С какого бы устройства вы ни читали эту статью (компьютер, планшет, телефон), основным его составляющим все равно является микропроцессор. Процессор является сердцем любого компьютерного устройства.
Существует огромное множество самых разных моделей микропроцессоров, но все они выполняют одни и те же задачи, о которых мы поговорим в этой статье, и устроены одинаково. Итак, каким же образом эти маленькие чипы внутри компьютера преобразуют нули и единицы в красочные игры, кино, фотографии, музыку и обеспечивает компьютеры столь огромным функционалом?
Первый микропроцессор был создан в 1971 году компанией Intel, и это было очень значимым событием для компьютерной индустрии, так как до этого компьютеры базировались на огромном количестве разнообразных чипов и транзисторов. Компания Intel – первая, кто уместил все это в небольшой чип размером меньше спичечного коробка. Поначалу микропроцессоры были довольно маломощными и подходили только для простых арифметических операций по типу сложения и вычитания, но прогресс не стоял на месте, и уже 90-м годам начали появились 32 и 64 битные процессоры, которые используются в некоторых устройствах и по сей день , а в нулевых их мощности начало хватать, чтобы выполнять по 7 000 000 000 инструкций в секунду! О том, что такое 32 и 64 бита, мы поговорим чуть позже.
Микропроцессор чаще всего представляет из себя маленькую квадратную кремниевую пластину, внутри которой находятся миллиарды микроскопических транзисторов.
Транзистор – это некий полупроводниковый элемент, у которого обычно есть 3 вывода: на вывод 1 поступает сильный ток, а на вывод 2 слабый управляющий ток, но при усилении тока на выводе 2 ток с вывода 1 начинает течь на третий вывод. Таким образом, транзистор выполняет функцию управляемого клапана, а миллиарды транзисторов, соединенные сложными связями, являются основной составляющей процессоров.
Чтобы понять как устроен процессор, мы погорим о логике процессора, на которой он работает. С помощью определенных команд, которые процессор способен выполнять, он исполняет 3 основные функции: выполнение арифметических операций, перемещение информации из одного типа памяти в другой и выбор, какой набор команд выполнять.
Все эти команды и функции выполняются с помощью нескольких компонентов, из которых состоят все процессоры, но для начала поговорим о так называемых шинах (bus), которыми эти компоненты соединены, и через которые процессор получает и передает информацию. Шина представляет собой связку параллельно протянутых проводков. Через каждый проводок передается 1 бит информации.
Для тех, кто не знает, что это такое: 1 бит информации вмещает в себе только сведение о наличии сигнала или его отсутствии, попросту говоря, те самые единицы и нули. 1 - есть сигнал, 0 - сигнала нет. Шины бывают различной ширины: 8, 16, 32, 64 бита.
Процессор имеет несколько шин:
- Адресная шина (Address bus), которая занимается отправкой адреса в память
- Шина данных (Data bus) – шина, которая принимает данные из памяти и отправляет ее туда. Именно ее ширина определяет разрядность (битность) процессора
- Каналы Read и Write обеспечивает взаимодействие с внутренней памятью процессора: оперативной и постоянной.
- Шина синхронизирующих импульсов (Clock) обеспечивает такты процессора
- Шина сброса (Reset) перезапускает выполнение инструкций
А теперь рассмотрим сами компоненты чипа: Команды, которые нужно выполнять процессору, передаются на языке под названием ассемблер, который расшифровывается в дешифраторе команд (Instruction decoder). Там они, как вы наверное уже догадались, расшифровываются с помощью регистра команд (Instruction register), в котором хранятся коды всех команд, и процессор "понимает", что именно ему нужно выполнить. Дешифратор также передает соответствующие адреса в памяти и конфигурирует арифметико-логическое устройство (ALU) - тот компонент, в котором выполняются арифметические операции над 8-ми битными числами. В нем также выполняется сравнение чисел, результаты которых записываются в тестовый регистр (test register), который с помощью этих результатов помогает дешифратору принимать решения. Регистры А, В, С и adress latch хранят промежуточные данные и адреса соответственно, а блоки под названием 3-state выступают в роли блоков сортировки, не давая сигналам, исходящим из разных компонентов, соединенных одной шиной, перемешаться между собой. Счетчиком команд (program counter) считаются все выполненные процессором команды. Он обнуляется, когда задача из определенного количества команд выполнена и следует приступать к следующей.
На этом все. Теперь становится ясно, что процессоры действуют по довольно простой логике, но при этом создают все то, что мы видим на экранах своих устройств. Процесс производства процессоров неимоверно сложен, ведь все его транзисторы по размерам в десятки раз меньше бактерий, но это еще раз показывает, чего может достичь человек!
Понравилось? Ставь лайк и подписывайся, чтобы не пропустить еще больше интересных и познавательных статей!)
