중앙 처리 장치 및 그 구조

프로세서는 컴퓨터의 주요 마이크로 회로입니다. 일반적으로 가장 하이테크하고 값비싼 PC 구성 요소 중 하나이기도 합니다. 프로세서가 별도의 장치라는 사실에도 불구하고 구조에는 특정 기능을 담당하는 많은 구성 요소가 있습니다. 그들의 특이성은 무엇입니까?

프로세서: 장치 기능 및 출현 기록

이제 일반적으로 중앙 프로세서라고 불리는 PC 구성 요소는 다소 흥미로운 기원의 역사가 특징입니다. 따라서 그 특성을 이해하기 위해 개발의 진화에 대한 몇 가지 주요 사실을 조사하는 것이 유용할 것입니다. 현대 사용자에게 중앙 처리 장치로 알려진이 장치는 컴퓨팅 마이크로 회로 생산 기술이 수년간 개선 된 결과입니다.

프로세서 구조에 대한 엔지니어의 비전은 시간이 지남에 따라 변경되었습니다. 1 세대 및 2 세대 컴퓨터에서 해당 구성 요소는 작업이 매우 다른 많은 수의 개별 블록으로 구성되었습니다. 3세대 컴퓨터부터 프로세서의 기능은 좁은 맥락에서 보기 시작했습니다. 컴퓨터 설계 엔지니어는 이것이 기계 명령을 인식하고 해석하여 레지스터에 입력하고 PC의 다른 하드웨어 구성 요소를 제어해야 한다고 결정했습니다. 이 모든 기능이 하나의 장치에 결합되기 시작했습니다.

마이크로프로세서

컴퓨터 기술의 발전과 함께 "마이크로 프로세서"라는 장치가 PC의 구조에 도입되기 시작했습니다. 이러한 유형의 첫 번째 장치 중 하나는 1971년 미국 기업에서 출시한 Intel 4004 제품이었습니다. 하나의 마이크로 회로 규모의 마이크로 프로세서는 위에서 정의한 기능을 구조에 결합했습니다. 최신 장치는 원칙적으로 동일한 개념으로 작동합니다. 따라서 랩톱, PC, 태블릿의 중앙 프로세서는 논리적 장치, 레지스터 및 특정 기능을 담당하는 제어 모듈과 같은 구조를 포함합니다. 그러나 실제로 현대 마이크로 회로의 구성 요소는 더 복잡한 조합으로 가장 자주 표시됩니다. 이 기능을 더 자세히 연구해 보겠습니다.

프로세서 코어

최신 PC의 중앙 처리 장치에는 항상 코어가 있습니다. 여기에는 필요한 논리 및 산술 기능을 수행하는 마이크로 회로의 주요 기능 블록이 포함되어 있습니다. 일반적으로 특정 요소 집합으로 표시됩니다. 따라서 중앙 프로세서 장치는 다음 작업을 해결하는 블록의 존재를 가장 자주 가정합니다.

명령을 가져오고 디코딩합니다.

데이터 샘플링;

지시의 실행

계산 결과 저장

인터럽트 작업.

또한 해당 유형의 미세 회로 구조는 제어 장치, 메모리 장치, 명령 카운터 및 레지스터 세트로 보완됩니다. 해당 구성 요소의 작업 세부 사항을 더 자세히 고려해 보겠습니다.

프로세서 코어: 구성 요소

중앙 처리기의 코어에 있는 키 블록 중에는 명령 카운터에 기록된 주소에 기록된 명령을 읽는 역할을 하는 블록이 있습니다. 일반적으로 하나의 클럭 주기 동안 해당 유형의 여러 작업이 한 번에 수행됩니다. 읽을 명령어의 총 수는 디코딩 블록의 인덱스에 의해 미리 결정됩니다. 여기서 주요 원칙은 각 틱에서 표시된 구성 요소가 최대로 로드된다는 것입니다. 이 기준을 충족하기 위해 보조 하드웨어 요소가 프로세서 구조에 존재할 수 있습니다.

디코딩 블록에서 특정 문제를 해결하는 과정에서 마이크로 회로의 작동 알고리즘을 결정하는 명령이 처리됩니다. 많은 IT 전문가에 따르면 실행 상태를 유지하는 것은 어려운 작업입니다. 이는 부분적으로 명령의 길이가 항상 명확하게 정의되지 않는다는 사실 때문입니다. 최신 프로세서에는 일반적으로 해당 디코딩이 수행되는 2개 또는 4개의 블록이 포함됩니다.

데이터 가져오기를 담당하는 구성 요소와 관련하여 주요 작업은 명령 실행을 보장하는 데 필요한 캐시 메모리 또는 RAM에서 명령을 수신하도록 하는 것입니다. 최신 프로세서의 코어에는 일반적으로 해당 유형의 여러 블록이 포함되어 있습니다.

