Co je CPU a co dělá?

Nejdůležitější částí vašeho počítače, pokud byste si museli vybrat jen jednu, by byla centrální procesorová jednotka (CPU). Je to primární rozbočovač (nebo „mozek“) a zpracovává pokyny, které vycházejí z programů, operačního systému nebo jiných součástí vašeho počítače.

Čísla 1 a 0

Díky výkonnějším procesorům jsme přešli od stěží schopného zobrazit obraz na obrazovce počítače na Netflix, videochat, streamování a stále realističtější videohry.

CPU je technickým zázrakem, ale ve své podstatě se stále spoléhá na základní koncept interpretace binárních signálů (1 a 0). Rozdíl nyní spočívá v tom, že místo čtení děrovacích karet nebo pokynů ke zpracování se sadami elektronek používají moderní procesory malé tranzistory k vytváření videí TikTok nebo k vyplňování čísel v tabulce.

Základy CPU

Výroba CPU je komplikovaná. Důležitým bodem je, že každý procesor má křemík (buď jeden kus nebo několik), ve kterém jsou umístěny miliardy mikroskopických tranzistorů.

Jak jsme již zmínili dříve, tyto tranzistory používají řadu elektrických signálů (proud „zapnuto“ a proud „vypnuto“) k reprezentaci binárního kódu stroje, složeného z 1 a 0. Protože těchto tranzistorů je tolik, mohou CPU provádět stále složitější úkoly při vyšších rychlostech než dříve.

Počet tranzistorů nemusí nutně znamenat, že CPU bude rychlejší. Stále je to však zásadní důvod, proč má telefon, který nosíte v kapse, mnohem větší výpočetní výkon, než možná celá planeta, když jsme poprvé šli na Měsíc.

Než se vydáme dále po koncepčním žebříčku CPU, promluvme si o tom, jak CPU provádí instrukce založené na strojovém kódu, tzv. „Instrukční sada“. CPU od různých společností mohou mít různé instrukční sady, ale ne vždy.

Většina počítačů se systémem Windows a současných procesorů Mac například používá instrukční sadu x86-64 bez ohledu na to, zda jde o procesor Intel nebo AMD. Počítače Mac debutující na konci roku 2020 však budou mít procesory založené na ARM, které používají jinou sadu instrukcí. Existuje také malý počet počítačů se systémem Windows 10 využívajících procesory ARM.

SOUVISEJÍCÍ: Co je to binární a proč jej počítače používají?

Jádra, mezipaměti a grafika

Nyní se podívejme na samotný křemík. Výše uvedený diagram je z bílé knihy Intel publikované v roce 2014 o architektuře CPU společnosti pro Core i7-4770S. Toto je jen příklad toho, jak jeden procesor vypadá - ostatní procesory mají různé rozložení.

Vidíme, že se jedná o čtyřjádrový procesor. Byly doby, kdy CPU mělo pouze jedno jádro. Nyní, když máme více jader, zpracovávají pokyny mnohem rychleji. Jádra mohou mít také něco, co se nazývá hypervlákno nebo simultánní vícevlákno (SMT), díky čemuž se jedno jádro zdá PC jako dvě. To, jak si dokážete představit, pomáhá ještě rychleji zkrátit dobu zpracování.

Jádra v tomto diagramu sdílejí něco, čemu se říká mezipaměť L3. Toto je forma vestavěné paměti uvnitř CPU. CPU také obsahují mezipaměti L1 a L2 obsažené v každém jádru, stejně jako registry, které jsou formou nízkoúrovňové paměti. Pokud chcete pochopit rozdíly mezi registry, mezipaměti a systémovou pamětí RAM, podívejte se na tuto odpověď na StackExchange.

CPU zobrazený výše také obsahuje systémového agenta, řadič paměti a další části křemíku, které spravují informace přicházející do CPU a vystupující z CPU.

Konečně je tu integrovaná grafika procesoru, která generuje všechny ty nádherné vizuální prvky, které vidíte na obrazovce. Ne všechny procesory obsahují své vlastní grafické možnosti. Například stolní procesory AMD Zen vyžadují k zobrazení čehokoli na obrazovce samostatnou grafickou kartu. Některé stolní procesory Intel Core také neobsahují integrovanou grafiku.

CPU na základní desce

Nyní, když jsme se podívali na to, co se děje pod kapotou CPU, pojďme se podívat, jak se integruje se zbytkem vašeho PC. CPU je umístěn v zásuvce na základní desce vašeho počítače.

Jakmile je usazen v zásuvce, další části počítače se mohou připojit k CPU prostřednictvím takzvaných „sběrnic“. Například RAM se připojuje k CPU prostřednictvím své vlastní sběrnice, zatímco mnoho počítačových komponent používá specifický typ sběrnice, nazývaný „PCIe“.

Každý procesor má sadu „PCIe pruhů“, které může používat. Například procesory AMD Zen 2 mají 24 linek, které se připojují přímo k CPU. Tyto pruhy jsou poté rozděleny výrobci základních desek s vedením AMD.

Například 16 slotů se obvykle používá pro slot grafické karty x16. Pak existují čtyři pruhy pro úložiště, například jedno rychlé úložné zařízení, jako je M.2 SSD. Alternativně lze tyto čtyři pruhy také rozdělit. Pro M.2 SSD lze použít dva pruhy a dva pro pomalejší disk SATA, jako je pevný disk nebo 2,5palcový SSD.

To je 20 jízdních pruhů, další čtyři jsou vyhrazeny pro čipovou sadu, což je komunikační centrum a řídicí jednotka pro základní desku. Čipová sada má poté vlastní sadu připojení sběrnice, což umožňuje přidat do počítače ještě více komponent. Jak můžete očekávat, výkonnější komponenty mají přímější připojení k CPU.

Jak vidíte, CPU zpracovává většinu instrukcí a někdy funguje i grafika (pokud je na to postavena). CPU však není jediným způsobem zpracování pokynů. Ostatní součásti, například grafická karta, mají své vlastní integrované možnosti zpracování. GPU také využívá své vlastní možnosti zpracování pro práci s CPU a spouštění her nebo provádění jiných graficky náročných úkolů.

Velkým rozdílem je, že procesory komponent jsou postaveny s ohledem na konkrétní úkoly. CPU je však univerzální zařízení schopné dělat jakýkoli výpočetní úkol, o který je požádán. Proto CPU ve vašem PC kraľuje a zbytek systému se spoléhá na to, že bude fungovat.