CPU คืออะไรและทำงานอะไร


CPU คืออะไร ซีพียูหรือ หน่วยประมวลผลกลางเป็นสมองที่มีจำนวนมากของคอมพิวเตอร์ ทุกสิ่งที่คอมพิวเตอร์ทำตั้งแต่การเล่น วีดีโอเกมส์ จนถึงการช่วยคุณเขียนเรียงความจะถูกแบ่งออกเป็นชุดของคำแนะนำทางคณิตศาสตร์ CPU จะทำตามคำแนะนำเหล่านั้นและดำเนินการ

รายละเอียดว่าเป็นอย่างไร มากซับซ้อนกว่าคำอธิบายง่ายๆ สิ่งที่สำคัญที่สุดที่คุณต้องรู้ก็คือ CPU เป็นเครื่องมือทางคณิตศาสตร์หลักของคอมพิวเตอร์

<รูป class = "aligncenter size-large">

ประวัติย่อของ CPU (มากที่สุด)

ประวัติการคำนวณมีความยาวและซับซ้อน มันยังย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์มากกว่าเทคโนโลยีดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์หรือแม้แต่กระแสไฟฟ้า ลูกคิดเป็นตัวประมวลผล ดังนั้นเครื่องคิดเลขเชิงกล ความแตกต่างใหญ่คือเครื่องเหล่านี้สามารถทำงานทางคณิตศาสตร์หนึ่งหรือสองสามงานเท่านั้น พวกเขาไม่ได้เป็นโปรเซสเซอร์ วัตถุประสงค์ทั่วไปซึ่งเป็น CPU ที่ทันสมัยเป็นตัวอย่าง

สิ่งที่ทำให้ CPU อุปกรณ์คำนวณจุดประสงค์ทั่วไปคือการใช้ตรรกะ ในปี 1903 Nikola Tesla ได้จดสิทธิบัตรวงจรไฟฟ้าที่รู้จักกันในชื่อประตูและสวิตช์ เมื่อใช้วงจรเหล่านี้คุณสามารถสร้างอุปกรณ์ที่ดำเนินการทางตรรกะซึ่งคุณสามารถให้เครื่องทำงานตามเงื่อนไขที่กำหนด

ในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษที่ 1940 William Shockley, John Bardeen และ Walter Brattain ได้คิดค้นและจดสิทธิบัตรอุปกรณ์ที่เรียกว่าทรานซิสเตอร์ขณะทำงานที่ Bell Laboratories ทรานซิสเตอร์เป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของ CPU ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ที่ค่อนข้างเล็ก ทรานซิสเตอร์เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่นักประดิษฐ์ทั้งสามคนได้รับรางวัลโนเบล

<รูป class = "aligncenter size-large">
Engradio ที่ English Wikipedia / CC BY-SA

ในช่วงปลายปี 1950 Robert Noyce และ Jack Kilby ก้าวไปอีกขั้นหนึ่งและสร้างวงจรรวม แรกที่ทำงานวงจรรวมเป็นชุดของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่รวมอยู่ในวัสดุกึ่งตัวนำชิ้นเดียว ในกรณีส่วนใหญ่วัสดุนั้นเป็นซิลิกอน นี่คือสิ่งที่ผู้คนหมายถึงเมื่อพวกเขาพูดว่า "ไมโครชิป"

In_content_1 ทั้งหมด: [300x250] / dfp: [640x360]->

CPU ประกอบด้วยไมโครชิพหนึ่งตัวหรือมากกว่า นี่เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญเนื่องจากทรานซิสเตอร์สามารถบรรจุลงใน CPU ตัวเดียว สิ่งนี้สร้างเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อ

การใช้สิ่งประดิษฐ์ของประตูลอจิกทรานซิสเตอร์และวงจรรวมทำให้โลกทั้งโลกเปลี่ยนไป ไมโครชิพอยู่ในทุกสิ่งไม่ใช่เพียงแค่คอมพิวเตอร์ของคุณ และซีพียูเป็นไมโครชิปอเนกประสงค์ขั้นสูงสุดที่เราสามารถสร้างได้

ซีพียูทำงานอย่างไร

หลักการทั้งหมดของ CPU ขึ้นอยู่กับ รหัสไบนารี่มนุษย์มีแนวโน้มที่จะแสดงตัวเลขโดยใช้ระบบที่เรียกว่า ฐาน 10หรือระบบทศนิยม ค่าสถานที่ของแต่ละหลักในตัวเลขเพิ่มขึ้นสิบเท่า ดังนั้น“ 111” จึงมีหนึ่งร้อยสิบและหนึ่ง

