Vad är en processorkärna? [MakeUseOf Förklarar]

Varje dator har en processor, oavsett om det är en liten effektivitetsprocessor eller ett stort prestanda kraftverk, annars skulle det inte kunna fungera. Naturligtvis är processorn, även kallad CPU eller Central Processing Unit, en viktig del av ett fungerande system, men det är inte det enda.

Dagens processorer är nästan alla åtminstone dubbelkärnor, vilket betyder att hela processorn själv innehåller två separata kärnor med vilken den kan bearbeta information. Men vad är processorkärnor, och vad gör de exakt?

Vad är kärnor?

En processorkärna är en behandlingsenhet som läser instruktioner för att utföra specifika åtgärder. Instruktionerna är kedjda ihop så att de, när de körs i realtid, utgör din datorupplevelse. Bokstavligen måste allt som du gör på din dator behandlas av din processor. När du öppnar en mapp behöver du din processor. När du skriver in i ett orddokument krävs det också processorn. Saker som att teckna skrivbordsmiljön, windows och spelgrafik är jobbet på ditt grafikkort - som innehåller hundratals processorer för att snabbt arbeta med data samtidigt - men till viss del kräver de fortfarande din processor.

Hur de arbetar

Processorerna är extremt komplexa och varierar mycket mellan företag och till och med modeller. Deras arkitekturer - för närvarande “Ivy Bridge” för Intel och “Piledriver” för AMD - förbättras ständigt för att packa in mest prestanda i minst utrymme och energiförbrukning. Men trots alla arkitektoniska skillnader går processorer igenom fyra huvudsteg när de behandlar instruktioner: hämta, avkoda, exekvera och skriva tillbaka.

Hämta

Hämtningssteget är vad du förväntar dig att vara. Här hämtar processorkärnan instruktioner som väntar på det, vanligtvis från något slags minne. Detta kan innehålla RAM, men i moderna processorkärnor väntar instruktionerna oftast på kärnan inuti processorns cache. Processorn har ett område som kallas programräknaren som huvudsakligen fungerar som ett bokmärke, vilket låter processorn veta var den sista instruktionen slutade och nästa börjar.

Avkoda

När den har hämtat den omedelbara instruktionen fortsätter den att avkoda den. Instruktioner involverar ofta flera områden i processorkärnan - såsom aritmetik - och processorkärnan behöver räkna ut detta. Varje del har något som heter en opcode som berättar processorkärnan vad ska göras med informationen som följer den. När processorkärnan har funnit allt detta kan de olika delarna av själva kärnan fungera.

Kör

Utföringssteget är där processorn vet vad den behöver göra, och går faktiskt framåt och gör det. Vad som exakt händer här varierar mycket beroende på vilka delar av processorkärnan som används och vilken information som läggs in. Exempelvis kan processorn göra aritmetik inom ALU- eller Arithmetic Logic Unit. Denna enhet kan ansluta till olika ingångar och utgångar till knacknummer och få önskat resultat. Kretskortet inuti ALU gör all den magiska, och det är ganska komplicerat att förklara, så jag lämnar det för egen forskning om du är intresserad.

Skriv tillbaka

Det sista steget, som kallas writeback, enkelt placerar resultatet av det som har arbetats på nytt i minnet. Var exakt utgången går beror på behoven hos den löpande applikationen, men det förblir ofta i processorregistren för snabb åtkomst eftersom följande instruktioner ofta använder den. Därifrån kommer det att tas om hand tills delar av den utsignalen behöver behandlas igen, vilket kan innebära att det går in i RAM.

Det är bara en cykel

Hela processen kallas en instruktionscykel. Dessa instruktionscykler händer löjligt snabbt, särskilt nu när vi har kraftfulla processorer med höga frekvenser. Dessutom gör vår hela CPU med flera kärnor detta på varje kärna, så data kan krossas ungefär så många gånger snabbare som din CPU har kärnor än om den fastnade med endast en kärna av liknande prestanda. CPU: er har också optimerade instruktionsuppsättningar som är hårddragen i kretsen, vilket kan påskynda bekanta instruktioner som skickas till dem. Ett populärt exempel är SSE.

Slutsats

Glöm inte att det här är en mycket enkel beskrivning av vilka processorer som - i verkligheten är de mycket mer komplexa och gör mycket mer än vi inser. Den nuvarande trenden är att processortillverkarna försöker göra sina chips så effektiva som möjligt, och det inkluderar krympning av transistorerna. Ivy Bridge Vad du behöver veta om Intels Ivy Bridge [MakeUseOf Explains] Vad du behöver veta om Intels Ivy Bridge [MakeUseOf Explains] Intel har precis släppt sin nya uppdaterade processor, kodnamn Ivy Bridge, för både stationära och bärbara datorer. Du hittar dessa nya produkter listade som 3000-serien och du kan köpa åtminstone några av dem ... Läs mer s transistorer är bara 22nm, och det är fortfarande lite att gå innan forskare stöter på en fysisk gräns. Föreställ dig all denna behandling som förekommer i ett så litet utrymme. Vi ser hur processorer förbättras när vi kommer så långt.

Var tror du att processorer kommer att gå nästa? När förväntar du dig att se kvantprocessorer, särskilt på personliga marknader? Låt oss veta i kommentarerna!

Bildkrediter: Olivander, Bernat Gallemí, Dominik Bartsch, Ioan Sameli, National Nuclear Security Administration

Utforska mer om: CPU.