Was ist eine CPU und was macht sie??

Was ist eine CPU? Die CPU oder Zentrale Verarbeitungseinheitist das zahlreiche Gehirn eines Computers. Alles, was ein Computer tut, vom Spielen von Videospielen bis hin zum Schreiben eines Aufsatzes, wird in eine Reihe mathematischer Anweisungen unterteilt. Die CPU nimmt diese Anweisungen an und führt sie aus. 

Die Details darüber, wie es tut, ist natürlich, viel komplizierter als diese einfache Erklärung. Das Wichtigste, was Sie wissen müssen, ist, dass die CPU der mathematische Motor eines Computers ist.

In den späten 1950er Jahren gingen Robert Noyce und Jack Kilby einen massiven Schritt weiter und schuf die erste Arbeit Integrierter Schaltkreis. Eine integrierte Schaltung ist ein Satz elektronischer Schaltungen, die in ein einzelnes Stück Halbleitermaterial integriert sind. In den meisten Fällen ist dieses Material Silizium. Dies ist es, was die Leute meinen, wenn sie „Mikrochip“ sagen,.

Eine CPU besteht aus einem oder mehreren Mikrochips. Dies ist eine wichtige Erfindung, da Milliarden von Transistoren in eine einzelne CPU verpackt werden können. Dies schafft unglaublich mächtige mathematische Motoren.

Unter Verwendung der Erfindungen von Logikstoren, Transistoren und integrierten Schaltungen wurde die ganze Welt verändert. Mikrochips sind heutzutage in allem, nicht nur Ihr Computer. Und CPUs sind die fortschrittlichsten allgemeinen Mikrochips, die wir machen können.

Wie funktionieren CPUs?

Das gesamte Prinzip einer CPU basiert auf Binärcode. Menschen neigen dazu, Zahlen mit einem System genannt zu repräsentieren Basis 10 oder das Dezimalsystem. Die Platzwerte jeder Ziffer in einer Zahl steigen um den Faktor zehn an. Also enthält „111“ einhundert, zehn und eins.

Computer und ihre CPUs können Basis 10 überhaupt nicht verstehen. Transistoren arbeiten nach dem Prinzip, entweder ein- oder ausgeschaltet zu sein. Dies bedeutet, dass die logischen Tore, die Sie aus ihnen bauen. Deshalb läuft CPUs im Grunde genommen weiter Binärcode. Dieses Zahlensystem hat unterschiedliche Platzwerte. Wenn 1, 10, 100, 1000 usw., betragen die Platzwerte 1,2,4,8,16,32,64,128 und so weiter.

In binärer „111“ wäre also 7 in Dezimalzahl, da Sie 1,2 und 4 zusammen hinzufügen. Wenn eine der Zahlen Null ist, überspringen Sie es einfach und fügen den Platzwert der nächsten 1 hinzu. Auf diese Weise können Sie jeden Dezimalwert ausdrücken. Beachten Sie nur, dass Binärzahlen oft von rechts nach links gelesen werden.

Lassen Sie es uns in einen Tisch legen, um es kristallklar zu machen:

Können Sie sehen, warum es die Nummer 7 in Dezimalal ergänzt?? Lassen Sie uns die Nummer 23 machen:

Also ist 111 "7", aber "11101" ist 23, weil der fünfte Platz in Binärer 16 ist. Ziemlich cool, richtig? Sie können jede mögliche Zahl ausdrücken, die auf diese Weise dezimal geschrieben werden kann. Dies bedeutet, dass Computer, die von Transistoren erstellt wurden, auch mit allen Zahlen arbeiten können.

Wie werden CPUs hergestellt??

Der Produktionsprozess des modernen CPUs ist auch, wie Sie erwarten, ziemlich komplex. Der Grundprozess beinhaltet das Anbau großer Siliziumkristallzylinder. Seine Halbleitereigenschaften machen es ideal für den Aufbau einer binären integrierten Schaltung.

