▷ Bagian dari prosesor di luar dan di dalam: konsep dasar?

Tentunya kita semua tahu kira-kira apa itu CPU, tetapi apakah kita benar - benar tahu apa bagian dari prosesor itu ? Masing-masing dan setiap yang utama, yang diperlukan untuk kotak silikon kecil ini untuk dapat memproses sejumlah besar informasi, dapat mentransfer manusia ke era di mana, tanpa memiliki sistem elektronik, akan menjadi bencana total.

Prosesor sudah menjadi bagian dari kehidupan kita sehari-hari, terutama orang-orang yang telah dilahirkan dalam 20 tahun terakhir. Banyak yang telah tumbuh sepenuhnya bercampur dengan teknologi, belum lagi anak-anak kecil yang membawa Smartphone di bawah lengan mereka alih-alih sepotong roti… Di semua perangkat ini, ada elemen umum yang disebut prosesor, yang bertanggung jawab untuk memberikan "kecerdasan" kepada mesin di sekitar kita. Jika elemen ini tidak ada, komputer, ponsel, robot, dan jalur perakitan tidak akan, singkatnya, semua orang akan bekerja… tetapi tidak mungkin untuk sampai ke tempat kami membuatnya, masih belum ada dunia seperti "Matrix" tetapi semuanya akan pergi.

Indeks isi

Apa itu prosesor dan mengapa begitu penting

Pertama-tama, kita harus sadar bahwa tidak hanya komputer yang memiliki prosesor di dalamnya. Semua perangkat elektronik, semuanya, memiliki elemen yang berfungsi sebagai prosesor, apakah itu jam digital, robot yang dapat diprogram, atau Smartphone.

Tapi tentu saja, kita juga harus menyadari bahwa, tergantung pada kemampuan mereka dan untuk apa mereka diproduksi, prosesor mungkin lebih atau kurang kompleks, dari hanya menjalankan suksesi kode biner untuk menyalakan panel LED, hingga menangani sejumlah besar informasi, termasuk belajar dari mereka (Pembelajaran Mesin dan Kecerdasan Buatan).

CPU atau Central Processing Unit dalam Bahasa Spanyol adalah sirkuit elektronik yang mampu melaksanakan tugas dan instruksi yang terkandung dalam suatu program. Instruksi-instruksi ini sangat disederhanakan, dan didasari pada perhitungan aritmatika dasar (penjumlahan, pengurangan, penggandaan, dan pembagian), operasi logis (DAN, ATAU, BUKAN, NOR, NAND), dan kontrol input / output (I / O). perangkat.

Maka prosesor adalah elemen yang bertugas melaksanakan semua operasi yang membentuk instruksi suatu program. Jika kita menempatkan diri kita dalam sudut pandang mesin, operasi ini direduksi menjadi rantai nol sederhana dan satu, yang disebut bit, dan yang mewakili keadaan saat ini / tidak saat ini, sehingga membentuk struktur logis biner yang bahkan mampu dilakukan oleh manusia. untuk memahami dan memprogram dalam kode mesin, assembler atau melalui bahasa pemrograman tingkat yang lebih tinggi.

Transistor, penyebab semuanya

Prosesor tidak akan ada, setidaknya sekecil, jika bukan untuk transistor. Mereka adalah unit dasar sehingga untuk setiap prosesor dan sirkuit terintegrasi. Ini adalah perangkat semikonduktor yang menutup atau membuka rangkaian listrik atau memperkuat sinyal. Dengan cara ini, ini adalah bagaimana kita dapat membuat satu dan nol, bahasa biner yang dimengerti CPU.

Transistor ini dimulai sebagai katup vakum, perangkat seperti bola lampu besar yang mampu melakukan pergantian transistor sendiri, tetapi dengan elemen mekanis dalam ruang hampa. Komputer seperti ENIAC atau EDVAC memiliki katup vakum di dalamnya bukan transistor dan mereka sangat besar dan praktis menghabiskan energi kota kecil. Mesin-mesin ini adalah yang pertama dengan arsitektur Von Neumann.

