▷ Apa itu prosesor dan bagaimana cara kerjanya

Hari ini kita akan melihat beberapa perangkat keras. Tim kami terdiri dari sejumlah besar komponen elektronik yang bersama-sama mampu menyimpan dan memproses data. Prosesor, CPU atau unit pemrosesan pusat adalah komponen utamanya. Kita akan berbicara tentang apa itu prosesor, apa komponen-komponennya dan bagaimana cara kerjanya secara detail.

Siap? Ayo mulai!

Indeks isi

Apa itu prosesor?

Hal pertama yang harus kita definisikan adalah apa itu mikroprosesor untuk mengetahui segalanya. Mikroprosesor adalah otak dari komputer atau komputer, itu terdiri dari sirkuit terintegrasi yang dikemas dalam chip silikon yang terdiri dari jutaan transistor. Fungsinya untuk memproses data, mengontrol operasi semua perangkat komputer, setidaknya sebagian besar dari mereka dan yang paling penting: ia bertugas melakukan operasi logis dan matematis.

Jika kita menyadarinya, semua data yang bersirkulasi melalui mesin kita adalah impuls listrik, terdiri dari sinyal satu dan nol yang disebut bit. Masing-masing sinyal ini dikelompokkan menjadi satu set bit yang menyusun instruksi dan program. Mikroprosesor bertanggung jawab untuk memahami semua ini dengan melakukan operasi dasar: SUM, SUBTRACT, DAN, ATAU, MUL, DIV, OPPOSITE DAN INVESTE. Maka kita harus ke mikroprosesor:

• Ini menerjemahkan dan mengeksekusi instruksi dari program yang dimuat di memori utama komputer. Mengkoordinasikan dan mengontrol semua komponen yang membentuk komputer dan periferal yang terhubung dengannya, mouse, keyboard, printer, layar, dll.

Prosesor saat ini biasanya berbentuk persegi atau persegi panjang dan terletak pada elemen yang disebut soket yang terpasang pada motherboard. Ini akan bertanggung jawab untuk mendistribusikan data antara prosesor dan elemen-elemen lainnya yang terhubung dengannya.

Arsitektur sebuah komputer

Pada bagian berikut kita akan melihat seluruh arsitektur prosesor.

Arsitektur Von Neumann

Sejak penemuan mikroprosesor hingga saat ini, mereka didasarkan pada arsitektur yang membagi prosesor menjadi beberapa elemen yang akan kita lihat nanti. Ini disebut arsitektur Von Neumann. Ini adalah arsitektur yang ditemukan pada tahun 1945 oleh ahli matematika Von Neumann yang menggambarkan desain komputer digital yang terbagi menjadi serangkaian bagian atau elemen.

Prosesor saat ini sebagian besar masih didasarkan pada arsitektur dasar ini, meskipun secara logis sejumlah besar elemen baru telah diperkenalkan sampai kita memiliki elemen yang sangat lengkap yang kita miliki saat ini. Kemungkinan beberapa nomor pada chip yang sama, elemen memori di berbagai tingkatan, prosesor grafis terintegrasi, dll.

Bagian internal komputer

Bagian dasar komputer menurut arsitektur ini adalah sebagai berikut:

• Memori: adalah elemen tempat instruksi yang dijalankan komputer dan data tempat instruksi beroperasi disimpan. Instruksi ini disebut program. Central Processing Unit atau CPU: itu adalah elemen yang telah kita definisikan sebelumnya. Unit ini bertugas memproses instruksi yang datang dari memori. Unit input dan output: memungkinkan komunikasi dengan elemen eksternal. Bus data: adalah trek, trek atau kabel yang secara fisik menghubungkan elemen sebelumnya.

Elemen mikroprosesor

Setelah mendefinisikan bagian-bagian utama komputer dan memahami bagaimana informasi bersirkulasi melalui komputer.

• Control unit (UC): itu adalah elemen yang bertugas memberikan perintah melalui sinyal kontrol, misalnya jam. Itu mencari instruksi dalam memori utama dan meneruskannya ke decoder instruksi untuk dieksekusi. Bagian internal:
  1. Jam: Menghasilkan gelombang persegi untuk menyinkronkan operasi prosesor. Program Counter: Berisi alamat memori dari instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi. Instruction Record: Berisi instruksi yang sedang dijalankan Sequencer: Menghasilkan perintah-perintah dasar untuk diproses instruksi. Instruction decoder (DI): ia bertugas menafsirkan dan mengeksekusi instruksi yang datang, mengekstraksi kode operasi instruksi.

