โปรเซสเซอร์: CPU คืออะไรและทำงานอย่างไร ▷ ➡️ IK4 ▷ ➡️
โปรเซสเซอร์ทำงานอย่างไร
โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์มักเรียกว่า CPU หรือหน่วยประมวลผลกลางของคอมพิวเตอร์ โปรเซสเซอร์เป็นส่วนประกอบหลักของคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อย้ายและประมวลผลข้อมูล โปรเซสเซอร์ของคอมพิวเตอร์มักถูกอ้างถึงโดยความเร็วที่ CPU สามารถประมวลผลคำสั่งคอมพิวเตอร์ต่อวินาทีที่วัดเป็นเฮิรตซ์และเป็นหนึ่งในจุดขายหลักของคอมพิวเตอร์
ตัวประมวลผลคอมพิวเตอร์ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบหลักในการประสานงานของคอมพิวเตอร์ CPU จะเข้าถึงโปรแกรม ข้อมูล หรือฟังก์ชันอื่นๆ ของคอมพิวเตอร์จาก RAM (Random Access Memory) เมื่อระบบปฏิบัติการของคอมพิวเตอร์เรียก จากนั้นโปรเซสเซอร์จะตีความคำสั่งคอมพิวเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับงานที่สั่งซื้อก่อนที่จะส่งกลับไปยัง RAM ของคอมพิวเตอร์เพื่อดำเนินการผ่านบัสระบบของคอมพิวเตอร์ตามลำดับการดำเนินการที่ถูกต้อง
แกนหลักของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์คือความสามารถในการประมวลผลรหัสภาษาเครื่อง มีคำสั่งภาษาเครื่องพื้นฐานสามคำสั่งที่ CPU สามารถดำเนินการได้:
– ย้ายข้อมูลจากที่หนึ่งในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ไปยังอีกที่หนึ่ง
– ข้ามไปยังชุดคำสั่งใหม่ตามการดำเนินการทางตรรกะหรือตัวเลือก
เพื่อดำเนินการเหล่านี้ โปรเซสเซอร์ใช้แอดเดรสบัสที่ใช้ในการส่งที่อยู่ไปยังหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ เช่นเดียวกับบัสข้อมูลที่ใช้ในการดึงหรือส่งข้อมูลไปยังหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ นอกจากนี้ยังมีบรรทัดควบคุมแยกต่างหากที่จะแจ้งหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ว่าได้รับหรือส่ง/ตั้งค่าตำแหน่งหน่วยความจำที่กำหนด เพื่อดำเนินการตามที่ออกแบบไว้ทั้งหมด CPU ยังมีนาฬิกาซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการซิงโครไนซ์การทำงานของโปรเซสเซอร์กับส่วนที่เหลือของคอมพิวเตอร์ สำหรับการเข้าถึงคำสั่งหรือข้อมูลของคอมพิวเตอร์ที่ใช้กันทั่วไป โปรเซสเซอร์จะใช้รูปแบบการแคชที่แตกต่างกันเพื่อเข้าถึงข้อมูลที่ต้องการในอัตราที่เร็วกว่าการใช้ RAM ที่เข้าถึงโดยตรง
โปรเซสเซอร์ของคอมพิวเตอร์ใช้หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวและเข้าถึงโดยสุ่ม (ROM และ RAM ด้วยความเคารพ) ROM ของโปรเซสเซอร์ได้รับการตั้งโปรแกรมด้วยข้อมูลที่ตั้งไว้ล่วงหน้าซึ่งได้รับการตั้งโปรแกรมอย่างถาวรด้วยฟังก์ชันหลักเพื่ออำนวยความสะดวกในการสื่อสารโปรเซสเซอร์กับบัสข้อมูล โดยทั่วไปแล้ว ROM จะเรียกว่า BIOS (Basic Input/Output System) บนคอมพิวเตอร์ที่ใช้ Windows และยังใช้เพื่อดึงข้อมูลบูตเซกเตอร์สำหรับคอมพิวเตอร์
โปรเซสเซอร์สามารถอ่านและเขียนไปยัง RAM ได้ ขึ้นอยู่กับการกระทำที่ชุดคำสั่งปัจจุบันกำหนดหากโปรเซสเซอร์จำเป็นต้องดำเนินการ RAM ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อบันทึกข้อมูลอย่างถาวร และจะพักไว้เมื่อคอมพิวเตอร์ปิดหรือไฟดับ
แม้ว่าโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ 64 บิตจะถูกนำมาใช้ตั้งแต่ต้นปี 1990 แต่ได้มีการปรับใช้ในระดับผู้บริโภคจำนวนมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้ผลิตโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์รายใหญ่ทุกรายผลิตโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ 64 บิต ซึ่งพร้อมใช้งานในระบบปฏิบัติการประเภทต่างๆ ข้อได้เปรียบหลักของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ 64 บิตเหนือการออกแบบเดิมคือพื้นที่ที่อยู่ที่เพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับโปรเซสเซอร์ โปรเซสเซอร์ 32 บิตก่อนหน้าจะถูกจำกัดการเข้าถึง RAM ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสองถึงสี่กิกะไบต์ โปรเซสเซอร์ 64 กิกะไบต์ยังช่วยเพิ่มการเข้าถึงอินพุต/เอาท์พุตไปยังฮาร์ดไดรฟ์และการ์ดแสดงผลของคอมพิวเตอร์ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบโดยรวมอีกด้วย