Tetapi pada 1950-an hingga 1960-an, CPU transistor pertama mulai dibuat - pada kenyataannya, itu adalah IBM pada tahun 1958 ketika ia menciptakan mesin berbasis transistor semikonduktor pertama dengan IBM 7090. Sejak saat itu evolusi sangat spektakuler, pabrikan seperti Intel dan kemudian AMD mulai membuat prosesor pertama untuk komputer desktop, menerapkan arsitektur x86 yang revolusioner, berkat CPU Intel 8086. Bahkan, bahkan hari ini, prosesor desktop kami didasarkan pada arsitektur ini, nanti kita akan melihat bagian-bagian dari prosesor x86.

Setelah ini, arsitektur mulai menjadi semakin kompleks, dengan chip yang lebih kecil dan juga dengan pengenalan pertama lebih banyak inti di dalamnya, dan kemudian dengan inti yang didedikasikan khusus untuk pemrosesan grafis. Bahkan bank memori ultra-cepat yang disebut memori cache dan bus koneksi dengan memori utama, RAM, diperkenalkan di dalam chip kecil ini.

Bagian luar prosesor

Setelah ulasan singkat tentang sejarah prosesor hingga saat ini, kita akan melihat elemen eksternal apa yang dimiliki prosesor saat ini. Kita berbicara tentang elemen fisik yang dapat disentuh dan yang dalam pandangan pengguna. Ini akan membantu kita lebih memahami kebutuhan fisik dan konektivitas prosesor.

Soket

Soket atau soket CPU adalah sistem elektromekanis yang dipasang secara tetap pada motherboard yang bertanggung jawab untuk menghubungkan prosesor dengan elemen-elemen lain di papan dan komputer. Ada beberapa tipe dasar soket di pasaran dan juga dengan berbagai konfigurasi. Ada tiga elemen dalam nama atau denominasi Anda yang akan membuat kami memahami mana yang sedang kita bicarakan:

Pabrikan dapat berupa Intel atau AMD dalam hal komputer pribadi, ini adalah sesuatu yang sederhana untuk dipahami. Adapun jenis koneksi kami memiliki tiga jenis:

• LGA: (larik kontak kotak), berarti pin kontak dipasang di soket itu sendiri, sedangkan CPU hanya memiliki larik kontak datar. PGA: (susunan kotak pin), itu kebalikan dari yang sebelumnya, itu adalah prosesor yang memiliki pin, dan soket lubang untuk memasukkannya. BGA: (ball grid array), dalam hal ini prosesor langsung disolder ke motherboard.

Adapun nomor terakhir, ini mengidentifikasi jenis distribusi atau jumlah pin koneksi yang dimiliki CPU dengan soket. Ada sejumlah besar dari mereka baik di Intel maupun AMD.

Substrat

Substrat pada dasarnya adalah PCB tempat chip silikon yang berisi sirkuit elektronik inti, yang disebut DIE, dipasang. Prosesor hari ini mungkin memiliki lebih dari satu elemen yang diinstal secara terpisah.

Tetapi juga PCB kecil ini berisi seluruh matriks pin koneksi dengan soket motherboard, hampir selalu berlapis emas untuk meningkatkan transfer listrik, dan dengan perlindungan terhadap kelebihan dan lonjakan arus dalam bentuk kapasitor.

MATI

DIE adalah tepatnya kuadrat atau chip yang berisi semua sirkuit terintegrasi dan komponen internal prosesor. Secara visual, terlihat sebagai elemen hitam kecil yang menonjol dari substrat dan melakukan kontak dengan elemen disipasi panas.

Karena seluruh sistem pemrosesan ada di dalamnya, DIE mencapai suhu yang sangat tinggi, sehingga harus dilindungi oleh elemen lain.