• Unit aritmatika logis (ALU): bertanggung jawab untuk membuat perhitungan aritmatika (SUM, SUBTRAKSI, MULTIPLIKASI, DIVISI) dan operasi logis (DAN, ATAU,…). Bagian internal.
  1. Sirkuit operasional: mereka berisi multiplexer dan sirkuit untuk menjalankan operasi. Input register: data disimpan dan dioperasikan sebelum memasuki sirkuit operasional Akumulator: menyimpan hasil operasi yang dilakukan Status register (Bendera): menyimpan kondisi tertentu yang harus diperhitungkan dalam operasi selanjutnya.

• Floating point unit (FPU): Elemen ini tidak ada dalam desain arsitektur asli, kemudian diperkenalkan ketika instruksi dan perhitungan menjadi lebih kompleks dengan tampilan program yang diwakili secara grafis. Unit ini bertanggung jawab untuk melakukan operasi floating point, yaitu bilangan real. Rekam Bank dan Cache: Prosesor saat ini memiliki memori yang mudah menguap yang menjembatani dari RAM ke CPU. Ini jauh lebih cepat daripada RAM dan bertanggung jawab untuk mempercepat akses mikroprosesor ke memori utama.

• Front Side Bus (FSB): Juga dikenal sebagai bus data, bus utama, atau bus sistem. Ini adalah jalur atau saluran yang mengkomunikasikan mikroprosesor dengan motherboard, khususnya dengan chip yang disebut north bridge atau nothbridge. Ini bertanggung jawab untuk mengendalikan operasi bus CPU utama, RAM dan port ekspansi seperti PCI-Express. Istilah yang digunakan untuk mendefinisikan bus ini adalah "Quick Path Interconnect" untuk Intel dan "Hypertransport" untuk AMD.

Sumber: sleeperfurniture.co

Sumber: ixbtlabs.com

• Back Side BUS (BSB): bus ini mengkomunikasikan memori cache level 2 (L2) dengan prosesor, asalkan tidak terintegrasi dalam inti CPU itu sendiri. Saat ini semua mikroprosesor memiliki memori cache yang terpasang di dalam chip itu sendiri, jadi bus ini juga merupakan bagian dari chip yang sama.

Dua atau lebih mikroprosesor inti

Dalam prosesor yang sama, kita tidak hanya akan memiliki elemen-elemen ini didistribusikan di dalam, tetapi mereka sekarang direplikasi. Kami akan memiliki beberapa inti pemrosesan atau berapa mikroprosesor yang sama di dalam unit. Masing-masing akan memiliki cache L1 dan L2 mereka sendiri, biasanya L3 dibagi di antara mereka, berpasangan atau bersama-sama.

Selain itu, kami akan memiliki ALU, UC, DI, dan FPU untuk masing-masing inti, sehingga kecepatan dan kapasitas pemrosesan bertambah banyak tergantung pada jumlah inti yang dimilikinya. Elemen-elemen baru juga muncul di dalam mikroprosesor:

• Integrated memory controller (IMC): Sekarang dengan penampilan beberapa core prosesor memiliki sistem yang memungkinkan Anda untuk langsung mengakses memori utama. Integrated GPU (iGP) - GPU menangani pemrosesan grafik. Ini sebagian besar operasi floating point dengan string bit kepadatan tinggi, sehingga pemrosesan jauh lebih kompleks daripada data program normal. Karena ini, ada rentang mikroprosesor yang mengimplementasikan di dalamnya unit yang didedikasikan khusus untuk pemrosesan grafis.

Beberapa prosesor, seperti AMD Ryzen, tidak memiliki kartu grafis internal. Hanya APU Anda?

Operasi mikroprosesor

Prosesor bekerja berdasarkan instruksi, masing-masing instruksi ini adalah kode biner dari ekstensi tertentu yang dapat dimengerti oleh CPU.

Suatu program, oleh karena itu, adalah seperangkat instruksi dan untuk melaksanakannya harus dilakukan secara berurutan, yaitu, mengeksekusi salah satu instruksi ini pada setiap langkah atau periode waktu. Untuk menjalankan instruksi ada beberapa fase:

• Pencarian instruksi: kami membawa instruksi dari memori ke prosesor. Decoding instruksi: instruksi dibagi menjadi kode yang lebih mudah dimengerti oleh CPU Dioperasikan pencarian: dengan instruksi yang dimuat dalam CPU Anda harus menemukan operator yang sesuai. instruksi: melakukan operasi logis atau aritmatika yang diperlukan Menyimpan hasilnya: hasilnya di-cache

Setiap prosesor bekerja dengan seperangkat instruksi tertentu, ini telah berkembang bersama dengan prosesor. Nama x86 atau x386 merujuk pada set instruksi yang bekerja dengan prosesor.