ผู้ที่เริ่มใช้โปรเซสเซอร์ 64 บิตก่อนจะไม่เห็นประสิทธิภาพของระบบที่มาก หากไม่ทำงานที่มีความต้องการสูง เช่น การตัดต่อวิดีโอหรือเล่นวิดีโอเกม 3D บนเครือข่าย สิ่งนี้จะเปลี่ยนแปลงต่อไปเนื่องจากแอปพลิเคชั่นจำนวนมากขึ้นได้รับการออกแบบเพื่อใช้ประโยชน์จากโปรเซสเซอร์ 64 บิตและความจุหน่วยความจำที่เพิ่มขึ้นของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ใหม่
โปรเซสเซอร์ (Processor )
หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit) หรือ CPU (ซีพียู) หรือ โปรเซสเซอร์ (Processor) เป็นองค์ประกอบที่สำคัญส่วนหนึ่งของเครื่องคอมพิวเตอร์ทุกประเภทในโลก เปรียบเสมือนกับเป็นมันสมองให้กับคอมพิวเตอร์นั่นเอง ประกอบไปด้วยวงจรทางไฟฟ้ามากมาย ที่อยู่บนแผ่นซิลิกอนซิป ซึ่งมีขนาดเล็กมาก ๆ
มีแผงวงจรที่เต็มไปด้วยลายวงจร เรียกว่า เมนบอร์ด CPU จะวางอยู่บนเมนบอร์ด ตรงที่มีพัดลมและแผ่นโลหะระบายความร้อน เรียกว่า ฮีตซิงค์ (Heatsink) วางทับอยู่ ส่วนนั้นคือ CPU ภายในจะบรรจุด้วยวงจรทรานซิสเตอร์ ซึ่งมีขนาดเล็กเป็นล้านตัว ภายใต้ตัว CPU จะมีเหล็กแหลม ๆ คล้ายกับเข็มเป็นจำนวนมากส่วนนี้เรียกว่า ขาของ CPU ส่งสัญญาณเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์ต่าง ๆ
1. อ่านและแปรคำสั่งที่ถูกเขียนไว้ในโปรแกรม
ที่ถูกนำเข้ามาภายในตัวซีพียู เมื่อกระทำคำสั่งในขั้นตอนนี้แล้ว มี จะทำหน้าที่ในการที่ทำให้ซีพียูสามารถติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก ในการทำงานของ cpu หรือโปรเซสเซอร์นั้น เมื่อมีการรับข้อมูลเข้ามาจะนำไปเก็บไว้ในหน่วยความจำ ก่อนแล้วอ่านค่าจากหน่วยความจำ จากนั้นcpuก็จะประมวลผลอีกทีว่ามีคำสั่งจะให้ทำอะไร ที่ไหน เช่น ถ้าข้อมูลที่ได้รับมาเป็นการคำนวณทางคณิตศาสตร์ ก็จะถูกส่งให้ไปที่หน่วย ซีพียูวางอยู่ตรงกลาง ส่วนด้านข้างที่เหลือก็จัดวางอุปกรณ์ต่าง ๆ จะต้องติดตั้งลงในส่วนที่เรียกว่าฐานซึ่งมี ฐานแต่ละรุ่นจะมีลักษณะเฉพาะขึ้นอยู่กับรุ่นของซีพียูที่ออกแบบมาให้ใช้งานร่วมกัน ดังนั้นเราจะไม่ จะผลิตซีพียูที่ใช้ฐานเพียงแบบเดียวสำหรับซีพียูแต่ละรุ่นจึงทำให้ไม่ค่อยพบปัญหาที่เกี่ยวกับ ความเร็วในการทำงานของซีพียูนี้จะวัดกันในหน่วยเมกะเฮิรตซ์ (
โปรเซสเซอร์: CPU คืออะไรและทำงานอย่างไร ▷ ➡️ IK4 ▷ ➡️
ทางเลือกของโปรเซสเซอร์ หรือที่เรียกว่า CPU เป็นตัวเลือกที่สำคัญเมื่อซื้อ (หรือสร้าง) พีซีเครื่องใหม่ ไม่ว่าจะเป็นเดสก์ท็อปพีซีหรืออุปกรณ์พกพา ในหลาย ๆ เรื่อง เมื่อพูดถึงโปรเซสเซอร์ พวกเขาย่อทุกอย่างโดยคำนึงถึงแบรนด์เท่านั้น (ส่วนใหญ่คือ AMD และ Intel) รหัส (FX, i3, i5, i7 เป็นต้น) และจำนวนคอร์ (โมโนคอร์ ดูอัล core, octa-core ฯลฯ) และความถี่ (3.8Ghz) ตกอยู่ในข้อผิดพลาดระดับมหภาคที่อาจทำให้การใช้งานอุปกรณ์ของคุณในแต่ละวันลดลง
ตอนนี้เราจะเข้าใจวิธีที่จะไม่ตกอยู่ในข้อผิดพลาดเหล่านี้ โดยวิเคราะห์ว่าโปรเซสเซอร์คืออะไร สร้างขึ้นจากอะไร และอะไรเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของซิลิคอนชิ้นเล็กๆ เหล่านี้ ซึ่งในแต่ละวัน มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ
ถ้าให้ผมอธิบายสั้นๆ ว่าโปรเซสเซอร์คืออะไร (อาจหมายถึงสไลด์ Computer Architecture ซึ่งคล้ายกันมากจากมหาวิทยาลัยหนึ่งไปยังอีกมหาวิทยาลัยหนึ่ง) ผมคิดว่า "เขาคือ องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของคอมพิวเตอร์ เนื่องจากมันรันคำสั่งของโปรแกรม «.
