Acest ghid prezintă diferite aspecte cheie ale procesoarelor și microprocesoarelor, inclusiv cum să alegeți unul în funcție de nevoile voastre specifice de utilizare. De asemenea, vor fi definite procesoarele și microprocesoarele, se vor explica diferențele dintre ele și se vor prezenta elementele de bază ale modului în care funcționează. Pe parcursul ghidului, ne vom referi la cipurile găsite în computerele desktop și laptop ca bază pentru înțelegerea subiectului. Termenii CPU și microprocesor sunt adesea folosiți interschimbabil. Acest lucru are sens în multe privințe, deoarece tehnologia modernă a permis ca funcții puternice de procesare să fie conținute în pachete (cipuri) mult mai mici și mai compacte.
Cu toate acestea, deși CPU și microprocesor sunt adesea folosite pentru a se referi la aceeași componentă, este important să înțelegeți că nu sunt întotdeauna același lucru. Pentru început, să clarificăm ce este un procesor, deoarece acest lucru ne va oferi o mai bună înțelegere a modului exact în care se raportează la un microprocesor. CPU sau procesorul este o piesă mică, dar extrem de importantă a circuitelor electronice, care operează și controlează o întreagă gamă de hardware de computer. CPU este responsabil pentru executarea întregii game de operațiuni și programe pe care le poate efectua un computer. Până la instalarea unui CPU, niciuna dintre celelalte componente ale sistemului nu va putea să-și îndeplinească rolurile sau să comunice între ele.
Cu toate acestea, în timp ce un procesor este o componentă vitală a unui computer care funcționează, este doar o mică parte a circuitului de bază al dispozitivului. În trecut, acestea trebuiau, adesea, găzduite separat din cauza limitărilor în spațiul fizic și a distribuției energiei. Cu toate acestea, progresele moderne în microtehnologie au dus la micșorarea considerabil a multor CPU-uri moderne. În majoritatea calculatoarelor de acasă sau de birou de astăzi, CPU-ul este găzduit alături de alte circuite cheie într-un singur cip de siliciu multifuncțional. Acest singur cip este, de obicei, denumit microprocesor (sau uneori cip logic). Din acest motiv, un microprocesor este un tip de circuit integrat (IC).
Deoarece majoritatea procesoarelor moderne sunt acum construite și găzduite pe circuite integrate cu un singur cip în acest fel, termenii CPU și microprocesor au devenit oarecum interschimbabili. Circuitele integrate cu microprocesor sunt, de asemenea, folosite pentru a găzdui alte tipuri de circuite, cum ar fi GPU-uri (unități de procesare grafică) discrete. Multe computere moderne, de exemplu, folosesc plăci grafice dedicate pentru a gestiona randarea și afișarea rezultatului extern de la procesorul central. Pe scurt, un microprocesor poate avea sau nu un procesor, alături de alte tranzistoare și circuite pentru gestionarea mai multor operațiuni ale sistemului.
Un microprocesor cu un CPU la bord este adesea numit SoC sau ‘system-on-chip’. Acestea prezintă, adesea, diverse alte componente cheie, cum ar fi memoria integrată sau interfețele periferice și pot executa funcții și programe în întregul sistem al unui dispozitiv. Trebuie remarcat că microprocesoarele nu trebuie confundate cu microcontrolere, acestea fiind o versiune redusă a unui principiu similar.
Ce face un microprocesor?
Răspunsul la această întrebare poate fi destul de simplu sau extrem de complex, în funcție de profunzimea explicației. Un procesor gestionează și execută toate instrucțiunile necesare pentru a rula un program. Aceasta include calcule aritmetice și logice de bază (adunare/scădere/ȘI-SAU), numeroase funcții de control și decizii cheie de intrare/ieșire (I/O). Componentele discrete din CPU sunt fiecare alocate pentru sarcini specifice, adesea grupate ca preluare, decodare sau execuție. ALU (unitatea logică aritmetică) se ocupă de calcule, în timp ce registrul procesorului stochează și încarcă datele operaționale cheie pentru o recuperare rapidă.