IHS

Juga disebut DTS atau Integrated Thermal Diffuser, dan fungsinya adalah untuk menangkap semua suhu inti prosesor dan mentransfernya ke heatsink yang telah dipasang oleh elemen ini. Itu terbuat dari tembaga atau aluminium.

Elemen ini adalah lembaran atau enkapsulasi yang melindungi DIE dari luar, dan dapat bersentuhan langsung dengannya melalui pasta termal atau dilas langsung. Di peralatan permainan khusus, pengguna menghapus IHS ini untuk menempatkan heatsink secara langsung dalam kontak dengan DIE menggunakan pasta termal dalam senyawa logam cair. Proses ini disebut Delidding dan tujuannya adalah untuk secara substansial meningkatkan suhu prosesor.

Heatsink

Elemen terakhir yang bertanggung jawab untuk menangkap panas sebanyak mungkin dan memindahkannya ke atmosfer. Mereka adalah balok kecil atau besar yang terbuat dari aluminium dan dasar tembaga, dilengkapi dengan kipas yang membantu mendinginkan seluruh permukaan dengan cara mengalirkan udara melalui sirip.

Setiap prosesor PC membutuhkan heatsink agar berfungsi dan menjaga suhu tetap terkendali.

Nah ini adalah bagian dari prosesor secara eksternal, sekarang kita akan melihat bagian yang paling teknis, komponen internalnya.

Arsitektur Von Neumann

Komputer saat ini didasarkan pada arsitektur Von Neumann, yang merupakan ahli matematika yang bertugas memberikan kehidupan pada komputer pertama dalam sejarah pada tahun 1945, Anda tahu, ENIAC dan teman-teman besar lainnya. Arsitektur ini pada dasarnya adalah cara di mana elemen-elemen atau komponen-komponen komputer didistribusikan sehingga operasinya dimungkinkan. Ini terdiri dari empat bagian dasar:

• Program dan memori data: ini adalah elemen tempat instruksi yang akan dieksekusi dalam prosesor disimpan. Ini terdiri dari drive penyimpanan atau hard drive, RAM akses acak, dan program yang berisi instruksi itu sendiri. Central Processing Unit atau CPU: ini adalah prosesor, unit yang mengontrol dan memproses semua informasi yang berasal dari memori utama dan perangkat input. Unit input dan output: memungkinkan komunikasi dengan periferal dan komponen yang terhubung ke unit pusat. Secara fisik kita dapat mengidentifikasi mereka sebagai slot dan port dari motherboard kita. Data bus: adalah trek, trek atau kabel yang secara fisik menghubungkan elemen -elemen.Dalam CPU mereka dibagi menjadi bus kontrol, bus data dan bus alamat.

Prosesor multi-inti

Sebelum kita mulai membuat daftar komponen internal prosesor, sangat penting untuk mengetahui inti prosesor dan fungsinya.

Inti dari sebuah prosesor adalah sirkuit terintegrasi yang bertanggung jawab untuk melakukan perhitungan yang diperlukan dengan informasi yang melewatinya. Setiap prosesor beroperasi pada frekuensi tertentu, diukur dalam MHz, yang menunjukkan jumlah operasi yang mampu dilakukan. Nah, prosesor saat ini tidak hanya memiliki inti, tetapi beberapa di antaranya, semuanya dengan komponen internal yang sama dan mampu menjalankan dan menyelesaikan instruksi secara bersamaan di setiap siklus clock.

Jadi jika prosesor inti dapat menjalankan satu instruksi dalam setiap siklus, jika itu memiliki 6, itu bisa mengeksekusi 6 instruksi ini dalam siklus yang sama. Ini adalah peningkatan kinerja yang dramatis, dan itulah yang dilakukan prosesor saat ini. Tapi kami tidak hanya memiliki inti, tetapi juga memproses utas, yang seperti semacam inti logis yang melaluinya benang program beredar.

Kunjungi artikel kami di: apa untaian prosesor? Beda dengan inti tahu lebih banyak tentang subjek.