โปรเซสเซอร์ประมวลผลและดำเนินการตามคำสั่งทั้งหมด ที่คอมพิวเตอร์จำเป็นต้องประมวลผลข้อมูลทั้งหมดจากโปรแกรมอย่างน้อยหนึ่งโปรแกรมภายใต้การดูแลของระบบปฏิบัติการอย่างระมัดระวัง โปรเซสเซอร์ทำงานเป็นวงจร เนื่องจากการทำงานจะเหมือนกันเสมอ ( วงจรการสอน ): รับคำสั่งโปรแกรมจากหน่วยความจำ (Operation นำมา ) ถอดรหัสเพื่อตีความคำสั่ง (Operation ถอดรหัส ) แล้วดำเนินการ (Operation วิ่ง )
ทั้งหมดนี้ อธิบายสั้น ๆ เสมอ เกิดขึ้นจากส่วนประกอบภายในของโปรเซสเซอร์ซึ่งก็คือ บันทึก ( ซึ่งสามารถเป็นของ ผู้ใช้ ปรากฏแก่โปรแกรมเมอร์และของ การควบคุมและสถานะ) หน่วยควบคุม (ในการ จุฬาฯ ซึ่ง "ตีความ" และดำเนินการแต่ละคำสั่งที่เข้ารหัสด้วยภาษาเครื่อง) หน่วยเลขคณิต-ลอจิก ( ALU ซึ่งดำเนินการตรรกะ เลขคณิต และการเปรียบเทียบ) และ รถโดยสารภายใน (ที่อนุญาตให้ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างส่วนประกอบต่าง ๆ ของคอมพิวเตอร์)
หากคุณพบว่าส่วนนี้ดูน่าเบื่อ ฉันไม่โทษคุณ ดังนั้น ไปต่อที่ส่วน "พื้นฐาน" กันดีกว่า
ในทางกลับกันโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยสองส่วนหลักคือ แพ็คเกจและคอร์ซึ่งเป็นแกนประมวลผลของโปรเซสเซอร์ และที่รวมอยู่ในแพ็คเกจและหน่วยวัดคือ นาฬิกา จำนวนสวิตช์ระหว่างสองระดับ .ตรรกะ (OE 1, เพราะเรายังคงพูดถึง ระบบเลขฐานสอง ในเวลานี้ ) ที่วงจรโปรเซสเซอร์สามารถทำงานได้ในหนึ่งวินาที: 10Hz คือ 10 "อัปเดต" ต่อวินาที แต่ในกรณีของโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ เรากำลังพูดถึง GHz (กิกะเฮิรตซ์)
แม้ว่าหลายคนจะหยุดอยู่เพียงปัจจัยพื้นฐานเหล่านี้ แต่ก็มีแง่มุมอื่นๆ ที่น่าสนใจมาก สำคัญ เพื่อพิจารณา. ทีนี้มาดูปัจจัยพื้นฐานทีละอย่าง เริ่มจากอันที่ด้อยค่าที่สุด
หลายๆ ท่านคงเคยได้ยินคำศัพท์บางคำ เช่น Skylake, Kabylake, Zen เป็นต้น อาจจะเข้าใจน้อยมาก แต่ก็สรุปได้ว่าเท่าไร ยิ่งสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ทันสมัยมากขึ้นเท่าไร ก็ยิ่งได้ประโยชน์มากขึ้นเท่านั้น . โดยหลักการแล้วสิ่งนี้ถูกต้อง เนื่องจากสถาปัตยกรรมที่ทันสมัยที่สุดเป็นผลมาจากนวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่เกิดจากการศึกษาอย่างต่อเนื่องและเชิงลึกโดยผู้ผลิต
โลกของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์นั้นกว้างใหญ่ เกือบจะไม่มีที่สิ้นสุดและยากที่จะสังเคราะห์ (ดังนั้นเราจะไม่ลงรายละเอียดมากเกินไป) แต่คิดว่าฉันได้อธิบายให้คุณฟังแล้วเนื่องจากสถาปัตยกรรมประกอบด้วยส่วนประกอบทั้งหมด เราได้เห็นแล้ว ดังนั้น CU, ALU, หน่วยความจำ CPU, บัสและ บันทึก
โดยทั่วไป สถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์สมัยใหม่มีโครงสร้างเหมือนกัน แม้ว่าจะมีเทคโนโลยีและนวัตกรรมที่แตกต่างกัน เนื่องจากทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากสถาปัตยกรรมของเครื่อง Von Neuman แต่เราจะไม่พูดถึงเรื่องนี้
สิ่งนี้หมายความว่า? ลักษณะที่ตามมาทั้งหมดที่เราจะพูดถึงจะเป็นส่วนหนึ่งของสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ ดังนั้น ทั้งหมดนี้มีสาเหตุมาจากองค์ประกอบนี้ ดังนั้นจึงมีส่วนประกอบเหล่านี้อยู่
ส่วนใหญ่ไม่เป็นที่รู้จัก กระบวนการผลิตมีความหมายเหมือนกันกับนวัตกรรมทางเทคโนโลยีในยุคของเรา มีกี่คนที่คิดว่าในอนาคตอันใกล้นี้ เราจะสามารถพกพาคอมพิวเตอร์ไปในกระเป๋าได้อย่างสบาย ดูเหมือนยูโทเปีย แต่มันเป็นไปแล้ว ด้วยสัดส่วนที่เหมาะสม เนื่องจากโทรศัพท์มือถือสมัยใหม่เป็นคอมพิวเตอร์จริง และหากคุณไม่เชื่อจริงๆ ก็ตาม Continuum ของ Microsoft และ Dex ของ Samsung ก็เป็นตัวอย่าง
ภายในโปรเซสเซอร์มีส่วนประกอบขนาดเล็กมาก ต้องขอบคุณวิวัฒนาการของ การย่อขนาดวงจรรวม การย่อขนาดที่ได้รับการอธิบายอย่างดีเยี่ยมโดย Gordon Moore (ผู้ร่วมก่อตั้งของ Intel) ซึ่งกล่าวว่าจำนวนทรานซิสเตอร์ (เปิดตัวในปี '47 เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์) ที่สามารถใส่ลงในชิปซิลิกอนได้ประมาณทุกปี
ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวมีหน่วยวัดเป็น นาโนเมตร (XNUMX พันล้านเมตร) และยิ่งทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กเท่าใด ก็ยิ่งสามารถใส่ทรานซิสเตอร์เข้าไปใน CPU ได้มากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเร็วและคุณภาพของการคำนวณ
เรื่องราวนั้นน่าเบื่อ แต่ก็เพียงพอแล้วที่จะคิดว่ากระบวนการผลิตมีนาโนเมตรมากแค่ไหนในปี 1990 เพื่อทำความเข้าใจว่าในเวลาเพียง 25 ปี โลกเทคโนโลยีได้พัฒนาไปอย่างไร: 800 นาโนเมตร, ในขณะที่ในปี 2010 มันคือ 32 นาโนเมตร .