Când proiectați și construiți un microprocesor, există anumite limitări ale complexității generale pe care o puteți obține pe un singur IC. Tehnologia modernă IC permite ansambluri de tip sistem pe cip (SoC) mult mai complexe într-un singur microprocesor, decât a fost posibil până acum. Aceasta include avansarea rapidă de la limbajele CPU pe 8-biți și pe 16-biți la scrierea de astăzi pe 32- și 64-biți. În plus, generațiile succesive cu dimensiuni din ce în ce mai mici ale pastilei procesorului, înseamnă că un număr mai mare de alte componente pot fi grupate pe același IC. Similar, procesoarele proiectate ca procesoare multi-core pentru uzul consumatorilor sunt, acum, disponibile pe scară largă.
Acestea sunt microprocesoare puternice, cu mai multe nuclee de procesor (circuite CPU integrate multiple). În ceea ce privește procesoarele de calitate pentru consumatori, pentru utilizare în majoritatea computerelor desktop și laptop-uri, Intel Core și AMD sunt cei mai mari și mai cunoscuți producători actuali. Cu toate acestea, procesoarele există într-o formă sau alta de la sfârșitul anilor 1940. Versiunile foarte timpurii (inclusiv faimosul Manchester Baby) au funcționat pe post de computere cu programe stocate. Prima tehnologie reală de microprocesor - un design Intel cu un singur cip - a devenit disponibilă comercial în 1971. Până în 1975, tendințele observabile în dezvoltarea microprocesoarelor au dat naștere regulii generale specifice industriei, cunoscută sub numele de Legea lui Moore.
Deși imposibilitatea miniaturizării subatomice înseamnă că această regulă trebuie în cele din urmă dovedită falsă, ea a rămas în mare măsură exactă până în prezent. Interesant este că, în ciuda progreselor uriașe ale arhitecturii microprocesoarelor, complexității și metodelor de construcție de-a lungul deceniilor, designul de bază și funcția CPU-urilor moderne rămân în mare parte aceleași ca în generațiile anterior. Ele încă funcționează pe baza unui ciclu de instrucțiuni fundamentale, adică o serie standard de pași de preluare, decodare și execuție.
Benchmarking și alegerea procesorului
Prin benchmark CPU se înțelege un tip specific de test de performanță. De obicei, testarea este efectuată pentru a oferi date importante despre cât de bine poate funcționa un cip. Testarea de performanță presupune trecerea unui microprocesor printr-o serie de teste sintetice de anduranță și viteză. Acestea sunt programe create pentru a stresa procesorul, plasându-l în mod deliberat sub o sarcină ridicată susținută. Benchmarkingul de precizie poate prezenta o provocare semnificativă, datorită diferitelor proprietăți inerente ale siliciului, arhitecturii cipurilor și electronicii. Când sunt realizate în mod responsabil, rezultatele testelor de performanță pot oferi o modalitate utilă de a compara diferite mărci de microprocesoare sau arhitecturi CPU în ceea ce privește performanța maximă absolută. În aceste scenarii, considerații importante, altele decât vitezele de calcul brute, sunt ignorate în mod obișnuit. Ca atare, aceste tipuri de teste ar trebui să fie întotdeauna luate în considerare alături de alți factori atunci când alegeți și cumpărați un procesor.
Viteza CPU sau mai exact frecvența de lucru a CPU este o măsură a câte cicluri poate rula un procesor pe secundă. Fiecare ciclu implică milioane sau miliarde de tranzistoare care se deschid și se închid în secvență, în funcție de setul specific de instrucțiuni care se execută. O frecvență de MHz sau GHz la evaluarea frecvenței de ceas indică de câte ori un procesor poate rula aceste cicluri într-o secundă. Frecvențele de ceas mai mari înseamnă, în general, un procesor mai rapid. Există totuși avertismente aici, deoarece diferitele arhitecturi ale microprocesorului afectează, de asemenea, cât de mult are nevoie fiecare ciclu. A ști cum să alegi procesorul potrivit pentru nevoile tale înseamnă adesea înțelegerea echilibrului. Aceste două lucruri vor însemna lucruri diferite pentru utilizatori diferiți, dar se vor rezuma întotdeauna la o chestiune de valoare.
