Что такое ядро ​​процессора? [MakeUseOf Объясняет]

У каждого компьютера есть процессор, будь то процессор с небольшой производительностью или мощный процессор, иначе он не сможет функционировать. Конечно, процессор, также называемый ЦП или центральным процессором, является важной частью функционирующей системы, но не единственной.

Современные процессоры почти все являются по меньшей мере двухъядерными, что означает, что сам процессор содержит два отдельных ядра, с помощью которых он может обрабатывать информацию. Но что такое ядра процессора, и что именно они делают?

Какие ядра?

Ядро процессора — это процессор, который читает инструкции для выполнения определенных действий. Инструкции связаны друг с другом так, что при запуске в режиме реального времени они влияют на работу вашего компьютера. Буквально все, что вы делаете на вашем компьютере, должно быть обработано вашим процессором. Всякий раз, когда вы открываете папку, это требует вашего процессора. Когда вы вводите текстовый документ, это также требует вашего процессора. Такие вещи, как рисование окружения рабочего стола, окон и игровой графики, являются задачей вашей видеокарты, которая содержит сотни процессоров для быстрой обработки данных одновременно, но в некоторой степени они все еще требуют вашего процессора.

Как они работают

Конструкции процессоров чрезвычайно сложны и сильно различаются между компаниями и даже моделями. Их архитектуры — в настоящее время «Ivy Bridge» для Intel и «Piledriver» для AMD — постоянно совершенствуются, чтобы обеспечить максимальную производительность при минимальном объеме пространства и энергопотреблении. Но, несмотря на все архитектурные различия, процессоры выполняют четыре основных этапа, когда обрабатывают инструкции: извлекать, декодировать, выполнять и выполнять обратную запись.

получать

Шаг получения — это то, что вы ожидаете. Здесь ядро ​​процессора получает инструкции, которые его ждут, обычно из какой-то памяти. Это может включать ОЗУ, но в современных процессорных ядрах инструкции обычно уже ждут ядра внутри кеша процессора. У процессора есть область, называемая программным счетчиком, которая, по сути, действует как закладка, позволяя процессору узнать, где заканчивалась последняя инструкция и начинается следующая.

раскодировать

Как только он получил немедленную инструкцию, он продолжает ее декодировать. Инструкции часто включают несколько областей ядра процессора, например, арифметику, и ядро ​​процессора должно это выяснить. Каждая часть имеет нечто, называемое кодом операции, который сообщает ядру процессора, что следует делать с информацией, которая следует за ним. После того, как процессорное ядро ​​разобралось со всем этим, различные области самого ядра могут приступить к работе.

казнить

На этапе выполнения процессор знает, что ему нужно сделать, и на самом деле идет вперед и делает это. Что именно здесь происходит, сильно варьируется в зависимости от того, какие области ядра процессора используются и какая информация вводится. Например, процессор может выполнять арифметику внутри АЛУ или Арифметического логического устройства. Это устройство может подключаться к различным входам и выходам, чтобы подсчитать числа и получить желаемый результат. Схема внутри ALU делает всю магию, и это довольно сложно объяснить, поэтому я оставлю это для вашего собственного исследования, если вам интересно.

Writeback

Последний шаг, называемый обратной записью, просто помещает результат того, что было обработано, обратно в память. То, куда именно выводится, зависит от потребностей работающего приложения, но оно часто остается в регистрах процессора для быстрого доступа, так как его часто используют следующие инструкции. С этого момента все позаботится, пока части этого вывода не будут обработаны еще раз, что может означать, что они поступают в ОЗУ.

Это всего лишь один цикл

Весь этот процесс называется инструктивным циклом. Эти циклы инструкций происходят смехотворно быстро, особенно сейчас, когда у нас есть мощные процессоры с высокими частотами. Кроме того, весь наш ЦП с его несколькими ядрами делает это на каждом ядре, поэтому данные могут быть обработаны примерно в столько же раз, насколько ваш ЦП имеет ядра, чем если бы он зависал только с одним ядром с одинаковой производительностью. Процессоры также имеют оптимизированные наборы команд, встроенные в схему, что может ускорить отправку им знакомых инструкций. Популярным примером является SSE.

Заключение

Не забывайте, что это очень простое описание того, что процессоры — на самом деле они гораздо сложнее и делают гораздо больше, чем мы думаем. Современная тенденция заключается в том, что производители процессоров стараются сделать свои микросхемы максимально эффективными, и это включает в себя сокращение транзисторов. Ivy Bridge

Транзисторы всего 22 нм, и предстоит еще многое сделать, прежде чем исследователи столкнутся с физическим ограничением. Представьте себе всю эту обработку, происходящую в таком маленьком пространстве. Мы увидим, как улучшатся процессоры, как только мы доберемся до этого.

Как вы думаете, куда пойдут процессоры? Когда вы ожидаете увидеть квантовые процессоры, особенно на личных рынках? Дайте нам знать об этом в комментариях!

Авторы изображений: Оливандер, Бернат Галлеми, Доминик Барч, Иоан Самели, Национальная администрация по ядерной безопасности