▷ 프로세서 란 무엇이며 어떻게 작동합니까

오늘 우리는 몇 가지 하드웨어를 보게 될 것입니다. 우리 팀은 데이터를 저장하고 처리 할 수있는 수많은 전자 부품으로 구성되어 있습니다. 프로세서, CPU 또는 중앙 처리 장치 가 주요 구성 요소입니다. 우리는 프로세서가 무엇인지, 컴포넌트가 무엇인지, 어떻게 작동하는지에 대해 이야기 할 것입니다.

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프로세서 란 무엇입니까?

우리가 정의해야 할 첫 번째 것은 마이크로 프로세서가 다른 모든 것을 아는 것입니다. 마이크로 프로세서는 컴퓨터 나 컴퓨터의 두뇌이며, 수백만 개의 트랜지스터로 구성된 실리콘 칩에 캡슐화 된 집적 회로로 구성되어 있습니다. 그 기능은 데이터를 처리하고 컴퓨터의 모든 장치, 적어도 대부분의 장치의 작동을 제어하는 ​​것입니다. 가장 중요한 것은 논리 및 수학 연산을 수행하는 것입니다.

우리가 그것을 알면, 우리 기계를 순환하는 모든 데이터는 전기 임펄스이며, 비트라고 불리는 1과 0의 신호로 구성됩니다. 이러한 각 신호는 명령 및 프로그램을 구성하는 비트 세트로 그룹화됩니다. 마이크로 프로세서는 SUM, SUBTRACT, AND, OR, MUL, DIV, OPPOSITE 및 INVERSE와 같은 기본 작업을 수행하여이 모든 것을 이해해야합니다. 그런 다음 마이크로 프로세서를 사용해야합니다.

• 컴퓨터의 메인 메모리에로드 된 프로그램의 명령어를 해독하고 실행 합니다. 컴퓨터를 구성 하는 모든 구성 요소 와 주변 장치, 마우스, 키보드, 프린터, 화면 등을 조정하고 제어합니다.

프로세서는 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 모양이며 메인 보드에 연결된 소켓이라는 요소에 있습니다. 이것은 프로세서와 프로세서에 연결된 나머지 요소 사이에 데이터를 배포하는 역할을합니다.

컴퓨터의 아키텍처

다음 섹션에서는 프로세서의 전체 아키텍처를 볼 수 있습니다.

폰 노이만 아키텍처

오늘날까지 마이크로 프로세서가 발명 된 이래로, 프로세서는 프로세서를 나중에 보게 될 여러 요소로 나누는 아키텍처를 기반으로합니다. 이것을 폰 노이만 아키텍처라고합니다. 수학자 Von Neumann이 1945 년에 발명 한 아키텍처로 일련의 부품 또는 요소로 나누어 진 디지털 컴퓨터의 설계를 설명합니다.

현재의 프로세서는 여전히이 기본 아키텍처를 기반으로하지만 오늘날 우리가 가지고있는 매우 완전한 요소를 갖기 전까지는 수많은 새로운 요소가 논리적으로 도입되었습니다. 동일한 칩에서 여러 개의 숫자, 다양한 레벨의 메모리 요소, 내장 그래픽 프로세서 등

컴퓨터의 내부 부품

이 아키텍처에 따른 컴퓨터의 기본 부분은 다음과 같습니다.

• 메모리: 컴퓨터가 실행하는 명령과 명령이 작동하는 데이터가 저장되는 요소입니다. 이러한 명령을 프로그램이라고합니다. 중앙 처리 장치 또는 CPU: 이전에 정의한 요소입니다. 메모리에서 나오는 명령을 처리하는 작업을 담당하며, 입력 및 출력 장치: 외부 요소와 통신 할 수 있습니다. 데이터 버스: 이전 요소를 물리적으로 연결하는 트랙, 트랙 또는 케이블입니다.

마이크로 프로세서의 요소

컴퓨터의 주요 부분을 정의하고 정보가 컴퓨터를 어떻게 순환하는지 이해했습니다.

• 제어 장치 (UC): 제어 신호 (예: 시계)를 통해 명령을 내리는 요소입니다. 메인 메모리에서 명령어를 검색하여 명령어 디코더로 전달하여 실행합니다. 내부 부품:
  1. 클럭: 프로세서 작동을 동기화하기 위해 구형파를 생성합니다 . 프로그램 카운터: 실행할 다음 명령의 메모리 주소를 포함합니다 . 명령 레코드: 현재 실행중인 명령을 포함합니다 . 시퀀서: 처리를위한 기본 명령을 생성합니다. 교육. 명령어 디코더 (DI): 명령어의 동작 코드를 추출하여 도착한 명령어를 해석하고 실행하는 역할을합니다.