În primul rând, gândiți-vă la ce trebuie să facă sistemul. Nu are rost să cumperi componente CPU extrem de puternice, cu 16 nuclee, 32 de nuclee sau chiar 64 de nuclee pentru gestionarea sarcinilor de bază. Pe de altă parte, o investiție inițială poate fi asiguratoare pe termen lung dacă trebuie să gestionați în mod regulat sarcini care necesită un procesor puternic. În al doilea rând, luați în considerare celelalte componente din dispozitivul sau sistemul vostru. Va trebui să echilibrați prețul, performanța și puterea procesorului vostru față de acestea. Un procesor „low-end”, de exemplu, ar putea avea dificultăți să țină pasul cu un GPU puternic. Acesta este un exemplu de blocaj, în care componenta mai slabă o reține pe cea mai puternică în unele aplicații. Este important să țineți cont de acest lucru atunci când încercați să găsiți cel mai bun CPU pentru nevoile și sistemul vostru. Nu doriți să ajungeți cu un dezechilibru care limitează sever performanța oricărei componente.
Nr. RZ/A3UL furnizează performanțe semnificative, inclusiv o frecvență de operare de 1GHz și abilitatea de conectare la memoria RAM de mare viteză DDR3L/DDR4. Nr. SAM9X60 este un microprocesor integrat (MPU) bazat pe procesor CPU ARM926EJ-S, de înaltă performanță, ultra-joasă putere, ce rulează până la 600 MHz. SAM9X60 suportă diferite interfețe NVM, incluzând NAND Flash, Quad SPI și eMMC Flash. Dispozitivul integrează periferice puternice pentru conectivitate și aplicații de interfațare cu utilizatorul. Nr. Procesorul de aplicație i.MX 6 Dual/6 Quad este caracterizat de implementarea avansată a nucleului quad ARM® Cortex®-A9, care operează la viteze de până la GHz. Procesoarele includ o interfață de memorie de 64-biți DDR3/LVDDR3/LPDDR2-1066, precum și alte interfețe pentru conectare WLAN, Bluetooth®, GPS, hard drive, display-uri și senzori pentru camere. Printre alte caracteristici cheie ale i.MX 6 Dual/6 Quad sunt și grafica 2D și 3D, procesarea video 3D 1080p și managementul energetic integrat.
Dimensiuni / nr. Procesorul sau CPU (Central Processing Unit) e creierul calculatorului. E cel mai important component din calculator. El "gandeste" si construieste toate datele. Cel mai important lucru la procesor e viteza, sau frecventa lui, care se masoara in GHz (gigahertzi). 1 hertz = o oscilatie (sau pulsatie) pe secunda. 1 GHz = 1 miliard de hertzi. Cu cat are frecventa mai mare, cu atat mai bine, deoarece cu atat gandeste si "pulseaza" datele mai repede. Un procesor din ziua de azi are pana la 4 GHz (4000 MHz). Arhitectura procesorului (forma lui interioara) e pe 32 de biti, sau pe 64 de biti, (mai vechi pe 16 biti, 8 biti.). Vezi explicarea acestor biti la pagina dedicata. Cei doi mari producatori de procesoare sunt Intel si AMD. Au foarte multe modele. De exemplu, Intel are Celeron, Pentium, Core 2, Core i3, i5, i7, i9, Xeon, etc. AMD are Phenom, Athlon, Sempron, Turion, Opteron, FX, Ryzen, etc. Cel mai rapid procesor Intel e Core i9-12900K, iar AMD e Ryzen 9 5900X. (iunie 2022)
Cum functionează procesorul?
Procesorul ia bitii (0-urile si 1-urile) de pe hard disk sau din memorie (RAM) si le trimite inapoi pe ecran, in difuzoare sau pe un mediu de stocare, dupa ce le-a procesat, adica le-a aranjat intr-o forma ordonata pe care o intelegem noi (vizual sau sonor), forma care-i dictata de codurile (instructiunile) scrise de tipul care a facut programul pentru noi. Codurile sunt luate din hard disk (sau alte medii) si sunt trimise in RAM unde le proceseaza. Apoi trimite rezultatul pe ecran prin placa video, sau sunetul prin placa audio (evident, le trimite si la imprimanta, pe stick, in retea, etc). Tot ce exista pe ecran (sau in difuzoare) e ceea ce a vrut programul sa apara.