Bagian internal prosesor (x86)

Ada banyak arsitektur dan konfigurasi mikroprosesor yang berbeda, tetapi yang menarik minat kami adalah yang ada di dalam komputer kami, dan ini tidak diragukan lagi yang menerima nama x86. Kita bisa melihatnya secara fisik atau skematis untuk membuatnya sedikit lebih jelas, tahu bahwa semua ini ada dalam DIE.

Kita harus ingat bahwa Unit Kontrol, Unit Aritmatika-Logika, Register dan FPU akan hadir di masing-masing inti prosesor.

Pertama mari kita lihat komponen internal utama:

Unit kontrol

Dalam bahasa Inggris disebut Conrol Unit atau CU, ia bertugas mengarahkan operasi prosesor. Ini dilakukan dengan mengeluarkan perintah dalam bentuk sinyal kontrol ke RAM, unit aritmatika-logika, dan perangkat input dan output sehingga mereka tahu bagaimana mengelola informasi dan instruksi yang dikirim ke prosesor. Misalnya, mereka mengumpulkan data, melakukan perhitungan, dan menyimpan hasil.

Unit ini memastikan bahwa komponen lainnya bekerja dalam sinkronisasi menggunakan sinyal clock dan timing. Sebenarnya semua prosesor memiliki unit ini di dalam, tetapi katakanlah itu di luar apa inti dari pemrosesan itu sendiri. Pada gilirannya, kita dapat membedakan di dalamnya bagian-bagian berikut:

• Clock (CLK): bertanggung jawab untuk menghasilkan sinyal persegi yang mensinkronkan komponen internal. Ada jam lain yang bertanggung jawab atas sinkronisasi antara elemen-elemen ini, misalnya, pengali, yang akan kita lihat nanti. Penghitung program (CP): berisi alamat memori dari instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi. Instruction Register (RI): menyimpan instruksi yang sedang dieksekusi Sequencer and Decoder: menafsirkan dan mengeksekusi instruksi melalui perintah

Unit Aritmatika-Logis

Anda pasti akan tahu ini dengan akronimnya "ALU". ALU bertugas melaksanakan semua perhitungan aritmatika dan logis dengan bilangan bulat pada tingkat bit, unit ini bekerja secara langsung dengan instruksi (operan) dan dengan operasi yang telah diminta oleh unit kontrol untuk dilakukan (operator).

Operan dapat berasal dari register internal prosesor, atau langsung dari memori RAM, mereka bahkan dapat dihasilkan dalam ALU itu sendiri sebagai hasil dari operasi lain. Output dari ini akan menjadi hasil operasi, menjadi kata lain yang akan disimpan dalam register. Ini adalah bagian dasarnya:

• Register of entrance (REN): mereka menyimpan operan untuk dievaluasi. Kode operasi: CU mengirimkan operator sehingga operasi akan dilakukan Akumulator atau Hasil: hasil operasi keluar dari ALU sebagai register Status kata biner (Bendera): ia menyimpan kondisi yang berbeda untuk diperhitungkan selama operasi.

Unit titik mengambang

Anda akan mengetahuinya sebagai FPU atau Floating Point Unit. Pada dasarnya ini adalah pembaruan yang dilakukan oleh prosesor generasi baru yang berspesialisasi dalam perhitungan operasi floating point menggunakan coprocessor matematika. Ada unit yang bahkan dapat melakukan perhitungan trigonometri atau eksponensial.

Pada dasarnya ini adalah adaptasi untuk meningkatkan kinerja prosesor dalam pemrosesan grafis di mana perhitungan yang akan dilakukan jauh lebih berat dan lebih kompleks daripada di program normal. Dalam beberapa kasus, fungsi FPU dilakukan oleh ALU itu sendiri dengan menggunakan mikrokode instruksi.

Rekaman

Prosesor saat ini memiliki sistem penyimpanan sendiri, sehingga untuk berbicara, dan unit terkecil dan tercepat adalah register. Pada dasarnya itu adalah gudang kecil di mana instruksi yang sedang diproses dan hasil yang diperoleh darinya disimpan.