ขีดจำกัดปัจจุบันคือ 10 นาโนเมตร เข้าถึงได้ทั้งบนเดสก์ท็อปและแบบพกพา และในพื้นที่เคลื่อนที่ แต่ประโยชน์ของกระบวนการผลิตที่มีขนาดเล็กลงคืออะไร? เห็นได้ชัดว่าพลังงานมากขึ้น แต่ยังเนื้อหาที่ใช้งานได้มากขึ้น (แค่คิดว่า 4K) การใช้พลังงานที่ลดลงและอุณหภูมิที่ต่ำกว่าแม้ว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นเสมอไป (ลองคิดดูในสภาพแวดล้อมมือถือของ Snapdragon 810 ที่มีกระบวนการผลิตยังเพียง 20nm ) .
ถ้าจะพูดถึงการใช้วัตต์ของโปรเซสเซอร์ คุณจะอธิบายอะไรได้บ้าง คือ TDP ? น่าเสียดายที่มีไม่มาก แม้ว่าจะเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งต่อการมีอายุยืนยาว ความเสถียร และการทำงานของคอมพิวเตอร์
ลองนึกภาพการมี Intel Xeon X5660 ที่มี 95w TDP, GPU ประสิทธิภาพ (เนื่องจาก Xeon ไม่ได้รวม GPU), Nvidia Quadro 100w บวกกับส่วนประกอบอื่น ๆ ทั้งหมดและจ่ายไฟด้วยแหล่งจ่ายไฟ 200w: ภัยพิบัติได้รับการประกัน ด้วยเหตุผลนี้ TDP จึงเป็นแง่มุมที่มีความสำคัญยิ่งนัก อย่างไรก็ตาม หลายๆ คนมองข้ามไป
แต่ TDP ไม่เพียงแต่มีความสำคัญต่อการใช้พลังงานเท่านั้น และชื่อของมันบอกไว้ทั้งหมด: พลังการออกแบบทางความร้อน - การวัดนี้ระบุพลังงานเฉลี่ยเป็นวัตต์ที่โปรเซสเซอร์กระจายไประหว่างการทำงานที่ความถี่พื้นฐานโดยที่แกนทั้งหมดทำงานอยู่ในเวิร์กโหลดที่มีความซับซ้อนสูง ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วเมื่อโปรเซสเซอร์ทำงานที่ระดับสูงสุด
พบค่าต่ำสุดในโปรเซสเซอร์ที่จะรวมเข้ากับระบบพกพาเนื่องจากความร้อนที่ผลิตจะต้องเป็น น้อยกว่า และด้วยเหตุนี้ชุดประหยัดพลังงาน (ix-xxxx . ที่มีชื่อเสียง u ). แม้ว่าในแล็ปท็อปจะเป็นการดีที่จะมี TDB ที่ค่อนข้างต่ำ แต่ก็ไม่จำเป็นสำหรับระบบเดสก์ท็อป แต่เมื่อค่า TDP เพิ่มขึ้น สิ่งสำคัญคือต้องมีระบบระบายความร้อนที่เพียงพอ ระบบระบายความร้อนซึ่งในหลายกรณี มันถูกรวมเข้าด้วยกัน ด้วยกัน. กับโปรเซสเซอร์ แต่ยังไม่สามารถทนต่อจังหวะและอุณหภูมิได้ (ซึ่งเป็นสาเหตุที่ผู้ผลิตค่อยๆ ละทิ้งฮีทซิงค์ในสต็อก)
ผู้ที่เตรียมการน้อยกว่าในด้านเทคโนโลยีมักรู้จักหน่วยความจำสองประเภท: หน่วยความจำขนาดใหญ่ (ฮาร์ดดิสก์จริง (HDD) หรือไดรฟ์โซลิดสเตตล่าสุด (SSD)) และหน่วยความจำ RAM (หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม) และคุณไม่เคยทำ ลองนึกภาพโดยที่ไม่รู้โครงสร้างของโปรเซสเซอร์ ซีพียูก็มีความทรงจำของตัวเองเช่นกัน
อันที่จริงภายใน CPU มีหน่วยความจำที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของคอมพิวเตอร์: หากหน่วยความจำจำนวนมากถูกใช้เพื่อเก็บข้อมูล และใช้หน่วยความจำกลางเพื่อจัดเก็บข้อมูลที่โปรเซสเซอร์กำลังประมวลผลชั่วคราว บันทึก ซึ่งเป็นหน่วยความจำภายในของ CPU ใช้เพื่อเก็บผลการประมวลผลชั่วคราวและข้อมูลการควบคุม
รีจิสเตอร์มีความจุน้อยมาก (เรากำลังพูดถึง WORD ซึ่งเป็นชุดของไบต์ไม่กี่ตัว) แต่เข้าถึงได้เกือบ ด่วน (เป็นความทรงจำที่เร็วที่สุด) แต่สำหรับผู้ใช้ปลายทางแล้ว สิ่งเหล่านี้เกือบจะ "ไร้ประโยชน์" เนื่องจากสามารถเห็นได้เฉพาะในขั้นตอนการเขียนโปรแกรมเท่านั้น
