Ako by ste vysvetlili organizovanie CPU.?

Hierarchicky sa organizuje CPU (centrálna spracovateľská jednotka), pričom rôzne úrovne spolupracujú na vykonávaní pokynov. Môžeme to rozdeliť na niekoľko kľúčových komponentov a ich vzťahov:

1. Jadro: Toto je srdce CPU. Moderné CPU majú často viac jadier, z ktorých každá je schopná vykonávať pokyny nezávisle. Každé jadro obsahuje:

* aritmetická logická jednotka (Alu): Vykonáva aritmetiku (sčítanie, odčítanie atď.) A logické operácie (a alebo, nie atď.) Na údajoch.

* Riadiaca jednotka (Cu): Načíta pokyny z pamäte, dekóduje ich a koordinuje vykonávanie pokynov ALU a ďalších komponentov. Spravuje tok údajov a pokyny v jadre.

* registruje: Malé, veľmi rýchle miesta pamäte v jadre. Registre obsahujú údaje a pokyny, na ktorých v súčasnosti pracujú ALU a CU. Sú rozhodujúce pre rýchlosť, pretože prístup k registrom je oveľa rýchlejší ako prístup k hlavnej pamäte.

* cache pamäť: Malá, extrémne rýchla pamäť umiestnená na jadre alebo veľmi blízko k jadru. Ukladá často prístup k údajom a pokynom, čím sa ďalej zrýchľuje vykonávanie. Existuje viac úrovní vyrovnávacej pamäte (L1, L2, L3), pričom L1 je najrýchlejší a najmenší a L3 je najpomalší a najväčší.

2. Vzájomne prepojenia: Sú to cesty, ktoré spájajú rôzne časti CPU a umožňujú sa medzi nimi pohybovať údaje:

* Systém zbernice: Sada elektrických dráh, ktoré nesú údaje, adresy a riadiace signály medzi rôznymi komponentmi CPU a medzi CPU a ostatnými časťami počítačového systému (napríklad pamäť a I/O zariadenia). Rôzne autobusy spracúvajú rôzne typy informácií.

3. Jednotka správy pamäte (MMU): Tento komponent spracováva preklad virtuálnych adries (používaných programami) do fyzických adries (skutočné miesta v RAM). To je rozhodujúce pre multitasking a ochranu pamäte.

4. Ďalšie komponenty: V závislosti od architektúry CPU môžu byť zahrnuté ďalšie komponenty:

* jednotka s pohyblivou rádovou čiarkou (FPU): Špecializovaná jednotka na manipuláciu s aritmetikou s pohyblivým bodom (čísla s desatinnými bodmi), ktorá je rozhodujúca pre vedecké a grafické aplikácie.

* Vektorové spracovateľské jednotky: Jednotky schopné vykonávať rovnakú operáciu vo viacerých dátových bodoch súčasne (SIMD - jedna inštrukcia, viac údajov).

Inštrukčný cyklus: Jadro funguje cez kontinuálny cyklus:

1. načítať: CU načíta ďalšiu inštrukciu z pamäte (často s vyrovnávacou pamäťou).

2. dekód: CU dekóduje načítanú inštrukciu, aby určila, akú operáciu má vykonať a ktoré údaje sa majú použiť.

3. Vykonajte: ALU vykonáva operáciu pomocou údajov z registrov alebo pamäte.

4. Sklad: Výsledok operácie je uložený v registri alebo pamäti.

v súhrne: CPU je komplexný, vysoko organizovaný systém, ktorý efektívne vykonáva pokyny. Jeho organizácia sa zameriava na minimalizáciu času potrebného na načítanie, dekódovanie, vykonávanie a ukladanie údajov, využívanie hierarchických štruktúr pamäte a techniky paralelného spracovania na maximalizáciu výkonu. Interakcia medzi jadrami, vyrovnávacou pamäťou, registrmi a riadiacou jednotkou definuje celkové fungovanie CPU.

• Predchádzajúca strana: Aké opatrenia je potrebný čas na doručenie položky z procesora pamäte? 
• Ďalšia strana: Je procesor pre spracovateľskú jednotku?