• 논리 산술 단위 (ALU): 산술 계산 (SUM, SUBTRACTION, MULTIPLICATION, DIVISION) 및 논리 연산 (AND, OR,…)을 담당합니다. 내부 부품.
  1. 작동 회로: 작동 을 수행하기위한 멀티플렉서 및 회로가 포함되어 있습니다. 입력 레지스터: 작동 회로에 들어가기 전에 데이터가 저장되고 작동됩니다 . 누산기: 수행 된 작업의 결과를 저장합니다 . 상태 레지스터 (플래그): 후속 작업에서 고려해야하는 특정 조건을 저장합니다.

• FPU (부동 소수점 단위): 이 요소는 원래 아키텍처 디자인에 포함되지 않았으며 나중에 그래픽으로 표현 된 프로그램의 모양으로 인해 명령 및 계산이 더 복잡해 졌을 때 소개되었습니다. 이 단위는 부동 소수점 연산, 즉 실수를 수행합니다. 레코드 뱅크 및 캐시: 오늘날의 프로세서에는 RAM에서 CPU로 브리지되는 휘발성 메모리가 있습니다. 이것은 RAM보다 훨씬 빠르며 주 메모리에 대한 마이크로 프로세서의 액세스 속도를 높여줍니다.

• FSB (Front Side Bus): 데이터 버스, 메인 버스 또는 시스템 버스라고도합니다. 마이크로 프로세서를 마더 보드와 통신하는 경로 또는 채널, 특히 노스 브릿지 또는 nothbridge라고하는 칩과 통신합니다. PCI-Express와 같은 기본 CPU 버스, RAM 및 확장 포트의 작동을 제어하는 ​​역할을 담당하며, 이 버스를 정의하는 데 사용되는 용어는 Intel의 경우 "Quick Path Interconnect"및 AMD의 경우 "Hypertransport"입니다.

출처: sleeperfurniture.co

출처: ixbtlabs.com

• BSB (Back Side BUS): 이 버스는 CPU 코어 자체에 통합되어 있지 않은 한 레벨 2 캐시 메모리 (L2)를 프로세서와 통신합니다. 현재 모든 마이크로 프로세서에는 칩 자체에 캐시 메모리가 내장되어 있으므로이 버스도 동일한 칩의 일부입니다.

둘 이상의 코어 마이크로 프로세서

동일한 프로세서에서 이러한 요소가 내부에 분산 될뿐만 아니라 이제 복제됩니다. 우리는 몇 개의 처리 코어를 가지고 있거나 장치 내에 동일한 몇 개의 마이크로 프로세서가 있습니다. 이들 각각에는 자체 캐시 L1 및 L2가 있으며 일반적으로 L3은 쌍으로 또는 함께 공유됩니다.

이 외에도 각 코어에 대해 ALU, UC, DI 및 FPU가 있으므로 코어 수에 따라 속도 및 처리 용량이 배가됩니다. 마이크로 프로세서 내부에도 새로운 요소가 나타납니다.

• IMC (Integrated Memory Controller): 이제 여러 개의 코어가있는 프로세서에는 주 메모리에 직접 액세스 할 수있는 시스템이 있습니다. 통합 GPU (iGP) -GPU는 그래픽 처리를 처리합니다. 이들은 대부분 고밀도 비트 문자열을 사용하는 부동 소수점 연산이므로 일반 프로그램 데이터보다 처리가 훨씬 더 복잡합니다. 이로 인해 내부에 그래픽 처리 전용 장치를 구현하는 마이크로 프로세서 범위가 있습니다.

AMD Ryzen과 같은 일부 프로세서에는 내부 그래픽 카드가 없습니다. 당신의 APU 만?

마이크로 프로세서 작동

프로세서는 명령어로 작동하며, 이 명령어 각각은 CPU가 이해할 수있는 특정 확장의 이진 코드입니다.

따라서 프로그램은 일련의 명령이며이를 실행하려면 순차적으로 수행해야합니다. 즉, 각 단계 또는 시간에 이러한 명령 중 하나를 실행해야합니다. 명령을 실행하려면 여러 단계가 있습니다.

• 명령어 검색: 명령어를 메모리에서 프로세서로 가져옵니다. 명령어 디코딩: 명령어는 CPU에서 이해할 수있는 간단한 코드로 나뉩니다 . 운영 검색: CPU에 명령어를로드하면 해당 연산자를 찾아야합니다. 지침: 필요한 논리 또는 산술 연산 수행 결과 저장: 결과가 캐시됩니다

각 프로세서는 특정 명령어 세트와 함께 작동하며 프로세서와 함께 발전했습니다. x86 또는 x386이라는 이름은 프로세서가 작동하는 명령어 세트를 나타냅니다.