สิ่งที่สำคัญกว่ามากสำหรับการเลือกผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือ หน่วยความจำแคช ซึ่งเป็นบัฟเฟอร์ระหว่างหน่วยความจำกลางและโปรเซสเซอร์ ซึ่งเกิดจากข้อจำกัดสองประการของเครื่อง Von Neumann: ขีดจำกัดทางสถาปัตยกรรม ("คอขวด" ที่มีชื่อเสียงระหว่าง CPU และ Central Memory) และขีดจำกัดทางเทคโนโลยี
ทิ้งประเด็นทางเทคนิคทั้งหมดของแคชไว้และก่อนที่จะลงรายละเอียด สิ่งสำคัญคือต้องไม่สับสนกับประเภทแคชที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดซึ่งเป็นแคชของโปรแกรม (ขึ้นชื่อในเรื่อง "การล้างแคชของ Chrome" เมื่อสิ่งนี้สร้างปัญหา ) ซึ่งเป็นหน่วยความจำขนาดใหญ่ที่ระบบปฏิบัติการมอบให้กับโปรแกรมเพื่อเก็บข้อมูลบางอย่าง
ประการแรก จำเป็นต้องรู้ว่าในตอนแรก หน่วยความจำขนาดไม่ใหญ่มาก ความสมบูรณ์แบบจะเป็นหนึ่งหน่วยความจำในแต่ละครั้ง ใกล้เคียงกับความจุของหน่วยความจำกลางมากขึ้น แต่สำหรับตอนนี้เนื่องจากค่าใช้จ่ายและการย่อให้เล็กลง แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะ "จำกัด" ความจุของแคชให้เหลือเพียงไม่กี่ MB
ภารกิจดังที่กล่าวมาคือ โต้ตอบระหว่างหน่วยความจำกลางและ CPU ในเวลาที่สั้นที่สุด และนี่ไม่ใช่เรื่องง่ายเพราะความเร็วของระบบที่ซับซ้อนนั้นพิจารณาจากความเร็วของส่วนประกอบที่ช้าที่สุด (ในกรณีนี้คือ RAM)
อย่างที่คุณจินตนาการได้ แคชเป็นหน่วยความจำที่เร็วมาก (ไม่เร็วเท่ากับรีจิสเตอร์ แต่เราเข้าใกล้มากขึ้น) แต่ยิ่งแคชมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าไหร่ก็ยิ่งช้าลงเท่านั้น แม้ว่าจะมีประโยชน์มากกว่าก็ตาม สำหรับสิ่งนี้ แคชมีหลายระดับ ปัจจุบันมีสามระดับ
• แคชของ
ระดับบน, แคช L1 มันอยู่ภายในโปรเซสเซอร์ (แคชบนชิป) ความจุของมันคือไม่กี่สิบ KB และเป็นหน่วยความจำแคชที่เร็วและ "สำคัญที่สุด"
• แคชของ
ระดับที่สอง , แคช L2 ในกรณีที่เป็นระดับสุดท้าย (ซึ่งหายากมากขึ้นเรื่อย ๆ ) แคชระดับที่สองตั้งอยู่นอกโปรเซสเซอร์ (แม้ว่าจะเป็นสมมติฐานที่หายากแม้ในกรณีที่ไม่มี L3) เชื่อมต่อกับหลังผ่านภายนอกที่รวดเร็วมาก รสบัส. ความจุของมันอยู่ที่ไม่กี่ MB
ตอนนี้แคช L2 ทำงานร่วมกับ L1 โดยเพิ่มความจุเป็นสองเท่าเป็นอย่างน้อย ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการโต้ตอบสูงขึ้น
• แคชของ
ระดับที่สาม , แคช L3 แคชระดับที่สามนั้นช้าที่สุด แต่มีความจุสูงสุด (ตามทฤษฎีแล้วสามารถเข้าถึง 256 MB) หากมี แคชระดับที่สองจะกลายเป็นแคชบนชิป แคชที่ใหญ่ที่สุดที่เคยเผยแพร่สู่สาธารณะ จนกระทั่ง Intel Xeon มาถึง รวมอยู่ในตระกูลโปรเซสเซอร์ Itanium 2 ซึ่งมีขนาดถึง 9MB
วิวัฒนาการของแคชนอกเหนือจากความจุยังอยู่ในความเป็นอิสระของการแบ่งส่วนคอร์ตั้งแต่แรกเริ่ม Dual-CPU ที่มีแคช 2 MB สามารถจัดสรรได้สูงสุด 1 MB ต่อคอร์ในขณะที่ตอนนี้หาก คอร์ต้องการ 80% ของแคชที่มีอยู่ CPU สามารถจัดสรรให้กับมันได้ดังนั้นจึงเข้าสู่อายุของ SmartCache .
