Apa itu CPU, dan Apa yang Dilakukannya?

Bahagian terpenting dalam komputer anda, jika anda memilih satu, adalah unit pemprosesan pusat (CPU). Ini adalah pusat utama (atau "otak"), dan memproses arahan yang datang dari program, sistem operasi, atau komponen lain di PC anda.

1's dan 0's

Terima kasih kepada CPU yang lebih kuat, kami hampir tidak dapat memaparkan gambar di skrin komputer ke Netflix, sembang video, streaming, dan permainan video yang semakin menyeronokkan.

CPU adalah keajaiban kejuruteraan, tetapi, pada dasarnya, ia masih bergantung pada konsep asas menafsirkan isyarat binari (1 dan 0). Perbezaannya sekarang ialah, daripada membaca kad tebuk atau memproses arahan dengan set tabung vakum, CPU moden menggunakan transistor kecil untuk membuat video TikTok atau mengisi nombor pada hamparan.

Asas CPU

Pembuatan CPU adalah rumit. Perkara penting adalah bahawa setiap CPU mempunyai silikon (baik satu bahagian atau lebih) yang menempatkan berbilion transistor mikroskopik.

Seperti yang kita singgung sebelumnya, transistor ini menggunakan rangkaian isyarat elektrik (arus "aktif" dan "mati" semasa) untuk mewakili kod binari mesin, terdiri dari 1 dan 0. Kerana terdapat begitu banyak transistor ini, CPU dapat melakukan tugas yang semakin kompleks dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada sebelumnya.

Kiraan transistor tidak semestinya CPU akan lebih pantas. Walau bagaimanapun, masih merupakan alasan asas telefon yang anda bawa ke dalam poket anda mempunyai kuasa pengkomputeran yang jauh lebih banyak daripada, mungkin, seluruh planet berlaku ketika pertama kali kita pergi ke bulan.

Sebelum kita menuju ke tahap lebih jauh dari konsep CPU, mari kita bincangkan bagaimana CPU menjalankan arahan berdasarkan kod mesin, yang disebut "set instruksi." CPU dari syarikat yang berbeza boleh mempunyai set arahan yang berbeza, tetapi tidak selalu.

Sebilangan besar PC Windows dan pemproses Mac semasa, misalnya, menggunakan set arahan x86-64, tidak kira sama ada CPU Intel atau AMD. Mac yang memulakan kerjanya pada akhir tahun 2020, bagaimanapun, akan mempunyai CPU berasaskan ARM, yang menggunakan set arahan yang berbeza. Terdapat juga sebilangan kecil PC Windows 10 yang menggunakan pemproses ARM.

BERKAITAN: Apa itu Binari, dan Mengapa Komputer Menggunakannya?

Inti, Cache, dan Grafik

Sekarang, mari kita lihat silikon itu sendiri. Gambar rajah di atas adalah dari kertas putih Intel yang diterbitkan pada tahun 2014 mengenai seni bina CPU syarikat untuk Core i7-4770S. Ini hanyalah satu contoh bagaimana pemproses satu-pemproses lain mempunyai susun atur yang berbeza.

Kita dapat melihat ini adalah pemproses empat teras. Ada masanya CPU hanya mempunyai satu teras. Sekarang kita mempunyai banyak teras, mereka memproses arahan dengan lebih pantas. Inti juga boleh mempunyai sesuatu yang disebut hyper-threading atau multi-threading serentak (SMT), yang menjadikan satu teras kelihatan seperti dua ke PC. Ini, seperti yang anda bayangkan, membantu mempercepat masa pemprosesan lebih banyak lagi.

Inti dalam rajah ini berkongsi sesuatu yang disebut cache L3. Ini adalah bentuk memori onboard di dalam CPU. CPU juga memiliki cache L1 dan L2 yang terdapat di dalam setiap inti, serta register, yang merupakan bentuk memori tingkat rendah. Sekiranya anda ingin memahami perbezaan antara daftar, cache, dan RAM sistem, lihat jawapan ini di StackExchange.

CPU yang ditunjukkan di atas juga mengandungi agen sistem, pengawal memori, dan bahagian lain dari silikon yang menguruskan maklumat yang masuk, dan keluar dari, CPU.

Akhirnya, terdapat grafik pemproses pemproses, yang menghasilkan semua elemen visual yang indah yang anda lihat di skrin anda. Tidak semua CPU mengandungi kemampuan grafik mereka sendiri. CPU desktop AMD Zen, misalnya, memerlukan kad grafik diskrit untuk memaparkan apa sahaja di skrin. Beberapa CPU desktop Intel Core juga tidak termasuk grafik onboard.

CPU pada Motherboard

Sekarang setelah kita melihat apa yang berlaku di bawah penutup CPU, mari kita lihat bagaimana ia berintegrasi dengan seluruh PC anda. CPU berada di dalam apa yang disebut soket pada papan induk PC anda.

Setelah dipasang di soket, bahagian komputer yang lain dapat menyambung ke CPU melalui sesuatu yang disebut "bas." RAM, misalnya, menghubungkan ke CPU melalui busnya sendiri, sementara banyak komponen PC menggunakan jenis bus tertentu, yang disebut "PCIe."

Setiap CPU memiliki satu set "jalur PCIe" yang dapat digunakannya. CPU Zen 2 AMD, misalnya, memiliki 24 jalur yang menghubungkan terus ke CPU. Laluan ini kemudian dibahagikan oleh pengeluar papan induk dengan bimbingan dari AMD.

Sebagai contoh, 16 lorong biasanya digunakan untuk slot kad grafik x16. Kemudian, terdapat empat jalur untuk penyimpanan, seperti satu peranti penyimpanan cepat, seperti SSD M.2. Sebagai alternatif, keempat lorong ini juga boleh dipecah. Dua lorong dapat digunakan untuk SSD M.2, dan dua jalur untuk pemacu SATA yang lebih perlahan, seperti cakera keras atau SSD 2.5 inci.

Itu 20 lorong, dengan empat lagi disediakan untuk chipset, yang merupakan pusat komunikasi dan pengawal lalu lintas untuk motherboard. Chipset kemudian mempunyai rangkaian sambungan bas sendiri, yang membolehkan lebih banyak komponen ditambahkan ke PC. Seperti yang anda jangkakan, komponen yang berprestasi lebih tinggi mempunyai sambungan yang lebih langsung ke CPU.

Seperti yang anda lihat, CPU melakukan sebahagian besar pemprosesan arahan, dan kadang-kadang, bahkan grafik berfungsi (jika ia dibina untuk itu). CPU bukan satu-satunya cara untuk memproses arahan, bagaimanapun. Komponen lain, seperti kad grafik, mempunyai kemampuan pemprosesan onboard mereka sendiri. GPU juga menggunakan kemampuan pemprosesan sendiri untuk bekerja dengan CPU dan menjalankan permainan atau menjalankan tugas intensif grafik yang lain.

Perbezaan besar adalah prosesor komponen dibina dengan mempertimbangkan tugas-tugas tertentu. CPU, bagaimanapun, adalah peranti tujuan umum yang mampu melakukan apa sahaja tugas pengkomputeran yang diminta untuk dilakukan. Itulah sebabnya CPU berkuasa tertinggi di dalam PC anda, dan sistem yang lain bergantung kepadanya untuk berfungsi.