מהו מעבד, ומה הוא עושה?

החלק החשוב ביותר במחשב שלך, אם היית צריך לבחור אחד בלבד, יהיה יחידת העיבוד המרכזית (CPU). זהו הרכזת הראשית (או "המוח") והיא מעבדת את ההוראות המגיעות מתוכניות, ממערכת ההפעלה או מרכיבים אחרים במחשב האישי שלך.

1 ו 0

הודות למעבדים חזקים יותר, קפצנו מלהיות בקושי מסוגלים להציג תמונה על גבי מסך מחשב לנטפליקס, וידאו צ'אט, סטרימינג ומשחקי וידאו יותר ויותר חיים.

המעבד הוא פלא הנדסי, אך בבסיסו הוא עדיין מסתמך על הרעיון הבסיסי של פירוש אותות בינאריים (1 ו -0). ההבדל כעת הוא שבמקום לקרוא כרטיסי ניקוב או הוראות עיבוד עם סטים של צינורות ואקום, מעבדים מודרניים משתמשים בטרנזיסטורים זעירים כדי ליצור קטעי וידאו של TikTok או למלא מספרים בגיליון אלקטרוני.

יסודות המעבד

ייצור המעבדים מסובך. הנקודה החשובה היא שבכל מעבד יש סיליקון (חתיכה אחת או כמה) המאכלס מיליארדי טרנזיסטורים מיקרוסקופיים.

כפי שרמזנו קודם, טרנזיסטורים אלה משתמשים בסדרת אותות חשמליים (זרם "מופעל" וזרם "כבוי") כדי לייצג קוד בינארי של מכונה, המורכב מ -1 ו 0. מכיוון שיש כל כך הרבה טרנזיסטורים אלה, מעבדים יכולים לבצע משימות מורכבות יותר ויותר במהירות גבוהה מבעבר.

ספירת הטרנזיסטור לא בהכרח אומרת שמעבד יהיה מהיר יותר. עם זאת, זו עדיין סיבה מהותית לטלפון שאתה נושא בכיס יש הרבה יותר כוח מחשוב מאשר אולי לכל כדור הארץ כשנסענו לראשונה לירח.

לפני שנמשיך במעלה הסולם הרעיוני של המעבדים, בואו נדבר על האופן שבו מעבד מבצע הוראות המבוססות על קוד מכונה, המכונות "מערך ההוראות". למעבדים של חברות שונות יכולות להיות מערכות הוראות שונות, אך לא תמיד.

רוב מחשבי Windows ומעבדי ה- Mac הנוכחיים, למשל, משתמשים בערכת ההוראות x86-64, בין אם מדובר במעבד אינטל או AMD. עם זאת, במחשבי מקינטוש בסוף 2020, יהיו מעבדים מבוססי ARM המשתמשים בערכת הוראות שונה. יש גם מספר קטן של מחשבי Windows 10 המשתמשים במעבדי ARM.

קשורים: מה זה בינארי, ולמה מחשבים משתמשים בו?

ליבות, מטמונים וגרפיקה

עכשיו, בואו נסתכל על הסיליקון עצמו. התרשים לעיל הוא מתוך נייר לבן של אינטל שפורסם בשנת 2014 על ארכיטקטורת המעבד של החברה עבור ה- Core i7-4770S. זו רק דוגמה לאיך שנראה מעבד אחד - למעבדים אחרים יש פריסות שונות.

אנו יכולים לראות שמדובר במעבד בעל ארבע ליבות. הייתה תקופה שבה למעבד היה רק ​​ליבה אחת. עכשיו שיש לנו מספר ליבות, הם מעבדים הוראות הרבה יותר מהר. לליבות יכול להיות גם משהו שנקרא hyper-threading או multi-threading בו זמנית (SMT), מה שגורם לליבה אחת להיראות כמו שניים למחשב האישי. זה, כפי שאתה יכול לדמיין, עוזר לזרז את זמני העיבוד עוד יותר.

