ما هي وحدة المعالجة المركزية؟ أنواع المعالجات وسبب الحاجة إليها

اليوم نحن نفكر وحدة المعالجة المركزيةوحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر (وحدة المعالجة المركزية - وحدة المعالجة المركزية أو وحدة المعالجة المركزية). هذا هو القلب أو عقله إن شئت! في لغة الكمبيوتر ، يطلق عليه أحيانًا "الحجر" (يشبه السيليكون البلوري حقًا الحجر).

هذا هو المعالج الرئيسي للمعلومات التي تدخل الكمبيوتر. يقوم المعالج المركزي بتنفيذ جميع العمليات الحسابية الضرورية مع البيانات الواردة ، ويقوم بعمل عينات مختلفة من قواعد البيانات والمحفوظات ويفك ضغط ملفاتنا ، ويتعامل مع ، ويعالج نموذج التفاعل المادي للجسيمات في لعبة الكمبيوتر المفضلة لديك ، أخيرًا!

يقوم المعالج المركزي للكمبيوتر الحديث بالكثير ، وسيكون من الأسهل سرد ما لا يفعله :)

فيما يلي بعض الصور لوحدة المعالجة المركزية:

الصورة الأولى هي معالج مركزي ثنائي النواة من إنتل ، والثاني هو ظهرها. مع هذا الجانب ، يتم إدخاله في مقبس المعالج (المقبس "المقبس"). في هذه الصور يمكننا أن نرى عامل شكل وحدة المعالجة المركزية "LGA-775". الاختصار "LGA" هو اختصار للغة الإنجليزية. "مصفوفة الشبكة الأرضية" هي نوع من الجسم به مصفوفة من وسادات التلامس. تم شحن الطرز القديمة في حزم PGA (Pin Grid Array) ، يظهر مثل هذا المعالج القديم في الصورة الأخيرة أعلاه.

في النماذج القديمة من أجهزة الكمبيوتر ، كان مرتبطًا بخطر معين للانحناء أو (لا سمح الله) كسر واحد من عدة مئات من أرجل PGA. حلم رهيب لمجمع كمبيوتر! :) الآن كل شيء أسهل بكثير.

ما نراه في الصور أعلاه هو الغلاف الخارجي للمعالج المركزي للكمبيوتر. وتتمثل وظيفتها في حماية اللب (بلورة السيليكون نفسها) من الإجهاد الميكانيكي ، وتوفير منطقة تلامس مع نظام التبريد (المبرد) ، وكذلك توفير اتصال كهربائي لتشغيل الجهاز (الصور أعلاه تحت الأرقام "1" و 2").

يتكون المعالج المركزي للكمبيوتر من لوحة مربعة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، حيث يتم تثبيت جوهره (بلورة السيليكون) بإحكام ، بالإضافة إلى خيوط التوصيلات الكهربائية ، بالإضافة إلى غطاء واقي في الأعلى. نظرنا إلى ما هو تحت هذا الغطاء.

يمكن وصف عملية تصنيع الرقائق النهائية تقريبًا على النحو التالي: يتم ترسيب طبقات الموصلات وأشباه الموصلات والعوازل بالتناوب على قاعدة رقيقة من السيليكون (ركيزة) من خلال "أقنعة" خاصة مع فتحات بواسطة الطباعة الحجرية. في بعض الأحيان يتم استخدام عملية حفر العناصر على البلورة (من خلال نفس الثقوب في "القناع"). بعد انتهاء الإجراء ، يتم تقطيع الركيزة إلى مربعات ملفوفة بغلاف واقي وموصّل للحرارة ومزود بوسادات التلامس ويكون المنتج جاهزًا!

الآن سوق المعالجات المكتبية مقسم عمليا بين شركتين كبيرتين فقط: "Intel" و "AMD". اعتبارًا من عام 2011 ، "استحوذ" الأول على أكثر من 80٪ من هذا السوق ، والثاني - ما يزيد قليلاً عن 10٪. إن سوق معالجات الأجهزة المحمولة سريع التطور هو أمر آخر تمامًا. يوجد هنا عدد هائل من الشركات التي تطلق حلولها (حسنًا ، ليست "خاصة بها" تمامًا ، لكننا سنتحدث عن هذا في مقال آخر).

يمكن وصف الهيكل الداخلي لوحدة المعالجة المركزية بشكل تخطيطي على النحو التالي:

إليكم صورة بصرية مقطوعة عن بلورة وحدة المعالجة المركزية:

وهذا هو "أثلون" ثنائي النواة قوي:

نعم هذه صورة أخرى من أجل الاكتمال إذا جاز التعبير:

هذا أيضًا معالج كمبيوتر ، فقط في تصميم مختلف. كانت هناك ، في وقت من الأوقات ، عينات مماثلة ، تم إدخال اللوحة القماشية منها عموديًا في موصل خاص على اللوحة الأم. كان يطلق عليه (Slot A) ، ومن هنا جاء مصطلح "معالجات الفتحات". الأهم من ذلك كله ، في المظهر ، أن التصميم يشبه خرطوشة لوحدة تحكم ألعاب بها مروحة على الجانب :)

إذا تطرقنا إلى جانب مهم مثل أداء وحدة المعالجة المركزية ، فإنه يعتمد بشكل مباشر على عدة مكونات كما أنها تضيف ما يلي:

• له تردد الساعة
• عدد النوى
• مقدار وسرعة ذاكرة التخزين المؤقت

دعنا نحلل كل نقطة بمزيد من التفصيل. يتم قياس سرعة ساعة المعالج بالهرتز (هرتز).

ملحوظة: Hertz (Hz) هي وحدة لقياس وتيرة العمليات الدورية (في هذه الحالة ، التذبذبات). على سبيل المثال ، 1 هرتز هو أحد هذه التذبذبات (الدورة) في الثانية.

من غير الملائم قياس تردد الساعة (الأداء) للمعالج المركزي في هيرتز (الأرقام كبيرة جدًا). لذلك ، يتم هنا استخدام قيم مثل ميغا هرتز وجيجاهيرتز. الميجاهرتز (Mhz) هو مليون هيرتز (1،000،000 هرتز). الجيجاهيرتز (Ghz) ​​هو 1000 ميغا هرتز (Mhz) أو - مليار هيرتز (1،000،000،000 هرتز).

وفقًا لما سبق ، اتضح أن وحدة المعالجة المركزية التي تبلغ سرعتها 3 جيجاهيرتز تبلغ 3000 ميغا هرتز أو ثلاثة مليارات هرتز! تقليديًا ، يمكننا القول أنه كلما زاد التردد ، يمكن معالجة المزيد من التعليمات لكل وحدة زمنية. وفقًا للمثال الموصوف ، يمكن للمعالج 3 جيجاهرتز (GHz) أداء ثلاثة مليارات عملية في الثانية.

لفهم أفضل - شاهد فيديو موضوعي صغير:

يمكنك عرض تردد الساعة بالضغط على انقر على اليمينالماوس على أيقونة "جهاز الكمبيوتر" على سطح المكتب وحدد "خصائص" من القائمة المنسدلة. توضح لقطة الشاشة أدناه صورًا بهذه المعلومات لأنظمة التشغيل "Windows 7" و "Windows XP".

أيضًا ، يمكن رؤية هذا المؤشر أثناء عملية التمهيد. نظام التشغيلبالذهاب إلى أو استخدام إحدى الأدوات المساعدة المتخصصة ، مثل "". سيعرض هذا البرنامج الرائع ليس فقط قيمة تردد الساعة ، ولكن أيضًا الكثير من المعلومات المفيدة الأخرى.

ملحوظة: لقد نظرنا في عمل هذا البرنامج بالتفصيل الكافي ، لذا لن نكرر أنفسنا.

تذكر "قانون" جوردون مور الشهير ، الذي اشتق منه عام 1975: "الإنتاجية المعالجات الحديثةيجب أن يتضاعف كل 24 شهرًا! "يجب أن نعطي الفضل في هذا التوقع: لقد كان كذلك ، إلى حد معين. زاد مصنعو المعالجات ببساطة بانتظام تردد الساعة لأجهزتهم (على خلفية التحسينات الأخرى في شكل معالجة موازية الأوامر ، وتوسيع قائمة التعليمات المدعومة ، وتقليل العملية التقنية ، وما إلى ذلك) ، مما جعل من الممكن الحفاظ على استمرارية هذا البيان.

من الواضح أن هذا لا يمكن أن يستمر إلى أجل غير مسمى: تتطلب الترددات العالية إعادة صياغة جذرية لنظام التبريد لشريحة التسخين السريع. وقال كاتب البيان نفسه في عام 2007 ، على ما يبدو ، إن "القانون" لن يستمر طويلاً. الحقيقة هي أنه عندما يتم الوصول إلى حد تردد معين (في النطاق من 4000 إلى 5000 ميغا هرتز) ، فإن أي معالجات تبدأ في العمل بشكل غير مستقر وتتطلب نظام تبريد معقدًا.

Overclockers ("overclockers" لوحدات المعالجة المركزية) ذات الخبرة تدعي أن الحد التقريبي للمعالج فيركلوكيد مع تبريد الهواء هو 4000-4500 ميجا هرتز. هنا عليك أن تفهم أن هذه هي أفضل عينات من الرقائق ، وأنجح الدُفعة ، وقد يكون هناك واحد من بين عشرات منها ، بالإضافة إلى اللوحة الأم العلوية التي تتيح لك التقدم للحصول عليها الجهد الزائدوزيادة تردد FSB ، ذاكرة باهظة الثمن (رفع تردد التشغيل) مع تبريد إضافي ، إلخ. إذا قمت بتثبيت نظام تبريد مائي على نفس وحدة المعالجة المركزية ، فيمكنك رفع التردد إلى 5000 ، ولكن ليس حقيقة أنك ستتمكن من تحقيق تشغيل مستقر للجهاز في جميع التطبيقات.

ملحوظة: FSB (ناقل أمامي - نظام أو ناقل أمامي) ، - واجهة عالية السرعة لضمان التفاعل بين معالج الكمبيوتر والباقي ملحقاتوالوحدات النمطية الموجودة على اللوحة الأم. تكرر نظام الحافلاتهو معدل اتصال نواة المعالج بذاكرة الوصول العشوائي ووحدات التحكم وما إلى ذلك.

"المجانين" الحقيقيين في أعمالهم لا يتوقفون ويتم استخدام "المدفعية الثقيلة" مثل التبريد باستخدام الفريون والمعادن السائلة والهيليوم وحتى النيتروجين السائل! يتيح لك الخيار الأخير "ضغط" رقم قياسي يبلغ 6000 ميجاهرتز من الجهاز المؤسف وأكثر من ذلك! من ناحية أخرى ، هل من غير المحتمل أن ترغب في العمل على جهاز كمبيوتر مغطى بقشرة من الجليد؟ :)

لقد حان الوقت الآن عندما يكون التردد والأداء العام لأجهزة الكمبيوتر الحديثة كافيين تمامًا لحل معظم مهام مستخدم الكمبيوتر العادي (الآن نحذف الألعاب والتطبيقات الجادة لمحاكاة شيء ما). هذا هو السبب في أن الزيادة البسيطة في هذا المؤشر لن توفر مثل هذه الزيادة الملموسة في السرعة في المهام اليومية (المكتبية) كما كان من قبل. اليوم ، يتم تحديد أداء أجهزة الكمبيوتر الحديثة إلى حد كبير من خلال المعلمات الأخرى ومجموعاتها.

