Складові частини процесора. Від піску до процесора. Характеристики процесора: тип техпроцесу
Здрастуйте, дорогі читачі. Сьогодні ми вам покажемо, з чого складається зсередини процесор. Багато користувачів, звичайно, мали досвід із встановленням процесора на материнську плату, але не багато хто знає про те, як він виглядає зсередини. Ми постараємося пояснити Вам достатньо простою мовою, що було б зрозуміло, але водночас не опускаючи подробиць. Перш, ніж почати розповідати про складові процесора, Ви можете ознайомитися з дуже цікавим російським прототипом Ельбрус.
Залежно від процесора невдале пророцтво гілки може означати відмову від дюжини конвеєрних інструкцій або більше - і витрачати багато циклів. Є ще одна проблема з моделлю трубопроводу, як ми описали його вище. У наших прикладах ми припустили, що вилучення інструкцій та даних із системної пам'яті може виконуватись за один такт.
Щоб оминути це, сучасні процесори використовують два підходи. Крім кешування, процесори також можуть реалізувати виконання поза порядком. Система буферизації використовується для забезпечення того, щоб інструкції набрали чинності у правильному порядку, навіть якщо вони були виконані з послідовності.
Багато користувачів вважають, що процесор виглядає саме так, як показано на малюнку.
Однак це вся конструкція у зборі, яка складається з дрібніших та життєво важливих частин. Погляньмо, з чого складається процесор зсередини. До складу процесора входить:
Це дозволяє їм одночасно перебирати кілька інструкцій, що, своєю чергою, означає, що ви можете запускати більше програм одночасно. Наявність багатоядерного процесоразазвичай не прискорює роботу окремих програм. Це пов'язано з тим, що більшість програм призначені для суворої лінійної моди, тому друга команда, наприклад, повинна виконуватись після того, як перша завершилася, а не в один і той же час.
Однак деякі типи завдань можна поділити на кілька потоків. Таким чином, загальний час кодування може бути розквартований. Насправді ядро може обробляти тільки одну команду одночасно, але має два набори регістрів, дозволяючи йому перемикати свою увагу назад і вперед між двома потоками, щоб максимально ефективно використовувати його обчислювальну потужність.
На малюнку вище під номером 1 зображено захисну кришку, яка забезпечує механічний захиствід попадання пилу та інших дрібних частинок. Кришка виготовлена з матеріалу, який має високий коефіцієнт теплопровідності, що дозволяє забирати зайве тепло з кристала, забезпечуючи тим самим нормальний температурний діапазон роботи процесора.
Як і очікувалося, перевага менша, ніж ви могли б бачити на двох фізичних ядрах. Це означає, що вони можуть працювати з величезними числами на повній швидкості із відмінною точністю. Впровадження цих спеціальних інструкцій пов'язане зі значними інженерними роботами на етапі проектування, але як тільки функція там, він може значно збільшити такі завдання, як обробка відео та стиснення даних.
Інший тип розширення, який зазвичай зустрічається в сучасних процесорах, - Це апаратна віртуалізація. Зазвичай програмне забезпечення віртуалізації діє як середня людина між віртуальним середовищемі реальними апаратними ресурсами, що може сповільнити роботу. Розширення віртуалізації дозволяють запускати на віртуальній машинікод, який виконується безпосередньо на процесорі, на повній швидкості - але інструкції, які не можуть виконуватися спочатку, автоматично захоплюються, тому вони можуть оброблятися програмним забезпеченнямвіртуалізації.
Під номером 2 зображено «мозок» процесор і комп'ютера загалом це кристал. Саме він вважається найрозумнішим елементом процесора, який виконує всі покладені на нього завдання. Ви можете побачити, що кристал нанесена тонким шаром мікросхема, яка забезпечує задане функціонування процесора. Найбільш часто кристали процесора роблять із кремнію: це обумовлюється тим, що цей елемент має досить складні молекулярні зв'язки, які використовуються при формуванні внутрішніх струмів, що забезпечує створення багатопотокової обробки інформації.