การมีแคชขนาดใหญ่เพียงพอสำหรับประสิทธิภาพสูงสุดหรือไม่ ใช่ในกรณีส่วนใหญ่ แต่ไม่ใช่ทั้งหมด อันที่จริงประสิทธิภาพยังขึ้นอยู่กับความถี่ของโปรเซสเซอร์ด้วย: ในกรณีของ Core2Duo บางตัวอันที่จริงแล้วมีแคชสูง แต่มีความถี่ต่ำมาก การชะลอตัวทั่วไปถูกสร้างขึ้น ในขณะที่แคชต่ำและ ความถี่สูงทำให้เกิดคอขวดค่อนข้างมาก
แคชที่เหมาะสมที่สุดในปัจจุบันอาจเป็นแคชขนาด 4MB แม้ว่าโปรเซสเซอร์โน้ตบุ๊กที่ประหยัดพลังงานส่วนใหญ่ (ix-xxxx ที่มีชื่อเสียง u ) รวมแคช 3 MB
ในปี 2006 AMD เปิดตัวครั้งแรก APU โดยสรุปคือ CPU ซึ่งรวม GPU (การ์ดวิดีโอ) ที่มีคุณภาพพอประมาณ แต่สามารถสร้าง GPU ภายนอกเสริมได้ ตั้งแต่นั้นมาเรื่องราวก็เปลี่ยนไป
เริ่มต้นในปี 2010 Intel ยังมุ่งหน้าสู่ GPU แบบบูรณาการโดยหันหลังให้กับไลน์ กราฟิก HD ซึ่งรับสายบังเหียนของตระกูล GMA
ตามที่ Intel กล่าวในปี 2016 เกมเมอร์จำนวนมากไม่ต้องการการ์ดแสดงผลโดยเฉพาะ - วันที่คุณนั่งรถไฟใต้ดินและระหว่างการโต้เถียง คนบ้าก็ออกมาเชียร์ “บูรณาการห่วย !! 1! 1" .
ประการแรก เราต้องเข้าใจถึงประโยชน์ของการ์ดแสดงผลในตัว และนั่นก็เพื่อที่จะไม่ต้องซื้อ GPU เฉพาะ ซึ่งเป็นข้อบังคับจนถึงเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา แม้กระทั่งเพียงการวาดเส้นประบนสีหรือเปิด โน้ตบุ๊ก หมายเหตุ เพียงเพราะซีพียูไม่สามารถรวมชิปกราฟิกได้
แต่อย่างที่เราได้กล่าวไปแล้ว การเปลี่ยนแปลงครั้งและการย่อขนาดทำให้สิ่งเหลือเชื่อเป็นไปได้: Intel Pentium G4560 โปรเซสเซอร์ 60 ยูโรใหม่ล่าสุด (!!!) รวม Intel HD610 เข้ากับความถี่ขั้นต่ำจาก 350MHZ ถึง 1.05GHz ที่รองรับ 4K และให้คุณเล่นเกม AAA ได้มากมายจากเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา และเกมที่ไม่แพงมากแม้แต่วันนี้ อาจมีรายละเอียดเพียงเล็กน้อย
เห็นได้ชัดว่าสำหรับเกมพุชไม่แนะนำ (และไม่เหมาะด้วย) ให้ใช้เฉพาะ GPU ในตัว แต่ตอนนี้ ไม่จำเป็นต้องซื้อ GPU เฉพาะอีกต่อไป (และผู้ผลิตต่างก็ได้รับมัน โดยนำ GPU ภายนอกออกสู่ตลาดมากขึ้นเรื่อยๆ คุณสมบัติที่น่าทึ่งสำหรับผู้เริ่มต้น)
นวัตกรรมนี้มีความสำคัญ เหนือสิ่งอื่นใด สำหรับโน้ตบุ๊ก: เรากำลังพูดถึง TDP และเห็นได้ชัดว่าในสภาพแวดล้อมที่แคบพอๆ กับตัวโน้ตบุ๊ก การมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าและพื้นที่มากขึ้นในการกระจายความร้อนเป็นสิ่งสำคัญ
สำหรับแล็ปท็อป เว้นแต่ว่าคุณต้องการเล่นอย่างจริงจัง (แต่เราควรเปิดการสนทนาแยกต่างหากที่นี่) หรือทำการแก้ไขครั้งใหญ่ ระบบที่มี GPU ในตัวเท่านั้นจะดีกว่า ซึ่งทำงานได้ดีในหลาย ๆ สถานการณ์ กินน้อยลง และไม่ทำ . มันไม่ได้สร้างปัญหาที่ GPU ภายนอกสร้างขึ้นในหลายกรณี
ความถี่คือจำนวนการดำเนินการต่อวินาทีที่ส่วนประกอบสามารถทำได้ (ด้วยเหตุนี้ความเร็วในการประมวลผล) และแสดงเป็น MHz (ล่าสุดสำหรับการ์ดวิดีโอเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการ์ดในตัว) และ GHz (สำหรับโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยและการ์ดวิดีโอเฉพาะทั้งหมด)
โดยทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเกม ยิ่งความถี่สูงเท่าใด ประสิทธิภาพก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่เป็นคำพูดที่ค่อนข้างผิวเผิน ความถี่ที่สูงกว่าไม่ได้หมายถึงประสิทธิภาพที่สูงกว่า สำหรับการเปรียบเทียบที่ถูกต้อง ควรเปรียบเทียบโปรเซสเซอร์สองตัวของสถาปัตยกรรมเดียวกัน เพราะแม้ว่า I7-940 (2008) 2.9GHz จะมีความถี่ต่ำกว่า Pentium 4 Prescott (อย่างน้อย 3.1) el ก่อนชนะและชนะทุกอย่าง