واحدة من هذه المعلمات هي الجمع تحت غطاء واحد مشتت للحرارة. عدد كبيرالنوى (في الوقت الحالي يمكن أن يصل عددها إلى اثني عشر قطعة). الحساب هنا بسيط: كلما زاد عدد النوى ، زاد الأداء (مع تساوي جميع الأشياء الأخرى). بعد كل شيء ، تبدأ جميع العمليات ، في هذه الحالة ، في العمل بالتوازي (على كل من النوى) ، والتي (من الناحية النظرية) يجب أن تزيد بشكل كبير من الأداء العام. في الممارسة العملية ، اتضح ... بطرق مختلفة :)

بعض التطبيقات ببساطة "لا تعرف" أنه من الممكن العمل مع العديد من النوى ، والبعض الآخر يفعل ذلك بشكل سيئ ، ولا تظهر زيادة كبيرة إلا في التطبيقات التي تم "شحذها" للتطبيقات متعددة النواة. هناك تطبيقات يكاد يكون من المستحيل موازنتها. على سبيل المثال ، تطبيقات المكتب (" مايكروسوفت وورد" أو " "). مهام أخرى مثل ترميز الفيديو / الصوت والتجميع كود البرنامج، على العكس من ذلك ، فإن تقديم مشهد ثلاثي الأبعاد حساس للغاية للمعالجة متعددة الخيوط ويتم الحصول على أقصى قدر من الكسب بدقة من خلال هذا النهج.

تعتبر إصدارات الخادم من المعالجات المركزية بحق قاطرة متعددة النواة. هو - هي " إنتل زيونو "AMD Opteron" على التوالي. تتميز حلول الخوادم بالأداء المتزايد (بسبب ذاكرة التخزين المؤقت الكبيرة) وقابلية التوسع (يمكن أن تحتوي على العديد من المعالجات المادية باستخدام كمية كبيرةالنوى داخل كل). يقوم المتحمسون أحيانًا بتثبيت أنظمة مماثلة في المنزل على اللوحات الأم العادية ، ولكن هذا أكثر من أجل الاهتمام بالرياضة :) بشكل أساسي ، تُستخدم هذه المعالجات في خوادم النهر ، والتي يتم تركيبها في رفوف خاصة.

ملحوظة: (Rack - Rack / Shelf) Rack mount (RackMount) - مبدأ تنظيم تبديل المعدات.

هذه هي الطريقة التي قد يبدو بها خادم مشابه بشكل منفصل:

ومثل هذا - في رف بطول 19 بوصة (يُسمى أيضًا رف الاتصالات):

توجد أيضًا خزانات اتصالات كاملة يمكن قفلها بأقفال (خزانة حماية). قد تبدو هكذا ، على سبيل المثال:

لقد درسنا بالتفصيل كيف يتم ترتيب هذه الخوادم بالداخل ، وما هي المعالجات الموجودة بها وكيف يتم تنظيم غرفة الخادم في عملنا.

على أساس هذه الحلول ، يتم بناء ما يسمى بالحواسيب العملاقة. على سبيل المثال ، أصدرت إنتل بالفعل Xeons ذات 16 نواة وتفكر في حلول مع 22-24 و 28 نواة. ترى إلى أين يتجه كل هذا ، أليس كذلك؟ لذا نكتة فريق KVN "الزلابية الأورال" حوالي 48 معالج نووي، وضوحا في عام 2012 ، لم يعد يبدو مثل هذه النكتة! :)

أنا متأكد من أنه بمرور الوقت ، ستعمل معظم التطبيقات بفعالية على أنظمة متعددة النواة ، ولكن الآن كل شيء ليس ورديًا مع هذا. لكن مصنعي المعالجات المركزية يزيدون هذا الرقم بشكل مطرد ، والآن توجد أنظمة سطح مكتب بها 12 مركزًا. لأي غرض؟ حسنًا ، من الضروري أن نشرح للمشتري بطريقة أو بأخرى لماذا هو ملزم بشراء هذا المعالج الجديد ؟! :)

العنصر الثالث الأكثر أهمية في وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر هو ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به. ذاكرة التخزين المؤقت هي مقدار صغير من الذاكرة السريعة جدًا الموجودة في النواة نفسها وتعمل على تخزين النتائج الوسيطة للحسابات ، ويمكنها أيضًا تخزين نسخ من البيانات الأكثر استخدامًا من الكمبيوتر. يمكن أن تعمل ذاكرة التخزين المؤقت كنوع من "الجسر" بحركة عالية السرعة بين ذاكرة الوصول العشوائي والمعالج المركزي للكمبيوتر.

تنقسم ذاكرة التخزين المؤقت إلى ذاكرة تخزين مؤقت للتعليمات (لتسريع تحميل رمز الجهاز) وذاكرة تخزين مؤقت للبيانات تخدم طلبات المستخدم. غالبًا ما يحتوي الأخير على عدة مستويات (المستوى 1 والمستوى 2 والمستوى 3). كل مستوى لاحق أكبر (من حيث حجم الذاكرة) من المستوى السابق ، ولكنه أبطأ في الأداء. لماذا هو كذلك؟ أعتقد ، لتقليل تكلفة المنتج النهائي :) ولكن مثل هذا التصميم يعطي خاصته - انخفاض كبير في التأخير في وصول وحدة المعالجة المركزية إلى ذاكرة الوصول العشوائي. هذا نوع من المخزن المؤقت بينه وبين وحدة المعالجة المركزية.

هناك مهام محددة تلعب فيها ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج دورًا مهمًا. ويعتقد أن هذه تشمل عملية أرشفة مصفوفات من المعلومات والأجهزة ذات ذاكرة تخزين مؤقت كبيرة وسريعة تتعامل معها بشكل أفضل.

كما نرى ، لا يضمن لنا التردد ولا متعدد النواة ولا ذاكرة التخزين المؤقت الكبيرة زيادة في الأداء في جميع المهام على الإطلاق! في مكان ما سيكون مجرد سرعة عالية (تردد) ، وسيتطلب تعدد المهام في مكان ما - إجراء عملية بالتوازي على عدة نوى. وهذا يتطلب نهجًا متكاملًا وتوازنًا دقيقًا بين جميع المكونات.

استمر! نظرًا لأن وحدة المعالجة المركزية قيد التشغيل ، يتم تغذيتها بها. هذا يؤدي إلى حقيقة أنه يصبح دافئًا. لتجنب مثل هذه الظاهرة غير السارة مثل الكمبيوتر ، يتم تثبيت أنظمة تبريد مختلفة عليه (الماء الصامت أو أنظمة التبريد القائمة على الهواء المجهزة بمراوح).

على الرغم من الانخفاض المستمر في العملية التكنولوجية وتحسين استهلاك الطاقة ، إلا أن طرز المعالجات المتطورة تهاجم بعناد شريط TDP البالغ 200 واط ، وقد نجح بعض (AMD) بالفعل في التغلب عليه! هل يمكن أن يُطلق على مثل هذا "الإنجاز" بشكل لا لبس فيه انتصار؟ لا اعتقد:)

يمنح كل مصنع منتجه الجديد اسمًا رمزيًا يميز سطرًا كاملًا أو مجموعة من المنتجات بناءً على معمارية دقيقة واحدة. في الماضي القريب ، تم استخدام هذه الأسماء الرنانة مثل "كوبرمين" ، "ولفديل" ، "بارتون" ، "ناحاليم" ، "بريسكوت" ، "كونرو" ، "ساندي بريدج".

إن البنية الدقيقة للنواة هي التي تحدد التقنيات الجديدة التي سيتم دمجها في المعالج المستقبلي. على سبيل المثال: دعم الأجهزة (على مستوى الأجهزة) لتقنية المحاكاة الافتراضية (تقنية التصور) ، وحماية تجاوز سعة المخزن المؤقت (Intel Execute Disable Bit) ، ورفع تردد التشغيل التلقائي للمعالج "AMD Turbo Core" (مماثل لـ TurboBoost من Intel) ، وخيارات متنوعة لتعليمات SSE و 3D Now ، إلخ.

من المألوف الآن التحدث ليس عن وحدة المعالجة المركزية ، ولكن عن APU (وحدة المعالجات السريعة). ما هذا؟ هذا مزيج على بلورة واحدة أو تحت غطاء توزيع حرارة واحد لوحدة المعالجة المركزية نفسها وبطاقة الفيديو. تسمى هذه الحلول أحيانًا المعالجات الهجينة. والنتيجة هي تقليل إجمالي استهلاك الطاقة وتكلفة النظام عن طريق تقليل عدد المكونات (لم تعد هناك حاجة إلى بطاقة فيديو خارجية).

من الواضح أن مثل هذا النظام لا يمكن أن يتنافس مع كامل الأهلية كمبيوتر الألعاب، لكنها مناسبة جدًا لمعظم المهام. بالنظر إلى أنه في عام 2006 ، قامت شركة AMD المعروفة بشراء شركة ATI لمسرعات الرسومات التي لا تقل شهرة ، فمن المنطقي أن تبدو وحدات APU الخاصة بها أكثر تفضيلاً (بسبب مكون الرسومات). لم تشارك Intel أبدًا بجدية في الرسومات ، ونقطة قوتها هي المعالجات المركزية وفي هذا المجال لا مثيل لها!

ماذا يمكنك أن تقول أيضًا عن المعالجات من حيث التطبيق؟ أنت ، بصفتك مشترًا محتملاً ، لن تكون على خطأ في معرفة أنه يمكن شراؤها في خيارين مختلفين للتسليم: "Box" و "Tray". الملاكمة هي تسليم محاصر:

دعنا نرى ما بداخل الصندوق؟

نرى هنا نظام التبريد معبأ بالبلاستيك الواقي (أدناه) والمعالج المركزي للكمبيوتر نفسه (محاط بدائرة باللون الأحمر). يرجى ملاحظة أنه في التسليم المعبأ ، يتم بالفعل تطبيق واجهة حرارية على السطح السفلي لمبرد التبريد (مادة موصلة للحرارة على شكل ثلاثة خطوط رمادية). تعمل الواجهة الحرارية على تحسين نقل الحرارة من اللب البلوري إلى غرفة التبريد. علينا فقط فتح العبوة والدفع.

إذا قررت شراء معالج في الدرج ، فاستعد لحقيقة أنه يمكن أخذه إليك في كيس بلاستيكي :) أنت تشتري فقط الشريحة نفسها بشكل منفصل ، بدون نظام تبريد. لماذا قد يكون هذا ضروريا؟ على سبيل المثال ، فعلت هذا عندما جمعت خاصتي. لم يعجبني التبريد القياسي (المعبأ) وقررت تثبيت نظام من نوع البرج بدلاً من ذلك. لماذا تدفع مبالغ زائدة مقابل قطعة ألمنيوم غير ضرورية بمروحة ، والتي ستظل بعد ذلك خامدة؟

أخيرًا ، ملاحظة صغيرة من التجربة الشخصية: في الألعاب الحديثة ، المعالج ليس هو الشيء الرئيسي. يقع الحمل الرئيسي على بطاقة الفيديو الخارجية ، لذلك إذا كنت ستقوم بترقية (ترقية) جهاز الكمبيوتر الخاص بك لهذا الغرض بالذات ، فعليك أولاً وقبل كل شيء الانتباه إلى نظام الرسومات الفرعي الخاص به. لماذا أنا واثق جدًا من هذا؟ لأنه من خلال القيام بذلك (ترك المعالج القديم وشراء وحدة معالجة رسومات جديدة) ، حصلت على أداء مناسب تمامًا في جميع ألعاب عام 2015! وها من عام 2017! :-)

يحتوي البرنامج على أوضاع اختبار مختلفة ، ويمكنك رؤية نتائج عمله في الوقت الفعلي في شكل رسوم بيانية مرئية مريحة.

