четырехъядерного процессора. Внутри одного физического процессора на самом деле четыре ядра. Мало того, что у вас есть четыре процессора, каждый из этих процессоров может иметь кеш первого уровня. Также может быть кэш второго уровня на самом ядре ЦП. И в этом конкретном случае процессор может иметь кеш третьего уровня, который используется всеми этими отдельными ядрами. И, конечно же, ядер может быть больше четырех. Конечно, есть восьмиядерные и 16-ядерные процессоры, а также гораздо более крупные процессоры. И мы будем продолжать видеть, как эти процессоры становятся все более и более сложными с течением времени.

Существует микроскопический мир компонентов, которые мы сейчас помещаем в один ЦП. Это всего лишь один пример кристалла процессора. Вы можете видеть, что это смесь различных компонентов, собранных вместе на одном и том же физическом процессоре.

Если бы мы посмотрели на это в более абстрактной форме, вы могли бы посмотреть на ЦП и увидеть что-то вроде этого. На этом ЦП может быть несколько ядер, причем эти ядра имеют собственный кэш первого и второго уровня. Вы можете видеть, что в этой конкретной абстракции есть общий кеш третьего уровня. Контроллер памяти в том, что раньше было северным мостом, теперь интегрирован во многие процессоры. А на самом деле в этот ЦП встроен свой собственный набор процессорной графики. Так что вам не нужны ни отдельные компоненты на материнской плате, ни отдельная плата видеоадаптера. Вся обработка графики происходит прямо на одном физическом кристалле ЦП.

Как я упоминал ранее, в процессоре есть несколько кешей. И эти тайники невероятно важны. Они значительно увеличивают пропускную способность, которую мы можем получить в одном из этих процессоров. Это очень, очень быстрая память, и она предназначена для увеличения количества информации, которую мы можем получить в ЦП и из ЦП. Он действительно содержит инструкции, данные и результаты. Это очень, очень маленькие кусочки памяти, которые вы найдете. Обычно имеется кэш первого уровня. Это первая проверка или первое хранилище, которое вы найдете. И обычно он интегрирован или близок к самому основному ядру ЦП.

В наши дни мы часто видим кэш второго уровня, который содержит вторичные данные. И даже в случае процессоров, которые мы здесь рассматривали, есть кеш третьего уровня. В этом случае он все еще находится на самом чипе. Это происходит совместно с несколькими ядрами. Вам придется взглянуть на архитектуру интересующего вас ЦП, чтобы действительно понять, сколько различных уровней кэширования имеется в ЦП и насколько велики эти кэши.

Когда мы начали оптимизировать наши ЦП, Intel очень рано поняла, что нам нужен какой-то способ, чтобы через ЦП проходило как можно больше информации. Процессор много времени ждет, чтобы собрать информацию из памяти или отправить информацию обратно в память. Поэтому они создали технологию под названием гиперпоточность.

Эта технология HTT, или технология Hyper-Threading, использует один физический ЦП, но заставляет его выглядеть и работать так, как будто это два отдельных ЦП. Вы, конечно, не сможете удвоить скорость с одного физического процессора, но вы можете получить некоторые улучшения производительности. И в целом эта технология Hyper-Threading дает вам от 15% до 30% улучшения по сравнению с процессором, который не использует HTT.

Чтобы воспользоваться этим преимуществом, вам нужна операционная система, поддерживающая технологию Hyper-Threading. Таким образом, Windows XP и более поздние версии очень хорошо понимают, как использовать HTT, если ваш процессор поддерживает его.

Технология, которая произвела революцию в центрах обработки данных, — это виртуализация. А виртуализация — это способ, с помощью которого мы можем запускать разные операционные системы на одном физическом устройстве. Это означает, что нам не нужно иметь несколько процессоров, несколько компьютеров, выполняющих разные задачи. Мы можем объединить все эти возможности в одну физическую коробку.

Мы сразу поняли, что запуск этой виртуализации в программном обеспечении имеет некоторые ограничения производительности. Взяв ряд функций виртуализации и переместив их в аппаратную часть ЦП, мы смогли повысить общую производительность всех виртуальных машин.

Если вы используете архитектуру Intel, вам нужно найти технологию виртуализации Intel или VT. А архитектура AMD будет использовать виртуализацию AMD или AMD-V. Используя эти функции в ЦП, мы можем повысить производительность, особенно когда мы виртуализируем наши операционные системы.

Еще одна важная характеристика ЦП — это 32-битный ЦП или 64-битный ЦП. Это относится к общему объему данных, которые ЦП может обрабатывать за один раз. Очевидно, что 64-битный ЦП может обрабатывать в два раза больше информации, чем 32-битный ЦП. Это более длинный путь данных. Он может иметь большие целочисленные размеры. Адреса памяти намного больше. Так что в целом это гораздо более мощный набор процессоров, если вы используете 64-битный процессор.