초소형 회로에 있는 제어 구성 요소도 디코딩된 명령을 기반으로 합니다. 그들은 명령의 실행을 담당하는 단위의 작업에 대한 통제권을 행사하고 그들 사이에 작업을 분배하고 적시에 실행을 통제하도록 요청받습니다. 제어 구성 요소는 마이크로 프로세서 구조에서 가장 중요한 범주에 속합니다.

해당 유형의 미세 회로 코어에는 명령의 올바른 실행을 담당하는 블록도 있습니다. 구조에는 산술 및 논리 단위와 같은 요소와 부동 소수점 계산을 담당하는 구성 요소가 있습니다.

명령에 대해 설정된 세트 확장 처리를 제어하는 블록이 프로세서 코어에 있습니다. 이러한 알고리즘은 기본 명령과 함께 데이터 처리 강도를 높이고 파일에 대한 암호화 또는 암호 해독 절차를 구현하는 데 사용됩니다. 이러한 문제를 해결하려면 일련의 명령어뿐만 아니라 마이크로 회로 코어의 구조에 추가 레지스터를 도입해야 합니다. 최신 프로세서에는 일반적으로 MMX(오디오 및 비디오 파일 인코딩용으로 설계됨), SSE(계산 병렬화에 사용), ATA(프로그램 속도를 높이고 PC 전력 소비를 줄이는 데 사용), 3DNow(컴퓨터의 멀티미디어 기능 확장)가 포함됩니다. ), AES(데이터 암호화) 및 기타 여러 표준이 있습니다.

프로세서 코어의 구조에는 일반적으로 명령에 포함된 주소에 따라 RAM에 결과를 저장하는 블록이 있습니다.

마이크로 회로의 인터럽트 동작을 제어하는 핵심 부품은 중요하다. 이 기능을 통해 프로세서는 멀티태스킹 조건에서 프로그램의 안정성을 보장할 수 있습니다.

중앙 프로세서의 작업은 레지스터 사용과도 관련이 있습니다. 이러한 구성 요소는 RAM과 유사하지만 액세스가 몇 배 더 빠릅니다. 해당 리소스의 볼륨은 작습니다. 일반적으로 킬로바이트를 초과하지 않습니다. 레지스터는 여러 종류로 분류됩니다. 이들은 산술 또는 논리 계산을 수행하는 데 관련된 범용 구성 요소일 수 있습니다. 작동 중에 프로세서가 사용하는 시스템 데이터를 포함할 수 있는 특수 목적 레지스터가 있습니다.

프로세서 코어 구조에는 다양한 보조 구성 요소도 있습니다. 예를 들면? 이것은 CPU의 현재 온도를 추적하는 센서일 수 있습니다. 성능이 설정된 표준보다 높으면 초소형 회로가 팬 작동을 담당하는 모듈에 신호를 보낼 수 있으며 더 빨리 회전하기 시작합니다. 커널 구조에는 전이 예측자가 있습니다. 이는 마이크로 회로에서 수행되는 특정 주기의 작업이 완료된 후 어떤 명령이 실행될 것인지 결정하도록 설계된 구성 요소입니다. 또 다른 중요한 구성 요소의 예는 명령 카운터입니다. 이 모듈은 하나 또는 다른 사이클을 실행하기 시작하는 순간 마이크로 회로에 전송되는 해당 알고리즘의 주소를 수정합니다.

이것은 컴퓨터의 중앙 처리 장치에 포함된 커널의 구조입니다. 이제 해당 유형의 미세 회로의 주요 특성 중 일부를 더 자세히 연구하겠습니다. 즉, 프로세스 기술, 클럭 속도, 캐시 크기 및 전력 소비입니다.

프로세서 특성: 프로세스 기술 유형

컴퓨터 기술의 발전을 컴퓨팅 기술의 향상과 함께 새로운 세대의 컴퓨터의 출현과 연관시키는 것이 일반적입니다. 동시에 성능 지표와 별도로 컴퓨터를 특정 세대에 할당하는 기준 중 하나는 절대 크기로 간주될 수 있습니다. 최초의 컴퓨터는 크기가 다층 건물과 비슷했습니다. 2세대 컴퓨터는 크기가 소파나 피아노와 비슷했습니다. 다음 단계의 컴퓨터는 이미 지금 우리에게 친숙한 컴퓨터와 매우 가까웠습니다. 차례로, 현대 PC는 4세대 컴퓨터입니다.