Розширення також можуть бути використані для забезпечення безпеки. Насправді це диво техніки. Але в межах цієї сім'ї цілком імовірно, що більшість моделей використовуватимуть один і той самий основний дизайн. Фізичне розташування транзисторів усередині різних моделейфункціонально ідентично. Такий підхід набуває комерційного сенсу, оскільки створення фотолітографічного процесу не з дешевих. Але це означає, що якщо будь-які помилки проникнуть у процес, вони вплинуть на все сімейство процесорів.
У таких випадках єдине, що потрібно зробити - це переглянути дизайн і ввести так званий новий «степінг». Навіть коли немає проблеми з чіпом, для процесорів часто буває кілька степінгів упродовж їхнього життя. Коли процесор оподатковується, швидкість відразу знову збільшується. Це дозволяє комп'ютеру доставляти повну продуктивність, коли користувач хоче його, споживаючи менше тепла і споживаючи менше енергії, коли користувач робить щось пасивне, наприклад, читання веб-сторінки.
Під номером 3 показано текстолітову платформу, до якої кріпляться всі інші робили: кристал і кришка. Ця платформа також грає роль хорошого провідника, який забезпечує хороший електричний контакт із кристалом. На звороті платформи з метою підвищення електропровідності знаходиться багато точок, виготовлених з дорогоцінного металу (іноді використовують навіть золото).
Коли використовувалися лише одне або два ядра, можна було автоматично збільшити швидкість цих ядер, залишаючись у загальному бюджеті на тепло та потужність. Здатність комп'ютера обробляти кілька завдань одночасно називається багатопроцесорною. Багатопроцесорна операційна система здатна запускати багато програм одночасно, а більшість сучасних мережевих операційних систем підтримують багатопроцесорну обробку.
Основна причина, через яку багатопроцесорна обробка складніша, ніж одна обробка, полягає в тому, що їх Операційні системинесуть відповідальність за розподіл ресурсів на конкуруючі процеси в контрольованому середовищі. Зі зростанням комерційних мереж практика використання кількох процесорів у вбудованих материнських платах стала практично універсальною. Нещодавно клієнти або мережеві адміністратори сформулювали більшість змін багатопроцесорності на рівні плати або системи.
Ось як виглядають електропровідні точки на прикладі процесора Intel.
Форма контактів залежить від того, який сокет стоїть на материнської плати. Існує і так, що в ціль точок на звороті платформи Ви можете побачити штирі, які виконують ту ж роль. Як правило, для процесорів сімейства Intel штирі знаходяться в материнській платі. У цьому випадку на підкладці (вона ж платформа) розташовуватимуться точки. Для сімейства процесорів AMDштирі знаходяться безпосередньо на самій підкладці. Виглядають такі процесори в такий спосіб.
Сьогодні є материнські плати з кількома мікропроцесорами однією кристалі. Багатопроцесорна система використовує більше одного процесора для обробки будь-якого заданого робочого навантаження, збільшуючи продуктивність прикладного середовища системи, відмінну від продуктивності одного процесора. Це дозволяє настроювати продуктивність мережі сервера, щоб забезпечити потрібну функціональність. Як описано в розділі 2 "Доступність сервера", ця функція відома як масштабованість і є найважливішим аспектом архітектури багатопроцесорної системи.
Тепер розглянемо спосіб кріплення всіх деталей. Для того, щоб кришка міцно утримувалася на підкладці, її «садять» за допомогою спеціального клею-герметика, який стійкий у великих температурах. Це дозволяє конструкції перебуває у постійній зв'язці, не порушуючи її цілісності.
Масштабована системна архітектура дозволяє мережевим адміністраторам налаштовувати продуктивність мережі сервера в залежності від кількості вузлів обробки. Колекції процесорів, розташованих у слабко пов'язаної зміни та взаємодіючих друг з одним каналом зв'язку, були найпоширенішою многопроцессорной архітектурою.
Цей канал зв'язку може не обов'язково складатися із звичайного послідовного або паралельного пристрою. Замість цього він може складатися з пам'яті, що розділяється, використовуваної процесорами на одній платі або навіть через об'єднувальну плату. Ці взаємодіючі процесори працюють як незалежні вузли, використовуючи власні підсистеми пам'яті.