Вы также можете учитывать, что вы можете перемещать гораздо больше данных за один раз. Ранее мы говорили о путях данных в шинах внутри нашего компьютера как о 64-битных шинах или 32-битных шинах. И то же самое относится и к процессорам. Если у нас есть 64-битная шина данных, мы можем передать в два раза больше информации, чем 32-битная шина данных.

Обратите внимание, что шины данных на вашем компьютере могут отличаться от используемой шины ЦП. Например, очень часто можно увидеть 64-битную шину памяти независимо от того, используется ли 32-битный ЦП или 64-битный ЦП.

Если вы используете операционную систему, которая может использовать преимущества 64-разрядного ЦП, то каждый аспект этой операционной системы необходимо оптимизировать для этой 64-разрядной платформы. Поэтому ваша операционная система должна быть 64-битной. Драйверы, которые вы используете для подключения к вашему оборудованию, должны быть 64-разрядными. А приложения, работающие в вашей операционной системе, должны быть написаны для 64-битной ОС.

Одним из последних нововведений в архитектуре ЦП является возможность встраивать графическое оборудование непосредственно в сам ЦП. Обычно у нас был бы отдельный видеоадаптер или отдельный набор микросхем на материнской плате, обрабатывающий видео. Интегрируя графический процессор непосредственно в ЦП, мы можем избавиться от этих других компонентов и оптимизировать производительность нашей графической подсистемы.

Это связано с тем, что графической подсистеме требуется довольно много работы, чтобы показать вам изображения с высоким разрешением и работать с графическими операционными системами, которые мы используем в наши дни. И хотя мы интегрировали эту графическую функцию в ЦП, она все равно не такая мощная, как наличие отдельного выделенного адаптера, обеспечивающего графическую функцию. Поэтому, если вы геймер, или занимаетесь монтажом видео, или у вас есть очень мощное графическое приложение, вы можете рассмотреть возможность использования отдельного адаптера, а не встроенного в процессор.

В наши дни безопасность наших вычислительных платформ, безусловно, вызывает серьезную озабоченность. И наши процессоры также интегрировали в себя некоторые функции безопасности. Один из них называется битом NX. Это называется битом No-eXecute. Intel называет это битом XD, что означает eXecute Disable. Если вы посмотрите на процессор AMD, это гораздо более буквально. Они называют это расширенной защитой от вирусов.

Эта функция позволяет вашему процессору назначать области памяти, в которых может выполняться код. И он будет обозначать другие области как защищенные области, где код не может работать. Это особенно полезно для предотвращения запуска вирусов и вредоносных программ в тех участках памяти, где обычно приложения просто не запускаются.

Чтобы использовать эту возможность, наша операционная система должна знать этот бит NX. Если вы посмотрите в Windows, вы увидите функцию, называемую предотвращением выполнения данных или DEP. Это включено автоматически по умолчанию. И он уже использует возможности вашего ЦП, чтобы поддерживать выполнение всего исполняемого кода в своем собственном пространстве.

Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функции

Опубликовано: 23 июля 2020 г. | | на Дэвид Бот (выпускники Sudoer)

Изображение

^{Изображение Michael Schwarzenberger с сайта Pixabay}

Наследие более ранних разработок, таких как разностная машина Бэббиджа и перфокартные системы 1970-х годов, оказывают значительное влияние на современные компьютерные системы. В своей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсудил несколько предшественников современного компьютера и перечислил характеристики, определяющие то, что мы сегодня называем компьютером.

В этой статье я расскажу о центральном процессоре (ЦП), включая его компоненты и функциональные возможности. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочитайте ее, если вы еще этого не сделали.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП в современных компьютерах является воплощением «мельницы» в разностной машине Бэббиджа. Термин центральный процессор возник еще в тумане компьютерных времен, когда один массивный шкаф содержал схемы, необходимые для интерпретации программных инструкций машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными. Центральный процессор также завершил всю обработку всех подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабаны и дисководы. Современные периферийные устройства сами обладают значительной вычислительной мощностью и разгружают некоторые задачи обработки с ЦП. Это освобождает ЦП от задач ввода-вывода, так что его мощность применяется к основной задаче под рукой.

[ Узнайте, как успешно управлять средой Linux. ]

Ранние компьютеры имели только один ЦП и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин ЦП, но теперь он относится к процессорному блоку на типичной материнской плате. На рис. 1 показан стандартный пакет процессоров Intel.