사실 이 모든 것이 무엇을 위한 것입니까? 사실 컴퓨터의 진화 과정에서 비공식 규칙이 형성되었습니다. 기술적으로 더 발전된 장치, 동일한 성능의 더 작은 치수, 더 많은 것입니다. 이는 중앙 프로세서의 고려된 특성, 즉 제조 기술 프로세스와 관련하여 완전히 유효합니다. 이 경우 미세 회로의 구조를 형성하는 개별 실리콘 결정 사이의 거리가 중요합니다. 작을수록 CPU 보드가 자체적으로 배치하는 해당 요소의 밀도가 커집니다. 따라서 더 생산적일수록 고려될 수 있습니다. 최신 프로세서는 90-14nm 공정 기술에 따라 만들어집니다. 이 지표는 점차 감소하는 경향이 있습니다.

클록 주파수

중앙 프로세서의 클럭 속도는 성능의 주요 지표 중 하나입니다. 초소형 회로가 수행할 수 있는 작업 수를 결정합니다. 더 많을수록 프로세서와 컴퓨터 전체가 더 효율적입니다. 이 매개 변수는 우선 중앙 프로세서의 독립 모듈로 코어를 특성화한다는 점에 유의할 수 있습니다. 즉, 미세 회로에 해당 구성 요소가 여러 개 있으면 각각 별도의 주파수로 작동합니다. 일부 IT 전문가는 모든 코어에서 이러한 특성을 요약하는 것이 적절하다고 생각합니다. 무슨 뜻이에요? 예를 들어 프로세서에 주파수가 1GHz인 코어가 4개 있는 경우 이 방법을 따르면 총 PC 성능은 4GHz가 됩니다.

주파수 성분

고려 중인 지표는 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 첫째, 이것은 시스템 버스 주파수입니다. 일반적으로 수백 메가헤르츠 단위로 측정됩니다. 둘째, 이것은 해당 지표에 곱해지는 계수입니다. 경우에 따라 프로세서 제조업체는 사용자에게 두 매개변수를 모두 조정할 수 있는 기능을 제공합니다. 동시에 시스템 버스와 승수에 대해 충분히 높은 값을 설정하면 미세 회로의 성능을 크게 높일 수 있습니다. 이것이 프로세서가 오버클럭되는 방식입니다. 사실, 조심스럽게 사용해야합니다.

사실 오버클럭 중에는 중앙 프로세서의 온도가 크게 올라갈 수 있습니다. PC에 적절한 냉각 시스템이 설치되어 있지 않으면 마이크로 회로가 고장날 수 있습니다.

캐시 크기

최신 프로세서에는 캐시 메모리 모듈이 장착되어 있습니다. 그들의 주요 목적은 일반적으로 마이크로 회로 작동에 가장 자주 사용되는 일련의 특수 명령 및 알고리즘으로 표시되는 데이터의 임시 배치입니다. 이것은 실제로 무엇을 제공합니까? 우선, 바로 명령과 알고리즘을 온라인에서 사용할 수 있기 때문에 중앙 프로세서의 부하를 줄일 수 있다는 사실입니다. 캐시 메모리에서 기성품 명령을 받은 초소형 회로는 처음부터 개발하는 데 시간을 낭비하지 않습니다. 결과적으로 컴퓨터가 더 빨리 실행됩니다.

캐시 메모리의 주요 특징은 볼륨입니다. 크기가 클수록 이 모듈은 프로세서에서 사용하는 명령어 및 알고리즘의 위치와 관련하여 그에 따라 더 많은 용량을 갖습니다. 마이크로 회로가 매번 그 중에서 필요한 것을 찾고 더 빨리 작동할 가능성이 더 큽니다. 최신 프로세서의 캐시 메모리는 대부분 세 가지 수준으로 나뉩니다. 첫 번째는 가장 빠르고 가장 첨단의 마이크로 회로를 기반으로 작동하고 나머지는 더 느립니다. 최신 프로세서에서 첫 번째 수준의 캐시 메모리 양은 약 128-256KB이고 두 번째는 1-8MB, 세 번째는 20MB를 초과할 수 있습니다.

에너지 소비

미세 회로의 또 다른 중요한 매개 변수는 전력 소비입니다. CPU에 전원을 공급하는 것은 비용이 많이 들 수 있습니다. 최신 마이크로 회로 모델은 약 40-50와트를 소비합니다. 어떤 경우에는 이 매개변수가 경제적으로 중요합니다. 예를 들어 대기업에 수백 또는 수천 대의 컴퓨터를 장착하는 경우입니다. 그러나 전력 소비는 노트북, 태블릿, 스마트폰과 같은 모바일 장치에서 사용하도록 프로세서를 조정한다는 점에서 그다지 중요하지 않습니다. 해당 표시기가 낮을수록 장치의 배터리 수명이 길어집니다.