Secara tradisional prosesor 32-bit juga disebut x86, ini karena dalam arsitektur ini mereka telah bekerja dengan set instruksi ini dari prosesor Intel 80386 yang merupakan yang pertama menerapkan arsitektur 32-bit.

Serangkaian instruksi ini perlu diperbarui untuk bekerja lebih efisien dan dengan program yang lebih kompleks. Terkadang kita melihat bahwa dalam persyaratan untuk menjalankan suatu program datanglah seperangkat akronim seperti SSE, MMX, dll. Ini adalah serangkaian instruksi yang dapat ditangani oleh mikroprosesor. Jadi kita punya:

• SSE (Streaming SIMD Extensions): Mereka memberdayakan CPU untuk bekerja dengan operasi floating point. SSE2, SSE3, SSE4, SSE5, dll: pembaruan berbeda untuk set instruksi ini.

Ketidakcocokan prosesor

Kita semua ingat kapan sistem operasi Apple dapat berjalan pada PC Windows atau Linux. Ini disebabkan oleh jenis instruksi dari prosesor yang berbeda. Apple menggunakan prosesor PowerPC, yang bekerja dengan instruksi selain Intel dan AMD. Jadi, ada beberapa desain instruksi:

• CISC (Complex Instruction Set Computer): ini adalah yang digunakan oleh Intel dan AMD, ini tentang menggunakan serangkaian instruksi, tetapi kompleks. Mereka memiliki konsumsi sumber daya yang lebih tinggi, menjadi instruksi yang lebih lengkap yang memerlukan beberapa siklus jam. RISC (Reduced Instruction Set Computer): ini yang digunakan oleh Apple, Motorola, IBM dan PowerPC, ini adalah prosesor yang lebih efisien dengan lebih banyak instruksi, tetapi kompleksitasnya lebih sedikit.

Saat ini kedua sistem operasi tersebut kompatibel karena Intel dan AMD menerapkan kombinasi arsitektur dalam prosesor mereka.

Proses pelaksanaan instruksi

1. Prosesor dimulai kembali ketika menerima sinyal RESET, dengan cara ini sistem mempersiapkan diri dengan menerima sinyal jam yang akan menentukan kecepatan proses. Dalam register CP (penghitung program) alamat memori di mana Unit kontrol (UC) mengeluarkan perintah untuk mengambil instruksi bahwa RAM telah disimpan di alamat memori yang ada di CP. Kemudian, RAM mengirim data dan ditempatkan di bus data sampai yang disimpan di RI (Instruction Register). UC mengelola proses dan instruksi diteruskan ke decoder (D) untuk menemukan makna instruksi. Ini kemudian melewati UC untuk dieksekusi. Setelah diketahui apa instruksi dan operasi apa yang harus dilakukan, keduanya dimuat ke dalam register input ALU (REN). ALU menjalankan operasi dan menempatkan hasilnya dalam bus data dan CP ditambahkan 1 untuk menjalankan instruksi berikut.

Cara mengetahui apakah prosesor itu baik

Untuk mengetahui apakah mikroprosesor baik atau buruk, kita harus melihat masing-masing komponen internalnya:

Lebar bus

Lebar bus menentukan ukuran register yang dapat bersirkulasi melewatinya. Lebar ini harus sesuai dengan ukuran register prosesor. Dengan cara ini kami memiliki bahwa lebar bus mewakili register terbesar yang mampu diangkut dalam satu operasi.

Langsung terkait dengan bus juga akan memori RAM, itu harus dapat menyimpan masing-masing register ini dengan lebar yang mereka miliki (ini disebut lebar memori kata).

Apa yang kita miliki saat ini ketika lebar bus adalah 32 bit atau 64 bit, yaitu, kita dapat secara bersamaan mengangkut, menyimpan, dan memproses rantai 32 atau 64 bit. Dengan 32 bit masing-masing memiliki kemungkinan menjadi 0 atau 1 kita dapat mengatasi jumlah memori 2 ³² (4GB) dan dengan 64 bit 16 EB Exabytes. Ini tidak berarti bahwa kami memiliki 16 Exabytes memori di komputer kami, tetapi lebih mewakili kemampuan untuk mengelola dan menggunakan sejumlah memori. Oleh karena itu keterbatasan sistem 32-bit yang terkenal untuk mengatasi hanya 4 GB memori.

Singkatnya, semakin lebar bus, semakin banyak kapasitas kerja.

Memori cache

Memori ini jauh lebih kecil dari RAM tetapi jauh lebih cepat. Fungsinya untuk menyimpan instruksi yang hanya akan diproses atau yang terakhir diproses. Semakin banyak memori cache, semakin tinggi kecepatan transaksi yang dapat diambil dan dijatuhkan oleh CPU.

