Κάθε υπολογιστική συσκευή από απλά παιχνίδια έως μεγάλα επιχειρηματικά συστήματα έχει ένα βασικό συστατικό που ονομάζεται κεντρική μονάδα επεξεργασίας. Η CPU εκτελεί υπολογισμούς, κάνει λογικές συγκρίσεις και μετακινεί δεδομένα έως και δισεκατομμύρια φορές ανά δευτερόλεπτο. Λειτουργεί εκτελώντας απλές οδηγίες μία κάθε φορά, που ενεργοποιούνται από ένα κύριο σήμα χρονισμού που τρέχει ολόκληρο τον υπολογιστή.
Περιγραφή
Ένας επεξεργαστής CPU είναι ένα τσιπ υπολογιστή για το μέγεθος ενός βιβλίου αγώνα. Μέσα στη συσκευασία υπάρχει ένα ορθογώνιο πυριτίου που περιέχει εκατομμύρια τρανζίστορ κυκλώματα. Από τη συσκευή προεξέχουν δεκάδες μεταλλικές ακίδες, καθεμία από τις οποίες μεταφέρει ηλεκτρονικά σήματα μέσα και έξω από το τσιπ. Το τσιπ συνδέεται σε μια πρίζα στην πλακέτα κυκλώματος του υπολογιστή και επικοινωνεί με τη μνήμη, τους σκληρούς δίσκους, τις οθόνες οθόνης και άλλες συσκευές εκτός της CPU.
Ρολόι
Ένα κύκλωμα χρονισμού που ονομάζεται ρολόι στέλνει ηλεκτρικούς παλμούς στη CPU. Ανάλογα με τον επεξεργαστή, το ρολόι μπορεί να λειτουργεί με ταχύτητες που κυμαίνονται από εκατοντάδες χιλιάδες έως δισεκατομμύρια κύκλους ανά δευτερόλεπτο. Οι παλμοί οδηγούν τη δραστηριότητα μέσα στην CPU. επειδή άλλα κυκλώματα εξαρτώνται από το ίδιο ρολόι, διατηρεί συγχρονισμένα τα περίπλοκα συμβάντα στον υπολογιστή.
Οδηγίες
Όλες οι CPU έχουν ένα σύνολο εντολών - μια λίστα με τις ενέργειες που εκτελεί ο επεξεργαστής, συμπεριλαμβανομένης της προσθήκης αριθμών, της σύγκρισης δύο τεμαχίων δεδομένων και της μεταφοράς δεδομένων στη CPU. Το λογισμικό που χρησιμοποιείτε στον υπολογιστή σας αποτελείται από εκατομμύρια από τις οδηγίες της CPU που εκτίθενται σε μια σειρά. Οι οδηγίες είναι πολύ απλές λειτουργίες, οπότε η CPU εκτελεί πολλές από αυτές για την επίτευξη σημαντικών εργασιών. Ορισμένες οικογένειες CPU, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται σε επιτραπέζιους υπολογιστές, χρησιμοποιούν το ίδιο σύνολο εντολών, επιτρέποντάς τους να εκτελούν το ίδιο λογισμικό. Οι CPU εκτός μιας οικογένειας προϊόντων ενδέχεται να χρησιμοποιούν διαφορετικές οδηγίες Η CPU ενός iPad, για παράδειγμα, έχει διαφορετικές οδηγίες από εκείνη που εκτελεί φορητό υπολογιστή με Windows.
ALU
Οι επεξεργαστές έχουν ένα κύκλωμα που ονομάζεται αριθμητική και λογική μονάδα που πραγματοποιεί υπολογισμούς και συγκρίσεις. Η αριθμητική που εκτελούν οι περισσότερες CPU είναι βασικός πολλαπλασιασμός, προσθήκη, διαίρεση και αφαίρεση. σύνθετα μαθηματικά όπως οι στατιστικές συναρτήσεις είναι συνδυασμοί πολλών απλών λειτουργιών που εκτελούνται με υψηλή ταχύτητα. Η ALU πραγματοποιεί επίσης λογικές συγκρίσεις μεταξύ δύο στοιχείων δεδομένων για να προσδιορίσει εάν είναι ίσες ή εάν το ένα έχει μεγαλύτερη αξία από το άλλο.
Μονάδα ελέγχου
Η CPU περιέχει μια μονάδα ελέγχου που συντονίζει τις δραστηριότητες μεταξύ των άλλων λειτουργικών τμημάτων του επεξεργαστή. Η μονάδα ελέγχου κατανέμει κάθε εντολή σε ένα σύνολο ενεργειών και κατευθύνει τα διάφορα υποσυστήματα της CPU για την εκτέλεση των ενεργειών. Για παράδειγμα, η μονάδα ελέγχου θα μπορούσε να κατευθύνει το ALU να πολλαπλασιάσει δύο αριθμούς μαζί και στη συνέχεια να προσθέσει έναν τρίτο αριθμό στο αποτέλεσμα.
Μνήμη
Το τσιπ CPU έχει περιορισμένη ποσότητα πολύ γρήγορης μνήμης. Έχει ένα σύνολο περιοχών αποθήκευσης που ονομάζονται μητρώα πάνω στα οποία η ALU δρα άμεσα. Για παράδειγμα, το ALU μπορεί να προσθέσει γρήγορα τον αριθμό στον καταχωρητή 2 στα περιεχόμενα του μητρώου 1. Η CPU διατηρεί επίσης πρόσφατα χρησιμοποιημένες οδηγίες και δεδομένα σε μια περιοχή που ονομάζεται προσωρινή μνήμη που βελτιώνει την αποδοτικότητα του υπολογιστή. Σε ένα πρόγραμμα που πολλαπλασιάζει μια τιμή με μια ποσότητα, για παράδειγμα, η CPU αναζητά αυτούς τους αριθμούς στη μνήμη cache. Εάν τα βρει, εξοικονομεί στον επεξεργαστή το επιπλέον έργο της ανάκτησης των αριθμών από τσιπ μνήμης εκτός της CPU.