Изображение

Здесь действительно не на что смотреть, кроме самого пакета процессора. Пакет процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор(ы), запечатанную внутри металлического контейнера и установленную на небольшой печатной плате (ПК). Пакет просто вставляется в гнездо ЦП на материнской плате и фиксируется с помощью фиксирующего рычага. Процессорный кулер крепится к корпусу процессора. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому, если вы собираете свои собственные компьютеры, очень важно подобрать правильный корпус, подходящий для разъема материнской платы.

Как работает ЦП

Рассмотрим ЦП более подробно. На рис. 2 представлена ​​концептуальная схема гипотетического ЦП, позволяющая упростить визуализацию компонентов. ОЗУ и системные часы заштрихованы, поскольку они не являются частью ЦП и показаны только для ясности. Кроме того, не используются никакие соединения между часами ЦП и блоком управления и компонентами ЦП. Достаточно сказать, что сигналы часов и блока управления являются неотъемлемой частью любого другого компонента.

Изображение

Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Эта цифра достаточна для наших целей, не будучи слишком сложной.

Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (ALU) выполняет арифметические и логические функции, которые выполняет компьютер. Регистры A и B содержат входные данные, а аккумулятор получает результат операции. Регистр инструкций содержит команду, которую должен выполнить АЛУ.

Например, при сложении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B. АЛУ выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция является логической, сравниваемые данные помещаются в входных регистра . Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое накопителя затем помещается в ячейку кэша, зарезервированную программой для результата.

Существует еще один тип операций, выполняемых ALU. Результатом является адрес в памяти, и он используется для вычисления нового места в памяти, чтобы начать загрузку инструкций. Результат помещается в регистр указателя инструкций .

Регистр инструкций и указатель

Указатель инструкций определяет место в памяти, содержащее следующую команду, которую должен выполнить ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из ячейки памяти, на которую указывает указатель инструкции.

После загрузки инструкции в регистр инструкций указатель регистра инструкций увеличивается на один адрес инструкции. Приращение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.

Кэш

ЦП никогда не обращается напрямую к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько слоев кэш-памяти . Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные ЦП. Причины этого выходят за рамки этой статьи, но я рассмотрю их подробнее в следующей статье.

Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к центральному процессору, поскольку находится на кристалле процессора. Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции, чтобы ЦП не ждал, пока данные будут извлечены из ОЗУ. Когда центральному процессору нужны данные — а инструкции программы также считаются данными — кэш определяет, имеются ли уже данные, и предоставляет их центральному процессору.

Если запрошенных данных нет в кеше, они извлекаются из ОЗУ и используют алгоритмы прогнозирования для перемещения дополнительных данных из ОЗУ в кеш. Контроллер кэша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из оперативной памяти. Он загружает ожидаемые данные в кеш. Сохраняя некоторые данные ближе к ЦП в кэше, который быстрее, чем ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.

Наш простой ЦП имеет три уровня кэш-памяти. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования того, какие данные и программные инструкции потребуются в следующий раз, для перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их как можно ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо. Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ, в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.

Кэш 1-го уровня находится ближе всего к ЦП. В нашем процессоре есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — кеш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.

Блок управления памятью

Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (ОЗУ) и ЦП. Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.

Часы ЦП и блок управления

Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной совместной работы. 9Блок управления 0084 выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой , и отвечает за управление операциями других блоков с помощью сигналов синхронизации, которые распространяются на ЦП.

Оперативная память (ОЗУ)

Хотя ОЗУ или основная память показаны на этой и следующей диаграмме, на самом деле она не является частью ЦП. Его функция заключается в хранении программ и данных, чтобы они были готовы к использованию, когда они потребуются процессору.

Как это работает

ЦП работают по циклу, который управляется блоком управления и синхронизируется с часами ЦП. Этот цикл называется циклом команд ЦП и состоит из ряда компонентов выборки/декодирования/выполнения. Инструкция, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, извлекается и помещается в регистр инструкций. Команда декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B. Инструкция выполняется с использованием регистров A и B, а результат помещается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкций на длину предыдущего и начинает заново.

Базовый цикл команд ЦП выглядит следующим образом.

Изображение

Потребность в скорости

Хотя базовый ЦП работает хорошо, ЦП, работающие на этом простом цикле, можно использовать еще эффективнее. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и мы рассмотрим здесь две из них.

Ускорение цикла инструкций

Одной из проблем, с которой сталкивались первые разработчики ЦП, была трата времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности процессора была перекрывают части цикла команд ЦП, чтобы более полно использовать различные части ЦП.

Например, когда текущая инструкция декодирована, следующая извлекается и помещается в регистр инструкций. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции. Использование перекрывающихся командных циклов показано на рисунке 4.

