Практично всі знають, що в комп'ютері головнимелементом серед всіх «залізних» компонентів є центральний процесор. Але коло людей, які уявляють собі, як працює процесор, є досить обмеженим. Більшість користувачів про це й гадки не мають. І навіть коли система раптом починає «гальмувати», багато хто вважає, що це процесор погано працює, і не надають значення інших факторів. Для повного розуміння ситуації розглянемо деякі аспекти роботи ЦП.
Що таке центральний процесор?
Центральний процесор (ЦП або в англійськомуваріанті CPU) є серцем будь-якої комп'ютерної системи. На нього покладені всі обчислювальні операції, причому не тільки арифметичні або обчислення з плаваючою комою (змінюється мантиса), але і логічні.
Сам процесор являє собою невелику квадратну пластину (чіп), всередині якої знаходяться мільйони транзисторів. Іноді цей пристрій називають ще інтегральної мікросхемою.
З чого складається процесор?
Якщо говорити про те, як працює процесор Intelабо його конкурент AMD, потрібно подивитися, як влаштовані ці чіпи. Перший мікропроцесор (до речі, саме від Intel, модель 4040) з'явився ще в далекому 1971 році. Він міг виконувати тільки найпростіші операції додавання і віднімання з обробкою всього лише 4 біт інформації, т. Е. Мав 4-бітну архітектуру.
Сучасні процесори, як і первісток, заснованіна транзисторах і мають куди більшу швидкодію. Виготовляються вони методом фотолітографії з певного числа окремих кремнієвих пластинок, що становлять єдиний кристал, в який як би закарбувала транзистори. Схема створюється на спеціальному прискорювачі розігнаними іонами бору. У внутрішній структурі процесорів основними компонентами є ядра, шини та функціональні частинки, що називаються ревізіями.
Основні характеристики
Як і будь-який інший пристрій, процесор характеризується певними параметрами, які, відповідаючи на питання, як працює процесор, обійти стороною не можна. Перш за все це:
- кількість ядер;
- число потоків;
- розмір кеша (внутрішньої пам'яті);
- тактова частота;
- швидкість шини.
Поки зупинимося на тактовій частоті.Не дарма процесор називають серцем комп'ютера. Як і серце, він працює в режимі пульсації з певною кількістю тактів в секунду. Тактова частота вимірюється в МГц або в ГГц. Чим вона вища, тим більше операцій може виконати пристрій.
На якій частоті працює процесор, можна дізнатисяз його заявлених характеристик або подивитися інформацію у відомостях про систему. Але в процесі обробки команд частота може змінюватися, а при розгоні (оверлокінгом) збільшуватися до екстремальних меж. Таким чином, заявлена тактова частота є всього лише усередненим показником.
Кількість ядер - показник, що визначає числообчислювальних центрів процесора (не плутати з потоками - кількість ядер і потоків можуть не збігатися). За рахунок такого розподілу з'являється можливість перенаправлення операцій на інші ядра, за рахунок чого підвищується загальна продуктивність.
Як працює процесор: обробка команд
Тепер трохи про структуру виконуваних команд. Якщо подивитися, як працює процесор, потрібно чітко уявляти собі, що будь-яка команда має дві складові - операційну та операндную.
Операційна частина вказує, що повиннавиконати в даний момент комп'ютерна система, операнда визначає те, над чим повинен працювати саме процесор. Крім того, ядро процесора може містити два обчислювальні центри (контейнера, потоку), які поділяють виконання команди на кілька етапів:
- вироблення;
- дешифрування;
- виконання команди;
- звернення до пам'яті самого процесора
- збереження результату.
Сьогодні застосовується роздільне кешування у вигляді використання двох рівнів кеш-пам'яті, що дозволяє уникнути перехоплення двома і більше командами звернення до одного з блоків пам'яті.
Процесори по типу обробки команд поділяють на лінійні (виконання команд в порядку черги їх записи), циклічні і розгалужуються (виконання інструкцій після обробки умов розгалуження).
Що Їх операції
Серед основних функцій, покладених на процесор, в сенсі виконуваних команд або інструкцій розрізняють три основні завдання:
- математичні дії на основі арифметико-логічного пристрою;
- переміщення даних (інформації) з одного типу пам'яті в інший;
- прийняття рішення по виконанню команди, і на його основі - вибір перемикання на виконання інших наборів команд.
Взаємодія з пам'яттю (ПЗУ і ОЗУ)
У цьому процесі слід зазначити такікомпоненти, як шина і канал читання і записи, які з'єднані з пристроями, що запам'ятовують. ПЗУ містить постійний набір байт. Спочатку адресна шина запитує у ПЗУ певний байт, потім передає його на шину даних, після чого канал читання змінює свій стан і ПЗУ надає запитаний байт.
Але процесори можуть не тільки зчитувати дані зоперативної пам'яті, але і записувати їх. У цьому випадку використовується канал запису. Але, якщо розібратися, за великим рахунком сучасні комп'ютери чисто теоретично могли б і зовсім обійтися без ОЗУ, оскільки сучасні мікроконтролери здатні розміщувати потрібні байти даних безпосередньо в пам'яті самого процесорного чіпа. Але ось без ПЗУ обійтися ніяк не можна.
Крім усього іншого, старт системи запускається з режиму тестування обладнання (команди BIOS), а тільки потім управління передається завантажується операційній системі.
Як перевірити, чи працює процесор?
Тепер подивимося на деякі аспекти перевірки працездатності процесора. Потрібно чітко розуміти, що, якщо б процесор не працював, комп'ютер б не зміг почати завантаження взагалі.
Інша справа, коли потрібно подивитися напоказник використання можливостей процесора в певний момент. Зробити це можна з стандартного «Диспетчера завдань» (навпроти будь-якого процесу зазначено, скільки відсотків завантаження процесора він дає). Для візуального визначення цього параметра можна скористатися вкладкою продуктивності, де відстеження змін відбувається в режимі реального часу. Розширені параметри можна побачити за допомогою спеціальних програм, наприклад, CPU-Z.
Крім того, можна задіяти кілька ядер процесора, використовуючи для цього конфігурацію системи (msconfig) і додаткові параметри завантаження.
Можливі проблеми
Нарешті, кілька слів про проблеми.Ось багато користувачів часто запитують, мовляв, чому процесор працює, а монітор не включається? До центрального процесора ця ситуація не має ніякого відношення. Справа в тому, що при включенні будь-якого комп'ютера спочатку тестується графічний адаптер, а тільки потім все інше. Можливо, проблема полягає якраз в процесорі графічного чіпа (всі сучасні відеоприскорювачі мають власні графічно процесори).
Але на прикладі функціонування людськогоорганізму потрібно розуміти, що в разі зупинки серця помирає весь організм. Так і з комп'ютерами. Чи не працює процесор - «вмирає» вся комп'ютерна система.
