Composants d'un processeur. Du sable au processeur. Spécifications du processeur : Type de processus
Bonjour chers lecteurs. Aujourd'hui, nous allons vous montrer en quoi consiste le processeur de l'intérieur. Bien sûr, de nombreux utilisateurs ont déjà installé un processeur sur une carte mère, mais peu de gens savent à quoi cela ressemble de l'intérieur. Nous essaierons de vous expliquer suffisamment langage clair pour que ce soit clair, mais en même temps sans omettre les détails. Avant de commencer à parler des composants du processeur, vous pouvez vous familiariser avec un très curieux prototype russe Elbrus.
Selon le processeur, une prédiction de branche défaillante peut signifier l'échec d'une douzaine d'instructions en pipeline ou plus - et la perte de nombreux cycles. Il y a un autre problème avec le modèle de pipeline tel que nous l'avons décrit ci-dessus. Dans nos exemples, nous avons supposé que la récupération des instructions et des données de la mémoire système peut être effectuée en un cycle d'horloge.
Pour contourner ce problème, les processeurs modernes utilisent deux approches. En plus de la mise en cache, les processeurs peuvent également implémenter une exécution dans le désordre. Le système de mise en mémoire tampon est utilisé pour garantir que les instructions prennent effet dans le bon ordre, même si elles ont été exécutées dans le désordre.
De nombreux utilisateurs pensent que le processeur ressemble exactement à l'image.
Cependant, il s'agit de l'ensemble complet, qui se compose de pièces plus petites et plus vitales. Voyons en quoi consiste le processeur de l'intérieur. Le processeur comprend :
Cela leur permet d'itérer sur plusieurs instructions en même temps, ce qui signifie que vous pouvez exécuter plus de programmes en même temps. Disponibilité processeur multicœur n'accélère généralement pas les choses programmes individuels. En effet, la plupart des programmes sont conçus de manière strictement linéaire, de sorte que la deuxième commande, par exemple, doit être exécutée après la fin de la première, et non en même temps.
Cependant, certains types de tâches peuvent être divisés en plusieurs threads. Ainsi, le temps de codage total peut être quarté. En réalité, le noyau ne peut traiter qu'une seule instruction à la fois, mais dispose de deux ensembles de registres, ce qui lui permet de basculer son attention entre deux threads pour tirer le meilleur parti de sa puissance de traitement.
Dans la figure ci-dessus, le numéro 1 montre un capot de protection qui fournit protection mécanique de la poussière et d'autres petites particules. Le couvercle est fait d'un matériau qui a un coefficient de conductivité thermique élevé, ce qui lui permet d'absorber l'excès de chaleur du cristal, assurant ainsi une plage de température normale pour le processeur.
Comme prévu, l'avantage est plus petit que ce que vous pourriez voir avec deux cœurs physiques. Cela signifie qu'ils peuvent gérer des nombres énormes à pleine vitesse avec une excellente précision. La mise en œuvre de ces instructions spéciales implique un travail d'ingénierie important pendant la phase de conception, mais une fois que la fonctionnalité est là, elle peut considérablement augmenter les tâches telles que le traitement vidéo et la compression des données.
Un autre type d'extension que l'on trouve couramment dans processeurs modernes, est la virtualisation matérielle. Généralement, les logiciels de virtualisation servent d'intermédiaire entre environnement virtuel et des ressources matérielles réelles, qui peuvent considérablement ralentir le travail. Les extensions de virtualisation vous permettent d'exécuter sur machine virtuelle code s'exécutant directement sur le processeur, à pleine vitesse - mais les instructions qui ne peuvent pas être exécutées nativement sont automatiquement capturées afin qu'elles puissent être traitées Logiciel virtualisation.
Le numéro 2 montre le "cerveau" du processeur et de l'ordinateur dans son ensemble - c'est un cristal. C'est lui qui est considéré comme l'élément le plus "intelligent" du processeur, qui exécute toutes les tâches qui lui sont assignées. Vous pouvez voir qu'un microcircuit est appliqué sur le cristal en couche mince, ce qui assure le fonctionnement spécifié du processeur. Le plus souvent, les cristaux de processeur sont en silicium : cela est dû au fait que cet élément possède des liaisons moléculaires assez complexes qui servent à la formation de courants internes, ce qui assure la création d'un traitement de l'information multi-thread.