전통적으로 32 비트 프로세서는 x86이라고도합니다. 이는이 아키텍처에서 32 비트 아키텍처를 최초로 구현 한 인텔 80386 프로세서의이 명령 세트와 함께 작동했기 때문입니다.

보다 효율적이고 복잡한 프로그램에서 작동하려면이 지침 세트를 업데이트해야합니다. 때로는 프로그램 실행 요구 사항에 SSE, MMX 등과 같은 두문자어가 있음을 알 수 있습니다. 이들은 마이크로 프로세서가 처리 할 수있는 일련의 명령어입니다. 그래서 우리는:

• SSE (Streaming SIMD Extensions): CPU가 부동 소수점 연산을 수행 할 수있게되었습니다. SSE2, SSE3, SSE4, SSE5 등: 이 명령어 세트에 대한 다른 업데이트.

프로세서 비 호환성

우리는 언제 애플 운영 체제가 Windows 또는 Linux PC에서 실행될 수 있는지 기억합니다. 다른 프로세서의 명령 유형 때문입니다. Apple은 Intel 및 AMD 이외의 지침으로 작동하는 PowerPC 프로세서를 사용했습니다. 따라서 몇 가지 명령어 디자인이 있습니다.

• CISC (Complex Instruction Set Computer): 인텔과 AMD에서 사용하는 것으로, 몇 개의 명령어를 사용하지만 복잡합니다. 그들은 더 많은 자원을 소비하며, 몇 번의 클록 사이클을 필요로하는보다 완전한 명령이다. RISC (Reduced Instruction Set Computer): Apple, Motorola, IBM 및 PowerPC에서 사용하는 것으로서, 더 많은 명령어가 있지만보다 복잡하지 않은보다 효율적인 프로세서입니다.

인텔과 AMD가 프로세서에서 아키텍처 조합을 구현하기 때문에 현재 두 운영 체제가 호환됩니다.

명령 실행 프로세스

1. 프로세서는 RESET 신호를 수신하면 다시 시작합니다. 이런 식으로 시스템은 프로세스 속도를 결정하는 클럭 신호를 수신하여 자체적으로 준비합니다 CP 레지스터 (프로그램 카운터)에서 제어 장치 (UC)는 RAM에 CP에있는 메모리 주소에 저장된 명령을 페치하도록 명령을 발행 한 다음 RAM이 데이터를 전송하고 데이터 버스에 배치 될 때까지 데이터 버스에 배치됩니다. UC는 프로세스를 관리하고 명령은 명령의 의미를 찾기 위해 디코더 (D)로 전달합니다. 그런 다음 UC를 통해 실행됩니다. 명령을 알고 수행 할 작업을 모두 ALU 입력 레지스터 (REN)에로드합니다.ALU는 작업을 실행하고 결과를 데이터 버스와 CP가 1이 추가되어 다음 명령을 실행합니다.

프로세서가 좋은지 확인하는 방법

마이크로 프로세서가 좋은지 나쁜지 알기 위해 각 내부 구성 요소를 살펴 봐야합니다.

버스 폭

버스의 너비는 버스를 순환 할 수있는 레지스터의 크기를 결정합니다. 이 폭은 프로세서 레지스터의 크기와 일치해야합니다. 이런 식으로 우리는 버스의 너비가 단일 작업으로 전송할 수있는 가장 큰 레지스터를 나타냅니다.

버스와 직접 관련된 RAM 메모리이기도합니다. 각 레지스터를 너비와 함께 저장할 수 있어야합니다 (메모리 워드 너비라고 함).

버스 폭이 32 비트 또는 64 비트 일 때 현재 가지고있는 것, 즉 32 또는 64 비트의 체인을 동시에 전송, 저장 및 처리 할 수 ​​있습니다. 32 비트가 각각 0 또는 1 일 가능성이있는 경우 2 ³² (4GB) 및 64 비트 16EB 엑사 바이트의 메모리 양을 지정할 수 있습니다. 이것은 컴퓨터에 16 엑사 바이트의 메모리가 있다는 것을 의미하는 것이 아니라 특정 양의 메모리를 관리하고 사용할 수있는 능력을 나타냅니다. 따라서 32 비트 시스템의 유명한 제한은 4GB의 메모리 만 처리합니다.

요컨대, 버스가 넓을수록 더 많은 작업 능력이 있습니다.

캐시 메모리

이 메모리는 RAM보다 훨씬 작지만 훨씬 빠릅니다. 그 기능은 방금 처리 될 명령 또는 마지막 명령을 저장하는 것입니다. 캐시 메모리가 많을수록 CPU가 픽업 및 드롭 할 수있는 트랜잭션 속도가 빠릅니다.

