Hvad er en CPU, og hvad gør den?

Den vigtigste del af din computer, hvis du kun skulle vælge en, ville være den centrale behandlingsenhed (CPU). Det er det primære knudepunkt (eller "hjerne"), og det behandler instruktionerne, der kommer fra programmer, operativsystemet eller andre komponenter på din pc.

1'er og 0'er

Takket være mere kraftfulde CPU'er er vi gået fra knap at være i stand til at vise et billede på en computerskærm til Netflix, videochat, streaming og stadig mere virkelighedstro videospil.

CPU'en er et vidunder af ingeniørarbejde, men kernen afhænger den stadig af det grundlæggende koncept for fortolkning af binære signaler (1'er og 0'er). Forskellen er nu, at i stedet for at læse hulkort eller behandle instruktioner med sæt vakuumrør, bruger moderne CPU'er små transistorer til at oprette TikTok-videoer eller udfylde numre på et regneark.

Grundlæggende om CPU'en

CPU-fremstilling er kompliceret. Det vigtige punkt er, at hver CPU har silicium (enten et stykke eller flere), der huser milliarder af mikroskopiske transistorer.

Som vi tidligere henviste til, bruger disse transistorer en række elektriske signaler (strøm "tændt" og strøm "slukket") til at repræsentere maskinens binære kode, der består af 1'er og 0'er. Fordi der er så mange af disse transistorer, kan CPU'er udføre mere og mere komplekse opgaver med større hastigheder end før.

Transistorantalet betyder ikke nødvendigvis, at en CPU vil være hurtigere. Det er dog stadig en grundlæggende grund til, at telefonen, du har i lommen, har langt mere computerkraft end måske hele planeten gjorde, da vi først gik til månen.

Før vi går videre op ad den konceptuelle stige til CPU'er, lad os tale om, hvordan en CPU udfører instruktioner baseret på maskinkode, kaldet "instruktions-sæt." CPU'er fra forskellige virksomheder kan have forskellige instruktions sæt, men ikke altid.

De fleste Windows-pc'er og nuværende Mac-processorer bruger for eksempel instruktionssættet x86-64, uanset om de er en Intel- eller AMD-CPU. Mac-computere, der debuterer i slutningen af ​​2020, vil dog have ARM-baserede CPU'er, der bruger et andet instruktions sæt. Der er også et lille antal Windows 10-pc'er, der bruger ARM-processorer.

RELATERET: Hvad er binært, og hvorfor bruger computere det?

Kerner, cacher og grafik

Lad os nu se på selve silicium. Ovenstående diagram er fra en Intel-hvidbog, der blev offentliggjort i 2014 om virksomhedens CPU-arkitektur til Core i7-4770S. Dette er blot et eksempel på, hvordan en processor ser ud - andre processorer har forskellige layouter.

Vi kan se, at dette er en processor med fire kerner. Der var en tid, hvor en CPU kun havde en enkelt kerne. Nu hvor vi har flere kerner, behandler de instruktionerne meget hurtigere. Kerner kan også have noget, der kaldes hyper-threading eller simultan multi-threading (SMT), hvilket får en kerne til at virke som to på pc'en. Dette hjælper, som du måske forestiller dig, hurtigere behandlingstiderne endnu mere.

Kerne i dette diagram deler noget, der kaldes L3-cachen. Dette er en form for indbygget hukommelse inde i CPU'en. CPU'er har også L1 og L2 cache indeholdt i hver kerne samt registre, som er en form for hukommelse på lavt niveau. Hvis du vil forstå forskellene mellem registre, caches og system-RAM, skal du tjekke dette svar på StackExchange.

CPU'en vist ovenfor indeholder også systemagenten, hukommelsescontroller og andre dele af silicium, der administrerer information, der kommer ind i og går ud af CPU'en.

Endelig er der processorens indbyggede grafik, der genererer alle de vidunderlige visuelle elementer, du ser på din skærm. Ikke alle CPU'er indeholder deres egne grafikfunktioner. AMD Zen desktop-CPU'er kræver for eksempel et diskret grafikkort for at få vist noget på skærmen. Nogle Intel Core-stationære CPU'er inkluderer heller ikke indbygget grafik.

CPU'en på bundkortet

Nu hvor vi har set på, hvad der foregår under hætten på en CPU, lad os se på, hvordan den integreres med resten af ​​din pc. CPU'en sidder i det, der kaldes et stik på din pc's bundkort.

Når den sidder i stikket, kan andre dele af computeren oprette forbindelse til CPU'en via noget, der kaldes "busser". RAM forbinder for eksempel til CPU'en via sin egen bus, mens mange pc-komponenter bruger en bestemt bustype, kaldet en "PCIe."

Hver CPU har et sæt "PCIe-baner", som den kan bruge. AMDs Zen 2-CPU'er har for eksempel 24 baner, der forbinder direkte til CPU'en. Disse baner opdeles derefter af bundkortproducenter med vejledning fra AMD.

For eksempel bruges 16 baner typisk til en x16-grafikkortslot. Derefter er der fire baner til opbevaring, såsom en hurtig lagerenhed, som en M.2 SSD. Alternativt kan disse fire baner også deles. To baner kunne bruges til M.2 SSD og to til et langsommere SATA-drev, som en harddisk eller 2,5-tommer SSD.

Det er 20 baner, hvor de andre fire er forbeholdt chipsættet, som er kommunikationscenter og trafikkontrol til bundkortet. Chipsættet har derefter sit eget sæt busforbindelser, der gør det muligt at tilføje endnu flere komponenter til en pc. Som du måske forventer, har de højtydende komponenter en mere direkte forbindelse til CPU'en.

Som du kan se, udfører CPU det meste af instruktionsbehandlingen, og nogle gange fungerer selv grafikken (hvis den er bygget til det). CPU'en er dog ikke den eneste måde at behandle instruktioner på. Andre komponenter, såsom grafikkortet, har deres egne indbyggede behandlingsfunktioner. GPU'en bruger også sine egne behandlingsfunktioner til at arbejde med CPU'en og køre spil eller udføre andre grafikintensive opgaver.

Den store forskel er, at komponentprocessorer er bygget med specifikke opgaver i tankerne. CPU'en er dog en enhed til almindelig brug, der er i stand til at udføre den computeropgave, den bliver bedt om at udføre. Det er derfor, CPU'en troner øverst inde i din pc, og resten af ​​systemet er afhængig af, at den fungerer.