Что такое CPU и как они работают?

CPU — безусловно самый важный компонент любого компьютера, без которого невозможно ни запускать программы, ни играть, ни смотреть ролики. Портал howtogeek.com в общих чертах рассказал, как работают процессоры и из каких компонентов они состоят. Что такое CPU и зачем он нужен CPU опираются на базовую концепцию обработки бинарных сигналов.

Раньше то делали при помощи перфокарт, которые вставляли в компьютеры — а теперь за это отвечают крошечные электронные компоненты. Производство CPU — тема сложная и полная нюансов. Единственная по-настоящему важная вещь, которую нужно знать о процессорах — это тот факт, что они состоят из кремния и миллиардов микроскопических транзисторов. А эти транзисторы, в свою очередь, используют электрические сигналы для расшифровки машинного бинарного кода — нулей и единиц. Количество транзисторов позволяет CPU быстро выполнять невероятно сложные расчеты. Конечно, сама по себе численность не гарантирует быстродействия. Тем не менее, это одна из ключевых причин, по которой обычный смартфон обладает большей вычислительной мощностью, чем, возможно, вся планета на момент первого полета на Луну. Еще один момент, который стоит упомянуть. На каждом CPU записаны инструкции, построенные на машинном коде — т.н. набор команд. Чипы от разных производителей могут обладать разными наборами команд, но не всегда. Например, большинство ПК на Windows используют CPU с наборами команд x86-64 вне зависимости от производителя. А Mac 2020 года и младше перешли на проприетарный чип Apple Silicon, который имеет другой набор команд. Ядра, кэш и графика Теперь стоит взглянуть на сам «камушек». У каждого CPU есть ядра. Раньше чипы имели всего по одному ядру, но теперь их гораздо больше, и они обрабатывают инструкции гораздо быстрее. Иногда эти ядра также поддерживают технологию гиперпоточной обработки, благодаря которой ПК видит одно ядра как два — это дополнительно повышает быстродействие. Помимо этого, у CPU есть разные уровни кэша — встроенной памяти. Кэш 1 и 2 уровня встроен в каждое ядро, но некоторые процессоры также имеют отдельный кэш 3 уровня. Порой чипы также оснащаются дополнительными компонентами: например, контроллерами памяти и встроенной графической памятью — чтобы обрабатывать графику без дискретной видеокарты. CPU на материнской плате При сборке компьютера CPU помещается в специальный слот на материнской плате — он называется «сокет». А благодаря сокету другие компоненты компьютера могут подключаться к процессору с помощью магистральных шин. Например, оперативная память подключается к CPU через собственную шину, тогда как многие другие компоненты используют шину PCIe. Каждый CPU предлагает определенное количество шин PCIe. К примеру, линейка Zen 5 от AMD имеет 28 шин: производители материнских плат распределяют их по инструкциям от AMD. 16 шин обычно уходят на видеокарту, 8 — на накопители. Иногда их разделяют между разными типами дисков — HDD и более быстрыми SSDю Итого получается 24 шины. А еще четыре зарезервированы для чипсета: своего рода центра коммуникаций, которые отвечает за подключение разных компонентов ПК к CPU.