Изображение

Этот дизайн выглядит красиво и плавно, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие правильных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU находил правильные данные и перемещал их в ЦП, а это может занять некоторое время. Для выполнения некоторых инструкций также требуется больше циклов ЦП, чем для других, что мешает плавному перекрытию.

Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности процессора.

Гиперпоточность

Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — гиперпоточность . Гиперпоточность заставляет одно ядро ​​процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя инструкций и регистра инструкций к нашему гипотетическому ЦП, как показано на рис. 5, заставляет его функционировать как два ЦП, выполняя два отдельных потока команд в течение каждого командного цикла. Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных (опять же, инструкции также являются данными), второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум ЦП по способности обрабатывать инструкции.

Изображение

Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность гораздо сложнее.

Дополнительная терминология

Я сталкивался с множеством различных терминов ЦП. Чтобы более точно определить терминологию, давайте посмотрим на сам ЦП с помощью команды lscpu .

 [root@hornet ~]# lscpu
Архитектура:                    x86_64
Режим(ы) работы ЦП:                  32-разрядный, 64-разрядный
Порядок байтов:                      Little Endian
Размеры адресов:                   39бит физический, 48 бит виртуальный
ЦП:                          12
Список процессоров в сети:             0–11
Количество потоков на ядро:              2
Количество ядер на сокет:              6
Сокет(ы):                         1
Узлы NUMA:                    1
Идентификатор поставщика:                       GenuineIntel
Семейство ЦП:                      6
Модель:                           158
Название модели:                      ЦП Intel(R) Core(TM) i7-8700 @ 3,20 ГГц
Шаг:                        10
ЦП МГц:                           4300,003
Макс.  частота ЦП, МГц:                     4600.0000
ЦП мин. МГц:                     800.0000
BogoMIPS:                        6399,96
Виртуализация:                  VT-x
Кэш L1d:                         192 КиБ
Кэш L1i:                         192 КиБ
Кэш L2:                        1,5 МБ
Кэш L3:                        12 МБ
Процессоры NUMA node0:               0–11
 

Показанный выше процессор Intel представляет собой корпус, который подключается к одному разъему на материнской плате. Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро ​​поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое из них может запускать два одновременных потока, всего 12 процессоров.

[ Бесплатный онлайн-курс: технический обзор Red Hat Enterprise Linux. ]

Мои определения:

• Ядро. Ядро — это наименьшая физическая аппаратная единица, способная выполнять задачу обработки. Он содержит одно АЛУ и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и поддерживающих схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер могут быть объединены в один физический пакет.
ЦП
• — логический аппаратный блок, способный обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые процессорный пакет способен выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае ЦП и ядро ​​являются синонимами. Процессор Hyper-Threading с одним ядром является функциональным эквивалентом двух процессоров. Процессор Hyper-Threading с восемью ядрами является функциональным эквивалентом 16 процессоров.
Пакет
• — физический компонент, содержащий одно или несколько ядер, например, показанный на рис. 1 выше.
• Процессор — 1) Устройство, которое обрабатывает инструкции программы для управления данными. 2) Часто используется как синоним пакета.
• Socket — иногда используется как синоним пакета, но более точно относится к физическому разъему на материнской плате, в который вставляется корпус процессора.

Термины сокет , процессор и пакет часто используются взаимозаменяемо, что может вызвать некоторую путаницу. Как мы видим из lscpu результаты команды выше, Intel предоставляет нам свою собственную терминологию, и я считаю, что это авторитетный источник. На самом деле мы все используем эти термины по-разному, но пока мы понимаем друг друга в любой момент времени, это то, что действительно имеет значение.

Обратите внимание, что указанный выше процессор имеет два кэша уровня 1 по 512 КиБ каждый: один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу, разделяя инструкции и данные на этом этапе. Кэши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.

Что все это значит?

Хороший вопрос. На заре мейнфреймов каждый компьютер имел только один ЦП и не мог одновременно запускать более одной программы. Мейнфрейм может выполнять расчет заработной платы, затем учет запасов, затем выставление счетов клиентам и т. д., но одновременно может выполняться только одно приложение. Каждая программа должна была завершиться, прежде чем системный оператор мог запустить следующую.

В некоторых ранних попытках одновременного запуска нескольких программ применялся простой подход, направленный на более эффективное использование одного процессора. Например, программа1 и программа2 были загружены, а программа1 выполнялась до тех пор, пока не была заблокирована в ожидании ввода/вывода. В этот момент программа2 работала до тех пор, пока не была заблокирована. Такой подход назывался многопроцессорной обработкой и помогал полностью использовать ценное компьютерное время.

Все ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного процессора между потоками выполнения нескольких задач. Эта практика не является настоящей многозадачностью, как мы ее понимаем, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения.