Čo je CPU a čo robí?

Najdôležitejšou súčasťou vášho počítača, ak by ste si museli vybrať iba jeden, by bola centrálna procesorová jednotka (CPU). Je to primárny rozbočovač (alebo „mozog“) a spracúva pokyny pochádzajúce z programov, operačného systému alebo iných súčastí vášho počítača.

Čísla 1 a 0

Vďaka výkonnejším procesorom sme prešli od sotva schopnosti zobraziť obraz na obrazovke počítača k Netflixu, videohovoru, streamovaniu a čoraz realistickejším videohrám.

CPU je zázrak v oblasti inžinierstva, ale vo svojej podstate sa stále spolieha na základný koncept interpretácie binárnych signálov (1 a 0). Rozdiel teraz spočíva v tom, že namiesto čítania diernych štítkov alebo pokynov na spracovanie pomocou súprav vákuových trubíc používajú moderné procesory malé tranzistory na vytváranie videí TikTok alebo na vyplnenie čísel v tabuľke.

Základy CPU

Výroba CPU je komplikovaná. Dôležitým bodom je, že každý procesor má kremík (buď jeden kus alebo niekoľko), v ktorom sa nachádzajú miliardy mikroskopických tranzistorov.

Ako sme už spomínali, tieto tranzistory používajú sériu elektrických signálov (prúd „zapnutý“ a prúd „vypnutý“) na vyjadrenie binárneho kódu stroja zloženého z 1 a 0. Pretože týchto tranzistorov je toľko, môžu CPU vykonávať čoraz zložitejšie úlohy pri vyšších rýchlostiach ako doteraz.

Počet tranzistorov nemusí nutne znamenať, že procesor bude rýchlejší. Stále je to však zásadný dôvod, prečo má telefón, ktorý nosíte vo vrecku, oveľa väčší výpočtový výkon, ako možno celá planéta, keď sme šli prvýkrát na Mesiac.

Predtým, ako sa dostaneme ďalej v koncepčnom rebríčku CPU, poďme sa rozprávať o tom, ako CPU vykonáva inštrukcie založené na strojovom kóde, ktoré sa nazývajú „inštrukčná sada“. CPU od rôznych spoločností môžu mať rôzne inštrukčné sady, ale nie vždy.

Väčšina počítačov so systémom Windows a súčasných procesorov Mac napríklad používa inštrukčnú sadu x86-64 bez ohľadu na to, či ide o procesor Intel alebo AMD. Počítače Mac debutujúce koncom roku 2020 však budú mať procesory založené na ARM, ktoré používajú inú sadu inštrukcií. Existuje tiež malý počet počítačov so systémom Windows 10, ktoré používajú procesory ARM.

SÚVISIACE: Čo je to binárne a prečo ho počítače používajú?

Jadrá, medzipamäte a grafika

Teraz sa pozrime na samotný kremík. Vyššie uvedená schéma pochádza z bielej knihy spoločnosti Intel o architektúre procesorov spoločnosti Core i7-4770S, ktorá bola zverejnená v roku 2014. Toto je iba príklad toho, ako vyzerá jeden procesor - ostatné procesory majú odlišné rozloženie.

Môžeme vidieť, že ide o štvorjadrový procesor. Boli časy, keď CPU mal iba jedno jadro. Teraz, keď máme viac jadier, spracovávajú pokyny oveľa rýchlejšie. Jadrá môžu mať aj niečo, čo sa nazýva hypervlákanie alebo simultánne viacvlákanie (SMT), vďaka čomu sa jedno jadro zdá pre PC ako dve. To, ako si viete predstaviť, pomáha ešte viac urýchliť časy spracovania.

Jadrá v tomto diagrame zdieľajú niečo, čo sa nazýva vyrovnávacia pamäť L3. Toto je forma zabudovanej pamäte vo vnútri procesora. CPU tiež obsahujú cache L1 a L2 obsiahnuté v každom jadre, rovnako ako registre, ktoré sú formou nízkoúrovňovej pamäte. Ak chcete pochopiť rozdiely medzi registrami, keškami a systémovou RAM, vyskúšajte túto odpoveď na StackExchange.

CPU zobrazený vyššie obsahuje aj systémového agenta, radič pamäte a ďalšie časti kremíka, ktoré riadia informácie prichádzajúce do a vystupujúce z CPU.

Nakoniec je tu zabudovaná grafika procesora, ktorá generuje všetky tie nádherné vizuálne prvky, ktoré vidíte na obrazovke. Nie všetky procesory obsahujú svoje vlastné grafické možnosti. Napríklad stolné procesory AMD Zen vyžadujú na zobrazenie všetkého na obrazovke samostatnú grafickú kartu. Niektoré stolné procesory Intel Core taktiež neobsahujú integrovanú grafiku.

CPU na základnej doske

Teraz, keď sme sa pozreli na to, čo sa deje pod kapotou procesora, pozrime sa, ako sa integruje so zvyškom vášho PC. CPU sa nachádza v zásuvke na základnej doske vášho počítača.

Akonáhle je zasunutý v zásuvke, ďalšie časti počítača sa môžu pripojiť k CPU pomocou niečoho, čo sa nazýva „zbernica“. Napríklad RAM sa pripája k CPU prostredníctvom vlastnej zbernice, zatiaľ čo veľa komponentov počítača používa konkrétny typ zbernice, ktorý sa nazýva „PCIe“.

Každý CPU má sadu „PCIe pruhov“, ktoré môže používať. Napríklad procesory Zen 2 od AMD majú 24 pruhov, ktoré sa pripájajú priamo k CPU. Tieto pruhy potom rozdelia výrobcovia základných dosiek pod vedením AMD.

Napríklad pre slot pre grafickú kartu x16 sa zvyčajne používa 16 pruhov. Potom existujú štyri pruhy pre ukladanie, napríklad jedno rýchle úložné zariadenie, napríklad M.2 SSD. Alternatívne je možné tieto štyri jazdné pruhy rozdeliť. Pre M.2 SSD by sa dali použiť dva pruhy a dva pre pomalšiu jednotku SATA, ako napríklad pevný disk alebo 2,5-palcový SSD.

To je 20 jazdných pruhov, ďalšie štyri sú vyhradené pre čipset, ktorý je komunikačným centrom a radičom dopravy pre základnú dosku. Čipová sada má potom svoju vlastnú sadu zbernicových pripojení, čo umožňuje pridať k počítaču ešte viac komponentov. Ako možno čakáte, výkonnejšie komponenty majú priamejšie pripojenie k CPU.

Ako vidíte, procesor vykonáva väčšinu inštrukcií a niekedy dokonca funguje aj grafika (ak je na to postavená). CPU však nie je jediný spôsob spracovania pokynov. Ostatné komponenty, napríklad grafická karta, majú svoje vlastné možnosti integrovaného spracovania. GPU tiež používa svoje vlastné možnosti spracovania na prácu s CPU a na spúšťanie hier alebo na vykonávanie iných graficky náročných úloh.

Veľkým rozdielom je to, že komponenty procesorov sú postavené na konkrétnych úlohách. CPU je však univerzálne zariadenie schopné robiť akékoľvek výpočtové úlohy, od ktorých sa požaduje. Preto vo vašom PC kraľuje CPU a zvyšok systému sa spolieha na to, že bude fungovať.