<รูป class = "aligncenter size-large">

คอมพิวเตอร์และซีพียูไม่สามารถเข้าใจฐาน 10 ได้เลย ทรานซิสเตอร์ทำงานบนหลักการของการเปิดหรือปิด ซึ่งหมายความว่าประตูตรรกะที่คุณสร้างจากพวกเขายังสามารถทำงานกับทั้งสองรัฐ นี่คือเหตุผลว่าทำไม CPU จึงทำงานบน รหัสไบนารีระบบหมายเลขนี้มีค่าสถานที่ที่แตกต่างกัน หาก 1, 10, 100, 1,000 เป็นต้นไปค่าของสถานที่คือ 1,2,4,8,16,32,64,128 เป็นต้น

ดังนั้นในเลขฐานสอง“ 111” จะเป็น 7 ในจำนวนทศนิยมเนื่องจากคุณเพิ่ม 1,2 และ 4 เข้าด้วยกัน หากตัวเลขใด ๆ เป็นศูนย์คุณเพียงข้ามมันและเพิ่มค่าสถานที่ของ 1 ต่อไปด้วยวิธีนี้คุณสามารถแสดงค่าทศนิยมใด ๆ เพียงแค่ทราบว่าเลขฐานสองมักอ่านจากขวาไปซ้ายดังนั้นค่าตำแหน่ง“ 1” จะอยู่ทางด้านขวาสุด

ลองวางลงในตารางเพื่อให้ชัดเจน:

ค่าสถานที่แบบไบนารี1248163264128256
เลขทศนิยม 7 ในรูปแบบไบนารี11 1000000

คุณเห็นไหมว่าเหตุใดจึงเพิ่มจำนวนทศนิยมเป็น 7? ทำหมายเลข 23:

>
ค่าสถานที่แบบไบนารี1248163264128256
เลขทศนิยม 7 ในรูปแบบไบนารี1110100 00

ดังนั้น 111 คือ“ 7” แต่“ 11101” คือ 23 เพราะค่าที่ห้าในเลขฐานสองคือ 16. สวยเท่ห์ใช่ไหม คุณสามารถแสดงจำนวนที่เป็นไปได้ใด ๆ ที่สามารถเขียนเป็นทศนิยมด้วยวิธีนี้ ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ที่สร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์สามารถทำงานกับตัวเลขใด ๆ ได้เช่นกัน

ซีพียูถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร

กระบวนการผลิตของซีพียูสมัยใหม่นั้นก็ซับซ้อนเหมือนที่คุณคาดหวัง . กระบวนการพื้นฐานเกี่ยวข้องกับการเติบโตของผลึกซิลิคอนขนาดใหญ่ คุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ทำให้มันเหมาะสำหรับการสร้างวงจรรวมไบนารี

ผลึกขนาดใหญ่เหล่านี้ถูกแบ่งเป็นเวเฟอร์บาง ๆ เวเฟอร์จะถูก“ เจือ” ด้วยสารเคมีอื่นเพื่อปรับคุณสมบัติของมัน จากนั้นวงจรนาโนจะถูกสลักลงบนพื้นผิวของเวเฟอร์โดยใช้แสงโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่า ​​1.

การออกแบบซีพียูและประสิทธิภาพ

ซีพียูนั้นไม่ใช่ทั้งหมด ทำเท่ากัน บรรพบุรุษที่เหมาะสมคนแรกของซีพียูสมัยใหม่คือ Intel 8086 มีทรานซิสเตอร์ประมาณ 29,000 ตัวในวงจรรวม วันนี้โปรเซสเซอร์เช่น Intel i99900K มีทรานซิสเตอร์มากกว่า 1.7 พันล้านยิ่งวงจรลอจิกของซีพียูหนาแน่นขึ้นเท่าใดจำนวนคำสั่งที่ซับซ้อนก็สามารถทำงานได้มากขึ้นต่อรอบสัญญาณนาฬิกา