Am inteles ca programele sunt coduri ce trebe procesate, dar melodiile si pozele ce sunt? Melodiile si pozele sunt numere sau biti fara sens pentru procesor. Sunt doar numere pe hard. Programul cu care asculti melodia sau cu care vezi poza le da un sens. In instructiunile acelui program scrie cum tre sa se poarte procesorul cu numerele alea. Procesorul nu stie ce e melodia, dar stie ce e codul programului. Procesorul manevreaza acesti biti dupa cum ii zice programul, astfel ca rezulta melodie sau poza. Programul are sens pentru procesor, dar melodia nu are pana nu e construita de instructiunile programului. De fapt, melodia sau poza are sens doar pentru noi, nu si pentru un aparat electronic.
O melodie e o colectie imensa de unde sonore. Pe hard, e numere. Intr-un program cum e Winamp sau AIMP exista o formula matematica ce genereaza unde sonore in functie de numerele alea scrise pe hard (sau stick, etc) cand ai copiat sau inregistrat melodia. Dupa ce a gandit numerele, adica le-a dat un sens, procesorul trimite melodia in boxe prin placa audio. O poza e o colectie imensa de pixeli, sau patratele colorate. Din nou, astea sunt o colectie de numere. Programul cu care vezi poza are o formula care construieste un tabel colorat din aceste numere, adica o imagine, apoi o trimite pe ecran prin placa video.
Procesorul gandeste totul din memoria RAM, pentru ca-i de vreo 150 de ori mai rapida decat hard disk-ul, in cazul in care am putea pune hard-disk-ul la socoteala ca spatiu de procesare. Oricum, calculatoarele nu sunt concepute sa functioneze fara RAM. Procesorul gandeste milioane de instructiuni pe secunda, instructiuni care au fost scrise de programator linie cu linie. O instructiune e o linie de cod dintr-un program si are nevoie de un numar fix de cicluri (adica de hertzi). In functie de complexitatea instructiunii, intre 1 si 18 cicluri. Asta inseamna ca un procesor normal de 3 GHz proceseaza intre 3 miliarde si 166 de milioane de instructiuni pe secunda.
Cum funcționează procesorul la nivel mai profund?
Procesorul este compus din mai multe unitati care se leaga intre ele. Fiecare unitate, sector din CPU e specializat sa faca o anumita treaba. Procesorul nu e doar un cip si gata. Pe placa de baza exista un clock, un cristal de quartz care vibreaza cu o frecventa specifica. Acesta sincronizeaza toate celelalte unitati ca sa functioneze la unison, si pe acestea, cu northbridge. Clock-ul e cel care da viata procesorului, pentru ca acesta pulseaza curentul prin CPU in mod inteligent, curent care e "filtrat" prin celelalte sectoare. Fara clock, procesorul ar fi ca un balon gaurit, sau mai bine zis, ca o orchestra fara dirijor. Cand clock-ul pulseaza, toate celelalte unitati se activeaza si fac ce au de facut atata timp cat au curentul si frecventa stabilita de clock.
In al doilea rand, procesorul are un decodor de instructiuni care face programul sa aiba sens, ca sa-l poata executa. Degeaba programul, care e o lista mare de instructiuni, e smecher si bine gandit daca procesorul nu-l converteste in limbajul lui propriu, in setul propriu de instructiuni, ala frumos si compact cu care se simte confortabil (vedem imediat).
In al treilea rand, are o unitate de logica si aritmetica (ALU), prin care instructiunile decodate trebuie sa treaca sa fie executate in functie de scopul lor, apoi le transforma in numere, in rezultate finale. Da, la urma urmei deaia-i calculator fiindca calculeaza. Ce ar fi un calculator fara o unitate de logica si aritmetica? Aceste numere se apropie cel mai bine de limbajul binar, de nivelul electricitatii care e seva oricarui aparat electronic. Unitatea asta e puntea dintre abstract si concret, pentru ca numerele sunt cele care ne gadila noua simturile (mai bine zis frecventele, care se bazeaza pe numere).
In al patrulea rand, are o unitate de control (CU - Control Unit) care leaga memoria (implicit northbridge-ul) de procesor si selecteaza/dirijeaza intrarile si iesirile.