Diese großen Kristalle werden in dünne Wafer geschnitten. Die Wafer werden dann mit einer weiteren Chemikalie „dotiert“, um ihre Eigenschaften zu beenden. Die Schaltkreise im Nano-Maßstab werden dann unter Verwendung eines Prozesses als Photolithographie in die Waferoberfläche unter Verwendung eines Prozesses geätzt.

CPU -Design und Leistung

CPUs sind nicht alle gleich gemacht. Der erste richtige Vorfahr der modernen CPU, der Intel 8086, hatte ungefähr 29 000 Transistoren in seiner integrierten Schaltung. Heute hat ein Prozessor wie der Intel i99900k etwas mehr als 1.7 Milliarde Transistoren. Je dichter die Logikschaltungen einer CPU sind, desto komplexer und höher die Anzahl der Anweisungen, die sie pro Taktzyklus ausführen kann.

Halten Sie sich auf, "Taktzyklus"? Ja, das ist die andere Hauptkomponente der CPU -Leistung. Eine CPU läuft mit einer bestimmten Frequenz, wobei jeder Impuls der CPU -Uhr ein Berechnungszyklus erfolgt. Wenn Sie die gleiche CPU und doppelt so hoch dass die Taktgeschwindigkeit dann (theoretisch) doppelt so schnell abschneidet.

Dieser 1978 Intel 8086 lief mit 5 MHz, als es gestartet wurde. Das sind fünf Millionen Taktzyklen pro Sekunde. Der Intel i9-9900k? Es beginnt um 3.6 GHz.Diese 3600 MHz mit der Option, die Dinge nach Möglichkeit bis zu 5000 MHz zu übertragen.

Um der CPU -Leistung eine weitere Falten zu verleihen, enthält moderne CPUs tatsächlich mehrere „Kerne“. Jeder Kern ist tatsächlich eine unabhängige CPU selbst. Es ist typisch, heutzutage mindestens vier solcher Kerne zu haben, aber in letzter Zeit war die Norm, dass Mainstream -Computer sechs oder acht Kerne haben. High -End -professionelle Computer können sich in der Region einer 100 -CPU -Kerne befinden.

Mehrere Kerne zu haben bedeutet, dass die CPU mehrere Anweisungen parallel ausführen kann. Was bedeutet, dass unsere Computer viele Dinge gleichzeitig ohne Probleme tun können. Einige CPUs haben "Multithread" -Kerne. Diese Kerne können selbst zwei separate Aufgaben erledigen. In Intel CPUs wird dies als „Hyperthreading“ bezeichnet.

Die Gesamtleistung einer CPU hängt also von einer Kombination aus:

• Es ist die gesamte Transistorzahl und wie fortschrittlich das Design seiner Logikschaltungen ist
• Die Taktfrequenz
• Die Anzahl der Kerne
• Die Anzahl der Threads

Es gibt natürlich mehr als diese vier Hauptpunkte. Dies sind jedoch die vier Hauptüberlegungen, um eine CPU gut abzubauen.

Die Rolle der CPU in Ihrem Computer

Das Letzte, was wir abdecken müssen, ist, welchen Job die CPU in Ihrem Computer spielt. Es ist schließlich nicht der einzige integrierte Schaltkreis -Mikrochip in Ihrem Computer. Zum Beispiel sind GPUs (Grafikverarbeitungseinheiten) oft noch mehr Transistordicht als eine CPU.

Sie brauchen ihre eigene Kühl- und Stromversorgung sowie Speicher. Es ist wie ein kleiner zusätzlicher Computer! Gleiches gilt für die Chips, die Ihren Klang, Ihren USB und Ihren Festplattenverkehr steuern. Warum ist die CPU -Spezial?? Dies sind die Hauptgründe:

• Es kann jede Anweisung verarbeiten, eine GPU führt nur bestimmte Arten der Verarbeitung durch
• Es bindet alle anderen Komponenten miteinander und drückt und zieht Daten, damit Ihr Computer funktioniert
• Die CPU ist an allen Arbeiten beteiligt

Kurz gesagt, die CPU ist die wichtigste Leistung der allgemeinen Leistung in Ihrem Computer. Nehmen Sie es nicht als selbstverständlich an!