Memori cache

Tingkat penyimpanan berikutnya adalah memori cache, yang juga merupakan memori yang sangat cepat, lebih banyak daripada memori RAM yang bertanggung jawab untuk menyimpan instruksi yang akan segera digunakan oleh prosesor. Atau setidaknya Anda akan mencoba menyimpan instruksi yang menurut Anda akan digunakan, karena kadang-kadang tidak ada pilihan selain meminta langsung dari RAM.

Cache prosesor saat ini terintegrasi ke dalam DIE prosesor yang sama, dan dibagi menjadi tiga level, L1, L2 dan L3:

• Level 1 Cache (L1): Ini adalah yang terkecil setelah log, dan tercepat dari ketiganya. Setiap inti pemrosesan memiliki cache L1 masing-masing, yang pada gilirannya dibagi menjadi dua, Data L1 yang bertanggung jawab untuk menyimpan data, dan Instruksi L1, yang menyimpan instruksi untuk dilakukan. Biasanya masing-masing 32KB. Level 2 Cache (L2) - Memori ini lebih lambat dari L2, tetapi juga lebih besar. Biasanya, setiap inti memiliki L2 sendiri, yang mungkin sekitar 256 KB, tetapi dalam hal ini tidak secara langsung terintegrasi ke dalam rangkaian inti. Level 3 Cache (L3): Ini adalah yang paling lambat dari ketiganya, meskipun jauh lebih cepat dari RAM. Itu juga terletak di luar nuklei dan didistribusikan di antara beberapa nuklei. Ini berkisar antara 8 MB dan 16 MB, meskipun dalam CPU yang sangat kuat mencapai hingga 30 MB.

Bus masuk dan keluar

Bus adalah saluran komunikasi antara berbagai elemen yang membentuk komputer. Mereka adalah garis fisik di mana data bersirkulasi dalam bentuk listrik, instruksi dan semua elemen yang diperlukan untuk diproses. Bus-bus ini dapat ditempatkan langsung di dalam prosesor atau di luarnya, di motherboard. Ada tiga jenis bus di komputer:

• Data bus: pasti yang paling mudah dipahami, karena itu adalah bus tempat data dikirim dan diterima oleh berbagai komponen bersirkulasi, ke atau dari prosesor. Ini berarti bahwa itu adalah bus dua arah dan melaluinya akan beredar kata-kata dengan panjang 64 bit, panjang yang mampu ditangani oleh prosesor. Contoh dari bus data adalah LANES atau PCI Express Lines, yang mengkomunikasikan CPU dengan slot PCI, misalnya, untuk kartu grafis. Address bus: bus alamat tidak mengedarkan data, tetapi alamat memori untuk menemukan di mana data disimpan dalam memori. RAM seperti penyimpanan data besar yang dibagi menjadi sel, dan masing-masing sel ini memiliki alamatnya sendiri. Ini akan menjadi prosesor yang meminta memori untuk data dengan mengirim alamat memori, alamat ini harus sebesar sel memiliki memori RAM. Saat ini prosesor dapat menangani alamat memori hingga 64 bit, yaitu, kita dapat menangani memori hingga 2 ⁶⁴ sel. Bus kontrol: bus kontrol bertugas mengelola dua bus sebelumnya, menggunakan sinyal kontrol dan timing untuk memanfaatkan semua informasi yang beredar ke atau dari prosesor secara tersinkronisasi dan efisien. Itu akan menjadi seperti menara pengatur lalu lintas udara di bandara.

BSB, unit input / output dan pengganda

Penting untuk diketahui bahwa prosesor saat ini tidak memiliki FSB tradisional atau Front Bus, yang berfungsi untuk mengkomunikasikan CPU dengan seluruh elemen motherboard, misalnya chipset dan periferal melalui jembatan utara dan jembatan selatan. Ini karena bus itu sendiri telah dimasukkan ke CPU sebagai unit manajemen data input dan output (I / O) yang secara langsung berkomunikasi RAM dengan prosesor seolah-olah itu adalah jembatan utara yang lama. Teknologi seperti AMD HyperTransport atau Intel HyperThreading bertanggung jawab untuk mengelola pertukaran informasi pada prosesor berkinerja tinggi.