โปรเซสเซอร์ Intel สมัยใหม่ผสานรวมเทคโนโลยีที่เรียกว่า TurboBoost ซึ่งหากจำเป็น จะเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาให้ถึงขีดจำกัดสูงสุดโดยอัตโนมัติ แล้วจึงกลับสู่ความถี่ของสต็อก อันที่จริง ต้องขอบคุณความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอีกครั้ง ทำให้ซีพียูมีมากขึ้นเรื่อยๆ » ฉลาด »และรู้ว่าเมื่อใดควรเพิ่มหรือลดความพยายาม
สิ่งหนึ่งที่ควรคำนึงถึงคือ ยิ่งความถี่สูง TDP ยิ่งสูงขึ้น และอุณหภูมิก็จะสูงขึ้นโดยเฉพาะในโน้ตบุ๊ก
โปรเซสเซอร์สมัยใหม่แตกต่างกันไป ความถี่ของสต็อก จาก 1.8 ของโปรเซสเซอร์ Pentium รุ่นล่าสุด (อาจต่ำกว่า Intel Atom หรือ M3 ที่ค่อยๆ ลดลงโดยอัตโนมัติ) ถึง 3.8 ของช่วงบนสุดของช่วง Intel และ AMD ที่ 'ปลดล็อก' ที่จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้และจะต้องมีระบบกระจายความร้อนเพื่อไม่ให้เกิดความร้อน
หากเป็นปัญหาที่แก้ไขได้ในระบบเดสก์ท็อป แล็ปท็อป (หรือที่แย่กว่านั้นคือ อัลตร้าบุ๊ก) ก็เป็นปัญหาที่ไม่สำคัญไม่น้อย เพราะการเพิ่มระบบการกระจายอาจทำได้ยากหรือโดยส่วนใหญ่แล้วเป็นไปไม่ได้
สำหรับสิ่งนี้มันอาจจำเป็น ลดความถี่ของโปรเซสเซอร์ในแล็ปท็อป แม้ว่าสิ่งเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาให้ทนต่ออุณหภูมิที่สูงมาก ถึง 100/105 องศาเซลเซียส
ดังที่กล่าวไว้ในตอนต้น ซีพียูโดยทั่วไปประกอบด้วยสองส่วน คือ แพ็คเกจและคอร์ ซึ่งเป็นแกนประมวลผลของโปรเซสเซอร์
ในบางช่วงของประวัติศาสตร์ เรากำลังพูดถึงมากหรือน้อยในปี 2005 ผู้ผลิตรายใหญ่สองรายไม่สามารถเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาได้อีกต่อไป อันที่จริง ขณะนี้มีข้อจำกัดด้านการออกแบบที่ไม่สามารถเกินได้ (อย่างน้อยก็ในด้านผู้บริโภค ) และนั่นคือขีด จำกัด 5GHz (ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ด้วยการโอเวอร์คล็อกสูง เฉพาะกับโปรเซสเซอร์บางตัว) ด้วยเหตุนี้จึงตัดสินใจเดิมพันโปรเซสเซอร์มัลติคอร์โปรเซสเซอร์ที่จะสร้างประวัติศาสตร์และจะแบ่งผู้ใช้อย่างเด็ดขาด .
ประการแรก คอร์เป็นซีพียูจริง และด้วยเทคโนโลยีมัลติคอร์จึงเป็นไปได้ที่จะบรรลุประสิทธิภาพสูง: โดยหลักการแล้ว อาจมีการกล่าวกันว่าควอดคอร์นั้นดีกว่าแบบดูอัลคอร์ แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป . เมื่อพูดถึงหลายคอร์ ปริมาณและคุณภาพของแคชก็มีความสำคัญเช่นกัน
ในกรณีนี้ ข้อแตกต่างคือ เครื่องหมาย el ซอฟแวร์, ซึ่งเราไม่เคยพูดถึงมาก่อน แต่ที่จริงแล้วเป็นสิ่งที่ทำงานในเครื่องและใช้วงจรของมัน
หากซอฟต์แวร์ไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับมัลติคอร์ (ปัจจุบันหายาก) ซอฟต์แวร์จะไม่ทำงานได้ดีกับซีพียูแบบมัลติคอร์ ดังนั้นในทางปฏิบัติหากโปรแกรมอาศัยการประมวลผลแบบมัลติคอร์ จะทำงานได้ดีกับโปรเซสเซอร์ปัจจุบันทั้งหมด . นี่ไม่ได้หมายความว่าโปรแกรมนี้ใช้ไม่ได้กับโมโนคอร์ แต่เป็น ประสิทธิภาพจะลดลง (แต่ในเกม ทุกอย่างเปลี่ยนไป ถ้าเราพูดถึงเกม AAA)
ถ้ามันง่ายขนาดนั้นก็ไม่มีข้อสงสัยทั้งหมดที่ผู้ใช้มีเพราะความแตกต่างไม่เพียง แต่คอร์และความเร็วสัญญาณนาฬิกาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแนวทางของโปรเซสเซอร์และสถาปัตยกรรมที่ผู้ผลิตมอบให้และมีสองตัวอย่างที่โดดเด่น , AMD สำหรับไอทีและ Mediatek สำหรับมือถือเน้นหนักไปที่ "แกนหลักมากขึ้น ดีกว่า" ในขณะที่ Intel และ Snapdragon สำหรับอุตสาหกรรมเดียวกันใช้แนวทางที่แตกต่างกัน