Di sini kita harus menyadari bahwa segala sesuatu yang mencapai prosesor berasal dari hard drive, dan ini bisa dikatakan jauh lebih lambat daripada RAM dan bahkan lebih dari memori cache. Karena alasan inilah memori solid-state ini dirancang untuk mengatasi kemacetan besar yaitu hard drive.

Dan kami akan bertanya pada diri sendiri, mengapa mereka tidak hanya membuat cache besar, jawabannya sederhana, karena mereka sangat mahal.

Kecepatan prosesor internal

Kecepatan internet hampir selalu merupakan hal yang paling mencolok ketika melihat sebuah prosesor. "Prosesor berjalan pada 3, 2 GHz, " tapi apa ini? Kecepatan adalah frekuensi jam di mana mikroprosesor bekerja. Semakin tinggi kecepatan ini, semakin banyak operasi per unit waktu yang dapat dilakukannya. Ini berarti kinerja yang lebih tinggi, itulah sebabnya ada memori cache, untuk mempercepat pengumpulan data oleh prosesor untuk selalu melakukan jumlah operasi maksimum per unit waktu.

Frekuensi jam ini diberikan oleh sinyal gelombang persegi periodik. Waktu maksimum untuk melakukan operasi adalah satu periode. Periode adalah kebalikan dari frekuensi.

Tapi tidak semuanya kecepatan. Ada banyak komponen yang mempengaruhi kecepatan prosesor. Jika misalnya kita memiliki prosesor 4-inti pada 1, 8 GHz dan satu-inti lainnya pada 4, 0 GHz, sudah pasti bahwa quad-core lebih cepat.

Kecepatan bus

Sama seperti kecepatan prosesor adalah penting, kecepatan bus data juga penting. Motherboard selalu bekerja pada frekuensi clock yang jauh lebih rendah daripada mikroprosesor, untuk alasan ini kita akan membutuhkan pengali yang menyesuaikan frekuensi ini.

Jika misalnya kita memiliki motherboard dengan bus pada frekuensi clock 200 MHz, pengganda 10x akan mencapai frekuensi CPU 2 GHz.

Arsitektur Mikro

Arsitektur mikro dari suatu prosesor menentukan jumlah transistor per unit jarak di dalamnya. Unit ini saat ini diukur dalam nm (nanometer) semakin kecil itu, semakin besar jumlah transistor dapat diperkenalkan, dan, oleh karena itu, semakin banyak elemen dan sirkuit terintegrasi dapat ditampung.

Ini secara langsung mempengaruhi konsumsi energi, perangkat yang lebih kecil akan membutuhkan lebih sedikit aliran elektron, sehingga lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk melakukan fungsi yang sama seperti dalam arsitektur mikro yang lebih besar.

Sumber: intel.es

Pendinginan komponen

Karena kecepatan luar biasa yang dicapai oleh CPU, aliran arus menghasilkan panas. Semakin tinggi frekuensi dan tegangan akan ada generasi panas yang lebih besar, oleh karena itu perlu untuk mendinginkan komponen ini. Ada beberapa cara untuk melakukan ini:

• Pendinginan pasif: dengan cara disipator logam (tembaga atau aluminium) yang meningkatkan permukaan kontak dengan udara melalui sirip. Pendinginan aktif: Selain heatsink, kipas juga ditempatkan untuk memberikan aliran udara paksa di antara sirip elemen pasif.

• Pendinginan cairan: terdiri dari sirkuit yang terdiri dari pompa dan radiator bersirip. Air diedarkan melalui blok yang terletak di CPU, elemen cair mengumpulkan panas yang dihasilkan dan mengangkutnya ke radiator, yang melalui ventilasi paksa menghilangkan panas, lagi-lagi menurunkan suhu cairan.

Beberapa prosesor menyertakan heatsink. Biasanya mereka bukan masalah besar… tetapi mereka berfungsi untuk menghidupkan dan meningkatkan PC

• Pendinginan oleh Heatpipe: sistem terdiri dari sirkuit tertutup dari tabung tembaga atau aluminium yang diisi dengan cairan. Cairan ini mengumpulkan panas dari CPU dan menguap naik ke bagian atas sistem. Pada titik ini ada heatsink bersirip yang menukar panas fluida dari dalam ke udara luar, dengan cara ini fluida mengembun dan turun kembali ke blok CPU.

Kami rekomendasikan

Ini menyimpulkan artikel kami tentang apa itu prosesor dan cara kerjanya secara detail. Kami harap Anda menyukainya.