หยุด "วงจรนาฬิกา" หรือไม่ ใช่นั่นคือองค์ประกอบหลักอื่น ๆ ของประสิทธิภาพของ CPU CPU ทำงานที่ความถี่เฉพาะโดยที่พัลส์ของนาฬิกา CPU แต่ละรอบจะมีการคำนวณ หากคุณใช้ CPU ตัวเดียวกันและเพิ่มความเร็วนาฬิกาเป็นสองเท่า (ในทางทฤษฎี) ควรดำเนินการอย่างรวดเร็วเป็นสองเท่า

1978 Intel 8086 นั้นทำงานที่ 5Mhz เมื่อเปิดตัว นั่นคือห้าล้านรอบนาฬิกาต่อวินาที Intel i9-9900K? มัน เริ่มต้นที่ 3.6 Ghz นั่นคือ 3600 Mhz พร้อมตัวเลือกที่จะเล่นได้มากถึง 5,000 Mhz เมื่อเป็นไปได้

<รูป class = "aligncenter size-large">

หากต้องการเพิ่มริ้วรอยอื่นให้กับประสิทธิภาพของ CPU ซีพียูที่ทันสมัยมี "คอร์" หลายอัน แต่ละแกนเป็น CPU อิสระ เป็นเรื่องปกติที่มีแกนกลางอย่างน้อยสี่แกนในวันนี้ แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้บรรทัดฐานสำหรับคอมพิวเตอร์กระแสหลักมีแกนหกหรือแปดแกน คอมพิวเตอร์ระดับมืออาชีพระดับไฮเอนด์อาจมีแกน CPU 100 แกน

การมีหลายคอร์หมายความว่า CPU สามารถทำชุดคำสั่งหลายชุดพร้อมกันได้ ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ของเราสามารถทำหลายสิ่งพร้อมกันโดยไม่มีปัญหา CPU บางตัวมีคอร์ "แบบมัลติเธรด" แกนเหล่านี้สามารถจัดการงานที่แยกกันสองงานแต่ละอัน ในซีพียูของ Intel จะมีแบรนด์เป็น“ hyperthreading

ดังนั้นประสิทธิภาพโดยรวมของซีพียูจึงลดลงเมื่อเทียบกับการรวมกันของ:

  • จำนวนทรานซิสเตอร์ทั้งหมดและวิธีการออกแบบวงจรลอจิกขั้นสูงนั้นเป็นอย่างไร
  • ความถี่สัญญาณนาฬิกา
  • The จำนวนแกน
  • li>จำนวนเธรด
  • แน่นอนว่ามีมากกว่าหัวข้อหลักทั้งสี่นี้ อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้เป็นข้อพิจารณาหลักสี่ประการในการทำให้ CPU ทำงานได้ดี

    บทบาทของ CPU ในคอมพิวเตอร์ของคุณ

    สิ่งสุดท้ายที่เราต้องครอบคลุมคืออะไร งานที่ CPU เล่นในคอมพิวเตอร์ของคุณ มันไม่ใช่แค่ไมโครชิพวงจรรวมเท่านั้นในคอมพิวเตอร์ของคุณ ตัวอย่างเช่น GPU (หน่วยประมวลผลกราฟิก) มักจะมีความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์มากกว่าซีพียู

    พวกเขาต้องการการระบายความร้อนและแหล่งจ่ายไฟของตัวเองเช่นเดียวกับหน่วยความจำ มันเหมือนกับคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กพิเศษ! เช่นเดียวกันอาจกล่าวได้ว่าชิปที่ควบคุมเสียงของคุณ, USB และการรับส่งข้อมูลฮาร์ดไดรฟ์ เหตุใด CPU จึงมีความพิเศษ นี่คือเหตุผลหลัก:

    • มันสามารถประมวลผลคำสั่งใด ๆ GPU จะประมวลผลบางประเภทเท่านั้น
    • เชื่อมโยงส่วนประกอบอื่นทั้งหมดเข้าด้วยกันผลักและดึงข้อมูลไปยัง ทำให้คอมพิวเตอร์ของคุณทำงาน
    • CPU มีส่วนเกี่ยวข้องกับงานทั้งหมดที่คอมพิวเตอร์ขอให้ทำในระดับหนึ่ง
    • ในระยะสั้น ๆ CPU นั้นมีวัตถุประสงค์ทั่วไปที่สำคัญที่สุด องค์ประกอบด้านประสิทธิภาพในคอมพิวเตอร์ของคุณ อย่ารับสิทธิ์

      Related posts:


      5.05.2020