여기서 우리는 프로세서에 도달하는 모든 것이 하드 드라이브에서 나온다는 것을 알고 있어야하며, 이는 RAM보다 훨씬 느리며 캐시 메모리보다 훨씬 느릴 수 있습니다. 이러한 이유로 이러한 솔리드 스테이트 메모리는 하드 드라이브 인 큰 병목 현상을 해결하도록 설계되었습니다.

그리고 우리는 왜 스스로 큰 캐시를 제조 할뿐만 아니라 대답은 간단합니다. 왜냐하면 매우 비쌉니다.

내부 프로세서 속도

프로세서를 볼 때 인터넷 속도는 거의 항상 가장 두드러집니다. "프로세서는 3.2GHz에서 실행됩니다." 속도는 마이크로 프로세서가 작동하는 클럭 주파수입니다. 이 속도가 높을수록 단위 시간당 더 많은 작업을 수행 할 수 있습니다. 이는 더 높은 성능, 즉 캐시 메모리가 있기 때문에 프로세서가 데이터 단위를 가속화하여 항상 단위 시간당 최대 작업 수를 수행하도록합니다.

이 클럭 주파수는 주기적 구형파 신호로 제공됩니다. 최대 작업 시간은 한 기간입니다. 주기는 주파수의 역수입니다.

그러나 모든 것이 속도는 아닙니다. 프로세서 속도에 영향을주는 많은 구성 요소가 있습니다. 예를 들어 1.8GHz의 4 코어 프로세서와 4.0GHz의 다른 단일 코어가 있다면 쿼드 코어가 더 빠르다는 것이 확실합니다.

버스 속도

프로세서 속도가 중요한 것처럼 데이터 버스 속도도 중요합니다. 마더 보드는 항상 마이크로 프로세서보다 훨씬 낮은 클럭 주파수에서 작동하므로 이러한 주파수를 조정하는 멀티 플라이어가 필요합니다.

예를 들어 클럭 주파수가 200MHz 인 버스가있는 마더 보드가있는 경우 10 배 멀티 플라이어는 2GHz의 CPU 주파수에 도달합니다.

마이크로 아키텍처

프로세서의 마이크로 아키텍처는 거리 단위당 트랜지스터 수를 결정합니다. 이 단위는 현재 nm (나노 미터) 단위로 측정할수록 더 작을수록 트랜지스터의 수가 많아 질 수 있으므로 더 많은 요소와 집적 회로를 수용 할 수 있습니다.

이는 에너지 소비에 직접적인 영향을 미치며, 더 작은 장치는 더 적은 전자 흐름이 필요하므로 더 큰 마이크로 아키텍처에서와 동일한 기능을 수행하는 데 더 적은 에너지가 필요합니다.

출처: intel.es

부품 냉각

CPU가 도달하는 엄청난 속도로 인해 전류 흐름에 열이 발생합니다. 주파수와 전압이 높을수록 더 많은 열이 생성되므로이 부품을 식힐 필요가 있습니다. 이를 수행하는 몇 가지 방법이 있습니다.

• 수동 냉각: 핀을 통해 공기와의 접촉 표면을 증가시키는 금속 소산 기 (구리 또는 알루미늄)를 사용합니다. 능동 냉각 : 방열판 외에 수동 소자의 핀 사이에 공기 흐름을 강제하기 위해 팬도 배치됩니다.

• 액체 냉각: 펌프와 핀 라디에이터로 구성된 회로로 구성됩니다. 물은 CPU에 위치한 블록을 통해 순환되며, 액체 요소는 발생 된 열을 수집하여이를 방열기로 전달합니다. 강제 통풍을 통해 열을 소산시켜 다시 액체의 온도를 낮 춥니 다.

일부 프로세서에는 방열판이 포함되어 있습니다. 일반적으로 그들은 큰 문제가 아니지만… PC를 가동시키고 동시에 개선하는 역할을합니다.

• 히트 파이프에 의한 냉각: 시스템은 유체로 채워진 구리 또는 알루미늄 튜브의 폐쇄 회로로 구성됩니다. 이 유체는 CPU에서 열을 수집하여 시스템 상단으로 증발합니다. 이 시점에서 유체의 열을 내부에서 외부 공기로 교환하는 핀이있는 방열판이 있습니다. 이런 방식으로 유체가 응축되어 다시 CPU 블록으로 떨어집니다.

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이것으로 프로세서의 정의와 작동 방식에 대한 기사를 마치겠습니다. 우리는 당신이 그것을 좋아 바랍니다.