Для того, щоб кристал не перегрівався, на нього наносять спеціальну прокладку 1, поверх якої, в свою чергу, наноситься термопаста 2, що забезпечує ефективне тепловідведення на кришку. Кришка також «змащується» з внутрішньої сторони термопастою.
Останнім часом простір вбудованих серверних платбуло організовано розміщення тісно пов'язаних процесорів, або вигляді пари, або вигляді масиву. Ці процесори мають спільну шину та адресну пам'ять. Комутатор підключає їх, а міжпроцесорна зв'язок здійснюється у вигляді передачі повідомлень. У загальній конфігурації системи процесори працюють як один вузол та відображаються як один обробний елемент. Додаткові слабопов'язані обробні вузли збільшують загальну обчислювальну потужність системи.
Коли додаються тісно пов'язані процесори, загальна обчислювальна потужність одного вузла збільшується. Останніми роками ці процесори зазнали безліч етапів вдосконалення. Двопроцесорні системи призначені для використання виключно з двопроцесорними материнськими платами з одним або двома роз'ємами. Багатопроцесорні системи зазвичай мають місце на платі для чотирьох або більше процесорів, хоча мінімальних вимог немає.
Давайте тепер побачимо, як виглядає двоядерний процесор. Ядро є окремим функціонально незалежним кристалом, який паралельно встановлюється на підкладку. Виглядає так.
Таким чином, 2 встановлені поруч ядра збільшують сумарну потужність процесора. Однак, якщо Ви побачите 2 кристали, що стоять поруч, це не завжди означатиме, що у Вас двоядерний процесор. На деяких сокетах встановлюються 2 кристали, один з яких відповідає за арифметико-логічну частину, а інший за обробку графіки (якийсь вбудований) графічний процесор). Це рятує в тих випадках, коли у Вас вбудована відеокарта, потужності якої не вистачає впоратися, наприклад, з якоюсь грою. У тих випадках левову частку обчислень перебирає графічна частина центрального процесора. Ось так виглядає процесор із графічним ядром.
Подвійні процесори були розроблені для роботи на більш високих тактових частотах, ніж мультипроцесори, що робить їх ефективнішими при обробці високошвидкісних математичних обчислень. Багатопроцесори призначені для спільної роботи з великими базами даних та бізнес-транзакціями.
Можна ідентифікувати різні категорії багатопроцесорних систем. Загальний доступЗагальні диски Загальний кластер пам'яті Загальна пам'ять. . Хоча такі системи мають переваги хорошої масштабованості та високої доступності, у них є недолік використання незвичайної моделі програмування передачі повідомлень.
Ось так, друзі, ми з Вами і розібралися, з чого складається процесор. Тепер стало ясно, що всі пристрої, що входять до складу процесора, відіграють важливу та незамінну роль для якісної роботи. Не забувайте коментувати статті нашого сайту, підписуйтесь на нашу розсилку та дізнавайтеся багато цікавого. Ваша думка Важливо для нас!
Принцип роботи ядра процесора
Знову ж таки, зв'язок між процесорами здійснюється за допомогою передачі повідомлень. Переваги загальних дисків у тому, що дані диска є адресними і узгодженими, тоді як висока доступність легше виходить, ніж у системах із загальною пам'яттю. Недоліком є те, що можлива обмежена масштабованість через вузькі місця фізичного та логічного доступу до загальних даних.
Тим не менш, процесори тісно пов'язані через комутатор, а зв'язок між процесорами здійснюється через пам'ять, що розділяється. У строго розподіленій пам'яті всі процесори тісно пов'язані через високошвидкісну шину на тій же материнській платі. Вибух смуги пропускання для мережевих серверів поставив необґрунтовані вимоги до однопроцесорних систем, які не впораються з робочим навантаженням! Його висока продуктивність обумовлена тим, що багатопроцесорна материнська плата може передавати кілька шляхів обробки даних, тоді як однопроцесорна материнська плата може використовувати лише можливості одного процесора.
Автори статті: Гвінджилія Григорій та Пащенко Сергій |