กล่าวโดยย่อ (มีการสังเคราะห์จำนวนมาก) Intel ชอบที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานบนคอร์เดียว ในขณะที่ AMD มุ่งเน้นอย่างมากในการทำงานเกี่ยวกับการทำงานร่วมกันระหว่างคอร์ต่างๆ และวิธีการนี้ทำให้ประสิทธิภาพสุดท้ายแตกต่างกัน
นอกจากนี้ต้องขอบคุณ la เทคโนโลยี Hyper-Threading , Intel ได้นำความเป็นไปได้ในการใช้โปรเซสเซอร์ที่มีแกน x มาใช้เป็นครั้งแรกในตัวแปรผู้บริโภค (ตอนแรกมันเป็น 1 คอร์) อย่างไรก็ตามการใช้ประโยชน์จากพลังของแกนตรรกะ x (เห็นได้ชัดว่า x ทางกายภาพและตรรกะ x เป็นตัวเลขเดียวกัน ) : ตัวอย่างเช่น เราจะมี i7 ที่มี 4 คอร์ทางกายภาพ ขนาบข้างด้วย 4 ลอจิคัลคอร์ ด้วยเทคโนโลยี Hyper-Threading
แม้แต่ AMD ก็ยังใช้ระบบดังกล่าวในตอนนี้ แต่นี่เป็นคำพูดที่ซับซ้อนมาก ดังนั้นฉันจึงแนะนำให้คุณอ่านบทความอื่นๆ ที่ครอบคลุมมากขึ้น
Core2Duo, Core2Quad, Atom, Pentium, Xeon, Cherry Trail, Core i3, i5, i7, Core M และอื่นๆ พูดตรงๆ เมื่อคุณดูโบรชัวร์ของ megastore ใกล้บ้านคุณ คุณไม่เข้าใจอะไรเลย
สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะสำหรับพีซีแต่ละประเภท โปรเซสเซอร์มีหลายประเภทขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ควรได้รับ ในกรณีนี้ เราจะพูดถึงแต่โปรเซสเซอร์ของ Intel เท่านั้น ไม่ใช่เพราะความเกลียดชังสำหรับ AMD แต่เพื่อให้ชัดเจนว่ามันทำงานอย่างไรด้วยตัวอย่างที่ในหลาย ๆ คน พวกเขารู้และเข้าใจในวิธีที่ง่ายกว่า
ตัวย่อเป็นเพียงชื่อที่ Intel ตัดสินใจกำหนดให้กับตระกูลโปรเซสเซอร์ และความแตกต่างและคุณสมบัติต่าง ๆ จะอธิบายไว้ในบทความที่จะมาถึง
อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าตัวเลขที่เราพบใน Core i3, i5, i7, m3, m5 และ m7 ไม่ใช่ตัวเลขหลักที่มีอยู่จริงในโปรเซสเซอร์ และโปรเซสเซอร์หลายตัวมีตัวย่อสุดท้ายที่มี สิ่งสำคัญ ซึ่งหมายถึง เช่น ในสนามพกพา ตัวย่อสุดท้าย U หมายความว่า เป็นตัวประมวลผลที่ ช่วยประหยัดพลังงาน ในขณะที่ HQ จะเป็นโปรเซสเซอร์ของ ประสิทธิภาพสูง ในขณะที่ K ในฟิลด์เดสก์ท็อปหมายความว่ามันจะเป็นโปรเซสเซอร์ที่มี ตัวคูณ ปลดล็อค . สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดดูแนวคิดของเรา:
คอมพิวเตอร์ไม่ได้ประกอบด้วยเพียง CPU เท่านั้น แต่ยังรวมถึงมาเธอร์บอร์ดที่ประสานการทำงานทั้งหมดของเครื่องได้อย่างมีประสิทธิภาพ (หากการคำนวณทั้งหมดไม่ได้อยู่ใน CPU เมนบอร์ดจะเป็นสมองที่แท้จริงของพีซี) มาเธอร์บอร์ดที่มีลักษณะหลายประการ: ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ คุณจะพบซ็อกเก็ตซึ่งเป็นส่วนพื้นฐานของซีพียู ที่หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้โต้ตอบกับ CPU อยู่
อย่าพูดถึงเรื่องทางเทคนิคเราจะไม่จบอีก แต่มาพูดถึงความสำคัญของซ็อกเก็ตในฐานะซีพียูที่ไม่ถูกต้องในซ็อกเก็ตเช่น 1366 จะไม่เข้าไปในซ็อกเก็ตตั้งแต่ปี 2011 และนี่ก็เป็นเหตุผล เหตุใดโปรเซสเซอร์หลายตัวในตลาดสำหรับโปรเซสเซอร์ที่ใช้มีประสิทธิภาพและประสิทธิภาพสูงเช่น 10 หรือ 20 ยูโรเนื่องจากทุกวันนี้หาเมนบอร์ดที่ใช้งานร่วมกันได้ยากมาก (ถ้าไม่ใช่ราคาสูง)
Write a Comment