Les extensions peuvent également être utilisées à des fins de sécurité. En fait, c'est un miracle de la technologie. Mais au sein d'une famille donnée, il est probable que la plupart des modèles utiliseront le même design de base. Disposition physique des transistors à l'intérieur différents modèles fonctionnellement identique. Cette approche a un sens commercial, car la création d'un procédé photolithographique n'est pas bon marché. Mais cela signifie que si des bogues pénètrent dans le processus, ils affecteront toute la famille de processeurs.
Dans de tels cas, la seule chose à faire est de réviser la conception et d'introduire le soi-disant nouveau "stepping". Même lorsqu'il n'y a pas de problème avec la puce, il y a souvent plusieurs étapes pour les processeurs au cours de leur vie. Lorsque le CPU est sollicité, la vitesse augmente immédiatement à nouveau. Cela permet à l'ordinateur d'offrir des performances optimales lorsque l'utilisateur le souhaite tout en utilisant moins de chaleur et moins d'énergie lorsque l'utilisateur fait quelque chose de passif, comme la lecture d'une page Web.
Le numéro 3 montre une plate-forme en textolite, à laquelle tout le reste est attaché : un cristal et un couvercle. Cette plate-forme joue également le rôle d'un bon conducteur, qui assure un bon contact électrique avec le cristal. Au verso de la plate-forme, afin d'augmenter la conductivité électrique, il y a de nombreux points en métal précieux (parfois même de l'or est utilisé).
Lorsque seulement un ou deux cœurs étaient utilisés, il était possible d'augmenter automatiquement la vitesse de ces cœurs tout en respectant le budget global de chaleur et d'électricité. La capacité d'un ordinateur à traiter plusieurs tâches en même temps s'appelle le multitraitement. Un système d'exploitation multiprocesseur est capable d'exécuter de nombreux programmes en même temps, et la plupart des systèmes d'exploitation réseau modernes prennent en charge le multitraitement.
La raison principale pour laquelle le multitraitement est plus difficile que le traitement unique est qu'ils SE sont responsables de l'allocation des ressources aux processus concurrents dans un environnement contrôlé. Avec la croissance des réseaux commerciaux, la pratique consistant à utiliser plusieurs processeurs dans les cartes mères embarquées est devenue presque universelle. Il n'y a pas si longtemps, les clients ou les administrateurs réseau concevaient la plupart des configurations de multitraitement au niveau de la carte ou du système.
Voici à quoi ressemblent les points conducteurs sur un processeur Intel.
La forme des contacts dépend de la prise qui est allumée carte mère. Il arrive aussi qu'au lieu des points au dos de la plate-forme, vous puissiez voir des épingles qui remplissent le même rôle. En règle générale, pour les processeurs de la famille Intel, les broches sont situées dans la carte mère elle-même. Dans ce cas, les points seront situés sur le substrat (c'est-à-dire la plate-forme). Pour la famille Processeurs AMD les broches sont situées directement sur le substrat lui-même. Ces processeurs ressemblent à ceci.
Aujourd'hui, il existe des cartes mères avec plusieurs microprocesseurs sur une seule puce. Un système multiprocesseur utilise plusieurs processeurs pour gérer une charge de travail donnée, ce qui augmente les performances de l'environnement d'application du système au-delà de celles d'un seul processeur. Cela vous permet d'ajuster les performances réseau du serveur pour fournir la fonctionnalité requise. Comme décrit au Chapitre 2, Disponibilité du serveur, cette fonctionnalité est connue sous le nom d'évolutivité et constitue l'aspect le plus important d'une architecture multiprocesseur.
Considérons maintenant la méthode de fixation de tous les détails. Pour que la couverture soit fermement maintenue sur le substrat, elle est «assise» avec un scellant adhésif spécial, résistant aux températures élevées. Cela permet à la structure d'être dans un lien permanent sans violer son intégrité.
L'architecture système évolutive permet aux administrateurs réseau d'ajuster les performances du réseau du serveur en fonction du nombre de nœuds de traitement requis. Les ensembles de processeurs disposés dans une configuration faiblement couplée et interagissant les uns avec les autres sur un canal de communication constituaient l'architecture multiprocesseur la plus courante.
Ce canal de communication n'est pas nécessairement constitué d'un dispositif classique série ou parallèle. Au lieu de cela, il peut s'agir d'une mémoire partagée utilisée par les processeurs sur la même carte ou même via un fond de panier. Ces processeurs coopérants fonctionnent comme des nœuds indépendants utilisant leurs propres sous-systèmes de mémoire.