Memoria Cache si Registrii
Memoria Cache: Procesorul are o memorie interna de rezerva, denumita cache. Memoria cache e ca un sertar personal al procesorului in care pastreaza temporar datele marunte dar de importanta inalta. Exista mai multe nivele de cache: L1, L2 si L3. Acest cache este o memorie SRAM mult mai rapida decat memoria RAM normala (DRAM), dar este mult mai scumpa si de aceea vine in cantitati foarte mici. Cu cat exista mai multa memorie cache, cu atat mai bine, pentru ca mai multe fisiere pot fi indexate in cache si astfel procesarea devine mai rapida.
Registrii: Registrii sunt minimul de cantitate de memorie posibila din CPU. Sunt minimul cu care poate sa lucreze procesorul. Un procesor pe 32 de biti are registrii de 32 de biti, iar un procesor pe 64 de biti are registrii de 64 de biti. Registrii sunt mult mai rapizi decat memoria cache si memorie RAM, si pastreaza codul propriu, instructiuni urgente si date vitale pentru procesare.
Setul de instrucțiuni și compatibilitatea
Setul de instructiuni: Oricât de complexe ar fi aplicatiile, totul se reduce la setul de instructiuni al procesorului. Indiferent de limbajul în care este scris programul, acesta este transformat în setul nativ de instrucțiuni al procesorului. Procesoarele relativ noi au inclus și seturi de instructiuni multimedia pentru muzică, poze, video, reflectând utilizarea modernă a calculatoarelor.
Compatibilitate: Asigura-te ca placa de baza suporta procesorul pe care vrei să-l pui. Procesele sunt foarte asemănătoare între ele, iar un singur tip de procesor poate exista pe mai multe socketuri. De exemplu, un Core i3 poate veni pe socketuri diferite (1156, 1155, etc.). Socket-ul determină numarul de pini; LGA are pini pe placa de bază, în timp ce PGA are pini pe procesor. Trebuie să alegi varianta potrivită pentru socket-ul plăcii tale.
Istoria și evoluția procesorului
In trecut, un procesor însemna un nucleu unic. În 2004 AMD a lansat primul CPU dual-core, ceea ce a deschis calea pentru procesoare cu multiple nuclee. De atunci, procesoarele sunt catalogate după numarul de nuclee: Single Core, Dual Core, Triple Core, Quad Core, Octa Core etc. Procesoarele sunt produse pentru numeroase socketuri Intel (775, 1151, 1155, 1156, 1366, 2011, 2066) și AMD (AM2, AM3, AM3+, AM4, FM1, FM2, FM2+).
Ce inseamna aceste numere pentru Intel? Numarul piniilor (LGA). De ex., LGA 775 inseamna 775 contacte. Istoria procesorului arată cum, din 1971 (Intel 4004) până azi, s-a extins performanța, iar regula Moore a ghidat dezvoltarea, rămânând utilă în mare parte. În plus, designul de bază și funcția CPU-urilor moderne rămân asemănătoare, cu cicluri de preluare-decodare-executie.
Considerații practice la alegerea CPU-ului
- Gândiți-vă la ce trebuie să facă sistemul: sarcini simple versus aplicații foarte solicitante.
- Echilibrați performanța cu alți componente, cum ar fi GPU-ul, memoriile și stocarea.
- Luați în calcul numărul de nuclee, frecvența și arhitectura în funcție de scopuri (gaming, productivitate, sarcini moderne).
- Verificați compatibilitatea cu placa de bază (socket, chipset, versiune BIOS) pentru a evita blocaje.
Niveluri de performanță și exemple de produse: Intel Core și AMD Ryzen rămân jucătorii majori pe piața consumer. De exemplu, un Core i9-12900K și un AMD Ryzen 9 5900X reprezintă vârfuri în construcția de uz personal în diferite perioade. Pentru jocuri AAA moderne, alegerea unui CPU high-end poate face diferența în experiența de gaming.
Arhitectura CPU - AQA GCSE Informatică
Concluzie de structură a sistemului
În final, procesorul este creierul calculatorului, dar performanța depinde de modul în care toate componentele interacționează: CPU, memorie cache, registrii, unitatea de control și celelalte subsisteme ale sistemului. O alegere echilibrată între CPU și restul hardware-ului este esențială pentru o experiență optimă de utilizare, indiferent de sarcinile vizate.
tags: #instrumentele #prin #care #procesorul #isi #indeplinete