Apa itu CPU & apa yang dilakukannya?

Apa itu CPU? CPU atau Unit pemprosesan pusatAdakah otak komputer yang menjatuhkan komputer. Semua yang dilakukan oleh komputer, dari bermain permainan video untuk membantu anda menulis esei, dipecahkan kepada satu set arahan matematik. CPU mengambil arahan tersebut dan melaksanakannya. 

Butiran mengenai bagaimana keadaannya ini, tentu saja, banyak lebih rumit daripada penjelasan ringkas itu. Perkara paling penting yang perlu anda ketahui ialah CPU adalah enjin matematik utama komputer.

Pada akhir 1950 -an, Robert Noyce dan Jack Kilby melangkah lebih jauh dan mencipta kerja pertama litar bersepadu. Litar bersepadu adalah satu set litar elektronik yang diintegrasikan ke dalam sekeping bahan semikonduktor. Dalam kebanyakan kes, bahan itu adalah silikon. Inilah maksud orang apabila mereka mengatakan "microchip".

CPU terdiri daripada satu atau lebih microchips. Ini adalah ciptaan penting kerana berbilion -bilion transistor dapat dibungkus ke dalam satu CPU. Ini mewujudkan enjin matematik yang sangat kuat.

Menggunakan ciptaan pintu logik, transistor dan litar bersepadu, seluruh dunia telah diubah. Microchips berada dalam segala -galanya hari ini, bukan hanya komputer anda. Dan CPU adalah mikrochip tujuan umum yang paling maju yang boleh kita buat.

Bagaimana CPU berfungsi?

Keseluruhan prinsip CPU berdasarkan kod binari. Manusia cenderung mewakili nombor menggunakan sistem yang dipanggil asas 10 atau sistem perpuluhan. Nilai tempat setiap digit dalam nombor naik dengan faktor sepuluh. Jadi "111" mengandungi seratus, sepuluh dan satu.

Komputer dan CPU mereka tidak dapat memahami asas 10 sama sekali. Transistor berfungsi dengan prinsip sama ada berada di dalam atau di luar. Yang bermaksud pintu logik yang anda bina dari mereka juga hanya boleh bekerja dengan kedua -dua negeri ini. Inilah sebabnya, secara asasnya, CPU berjalan kod binari. Sistem nombor ini mempunyai nilai tempat yang berbeza. Sebaliknya jika 1, 10, 100, 1000 dan sebagainya, nilai tempat adalah 1,2,4,8,16,32,64,128 dan sebagainya.

Jadi dalam binari "111" akan menjadi 7 dalam nombor perpuluhan kerana anda menambah 1,2, dan 4 bersama. Jika mana -mana nombor adalah sifar, anda hanya melangkauinya dan menambah nilai tempat 1 seterusnya. Dengan cara ini anda dapat menyatakan nilai perpuluhan. Perhatikan bahawa nombor binari sering dibaca dari kanan ke kiri, jadi nilai tempat "1" akan berada di sebelah kanan.

Mari letakkan di dalam meja untuk menjadikannya jelas:

Bolehkah anda melihat mengapa ia menambah sehingga nombor 7 dalam perpuluhan? Mari buat nombor 23:

Jadi 111 adalah "7", tetapi "11101" adalah 23 kerana nilai tempat kelima dalam binari adalah 16. Cukup keren, betul? Anda boleh menyatakan nombor yang mungkin yang boleh ditulis dengan perpuluhan dengan cara ini. Yang bermaksud komputer yang dibina dari transistor boleh berfungsi dengan sebarang nombor.

Bagaimana CPU dibuat?

Proses pengeluaran CPU moden juga, seperti yang anda harapkan, cukup kompleks. Proses asas melibatkan peningkatan silinder besar kristal silikon. Ciri semikonduktornya menjadikannya sesuai untuk membina litar bersepadu binari.