Afin d'éviter que le cristal ne surchauffe, un joint spécial 1 lui est appliqué, sur lequel, à son tour, une pâte thermique 2 est appliquée, ce qui assure une évacuation efficace de la chaleur vers le couvercle. Le couvercle est également "lubrifié" de l'intérieur avec de la pâte thermique.
Récemment, l'espace intégré cartes serveur a été organisé pour accueillir des processeurs étroitement couplés, soit en paire, soit en matrice. Ces processeurs partagent un bus commun et une mémoire d'adresses. Le commutateur les connecte et la communication entre processeurs s'effectue par transmission de messages. Dans la configuration globale du système, les processeurs fonctionnent comme un nœud et apparaissent comme un élément de traitement. Des nœuds de traitement supplémentaires faiblement couplés augmentent la puissance de traitement globale du système.
À mesure que des processeurs plus étroitement couplés sont ajoutés, la puissance de traitement globale d'un seul nœud augmente. Ces dernières années, ces processeurs ont connu de nombreuses étapes d'amélioration. Les systèmes à double processeur sont conçus pour être utilisés exclusivement avec des cartes mères à double processeur ou à double socket. Les systèmes multiprocesseurs ont généralement de la place pour quatre processeurs ou plus sur une carte, bien qu'il n'y ait pas d'exigence minimale.
Voyons maintenant à quoi ressemble un processeur dual-core. Le noyau est un cristal séparé fonctionnellement indépendant, qui est installé en parallèle sur un substrat. Cela ressemble à ceci.
Ainsi, 2 cœurs installés côte à côte augmentent la puissance totale du processeur. Cependant, si vous voyez 2 matrices côte à côte, cela ne signifie pas toujours que vous avez un processeur double cœur. Sur certaines prises, 2 cristaux sont installés, dont l'un est responsable de la partie arithmétique-logique et l'autre du traitement graphique (une sorte de processeur intégré GPU). Cela aide dans les cas où vous avez une carte vidéo intégrée, dont la puissance n'est pas suffisante pour faire face, par exemple, à certains jeux. Dans les cas calmes, la part du lion des calculs est prise en charge par la partie graphique. CPU. Voici à quoi ressemble le processeur avec le cœur graphique.
Les processeurs doubles ont été conçus pour fonctionner à des vitesses d'horloge plus élevées que les multiprocesseurs, ce qui les rend plus efficaces pour traiter les calculs mathématiques à grande vitesse. Les multiprocesseurs sont conçus pour fonctionner avec de grandes bases de données et des transactions commerciales.
Vous pouvez identifier différentes catégories de systèmes multiprocesseurs. Accès général Disques partagés Cluster de mémoire partagée Mémoire partagée. . Bien que de tels systèmes présentent les avantages d'une bonne évolutivité et d'une haute disponibilité, ils ont l'inconvénient d'utiliser un modèle de programmation de transmission de messages inhabituel.
Alors, amis, nous avons compris en quoi consiste le processeur. Maintenant, il est devenu clair que tous les appareils qui composent le processeur jouent un rôle important et indispensable pour un travail de haute qualité. N'oubliez pas de commenter les articles de notre site, de vous inscrire à notre newsletter et d'apprendre plein de choses intéressantes. Votre avis est important pour nous!
Le principe de fonctionnement du cœur du processeur
Encore une fois, la communication entre les processeurs se fait par transmission de messages. Les avantages des disques partagés sont que les données du disque sont adressables et cohérentes, tandis que la haute disponibilité est plus facilement atteinte que dans les systèmes à mémoire partagée. L'inconvénient est qu'une évolutivité limitée est possible en raison des goulots d'étranglement d'accès physiques et logiques aux données partagées.
Cependant, les processeurs sont étroitement couplés via un commutateur et la communication entre les processeurs se fait via une mémoire partagée. Dans une mémoire strictement distribuée, tous les processeurs sont étroitement couplés via un bus haut débit sur la même carte mère. L'explosion de la bande passante pour les serveurs de réseau a imposé des exigences déraisonnables aux systèmes à processeur unique qui ne peuvent pas gérer la charge de travail ! Ses performances élevées sont dues au fait qu'une carte mère multiprocesseur peut transférer plusieurs chemins de traitement, tandis qu'une carte mère monoprocesseur ne peut utiliser que les capacités d'un seul processeur.
| Auteurs des articles : Gvindzhilia Grigory et Pashchenko Sergey |