أو - على شكل طاولة:

يوجد أيضًا وضع اختبار بطاقة الفيديو هنا. برنامج "تويز دونات" (سيفهم كل من في الموضوع) :)

كما هو الحال دائمًا ، يمكنك تنزيل البرنامج الموصوف من قبلنا مباشرةً وترك "حجرك" يعمل دائمًا بلا عيب!

الآن لدي كل شيء حقًا! انتقل إلى دراسة الأقسام الأخرى من موقعنا. يمكنك أدناه مشاهدة مقطع فيديو حول كيفية إنتاج المعالجات:

سؤال مهم من المستخدمين أجّلته إلى وقت لاحق ، ما هو المعالج في الكمبيوتر؟ وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي الجزء الأكثر أهمية المعداتأي جهاز كمبيوتر مسؤول عن تنفيذ ما يلزم عمليات حسابيةتضعها البرامج وتنسيق عمل الجميع دون استثناء.

بالطبع ، المعالج هو قلب كل كمبيوتر. المعالج هو الذي ينفذ التعليمات البرمجيات، يستخدم على جهاز كمبيوتر شخصي ، يعالج مجموعة من البيانات ويؤدي عمليات حسابية معقدة. الخصائص الرئيسية للمعالج هي: الأداء وسرعة الساعة واستهلاك الطاقة والهندسة المعمارية وذاكرة التخزين المؤقت.

لذلك ، فهمنا ما هو المعالج ، ولكن ما هي الأنواع الموجودة وما هو المعالج الموجود في الكمبيوتر؟ دعنا نتحدث عن كل شيء بالترتيب. من المعروف أن المعالجات أحادية النواة ومتعددة النواة... المعالج متعدد النواة هو وحدة معالجة مركزية تحتوي على نواتين حسابيتين (أو أكثر) موجودة على شريحة معالج صغيرة واحدة أو في حالة واحدة مشتركة. المعالج النموذجي له نواة واحدة فقط. أصبح عصر المعالجات أحادية النواة شيئًا من الماضي ببطء. من حيث خصائصها ، فهي عمومًا أدنى من المعالجات متعددة النواة.

على سبيل المثال ، يمكن أن يكون تردد الساعة لمعالج ثنائي النواة المتوسط ​​في كثير من الأحيان أقل بكثير من تردد معالج أحادي النواة لائق ، ولكن بسبب تقسيم المهام إلى "كلا الرأسين" ، يصبح الاختلاف في النتائج ضئيلًا. ثنائي النواة المعالج الأساسييمكن أن يتفوق 2 Duo بسرعة ساعة 1.7 جيجاهرتز بسهولة على معالج سيليرون أحادي النواة بسرعة ساعة 2.8 جيجاهرتز ، لأن الأداء لا يعتمد فقط على التردد ، ولكن أيضًا على عدد النوى وذاكرة التخزين المؤقت وعوامل أخرى.

في الوقت الحالي ، يهيمن أكبر مصنعي المعالجات على سوق الكمبيوتر العالمي - Intel (تبلغ حصتها حوالي 84٪ اليوم) و AMD (حوالي 10٪). إذا نظرت إلى تاريخ تطوير المعالجات المركزية ، يمكنك رؤية الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام. منذ ظهور أول أجهزة كمبيوتر سطح المكتب ، كانت الطريقة الرئيسية لتحسين الأداء هي زيادة سرعات الساعة تدريجيًا.

هذا واضح جدا ومنطقي. ومع ذلك ، هناك حد لكل شيء ولا يمكن زيادة التردد إلى أجل غير مسمى. لسوء الحظ ، مع زيادة التردد ، يبدأ إطلاق الحرارة في الزيادة بشكل غير خطي ، ويصل في النهاية إلى قيم عالية للغاية. حتى الآن ، حتى استخدام العمليات التقنية الأكثر دقة في إنشاء الترانزستورات لا يساعد في حل هذه المشكلة.

هل هناك طريقة للخروج من هذا الوضع الصعب للغاية؟ سرعان ما تم العثور على حل في استخدام العديد من النوى في بلورة واحدة. تقرر استخدام إصدار المعالج "2 في 1". تسبب ظهور أجهزة الكمبيوتر المزودة بمثل هذه المعالجات في السوق في عدد من الجدل. هل تحتاج معالجات متعددة النواة؟ كيف تكون أفضل من المعالجات التقليدية ذات النواة الواحدة؟ ربما تريد شركات التصنيع فقط ربحًا إضافيًا؟ يمكننا الآن الإجابة بثقة: هناك حاجة إلى معالجات متعددة النواة ، فهي المستقبل. في العقود القادمة ، من المستحيل تخيل حدوث تقدم في هذه الصناعة دون استخدام معالجات متعددة النواة.

معالجات متعددة النواة ، ما هي فائدتها؟ استخدام مثل هذه المعالجات يمكن مقارنته باستخدام عدة معالجات منفصلة لجهاز كمبيوتر واحد. النوى في قالب واحد ، فهي ليست مستقلة تمامًا (على سبيل المثال ، تستخدم ذاكرة تخزين مؤقت مشتركة). عند استخدام البرنامج الحالي ، الذي تم إنشاؤه في البداية للعمل مع نواة واحدة ، فإن هذا الخيار يعطي ميزة ملموسة. يمكنك تشغيل مهمتين (أو أكثر) كثيفة الاستخدام للموارد في وقت واحد دون أدنى إزعاج. ومع ذلك ، فإن تسريع عملية واحدة هو في الواقع مهمة شاقة لهذه الأنظمة. نتيجة لذلك ، نحصل على نفس المعالج أحادي النواة تقريبًا مع إضافة صغيرة في شكل القدرة على استخدام عدة برامج في نفس الوقت.

كيف تكون؟ المخرج من هذا الموقف الدقيق واضح تمامًا - مطلوب تطوير جيل جديد من البرامج القادرة على استخدام العديد من النوى في وقت واحد. من الضروري موازاة العمليات بطريقة ما. في الواقع ، اتضح أنه صعب للغاية. بالطبع ، قد يكون من السهل إلى حد ما موازاة بعض المهام. على سبيل المثال ، من السهل نسبيًا إجراء موازاة ترميز الفيديو والصوت.

يعتمد على مجموعة من الخيوط من نفس النوع ، على التوالي ، وتنظيم التنفيذ المتزامن مهمة بسيطة إلى حد ما. إن مكاسب المعالجات الحالية متعددة النواة في حل مشكلات الترميز على "متشابهة" أحادية النواة ستكون متناسبة مع عدد هذه النوى: إذا كان هناك نواتان ، فإن السرعة مضاعفة ، أربعة نوى - أربعة أضعاف ، 6 نوى - ستة أضعاف . لسوء الحظ ، فإن موازاة الغالبية العظمى من المهام المهمة أكثر صعوبة. في معظم الحالات ، يلزم إجراء إصلاح شامل لرمز البرنامج.

عدة مرات بالفعل ، أعرب ممثلو شركات الكمبيوتر القوية إلى حد ما عن عبارات مبهجة حول التطوير الناجح للمعالجات الأصلية متعددة النواة لجيل جديد ، والتي تكون قادرة على تقسيم مؤشر ترابط واحد بشكل مستقل إلى مجموعة من الخيوط المستقلة ، ولكن ، للأسف الشديد. ، لم يظهر أي منهم حتى الآن عينة عمل واحدة من هذا القبيل.

الخطوات التي اتخذتها شركات الكمبيوتر نحو الاستخدام المكثف للمعالجات متعددة النواة واضحة ومباشرة. تتمثل المهمة الرئيسية لهذه الشركات في تحسين المعالجات وإنشاء معالجات جديدة واعدة متعددة النواة والحفاظ على سياسة تسعير مدروسة جيدًا تهدف إلى خفض الأسعار (أو كبح نموها). اليوم ، في الجزء الأوسط من اثنين من عمالقة الكمبيوتر الرائدين في العالم (AMD و Intel) ، يمكنك رؤية مجموعة متنوعة جدًا من المعالجات ثنائية النواة ورباعية النواة.

إذا رغبت في ذلك ، يمكنك العثور على خيارات أكثر تعقيدًا. الخبر السار هو أن مطوري البرامج الحديثة أنفسهم بدأوا في اتخاذ خطوة مهمة في طريقهم إلى المستخدم. حصلت العديد من الألعاب الحديثة بالفعل على دعم لاثنين من النوى. أقوى هذه العناصر هو أمر حيوي عمليًا بحد أدنى من معالج ثنائي النواة لضمان الأداء الأمثل والحفاظ عليه.

بإلقاء نظرة خاطفة على عدادات أفضل متاجر الكمبيوتر ، وتحليل الحالة مع المجموعة المتنوعة ، يمكننا القول أن الصورة العامة ليست سيئة على الإطلاق. تمكنت الشركات المصنعة للمعالجات متعددة النواة من تحقيق مستوى عالٍ جدًا من إنتاج البلورات القابلة للاستخدام. سياسة التسعير الخاصة بهم معقولة للغاية. بالأسعار الحالية ، يمكن ملاحظة أن مضاعفة عدد نوى المعالج ، على سبيل المثال ، لا يؤدي عادة إلى زيادة مضاعفة في سعر هذا المعالج بالنسبة للمشتري. هذا معقول جدا ومنطقي تماما. بالإضافة إلى ذلك ، من الواضح تمامًا للكثيرين أنه عند مضاعفة عدد نوى وحدة المعالجة المركزية ، لا يزيد الأداء في المتوسط ​​بنفس المقدار.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من كل الطرق الشائكة لإنشاء معالجات متعددة النواة أكثر تقدمًا ، فلا يوجد بديل لها في المستقبل القريب. يمكن للمستهلكين العاديين الذين يرغبون في مواكبة العصر تحديث أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم فقط في الوقت المناسب ، باستخدام معالجات جديدة مع عدد متزايد من النوى المضمنة ، وبالتالي رفع الأداء العام إلى مستوى أعلى. لا تزال العديد من المعالجات أحادية النواة تُستخدم بنجاح في الهواتف المحمولة، نتبووكس وغيرها من المعدات.

إذا كنت لا تعرف مكانها ، فاقرأ المقال: "". اكتب في التعليقات ما المعالج الذي لديك؟

المعالج هو العنصر الرئيسي للكمبيوتر ، وبمساعدته تتم معالجة المعلومات في كل من ذاكرته الخاصة وفي ذاكرة الأجهزة الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يشرف أيضًا على تشغيل الأجهزة الأخرى. كيف معالج أكثر قوة، كلما كان الكمبيوتر أسرع في الأعمال العامة.

يعتمد عمل التطبيقات المختلفة على تنفيذ تسلسل معين من الأوامر والبيانات الموجودة في ما يسمى بسجلات المعالج. يتم تحديد قوة الكمبيوتر ، ونتيجة لذلك ، سرعة الكمبيوتر ، من خلال سرعة مقارنة البيانات والأوامر المقابلة لمعالجتها. الخصائص الرئيسية التي تميز الأنواع المختلفة من المعالجات هي تردد الساعة وعرض البت وحجم ذاكرة التخزين المؤقت الداخلية.

ما الذي يحدد الأداء

تردد الساعة

تُقاس سرعة الساعة بالميغا هرتز (MHz) ، وهي عدد العمليات التي يتم إجراؤها في الثانية. ومع ذلك ، في الواقع ، يمكن تقسيم تنفيذ عملية واحدة إلى عدة دورات ، بينما قد تنخفض قيمتها الفعلية في الواقع. ومع ذلك ، مع قوة المعالجات الحديثة ، فإن الانخفاض الطفيف في تردد الساعة أثناء العمليات المعقدة غير محسوس تمامًا.

عمق البت

تحدد هذه المعلمة ما إذا كان المعالج يدعم تطبيقات 32 بت فقط أو يسمح باستخدام تطبيقات 64 بت. تدعم معظم المعالجات الحديثة بنية 64 بت. يؤثر هذا التقسيم على مقدار ذاكرة الوصول العشوائي المتاحة (حتى 4 جيجا بايت في أنظمة 32 بت ومن 4 جيجا بايت في أنظمة 64 بت) بالإضافة إلى المعلمات الداخلية التي نادرًا ما يتم أخذها في الاعتبار من قبل المستخدمين العاديين وهي مهمة فقط للمتخصصين ، على سبيل المثال ، مطوري البرامج.

تعتمد سرعة تبادل المعلومات بين المعالج والأجهزة الأخرى المثبتة على الكمبيوتر على حجم ذاكرة التخزين المؤقت الداخلية. كلما زادت هذه القيمة ، كلما حدث التبادل بشكل أسرع.

لذا ، كيف تختار معالجًا لجهاز كمبيوتر جديد. إذا قررت بناء واحدة جديدة وحدة النظام، أولاً وقبل كل شيء ، يجدر الانتباه إلى العلامة التجارية لوحدة المعالجة المركزية ، لأن نوع خصائص الأجهزة الرئيسية يعتمد بشكل مباشر على هذا ، وأهمها.

تعتمد سرعة النظام المستقبلي بشكل مباشر على هذه المعلمات. يوجد أيضًا اختلاف في عدد أنوية المعالج. وبالتالي ، فإن المعالجات متعددة النواة عبارة عن أجهزة بها أكثر من نواة مثبتة في حزمة واحدة. هذا يسمح لك بزيادة سرعة جهاز الكمبيوتر الخاص بك بشكل ملحوظ.

عند اختيار أحد مكونات الكمبيوتر الشخصي أو آخر ، تحتاج إلى الإجابة بدقة على سؤال واحد. ماذا سيستخدم الكمبيوتر في المستقبل؟ بعد ذلك فقط ، يجدر اتخاذ قرار بشأن الشركة المصنعة وسعر ووظيفة وحدة المعالجة المركزية. عند استبدال النظام بالكامل ، ننصحك بعدم توفير الكثير واختيار المكونات بناءً على الحالة الحالية للسوق. سيوفر هذا النهج المال في المستقبل ، لأنه متوازن وتقنيًا حاسوب جديدسوف تستمر لفترة أطول وسوف تتعامل مع وظائفها لفترة طويلة.

أيهما أفضل للشراء

اليوم الشركات المصنعة الرئيسية للمعالجات هي Intel و AMD. تتميز معالجات Intel بجودة وأداء أعلى ، ولكنها في نفس الوقت باهظة الثمن ، وهو أمر غير مبرر دائمًا ، على سبيل المثال ، عند شراء نماذج الميزانية. لتثبيت منتجات Intel ، يتم استخدام اللوحات الأم مع أنواع المقابس التالية: 478 ، 775 لـ نماذج عفا عليها الزمنو 1155 ، 1156 ، 1366 لـ أحدث المعالجاتالسلسلة I3 و I5 و I7.

ومع ذلك ، يجب أن يقال إن المعالجات التي تستخدم مقبس 478 أصبحت قديمة جدًا بالفعل ولم يتم استخدامها عمليًا ، نظرًا لأن سعتها لم تعد كافية لأداء المهام الحديثة. بسبب التقادم ، أصبح المقبس 775 شيئًا من الماضي تدريجيًا ، على الرغم من أن بعض معالجات هذا الخط يمكن أن تحل معظم المهام الحديثة.

تختلف معالجات AMD في نسبة سعر / جودة مواتية إلى حد ما ، ومع ذلك ، فإن بعض الطرز عرضة لارتفاع درجة الحرارة المفرطة. على الرغم من التخلف التكنولوجي وليس دائمًا الجودة العالية ، فإن منتجات AMD مطلوبة جيدًا في السوق الروسية ، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى السعر المنخفض مقارنة بالمنافس الرئيسي. تستخدم معالجات AMD اللوحات الأم المجهزة بمقابس AM2 و AM 2+ و AM3 لأحدث المعالجات.

تركيب المعالج

وهكذا ، يتم الاختيار ويتم شراء المعالج. بعد ذلك ، تحتاج إلى تثبيت المعالج على اللوحة الأم. يرجى ملاحظة أنه يجب توخي الحذر الشديد عند تثبيت المعالج ، حيث يمكن أن تتسبب أي حركة غير صحيحة في حدوث أضرار جسيمة للجهاز. بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى وضع اللوحة الأم على بعض الأسطح في وضع ثابت. لديك نماذج مختلفةتتمتع اللوحات الأم بآليات مختلفة لتثبيت المعالج ، ولكن كقاعدة عامة ، للوصول إلى المقبس ، تحتاج إلى الضغط قليلاً على الرافعة الخاصة ونقلها إلى الجانب.

في اللوحات الأم الحديثة ، يتم توفير قضبان خاصة لتثبيت المعالج ، لذلك يكاد يكون من المستحيل إدخال المعالج بشكل غير صحيح. ومع ذلك ، قد يكون هذا صعبًا في الطرز السابقة ، لأنه ليس من الممكن دائمًا تحديد اتجاه التثبيت في لمحة.

لا تقم بتشغيل الكمبيوتر إلا إذا كنت متأكدًا تمامًا من تثبيت المعالج بشكل صحيح! من المحتمل أن يحترق المعالج الذي تم وضعه بشكل غير صحيح في المقبس.

بعد التثبيت ، قم بإحضار الرافعة الخاصة على اللوحة الأم إلى وضعها الأصلي. بعد ذلك ، تحتاج إلى تثبيت عنصر في نظام تبريد المعالج - مبرد. تذكر أنه قبل ذلك تحتاج إلى وضع طبقة رقيقة من مركب خاص يزيد من كفاءة التبريد - معجون حراري على المعالج نفسه وعلى لوحة التلامس الخاصة بالمبرد.

بالنسبة للمبردات ، هناك العديد من المشابك التي تضمن ملاءمة محكم للوحة التلامس للمعالج نفسه. يمكن إجراء التثبيت باستخدام البراغي أو المشابك الخاصة أو توصيل المبرد باللوحة الأم باستخدام لوحة مركبة.

تأكد من أن لوحة التلامس الخاصة بالمبرد تلائم المعالج بشكل مريح ، وإلا فإن الحرارة الزائدة ، ونتيجة لذلك ، لا تقتصر على وحدة المعالجة المركزية نفسها ، ولكن أيضًا اللوحة الأم.

استبدال المعالج

إذا لم تعد راضيًا عن أداء جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، فمن المرجح أن يكون هذا على وجه التحديد بسبب عدم كفاية طاقة وحدة المعالجة المركزية. يمكن تعويض ذلك عن طريق تركيب بطاقات ذاكرة إضافية ، وزيادة حجمها ، لكنك لست بحاجة إلى الاعتماد على زيادة نوعية في أداء النظام.

قبل تثبيت معالج جديد ، تحتاج إلى التأكد من أن اللوحة الأم بها المقبس الصحيح ويمكنها استخدام طراز وحدة المعالجة المركزية المحدد.

قد تتطلب بعض الطرز تحديث BIOS لتعمل بشكل صحيح على اللوحات الأم القديمة. عند تركيب جهاز جديد ، يجب توخي الحذر الشديد لأن الحركة المتهورة يمكن أن تلحق الضرر بالجهاز!

تحتاج أولاً إلى فصل المبرد الموجود في مقبس اللوحة الأم بعناية وإزالة المعالج. ثم ضع الجهاز الجديد في المقبس ، وقم بتغطية الجزء الخارجي من المعالج بطبقة رقيقة من المعجون الحراري وأعد تركيب المبرد. في حالة استبدال المعالج المركزي ، لا تتطلب بقية المكونات ، كقاعدة عامة ، التحديث وتستمر في العمل كالمعتاد. سيحاول المساعدة في اختيار معالج لأي جهاز كمبيوتر ، وطرح الأسئلة في التعليقات.

ربما ، عند اختيار جهاز كمبيوتر ودراسة خصائصه ، لاحظت أن عنصرًا مثل المعالج له أهمية كبيرة. لماذا بالضبط بالنسبة له ، وليس النموذج ، مصدر الطاقة ، أو؟ نعم ، هذه أيضًا مكونات مهمة للنظام ومنهم الاختيار الصحيحيعتمد الكثير أيضًا ، ومع ذلك ، على خصائص وحدة المعالجة المركزية بشكل مباشر وتؤثر إلى حد كبير على سرعة وأداء جهاز الكمبيوتر. دعونا نلقي نظرة على معنى هذا الجهاز في الكمبيوتر.

لنبدأ بإزالة المعالج من وحدة النظام. نتيجة لذلك ، لن يعمل الكمبيوتر. الآن هل تفهم ما هو الدور الذي يلعبه؟ لكن دعنا نلقي نظرة فاحصة على المشكلة ونكتشف ما هو معالج الكمبيوتر.

ما هو معالج الكمبيوتر

بيت القصيد هو أن المعالج المركزي (اسمه الكامل) هو ، كما يقولون ، القلب الحقيقي وفي نفس الوقت دماغ الكمبيوتر. أثناء عملها ، تعمل جميع المكونات الأخرى لوحدة النظام والأجهزة الطرفية المتصلة بها. إنه مسؤول عن معالجة تدفقات البيانات المختلفة ، وينظم أيضًا عمل أجزاء من النظام.

يمكن العثور على تعريف أكثر تقنيًا على ويكيبيديا:

وحدة المعالجة المركزية - وحدة إلكترونية أو دائرة متكاملة (معالج دقيق) تنفذ تعليمات الآلة (رمز البرنامج) ، الجزء الرئيسي من أجهزة الكمبيوتر أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة.

في الحياة ، تبدو وحدة المعالجة المركزية وكأنها لوحة مربعة صغيرة بحجم علبة الثقاب بسماكة بضعة ملليمترات ، ويكون الجزء العلوي منها ، كقاعدة عامة ، مغطى بغطاء معدني (في إصدارات سطح المكتب) ، وفي الجزء السفلي يوجد العديد من جهات الاتصال. في الواقع ، حتى لا تتذلل ، انظر إلى الصور التالية:

بدون أمر صادر عن المعالج ، لا يمكن إجراء عملية بسيطة مثل إضافة رقمين أو كتابة 1 ميغا بايت من المعلومات. كل هذا يتطلب وصولاً فوريًا إلى وحدة المعالجة المركزية. بالنسبة للمهام الأكثر تعقيدًا ، مثل تشغيل لعبة ، أو معالجة الفيديو.

يجدر إضافة الكلمات أعلاه إلى أن المعالجات يمكنها أيضًا أداء وظائف بطاقة الفيديو. الحقيقة هي أنه يوجد في الرقائق الحديثة مكان لجهاز التحكم بالفيديو ، والذي يؤدي جميع الوظائف اللازمة منه ، ويستخدم ذاكرة الفيديو. لا تعتقد أن نوى الرسومات المدمجة يمكنها منافسة بطاقات الفيديو الخاصة بالطبقة الوسطى على الأقل ، فهذا خيار أكثر من خيار لأجهزة المكاتب حيث لا تكون هناك حاجة إلى رسومات قوية ، ولكن لا يزال بإمكانهم سحب شيء ضعيف في أسنانهم. الميزة الرئيسية للرسومات المدمجة هي السعر - لست بحاجة إلى شراء بطاقة فيديو منفصلة ، وهذا يعد توفيرًا كبيرًا.

كيف يعمل المعالج

في الفقرة السابقة ، تم تصنيف ما هو المعالج وما هو الغرض منه. حان الوقت لنرى كيف يعمل.

يمكن تمثيل نشاط وحدة المعالجة المركزية على شكل تسلسل للأحداث التالية:

• من ذاكرة الوصول العشوائي حيث تم تحميله برنامج محدد(لنقل محرر نصوص) ، تستخرج وحدة التحكم في المعالج المعلومات الضرورية ، بالإضافة إلى مجموعة من الأوامر التي يجب تنفيذها. يذهب كل شيء إلى ذاكرة عازلة (مخبأ) وحدة المعالجة المركزية ؛
• تنقسم المعلومات الصادرة من ذاكرة التخزين المؤقت إلى نوعين: التعليمات والمعاني التي يتم إرسالها إلى السجلات (هذه مواقع الذاكرة في المعالج). يذهب الأول إلى سجلات الأوامر ، والثاني يذهب إلى سجلات البيانات ؛
• تتم معالجة المعلومات من السجلات وحدة المنطق الحسابية (جزء من وحدة المعالجة المركزية الذي يقوم بإجراء تحويلات حسابية ومنطقية للبيانات الواردة) ، والذي يقرأ المعلومات منها ، ثم ينفذ الأوامر اللازمة على الأرقام الناتجة ؛
• النتائج الناتجة مقسمة إلى تم الانتهاء من و غير مكتمل ، انتقل إلى السجلات ، حيث يتم إرسال المجموعة الأولى إلى ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية ؛
• لنبدأ هذه النقطة بحقيقة أن هناك مستويين رئيسيين من ذاكرة التخزين المؤقت: العلوي و أدنى ... تنتقل آخر الأوامر والبيانات المستلمة اللازمة لإجراء العمليات الحسابية إلى ذاكرة التخزين المؤقت ذات المستوى الأعلى ، ويتم إرسال تلك غير المستخدمة إلى ذاكرة التخزين المؤقت ذات المستوى الأدنى. تسير هذه العملية على النحو التالي - تنتقل جميع المعلومات من المستوى الثالث من ذاكرة التخزين المؤقت إلى المستوى الثاني ، ثم تنتقل إلى المستوى الأول ، مع البيانات غير المطلوبة في الوقت الحالي وإرسالها إلى المستوى الأدنى ، والعكس هو الصحيح ؛
• في نهاية الدورة الحسابية ، سيتم كتابة الإجمالي النهائي على ذاكرة الوصول العشوائي للنظام لتحرير مساحة ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية للعمليات الجديدة. ولكن من المحتمل أن تكون ذاكرة التخزين المؤقت ممتلئة ، ثم تذهب البيانات غير المستغلة إلى الرامات "الذاكرة العشوائية في الهواتف والحواسيب، أو إلى المستوى الأدنى من ذاكرة التخزين المؤقت.

الخطوات خطوة بخطوة للإجراءات المذكورة أعلاه هي الخيط التشغيلي للمعالج والإجابة على السؤال - كيف يعمل المعالج.

أنواع المعالجات ومصنعيها الرئيسيين

هناك العديد من أنواع المعالجات بدءًا من المعالجات أحادية النواة الضعيفة وحتى المعالجات القوية متعددة النواة. من الألعاب والعمال إلى المتوسط ​​من جميع النواحي. ولكن ، هناك نوعان من المعسكرات الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية - AMD ومعالج Intel الشهير. هاتان الشركتان تصنعان المعالجات الدقيقة الأكثر رواجًا وشعبية في السوق. لا يكمن الاختلاف الرئيسي بين منتجات AMD و Intel في عدد النوى ، بل في البنية - الهيكل الداخلي. يقدم كل من المنافسين هيكله الخاص من "الأجزاء الداخلية" ، نوع المعالج الخاص به ، والذي يختلف اختلافًا جذريًا عن المنافس.

منتجات كل طرف لها مزاياها وعيوبها ، وأقترح أن تتعرف عليها بإيجاز.

الايجابيات معالجات إنتل :

• لديها استهلاك أقل للطاقة ؛
• يركز المطورون على Intel أكثر من AMD ؛
• أداء ألعاب أفضل ؛
• الاتصال بين معالجات Intel وذاكرة الوصول العشوائي أفضل من اتصال AMD ؛
• العمليات التي تتم في إطار برنامج واحد فقط (على سبيل المثال ، فك الضغط) أفضل ، AMD تلعب في هذا الصدد.

سلبيات معالجات إنتل:

• العيب الأكبر هو السعر. غالبًا ما تكون وحدات المعالجة المركزية (CPU) من هذا المصنع أعلى بترتيب من حيث الحجم من منافسها الرئيسي ؛
• يتدهور الأداء عند استخدام برنامجين "ثقيل" أو أكثر ؛
• نوى الرسومات المتكاملة أدنى من AMD ؛

مميزات معالجات AMD:

• الإضافة الأكبر - أكبر ناقص إنتل - هي السعر. يمكنك شراء نطاق متوسط ​​جيد من AMD ، والذي سيكون قادرًا على التعامل مع الألعاب الحديثة مقابل 4 صلب ، وربما حتى 5 ، وسيكلف أقل بكثير من معالج بنفس الأداء من منافس ؛
• نسبة الجودة إلى السعر المناسب ؛
• ضمان تشغيل النظام بجودة عالية ؛
• القدرة على رفع تردد التشغيل عن المعالج ، وبالتالي زيادة قوته بنسبة 10-20٪ ؛
• تتفوق الرسومات المدمجة على Intel.

سلبيات معالجات AMD:

• تتفاعل معالجات AMD بشكل أسوأ مع ذاكرة الوصول العشوائي ؛
• استهلاك طاقة أكبر من Intel ؛
• تعمل ذاكرة التخزين المؤقت في المستويين الثاني والثالث بتردد أقل ؛
• أداء الألعاب يتخلف عن المنافسة

ولكن على الرغم من المزايا والعيوب المذكورة أعلاه ، تستمر كل شركة في التطور ، وتصبح معالجاتها أكثر قوة مع كل جيل ، ويتم أخذ أخطاء السطر السابق في الاعتبار وتصحيحها.

الخصائص الرئيسية للمعالجات

قمنا بفحص ماهية معالج الكمبيوتر ، وكيف يعمل. تعرفنا على النوعين الرئيسيين ، حان الوقت للاهتمام بخصائصهم.

لذا ، في البداية ، دعنا نذكرها: العلامة التجارية ، والسلسلة ، والهندسة المعمارية ، ودعم المقبس المحدد ، وسرعة ساعة المعالج ، وذاكرة التخزين المؤقت ، وعدد النوى ، واستهلاك الطاقة وتبديد الحرارة ، والرسومات المدمجة. الآن دعنا نحلل مع التفسيرات:

• العلامة التجارية - من يصنع المعالج: AMD أو Intel. لا يؤثر هذا الاختيار فقط على سعر الشراء والأداء ، كما قد يفترض المرء من القسم السابق ، ولكن أيضًا في اختيار مكونات الكمبيوتر الأخرى ، ولا سيما اللوحة الأم. نظرًا لأن معالجات AMD و Intel لها تصميمات وبنيات مختلفة ، فلن يكون من الممكن تثبيت معالج آخر في المقبس (مقبس لتثبيت معالج على اللوحة الأم) مصمم لنوع واحد من المعالجات ؛
• السلسلة - يقسم كل من المنافسين منتجاتهم إلى العديد من الأنواع والأنواع الفرعية. (AMD - Ryzen، FX،. Intel - i5، i7) ؛
• بنية المعالج هي في الواقع الأعضاء الداخلية لوحدة المعالجة المركزية ، كل نوع من المعالجات له بنيته الخاصة. في المقابل ، يمكن تقسيم نوع واحد إلى عدة أنواع فرعية ؛
• دعم لمقبس معين جدا خاصية مهمةالمعالج ، حيث أن المقبس نفسه عبارة عن "مقبس" على اللوحة الأم لتوصيل المعالج ، ويتطلب كل نوع من المعالجات موصلًا مطابقًا. في الواقع ، هذا مذكور أعلاه. تحتاج إما إلى معرفة المقبس الموجود على اللوحة الأم بالضبط واختيار معالج لها ، أو العكس (وهو أكثر صحة) ؛
• تعد سرعة الساعة أحد أهم مقاييس أداء وحدة المعالجة المركزية. دعنا نجيب على السؤال ما هي سرعة ساعة المعالج. ستكون الإجابة بسيطة على هذا المصطلح الهائل - حجم العمليات التي يتم إجراؤها لكل وحدة زمنية ، مُقاسًا بالميغا هرتز (MHz) ؛
• ذاكرة التخزين المؤقت - الذاكرة المثبتة مباشرة في المعالج ، وتسمى أيضًا ذاكرة التخزين المؤقت ، ولها مستويين - العلوي والسفلي. الأول يتلقى معلومات نشطة ، والثاني لا يتم استخدامه في الوقت الحالي. تنتقل عملية الحصول على المعلومات من المستوى الثالث إلى المستوى الثاني ، ثم إلى المستوى الأول ، تعود المعلومات غير الضرورية ؛
• عدد النوى - في وحدة المعالجة المركزية يمكن أن يكون هناك من واحد إلى عدة. اعتمادًا على الرقم ، سيطلق على المعالج اسم ثنائي النواة ورباعي النواة وما إلى ذلك. وفقًا لذلك ، ستعتمد القوة على عددهم ؛
• استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة. كل شيء بسيط هنا - كلما زاد "استهلاك" المعالج للطاقة ، زادت الحرارة التي سيولدها ، انتبه لهذا العنصر لاختيار مبرد التبريد المناسب ومصدر الطاقة.
• رسومات متكاملة - ظهرت أول تطورات من هذا النوع AMD في عام 2006 ، وظهرت Intel من عام 2010. الأول يظهر نتائج أفضل من المنافسين. لكن مع ذلك ، لم يتمكن أي منهم من الوصول إلى بطاقات الفيديو الرئيسية.

الاستنتاجات

كما فهمت بالفعل ، تلعب وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر دورًا مهمًا في النظام. في مقال اليوم ، قمنا بفرز ماهية معالج الكمبيوتر ، وما هو تردد المعالج ، وما هو وما الغرض منه. إلى أي مدى تختلف بعض وحدات المعالجة المركزية عن غيرها ، وما أنواع المعالجات الموجودة. تحدثنا عن إيجابيات وسلبيات منتجات الحملتين المتنافستين. ولكن مع ما هي الخصائص التي سيقف عليها المعالج في وحدة النظام لديك ، فالأمر متروك لك.

وحدة المعالجة المركزية- المعالج المركزي هو المكون الرئيسي وهو "دماغ" الكمبيوتر ويحدد خصائصه الأساسية. "هذه دائرة متكاملة واسعة النطاق (LSI) تكونت على بلورة سيليكون. الدائرة المتكاملة الكبيرة ليست في الحجم ، ولكن في عدد العناصر - الترانزستورات المضمنة فيها.

تنزيل العرض التقديمي "المعالج"

يحتوي المعالج الدقيق على ملايين الترانزستورات ، متصلة ببعضها البعض بواسطة أنحف موصلات من الألومنيوم أو النحاس. في عام 1965. قام جوردون مور بتنبؤ جريء بأن عدد الترانزستورات الموجودة على شريحة IC سيتضاعف كل عامين تقريبًا. تطورت الصناعة تقريبًا بما يتماشى تمامًا مع هذه التوقعات ، المسماة قانون مور. ولكن لأول مرة في 43 جرامًا ، تم انتهاك القانون ، وذلك بفضل الأساليب الجديدة لتصنيع الدوائر الدقيقة ، حيث يمكنك وضع 30 مليونًا. الترانزستورات على جزء من الكريستال برأس دبوس. في 2006 معالج Core 300M الترانزستورات ، أوائل عام 2007 800 مليون ترانزستور في نظامين نوويين.

تصنيع المعالجات الدقيقة

هذه عملية تكنولوجية معقدة تشمل عدة مئات من المراحل. تتشكل المعالجات الدقيقة على سطح رقائق رقيقة من السيليكون مقطوعة من بلورات سيليكون أسطوانية طويلة نمت من ذوبان رمل السيليكون. يحتوي السيليكون على خصائص شبه موصلة ، ويمكن التحكم في الموصلية عن طريق إدخال الشوائب. في عملية تصنيع الدوائر الدقيقة ، يتم تطبيق أنحف طبقات المواد المختلفة على الألواح الفارغة. يتم تشكيل "نمط" عليها من خلال الطباعة الحجرية الضوئية ، طبقة تلو الأخرى ، للدائرة الدقيقة المستقبلية. خلال العملية التالية ، المسماة doping ، يتم قصف المناطق المفتوحة من رقاقة السيليكون بأيونات من عناصر كيميائية مختلفة ، والتي تشكل مناطق مجهرية في السيليكون لها موصلية كهربائية مختلفة. كل طبقة من المعالج لها نمطها الخاص ، وتشكل كل هذه الطبقات معًا بنية ثلاثية الأبعاد للمعالج. بعد ذلك ، يتم تقطيع الألواح إلى دوائر دقيقة فردية ، والتي يتم اختبارها بدقة للتحقق من جودة جميع العمليات التكنولوجية. يتم ببساطة التخلص من قطع العمل ، التي تبين أنها معيبة ، حيث لا توجد طريقة لتصحيح الأخطاء. ثم يتم وضع كل بلورة في علبة واقية ويتم لحام الأسلاك بها.

في التركيب المنطقي لوحدة المعالجة المركزية يتضمن تتبع. الأجهزة:

1. جهاز التحكم (UU) - وحدة التحكم. يدير تشغيل جميع الأجهزة الموجودة في الخلف. برنامج
2. ALU(وحدة المنطق الحسابية)أداة حساب المعالج.
3. سجلات ذاكرة المعالج - الذاكرة الداخلية للمعالج. تُستخدم السجلات لتخزين الأمر الجاري تنفيذه ، وعناوين الذاكرة ، والبيانات المعالجة ، والمعلومات الداخلية الأخرى للمعالج الدقيق مؤقتًا. يعمل كل سجل من سجلاتهم كنوع من المسودة ، حيث يقوم المعالج بإجراء العمليات الحسابية وتخزين النتائج الوسيطة. كل سجل له غرض محدد: IP - عداد الأوامر (يتم وضع عنوان خلية ذاكرة الكمبيوتر التي تخزن أمر البرنامج القابل للتنفيذ التالي ؛ CS - تسجيل الأوامر ؛ يتم وضع الأمر نفسه في وقت تنفيذه DI SI BP - index السجلات والمؤشرات للتحولات في المقاطع. AX BX - للأغراض العامة SS - المكدس (المكدس هو مساحة تستخدم لتخزين البيانات مؤقتًا. المكدس موجود في مقطع منفصل يسمى مقطع المكدس) DS - اختياري

ضع في اعتبارك مبادئ تشغيل المعالجات الحديثة

المعالج الدقيق معقد جهاز الكترونيلأداء عمليات مختلفة. يدعم أي معالج مجموعة معينة من التعليمات التي يمكن تنفيذها ، وتحتوي على مجموعة من خلايا الذاكرة الداخلية ، والسجلات ، والتي يمكن أن تعمل بها بشكل أسرع بكثير من الذاكرة الخارجية. يتم تحديد قدرات الكمبيوتر كمنفذ عالمي للعمل مع المعلومات من خلال نظام أوامر المعالج. مجموعة التعليمات هذه هي لغة تعليمات الآلة. (YMK) يتم تجميع برامج التحكم في تشغيل الكمبيوتر من لغة YMK. يمثل الأمر المنفصل عملية منفصلة (إجراء) للكمبيوتر. في YMK ​​، توجد عمليات يتم إجراء العمليات الحسابية لها. منطقي. العمليات ، وعمليات التحكم في التسلسل ، وعمليات نقل البيانات من جهاز ذاكرة إلى آخر ، وما إلى ذلك. هناك نوعان من هندسة المعالجات الدقيقة - CISC و RISC.

CISC

CISC (كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة)يعني أن المعالج يدعم مجموعة تعليمات كبيرة جدًا (أكثر من 200) (مجموعة تعليمات كاملة) ولا يفعل ذلك رقم ضخمالسجلات. تنفيذ مجموعات تعليمات معقدة متفاوتة التعقيد على مستوى لغة الآلة (من مجموعات بسيطة ، نموذجية للجيل الأول من المعالجات الدقيقة ، إلى تعقيد كبير ، نموذجي للمعالجات الحديثة.

RISC

بالمقابل بنية RISC (كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفضة)تعني مجموعة محدودة من الأوامر وعددًا كبيرًا من السجلات الداخلية. تعمل جميع الأوامر مع المعاملات ولها نفس التنسيق. يتم الوصول إلى الذاكرة باستخدام تحميل التسجيل الخاص وأوامر الكتابة. تتيح بساطة الهيكل ومجموعة صغيرة من التعليمات التنفيذ الكامل للأجهزة وخط أنابيب فعال بكمية صغيرة من المعدات. درجة عاليةسحق الناقل. النقاش حول أيهما أفضل لا يزال مستمراً. معالج RISC أسرع لأن التعليمات بسيطة. وهي أرخص ، لكن البرامج الخاصة بهم تشغل مساحة أكبر من البرامج المخصصة لـ CISC. هذا هو السبب ، في ظروف النقص في ذاكرة الوصول العشوائي ، التطوير الأولي للمعالجات ل حواسيب شخصيةفي اتجاه بنية CISC. جميع المعالجات المتوافقة مع مجموعة تعليمات x86 هي معالجات CISC ، على الرغم من أن بعضها قد يحتوي على عناصر من بنية RISC. تحتوي المعالجات الدقيقة من الجيل الخامس على ناقل بيانات وعنوان 64 بت. يمكنهم العمل مع بيانات 8.16.32 بت ، ودعم بنية الأنابيب ولديهم القدرة على التنبؤ باتجاه الفروع في البرنامج. عادةً ما يُشار إلى المعالجات ذات الإمكانات الأكبر قليلاً بالجيل السادس. دعونا ننظر في المبادئ الأساسية للمعالجات الحديثة. بادئ ذي بدء ، نلاحظ أن المعالج ينفذ برنامجًا مخزنًا في الذاكرة ، وهو عبارة عن مجموعة من الأوامر (التعليمات) والبيانات. من خلال قراءة الأوامر بالتسلسل ، يقوم المعالج بتنفيذ الإجراءات المناسبة. يتم تمثيل كل أمر بعدة بايت ، وطوله غير ثابت ويمكن أن يكون من 1 إلى 15.

مواصفات وحدة المعالجة المركزية

1. تردد الساعة - هذه هي السمة الرئيسية للمعالج والتي تحدد إمكانياته وأداء النظام ككل. يتم إنتاج كل نوع من المعالجات في شكل مجموعة كاملة (عائلة) من النماذج ، تختلف في خصائص مختلفة ، وقبل كل شيء ، في تردد الساعة. وبالتالي ، يمكن إنتاج معالج Pentium IV بتعديلات مختلفة بتردد ساعة من 2.0 إلى 3.8 ميجا هرتز. يتم تحديد سرعة ساعة المعالج بواسطة عاملين: تردد ناقل النظام ومضاعف المعالج الداخلي (تردد الساعة الداخلي). لا تعتمد المعلمة الأولى فعليًا على المعالج نفسه ، ولكن يتم تحديدها بواسطة اللوحة الأم ، أو بالأحرى مجموعة شرائحها. يمكن إنتاج اللوحات الأم بترددات مختلفة - من 256 إلى 800 ميجاهرتز. يعمل المعالج على اتصال وثيق بدائرة كهربائية تسمى مولد ساعة. يولد GTS نبضات دورية تزامن تشغيل جميع عقد الكمبيوتر. هذا نوع من المسرع داخل الكمبيوتر. تعمل وحدة المعالجة المركزية على إيقاع هذا المسرع. تردد الساعة يساوي عدد دورات الساعة في الثانية. اللباقة - الفاصل الزمني بين بداية النبض الحالي وبداية النبض التالي. يتم تخصيص عدد معين من دورات الساعة للمعالج لأداء كل عملية. تقاس بالميغاهرتز.
2. خطوة تقنية
   يتكون المعالج من عدة ملايين من الترانزستورات. يمكن اعتبارها تقليديًا كنقاط عند عقد شبكة مستطيلة - مثل حبيبات الفوسفور على شاشة أنبوب أشعة الكاثود (CRT). يتم تحديد المسافة بين ترانزستورات المعالج بواسطة تقنية الإنتاج المستخدمة وهي حاليًا 0.09 ميكرون أو 90 نانومتر. كلما كانت المسافة أقصر ، كان ذلك أفضل. يستلزم تقليل حجم الترانزستور تقليل الخطوة ، مما يعني تقليل طاقة تبديد الحرارة وتكلفة التصنيع ، ويزيد الحد الأقصى لتردد المعالج الذي يمكن تحقيقه.
3. حجم المعالج
   عمق البت يسمى الحد الأقصى للمبلغبتات من التعليمات البرمجية الثنائية التي يمكن معالجتها أو نقلها بواسطة المعالج في نفس الوقت. يتم تحديد شهود المعالج من خلال شاهد سجلاته ، حيث يتم وضع البيانات التي تمت معالجتها. على سبيل المثال ، عرض البت للسجل هو 2 بايت - 16 بت ، ثم عرض البت لوحدة المعالجة المركزية هو 16. ، 8 بايت -64 الخلية هي مجموعة من وحدات البايت المتسلسلة من ذاكرة الوصول العشوائي التي تحتوي على معلومات متاحة للمعالجة بواسطة وحدة منفصلة. أمر المعالج. تسمى محتويات خلية الذاكرة كلمة الآلة. من الواضح أن حجم خلية الذاكرة وكلمة الآلة يساوي سعة البت للمعالج. تبادل المعلومات بين وحدة المعالجة المركزية و الذاكرة الداخليةالتي تنتجها كلمات الآلة. عنوان خلية الذاكرة يساوي عنوان ml. بايت (أقل بايت مرقم) مدرج في الخلية. تبدأ معالجة كل من البايت والخلايا من 0. عناوين الخلية هي مضاعفات عدد البايت في كلمة الآلة. لذا ، الخلية هي مستودع للمعلومات ، والكلمة الآلية هي معلومات في الخلية.
4. مساحة العنوان
   في ناقل العنوان ، يرسل المعالج رمز العنوان - وهو رقم ثنائي يشير إلى عنوان خلية ذاكرة ، أو جهاز خارجيحيث يتم إرسال المعلومات على ناقل البيانات. مساحة العنوان هي مجموعة من العناوين (مجموعة من العناوين) يمكن للمعالج الرجوع إليها باستخدام رمز العنوان. إذا كان رمز العنوان يحتوي على n - bits ، فإن حجم مساحة العنوان هو 2 n بايت عادةً حجم رمز العنوان = عدد الأسطر في ناقل العنوان (عرض ناقل العنوان)
5. بنية وحدة المعالجة المركزية - تصميم المعالج ونظام الأوامر الحالي (التعليمات) تشتمل البنية على العناصر التالية: أ) نظام الأوامر وطرق العنونة ب) احتمالات تداخل تنفيذ الأوامر في الوقت المناسب ج) توفر العقد والأجهزة الإضافية كجزء من MPG) المعالج أوضاع التشغيل) نظام القيادة هي مجموعة من التعليمات التي يمكن للمعالج تنفيذها. х86 ، MMX SSE SSE2 SSE3 3DNOWb)
6. ناقل
   تجمع معالجات اليوم بين تنفيذ العديد من التعليمات المتسلسلة في الوقت المناسب لتشكيل خطوط الأنابيب. المعالج يقسم تنفيذ التعليمات إلى مراحل.
   على سبيل المثال بنتيوم - في 5 مراحل:
   1) قراءة جزء من البرنامج من الذاكرة (إحضار ، قراءة أمر من ذاكرة الوصول العشوائي أو ذاكرة التخزين المؤقت)
   2) تحديد طول التعليمات (فك التشفير وفك تشفير التعليمات ، أي تحديد رمز العملية التي يتم تنفيذها)
   3) تحديد عنوان خلية الذاكرة ، إذا تم استخدامه في هذا الأمر
   4) نفذ الأمر 5) احفظ النتيجة التي تم الحصول عليها. كل مرحلة تسمى خطوة. اتضح ناقل من 5 مراحل.
   في خطوط الأنابيب ، يتم تخصيص دورة ساعة واحدة لكل مرحلة. في كل دورة جديدة ، ينتهي تنفيذ أمر واحد ويبدأ تنفيذ أمر جديد. هذه العملية تسمى معالجة مضمنة ... سيكون إجمالي وقت تنفيذ الأمر في خط أنابيب من 5 مراحل 5 دورات على مدار الساعة. في كل دورة على مدار الساعة ، سيعالج خط الأنابيب 5 تعليمات مختلفة في وقت واحد. وبالتالي، تعمل خطوط الأنابيب على تحسين أداء المعالج ، ولكنها لا تقلل من وقت تنفيذ التعليمات الفردية. يتم الحصول على الفائدة بسبب حقيقة أن العديد من الفرق تتم معالجتها في وقت واحد.
   معالج Superscalar وجود اثنين من الناقلات.
   ناقل سوبر - أكثر من 5 مراحل قيد الإعداد أدى هذا الحل إلى زيادة أداء وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير. يتم تطبيق الكثير من معالجة خطوط الأنابيب. يمكن تنفيذ جميع التعليمات تقريبًا بشكل متوازٍ ، باستثناء تعليمات الفاصلة العائمة والفرعية. يعني الناقل الفائق والسعر الفائق أكثر من خطي أنابيب وأكثر من خمس مراحل في خط الأنابيب ، على التوالي. لخط الأنابيب تأثير ملحوظ على سرعة تنفيذ الأقسام الخطية من البرامج التي يمكن تنفيذها بالتوازي ، باستثناء عمليات الفاصلة العائمة وتعليمات الفروع.
7. الأجهزة المدمجة
   المكونات الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية هي النواة وذاكرة التخزين المؤقت والحافلة.
   نواة المعالجيتبع التعليمات. يتم تخزين عمليات التعليمات في السجلات. يحدد حجم السجلات سعة البت للمعالج. مفهوم "النواة" له أيضًا معنى طوبولوجي - فهو يقع في وسط الدائرة المصغرة للمعالج ، وتوجد ذاكرة التخزين المؤقت والكتل الأخرى على طول محيطها. يمكن بناء نفس نوع المعالج على "مراكز" مختلفة. اليوم لدينا أنظمة متعددة النواة. وضع 2 ، 4 ، 6 ، 8 نوى في قالب واحد.
   الذاكرة المؤقتة(ذاكرة الوصول العشوائي المؤقتة) - تستخدم ذاكرة ثابتة عالية السرعة (SRAM) لتسريع الوصول إلى البيانات المخزنة في ذاكرة ديناميكية (DRAM) أبطأ ولكن أرخص. يتم تسريع الوصول عندما يصل المعالج بشكل متكرر إلى نفس البيانات أو تعليمات البرنامج. تخزن ذاكرة التخزين المؤقت أحدث البيانات من التعليمات ، ويقرأها المعالج بسرعة من ذاكرة التخزين المؤقت. ذاكرة التخزين المؤقت هي نوع من المخزن المؤقت المطابق معالج سريعوذاكرة الوصول العشوائي البطيئة نسبيًا ، مما يؤدي إلى تسريع معالجة البيانات بشكل كبير.
   هناك نوعان: L1 و L2 (المستويان 1 و 2 من مستوى اللغة الإنجليزية - "المستوى").
   تم دمج ذاكرة التخزين المؤقت L1 في الأصل في قالب المعالج وهي جزء لا يتجزأ منه. يحتوي على تعليمات المعالج وبيانات لهذه التعليمات. تعد ذاكرة التخزين المؤقت الكبيرة L1 مفيدة جدًا في بيئة تعدد المهام ، حيث تقوم بتخزين ما يسمى بسياق المهمة ، أي المعلومات التي تحتاجها للتبديل إلى هذه المهام واحدة تلو الأخرى. الحجم 2 * 32 كيلو بايت ، 2 * 64 كيلو بايت ، 2 * 128 كيلو بايت ، 2 * 256 كيلو بايت.
   يتم استخدام ذاكرة التخزين المؤقت L2 لتعويض الاختلاف في تردد المعالج وذاكرة الوصول العشوائي. توضع على السجادة أو عليها. لوحة أو في حالة المعالج ، منفصلة عن جوهرها. المعلمة الرئيسية الخاصة به هي الحجم: كلما كان حجمه أكبر ، كان يعمل النظام بشكل أسرع. لكن الذاكرة باهظة الثمن ، لذا فإن حجم ذاكرة التخزين المؤقت يمثل مقايضة بين الأداء وتكلفة النظام. الأحجام النموذجية لذاكرة التخزين المؤقت لمختلف المعالجات (512 كيلوبايت ، 1 ميجابايت ، 2 ميجابايت ، 4 ميجابايت) يتم أخذ الأوامر والبيانات اللازمة من ذاكرة التخزين المؤقت الأسرع ، حيث يتم إدخالها مسبقًا. استخدام اثنين CACHES يزيل التعارضات عند قراءة المعلومات ، هناك قراءة متزامنة.
   يتواصل المعالج مع الأجهزة الأخرى على اللوحة الأم ، ولا سيما مع الذاكرة الرئيسية ، من خلال ناقل المعالج.لاحظ أنه في وقت سابق كانت كل من الذاكرة الرئيسية والمعالج على نفس الناقل ، والذي كان يسمى ناقل النظام. المعالج لديه الآن ناقل خاص به لتحسين الأداء. (1066 ميجا هرتز ، 800 ميجا هرتز ، 533 ميجا هرتز ، 333 ميجا هرتز). معالج مساعد - كتلة خاصة للعمليات ذات "الفاصلة العائمة" (أو الفاصلة). يتم استخدامه لإجراء حسابات دقيقة ومعقدة بشكل خاص ، وكذلك للعمل مع عدد من برامج الرسومات.
8. يمكن تمييز الأجزاء الرئيسية التالية في المعالج:
   —كتلة توقع الفروع (عناوين الفروع - UBAP) ؛
   -كتلة العمليات الحسابية بالنقطة العائمة ؛
   - أدوات الكشف عن أخطاء وحدة المعالجة المركزية
   مراقبة فروع البرنامج.
   إذا واجه البرنامج قفزة مشروطة أو غير مشروطة ، فبعد فك تشفير تعليمات الانتقال واستلام العنوان ، يبدأ المعالج في قراءة البيانات من العنوان الجديد. من الواضح أن خط الأنابيب خاملاً حتى يتم استلام هذا العنوان. يحدث مثل هذا الموقف في كثير من الأحيان ، لذلك ، لتقليل النتائج "السلبية" لتفرع البرنامج ، يتم تذكر جميع الفروع التي تمت مواجهتها في البرنامج في مخزن مؤقت لهدف فرع خاص. عند تنفيذ تعليمات الفرع ، يتحقق المعالج من وجود عنوان في المخزن المؤقت ويبدأ في قراءة البرنامج من هذا العنوان. في حالة القفزة غير المشروطة ، يتم إنشاء جدول "محفوظات" للانتقالات ، بناءً عليه يقرر المعالج ما إذا كان سيتم إجراء الانتقال أم لا ، ويبدأ في تنفيذ التعليمات من العنوان المتوقع - ما يسمى بالمضاربة التنفيذ: من الواضح أنه إذا تم التنبؤ بالعنوان بشكل غير صحيح ، فسيتم إنهاء جميع عمليات التنفيذ ، ويتم مسح خط الأنابيب ، ويبدأ التنفيذ من العنوان الصحيح. لذلك ، من المهم جدًا أن يكون احتمال التنبؤ الصحيح هو الأعلى. في المعالجات الحديثة يقع في حدود 80-90٪.
   تعمل وحدة التنبؤ بعنوان الفرع على تحسين الأداء عن طريق توفير الوقت من خلال التنبؤ بالمسارات الممكنة لتنفيذ خوارزمية التفرع.
   وحدة النقطة العائمة (FPU).
   توفر هذه الكتلة عمليات MMX بالنقطة العائمة والوسائط المتعددة. يحتوي عادةً على خط أنابيب منفصل خاص به ، حيث أنه ، كقاعدة عامة ، يمكن إجراء مثل هذه العمليات في خط أنابيب واحد فقط. في الآونة الأخيرة ، بدأ الاهتمام بأداء FPU بسبب ظهور العديد من التطبيقات المكتوبة لأوامر MMX أو للعمل مع رسومات ثلاثية الأبعاد ، ناهيك عن المهام الحسابية البحتة.
   نظرًا لكونها أجهزة معقدة للغاية ، فإن المعالجات الحديثة لديها القدرة على تخصيص معلماتها. على سبيل المثال ، في معالجات Pentium ، يمكنك تعطيل خط الأنابيب الثاني أو وحدة التنبؤ بالفرع ، مما يسمح لك بتقييم مكاسب الأداء التي توفرها هذه العناصر الأساسية للمعالج. بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك جميع المعالجات تقريبًا ما يسمى ببطاقة العمل الخاصة بها - وهي تعليمات خاصة تساعد على تحديد المعالج بشكل لا لبس فيه. تسمى هذه التعليمات CPUID وتعطي اسم شركة المطور ، ونوع العائلات ، وطراز المعالج وإصداره ، وتوضح أيضًا خصائصه الرئيسية ، لا سيما وجود وحدة FPU أو MMX.
   توافر أدوات الكشف عن أخطاء وحدة المعالجة المركزية.
   تحتوي وحدة المعالجة المركزية على أجهزة اختبار ذاتي لاختبار صحة معظم عناصر المعالج. باستخدام تنسيق بيانات مخصص: بت التكافؤ ، بمعنى آخر. يتم إضافة بت التكافؤ إلى كل معامل ، ونتيجة لذلك ، تصبح جميع الأرقام متساوية ، وظهور رقم فردي هو إشارة إلى فشل المعالج.

أجهزة الحماية الحرارية للمعالجات

تسخن المعالجات بشدة أثناء التشغيل - تصل درجة حرارتها إلى 7 درجة مئوية ... 9 درجة مئوية. يهدد ارتفاع درجة حرارة المعالج بمشاكل كبيرة تصل إلى فشل كامل. يمكن أن تحترق ببساطة ، مثل أي جهاز كهربائي. لذلك ، يجب أن يوفر تصميم المعالج نظام تبريد فعال. وحدة النظام الفعلية للكمبيوتر مجهزة بالفعل بمروحة ، ولكنها مخصصة أساسًا لتبريد مصدر الطاقة نفسه وجزئيًا فقط لتبريد اللوحة الأم بمعالج مثبت عليها. بالنسبة للمعالجات الحديثة ، التي تبلغ قوتها 40 ... 70 واط ، فإن هذا غير كافٍ تمامًا.
لذلك ، فإن المعالج المركزي مجهز بمفرده نظام التبريد... إنها تتكون من المشعاعالتي تعلق مباشرة على علبة المعالج ، و المعجبيبرد زعانف المبرد.

المشعاع

هذه لوحة معدنية ذات سطح مضلع ، مما أدى إلى زيادة التبادل الحراري بين المعالج والبيئة بشكل كبير. مساحة سطح بلورة المعالج صغيرة للغاية ولا تتجاوز بضعة سنتيمترات مربعة. هذا غير كافٍ تمامًا لتبديد الطاقة الحرارية التي يبددها المعالج بشكل فعال. بفضل السطح المضلع ، يزيد المبرد من مساحة ملامسته للحرارة مع البيئة مئات المرات.
المستخدمة حاليا أنواع مختلفةمشعات.

مشعات مبثوقة (بثق)

هذه هي المشعات الأبسط والأرخص والأكثر شيوعًا. لإنتاجها ، يتم استخدام الألومنيوم - معدن ذو موصلية حرارية عالية بدرجة كافية. يتم تصنيع المشعات بالضغط ، مما يسمح بالحصول على مظهر سطح معقد إلى حد ما وتحقيق خصائص تبديد حرارة جيدة.

مشعات مطوية

إنها تختلف في تصميم تكنولوجي مثير للاهتمام إلى حد ما: يتم تثبيت شريط معدني رفيع ملفوف في أكورديون على اللوحة الأساسية للرادياتير عن طريق اللحام أو بمساعدة معاجين خاصة موصلة للحرارة ، والتي تلعب طياتها دور السطح المضلع . عادة ما تكون هذه المشعات مصنوعة من النحاس - لها موصلية حرارية أعلى من الألومنيوم.

مشعات مطروقة (مشكلة على البارد)

لتصنيعها ، يتم استخدام تقنية الضغط على البارد ، مما يجعل من الممكن تشكيل سطح المبرد في شكل قضبان من أقسام مختلفة. المادة الرئيسية هي الألومنيوم ، ولكن في بعض الأحيان يتم تثبيت الألواح النحاسية في القاعدة لتحسين خصائص تبديد الحرارة. هذه تقنية معقدة نوعًا ما ، لذا فإن المشعات المزورة أغلى من "البثق" و "المطوية" ، ولكنها ليست دائمًا أفضل من حيث الكفاءة الحرارية.

مشعات مخروطية

تعتبر هذه المنتجات اليوم أغلى المنتجات ، حيث يعتمد إنتاجها على التصنيع عالي الدقة لقطع العمل المتجانسة. إنها تختلف ليس فقط في أعلى خصائص الأداء ، ولكن أيضًا في السعر المرتفع. مصنوع من النحاس والألمنيوم.

المشجعين

اليوم ، حتى المشعات الأكثر تقدمًا لا يمكنها التعامل مع مهمة تبريد المعالجات عالية الأداء بكفاءة. لا يمكن تحسين نقل الحرارة بشكل كبير إلا بمساعدة المراوح الدقيقة الخاصة - مبردات (من English cool - "to cool")، والتي يتم تثبيتها فوق المبرد وتنفخ الهواء فوق زعانفها.
مثل أي مروحة أخرى ، يتكون المبرد من محرك كهربائي ، يتم تثبيت المكره على محورها. السمة الرئيسية للمروحة هي أداء- قيمة توضح حجم تدفق الهواء الذي يتم ضخه. معدلات التدفق النموذجية هي 10… 80 بوصة مكعبة في الدقيقة. كلما ارتفع أداء المروحة ، كان تبريد المعالج أفضل. يعتمد أداء المروحة على حجم المكره وسرعة المحرك. كلما زادت سرعة دوران المكره ، زاد أداء المروحة. القيم النموذجية لسرعة الدوران هي 1500 ... 7000 دورة في الدقيقة. مع زيادة حجم المكره ، يزداد أداء المروحة وأبعادها الكلية ووزنها.
الأحجام القياسية الأكثر شيوعًا هي 60 × 60 × 15 ملم ، 60 × 60 × 20 ملم ، 60 × 60 × 25 ملم ، 70 × 70 × 15 ملم ، 80 × 80 × 25 ملم. تتضمن معلمات التشغيل مستوى الضوضاء وعمر خدمة المروحة. يتم التعبير عن مستوى ضوضاء المروحة بالديسيبل (ديسيبل) وعادة ما يكون في حدود 20 ... 50 ديسيبل. تعتبر المراوح التي يقل مستوى ضوضاءها عن 30 ديسيبل هادئة. يتم التعبير عن عمر الخدمة (أو الوقت بين الأعطال) للمروحة بآلاف الساعات وهو مؤشر على موثوقيتها ومتانتها. تبلغ مدة خدمة المراوح 40 ... 50 ألف ساعة ، أي حوالي خمس سنوات من التشغيل المستمر على مدار الساعة.

تستخدم معظم معالجات Intel تصميم حزمة يسمى FC-PGA (اختصار لـ Flip Chip Pin Grid Array). الحقيقة هي أن البلورة مقلوبة وتخرج الجزء العلويحاويات لتبريد أفضل. سطح اللب مغطى بمبدد حراري ، وهو عبارة عن صفيحة نحاسية مغطاة بطبقة واقية رقيقة. يمكن أن يختلف عدد المسامير في العلبة: 423 ، 478 ، 604 ، 775. يمكن توفير المعالجات (بالإضافة إلى جميع مكونات الكمبيوتر الشخصي الأخرى) كما هو الحال في الإصدار المعتاد مع الحد الأدنى من المجموعة ( OEM - الشركة المصنعة للمعدات الأصلية) وفي الإصدار المعبأ ( صندوق الوارد)، بمعنى آخر. في صندوق شحن مع دليل التثبيت وضمان لمدة 3 سنوات. تكلفة معالج In Box أعلى ببضعة دولارات فقط من تكلفة حزمة OEM العادية ، وهي غير مكلفة للغاية بالنظر إلى سعر المبرد الذي يأتي مع عبوة معبأة.

رفع تردد التشغيل

رفع تردد التشغيل- طريقة تشغيل أي جهاز للمزيد تردد عاليمن المعيار ، أي على التردد المحدد في أدائها. يمكن زيادة سرعة التشغيل لأن معظم الأجهزة بها هامش أمان معين. عادة ما تكون الزيادة الطفيفة في التردد غير مؤلمة وتعطي ربحًا بنسبة 10٪. إذا تم تجاوز القيمة الحرجة ، فمن الممكن حدوث سخونة زائدة وفشل كامل لجهاز باهظ الثمن. لذلك ، يقوم المستخدم برفع تردد التشغيل على مسؤوليته الخاصة ومخاطره ، وغالبًا ما يفقد ضمان البائع. الهدف الرئيسي لكسر السرعة هو المعالج المركزي. ومع ذلك ، يمكنك رفع تردد التشغيل عن كل من الذاكرة ومعالج بطاقة الفيديو.

كيفية تثبيت معالج Pentium IV في فتحة لوحة النظام

• اضبط ذراع مقبس المعالج (أ) على وضع "الفتح" ، حيث من الضروري أخذه قليلاً إلى الجانب ورفعه حتى نقطة التوقف ؛
• قم بتثبيت المعالج في المقبس وحرك الرافعة إلى الوضع "المغلق" (يجب أن يشير المثلث الذهبي في المعالج إلى قاعدة المزلاج) ؛
• تطبيق مركب موصل للحرارة على السطح العلوي للمعالج (ب) وتوزيع المعجون بالتساوي على سطحه ؛
• قم بمحاذاة قاعدة المبدد الحراري مع آلية الاحتفاظ وقم بتثبيت المبدد الحراري على المعالج. دون ترك العجينة تجف ، قم بإجراء عدة حركات تذبذبية منتظمة ، وحرك المبرد قليلاً على طول المعالج ، بحيث يتم توزيع العجينة الحرارية بالتساوي على المبرد ؛
• بدءًا من علامة التبويب المركزية (B) ، قم بتثبيت المشابك (D) على ألسنة آلية التثبيت (B ، D ، E).
• أدخل الموصل (G) الخاص بكابل المروحة في مقبس ثلاثي الشوكات ، والذي يقع عادة بالقرب من موصل المعالج المركزي والمخصص لوحدة المعالجة المركزية FAN.

أمثلة على معالجات إنتل الحديثة

معالج Intel® Core ™ i7 Extreme Edition

• الجيل الثاني من معالجات Intel® Core ™ i7
• معالجات Intel® Core ™ i5 من الجيل الثاني

معالجات Intel® Core ™ i3 من الجيل الثاني

• عائلة المعالجات Intel® Core ™ vPro ™

Intel Quad-Core Xeon X5550 للخوادم

• معالج Intel Xeon E5620 لمحطات العمل