Kristal besar ini dihiris ke wafer nipis. Wafer kemudiannya "doped" dengan bahan kimia lain untuk menyempurnakan sifatnya. Litar skala nano kemudiannya terukir ke permukaan wafer menggunakan cahaya menggunakan proses yang dikenali sebagai fotolitografi.

Reka bentuk dan prestasi CPU

CPU tidak semua dibuat sama. Nenek moyang pertama CPU moden, Intel 8086, mempunyai kira -kira 29 000 transistor dalam litar bersepadunya. Hari ini, pemproses seperti Intel i99900K mempunyai lebih dari 1.7 bilion transistor. Lebih padat litar logik CPU, lebih kompleks dan lebih tinggi bilangan arahan yang dapat dilakukan setiap kitaran jam.

Tunggu, "Kitaran Jam"? Ya, itulah komponen utama prestasi CPU yang lain. CPU berjalan pada kekerapan tertentu, dengan setiap nadi jam CPU kitaran pengiraan dilakukan. Sekiranya anda mengambil CPU yang sama dan dua kali ganda kelajuan jam maka (dalam teori) ia harus melakukan dua kali lebih cepat.

Itu 1978 Intel 8086 berlari pada 5MHz ketika dilancarkan. Itu lima juta jam kitaran sesaat. Intel i9-9900K? Ia bermula pada 3.6 GHz.Itu 3600 MHz, dengan pilihan untuk melampaui perkara sehingga 5000 MHz apabila mungkin.

Untuk menambah kedutan lain untuk prestasi CPU, CPU moden sebenarnya mengandungi pelbagai "teras". Setiap teras sebenarnya adalah CPU bebas sendiri. Ia tipikal untuk mempunyai sekurang -kurangnya empat teras tersebut pada hari ini, tetapi kebelakangan ini norma adalah untuk komputer arus perdana mempunyai enam atau lapan teras. Komputer profesional yang tinggi mungkin ada di kawasan teras 100 cpu.

Mempunyai pelbagai teras bermaksud bahawa CPU dapat melakukan pelbagai set arahan selari. Yang bermaksud komputer kita dapat melakukan banyak perkara sekaligus tanpa masalah. Beberapa CPU mempunyai teras "multithreaded". Teras -teras ini dapat mengendalikan dua tugas berasingan masing -masing. Dalam CPU Intel ini dicap sebagai "Hyperthreading".

Oleh itu, jumlah prestasi CPU turun ke gabungan:

• Jumlah kiraan transistor dan bagaimana reka bentuk litar logiknya
• Kekerapan jam
• Bilangan teras
• Bilangan utas

Sudah tentu ada lebih banyak daripada empat perkara utama ini. Walau bagaimanapun, ini adalah empat pertimbangan utama untuk membuat CPU berfungsi dengan baik.

Peranan CPU di komputer anda

Perkara terakhir yang perlu kita sampaikan ialah pekerjaan CPU yang dimainkan di komputer anda. Ini, bukan satu -satunya mikrochip litar bersepadu di komputer anda. Sebagai contoh, GPU (unit pemprosesan grafik) sering lebih transistor-padat daripada CPU.

Mereka memerlukan bekalan penyejukan dan kuasa mereka sendiri, serta memori. Ia seperti komputer tambahan yang kecil! Perkara yang sama boleh dikatakan untuk cip yang mengawal bunyi, USB dan trafik cakera keras anda. Jadi mengapa CPU istimewa? Ini adalah sebab utama:

• Ia boleh memproses sebarang arahan, GPU hanya melakukan jenis pemprosesan tertentu
• Ia mengikat semua komponen lain bersama -sama, menolak dan menarik data untuk menjadikan komputer anda berfungsi
• CPU terlibat dengan semua kerja komputer diminta lakukan sedikit sebanyak

Singkatnya, CPU adalah komponen prestasi tujuan umum yang paling penting di komputer anda. Jangan ambil begitu sahaja!