Vad är en processorkärna? [MakeUseOf Explains]

Annons

Varje dator har en processor, vare sig det är en liten effektivitetsprocessor eller ett kraftfullt kraftverk, eller annars skulle den inte kunna fungera. Naturligtvis är processorn, även kallad CPU eller Central Processing Unit, en viktig del av ett fungerande system, men det är inte det enda.

Dagens processorer är nästan alla åtminstone dubbla kärnor, vilket innebär att hela processorn i sig innehåller två separata kärnor som den kan behandla information med. Men vad är processorkärnor, och vad gör de exakt?

Vad är kärnor?

En processorkärna är en behandlingsenhet som läser in instruktioner för att utföra specifika åtgärder. Instruktionerna är länkade ihop så att de, när de körs i realtid, utgör din datorupplevelse. Bokstavligen allt du gör på din dator måste behandlas av din processor. När du öppnar en mapp kräver det din processor. När du skriver i ett orddokument krävs det också din processor. Saker som att rita skrivbordsmiljön, fönstren och spelgrafiken är ditt grafikkorts jobb - vilket innehåller hundratals processorer för att snabbt arbeta med data samtidigt - men till viss del kräver de fortfarande din processor också.

Hur de fungerar

Processorerna är extremt komplexa och varierar mycket mellan företag och till och med modeller. Deras arkitekturer - för närvarande "Ivy Bridge" för Intel och "Piledriver" för AMD - förbättras ständigt för att packa så mycket prestanda som möjligt i minsta mängd utrymme och energiförbrukning. Men trots alla arkitektoniska skillnader, går processorer genom fyra huvudsteg när de bearbetar instruktioner: hämta, avkoda, köra och skriva tillbaka.

Hämta

Hämtningssteget är vad du förväntar dig att det ska vara. Här hämtar processorkärnan instruktioner som väntar på den, vanligtvis från ett slags minne. Detta kan inkludera RAM, men i moderna processorkärnor väntar instruktionerna vanligtvis redan på kärnan i processorcachen. Processorn har ett område som heter programräknare som i huvudsak fungerar som ett bokmärke, och låter processorn veta var den sista instruktionen slutade och den nästa börjar.

Avkoda

När den har hämtat den omedelbara instruktionen fortsätter den att avkoda den. Instruktioner involverar ofta flera områden i processorkärnan - till exempel aritmetik - och processorkärnan måste ta reda på detta. Varje del har något som kallas en opcode som säger processorkärnan vad som ska göras med informationen som följer den. När processorkärnan har räknat ut allt detta kan de olika områdena i själva kärnan börja fungera.

Kör

Utföringssteget är där processorn vet vad den behöver göra och faktiskt går vidare och gör det. Vad som exakt händer här varierar mycket beroende på vilka områden i processorkärnan som används och vilken information som läggs in. Som ett exempel kan processorn göra aritmetik inuti ALU eller Aritmetic Logic Unit. Denna enhet kan ansluta till olika ingångar och utgångar för att krossa nummer och få önskat resultat. Kretsarna inom ALU gör all magi, och det är ganska komplicerat att förklara, så det lämnar jag för din egen forskning om du är intresserad.

Skriv tillbaka

Det sista steget, som kallas tillbakablick, placerar enkelt resultatet av det som har arbetats tillbaka i minnet. Var exakt utmatningen går beror på behoven hos den löpande applikationen, men den förblir ofta i processorregister för snabb åtkomst eftersom följande instruktioner ofta använder den. Därifrån kommer det att ta hand om tills delar av den utgången behöver bearbetas igen, vilket kan betyda att det går in i RAM-minnet.

Det är bara en cykel

Hela processen kallas en instruktionscykel. Dessa instruktionscykler sker löjligt snabbt, särskilt nu när vi har kraftfulla processorer med höga frekvenser. Dessutom gör hela vår CPU med dess flera kärnor detta på varje kärna, så att data kan krossas ungefär lika många gånger snabbare som din CPU har kärnor än om den hade fastnat med bara en kärna av liknande prestanda. CPU: er har också optimerade instruktionsuppsättningar som är anslutna till kretsarna, vilket kan påskynda bekanta instruktioner som skickas till dem. Ett populärt exempel är SSE.

Slutsats

Glöm inte att det här är en mycket enkel beskrivning av vad processorer ska göra - i verkligheten är de mycket mer komplexa och gör mycket mer än vi inser. Den nuvarande trenden är att processortillverkare försöker göra sina marker så effektiva som möjligt och det inkluderar krympning av transistorerna. Ivy Bridge Vad du behöver veta om Intels Ivy Bridge [MakeUseOf Explains]Intel har just släppt sin nya uppdaterade processor, kodnamn Ivy Bridge, för både stationära och bärbara datorer. Du hittar dessa nya produkter listade som 3000-serien och du kan köpa åtminstone några av dem ... Läs mer 'S transistorer är bara 22 nm, och det finns fortfarande lite att gå innan forskare möter en fysisk gräns. Föreställ dig att all denna behandling sker i ett så litet utrymme. Vi ser hur processorer förbättras när vi når så långt.

Vart tror du att processorer ska gå nästa? När förväntar du dig att se kvantprocessorer, särskilt på personliga marknader? Låt oss veta i kommentarerna!

Bildkrediter: Olivander, Bernat Gallemí, Dominik Bartsch, Ioan Sameli, National Nuclear Security Administration