BSB atau Back Side Bus adalah bus yang bertugas menghubungkan mikroprosesor dengan memori cache sendiri, biasanya L2. Dengan cara ini Bus Depan dapat dibebaskan dari beban yang cukup, dan dengan demikian membawa kecepatan cache lebih dekat dengan kecepatan inti.

Dan akhirnya kami memiliki pengganda, yang merupakan serangkaian elemen yang terletak di dalam atau di luar prosesor yang bertanggung jawab untuk mengukur hubungan antara jam CPU dan jam bus eksternal. Pada titik ini kita tahu bahwa CPU terhubung ke elemen-elemen seperti RAM, chipset dan perangkat lain melalui bus. Berkat pengganda ini, ada kemungkinan frekuensi CPU jauh lebih cepat daripada bus eksternal, agar dapat memproses lebih banyak data.

Pengganda x10 misalnya, akan memungkinkan sistem yang bekerja pada 200 MHz, untuk bekerja pada CPU pada 2000 MHz. Dalam prosesor saat ini, kami dapat menemukan unit dengan pengali tidak terkunci, ini berarti bahwa kami dapat meningkatkan frekuensinya dan dengan demikian kecepatan pemrosesannya. Kami menyebutnya overclocking.

IGP atau kartu grafis internal

Untuk menyelesaikan dengan bagian-bagian prosesor kita tidak bisa melupakan unit grafis terintegrasi yang beberapa di antaranya membawa. Sebelum kita melihat apa itu FPU, dan dalam hal ini kita menghadapi sesuatu yang serupa, tetapi dengan kekuatan yang jauh lebih besar, karena pada dasarnya mereka adalah serangkaian inti yang mampu memproses grafik tim kita secara independen, yang untuk tujuan matematis, adalah sejumlah besar perhitungan floating point dan rendering grafik yang akan sangat intensif prosesor.

IGP melakukan fungsi yang sama dengan kartu grafis eksternal, kartu yang kami pasang melalui slot PCI-Express, hanya pada skala atau daya yang lebih kecil. Ini disebut Prosesor Grafik Terpadu karena merupakan rangkaian terintegrasi yang dipasang pada prosesor yang sama yang mengurangi unit sentral dari rangkaian proses rumit ini. Ini akan berguna ketika kita tidak memiliki kartu grafis, tetapi untuk saat ini, itu tidak memiliki kinerja yang sebanding dengan ini.

Baik AMD dan Intel memiliki unit yang mengintegrasikan IGP dalam CPU, sehingga disebut APU (Accelerated Processing Unit). Contoh dari ini adalah hampir semua Intel Core dari keluarga i, bersama dengan AMD Athlon dan beberapa Ryzen.

Kesimpulan pada bagian-bagian prosesor

Baiklah, kita sampai pada akhir dari artikel panjang ini di mana kita melihat dengan cara yang kurang lebih mendasar apa bagian-bagian prosesor, baik dari sudut pandang eksternal maupun internal. Yang benar adalah bahwa itu adalah topik yang sangat menarik tetapi sangat rumit dan panjang untuk dijelaskan, detailnya berada di luar pemahaman hampir semua dari kita yang tidak tenggelam dalam jalur perakitan dan produsen perangkat jenis ini.

Sekarang kami meninggalkan Anda dengan beberapa tutorial yang mungkin menarik bagi Anda.

Jika Anda memiliki pertanyaan atau ingin mengklarifikasi masalah apa pun dalam artikel, kami mengundang Anda untuk menuliskannya di kotak komentar. Itu selalu baik untuk memiliki pendapat dan kebijaksanaan orang lain.