הליבות בתרשים זה חולקות משהו שנקרא מטמון L3. זוהי סוג של זיכרון מובנה בתוך המעבד. למעבדים יש גם מטמונים L1 ו- L2 בכל ליבה, כמו גם רושמים שהם סוג של זיכרון ברמה נמוכה. אם אתה רוצה להבין את ההבדלים בין רושמים, מטמונים ו- RAM של המערכת, עיין בתשובה זו ב- StackExchange.

המעבד המוצג לעיל מכיל גם את סוכן המערכת, בקר הזיכרון וחלקים אחרים של הסיליקון שמנהלים מידע שנכנס ויוצא מהמעבד.

לבסוף, יש הגרפיקה המשולבת של המעבד, שמייצרת את כל אותם אלמנטים חזותיים נפלאים שאתה רואה על המסך. לא כל המעבדים מכילים יכולות גרפיות משלהם. מעבדי AMD Zen שולחניים, למשל, דורשים כרטיס גרפי נפרד כדי להציג כל דבר על המסך. כמה מעבדים שולחניים של Intel Core אינם כוללים גרפיקה משולבת.

המעבד על לוח האם

כעת, לאחר שבדקנו את המתרחש מתחת למכסה המנוע של המעבד, בואו נראה כיצד הוא משתלב עם שאר המחשב האישי. המעבד יושב במה שמכונה שקע בלוח האם של המחשב האישי שלך.

ברגע שהוא יושב בשקע, חלקים אחרים של המחשב יכולים להתחבר למעבד באמצעות משהו שנקרא "אוטובוסים". זיכרון RAM, למשל, מתחבר למעבד דרך אוטובוס משלו, בעוד שרכיבי מחשב רבים משתמשים בסוג ספציפי של אוטובוסים, המכונה "PCIe".

לכל מעבד יש סט של "נתיבי PCIe" שהוא יכול להשתמש בהם. למעבדי ה- Zen 2 של AMD, למשל, יש 24 נתיבים המתחברים ישירות למעבד. נתיבים אלה מתחלקים על ידי יצרני לוחות אם בהנחיית AMD.

לדוגמה, 16 מסלולים משמשים בדרך כלל לחריץ לכרטיס גרפי x16. לאחר מכן, ישנם ארבעה מסלולי אחסון, כגון התקן אחסון מהיר אחד, כמו M.2 SSD. לחלופין, ניתן לפצל גם את ארבעת הנתיבים הללו. ניתן להשתמש בשני נתיבים עבור ה- M.2 SSD, ושניים עבור כונן SATA איטי יותר, כמו כונן קשיח או SSD בגודל 2.5 אינץ '.

מדובר ב -20 נתיבים, כאשר ארבעת האחרים שמורים לערכת השבבים, המהווה את מרכז התקשורת ובקר התעבורה של לוח האם. לאחר מכן לערכת השבבים יש קבוצה משלה של חיבורי אוטובוסים, המאפשרים להוסיף עוד רכיבים למחשב. כפי שניתן לצפות, לרכיבים בעלי ביצועים גבוהים יותר יש חיבור ישיר יותר למעבד.

כפי שאתה יכול לראות, המעבד מבצע את רוב עיבוד ההוראות, ולעיתים, אפילו הגרפיקה עובדת (אם הוא בנוי לכך). המעבד אינו הדרך היחידה לעבד הוראות. לרכיבים אחרים, כגון כרטיס המסך, יכולות עיבוד משולב משלהם. ה- GPU משתמש גם ביכולות עיבוד משלו כדי לעבוד עם המעבד ולהפעיל משחקים או לבצע משימות אחרות עתירות גרפיקה.

ההבדל הגדול הוא שמעבדי רכיבים בנויים עם מטלות ספציפיות בראש. המעבד, לעומת זאת, הוא מכשיר לשימוש כללי המסוגל לבצע את כל משימת המחשוב שהוא מתבקש לעשות. לכן המעבד שולט במעלה המחשב האישי שלך, ושאר המערכת מסתמכת עליו שיפעל.