En CPU (central bearbetningsenhet) är organiserad hierarkiskt, med olika nivåer som arbetar tillsammans för att utföra instruktioner. Vi kan dela upp det i flera viktiga komponenter och deras relationer:
1. Kärnan (S): Detta är hjärtat i CPU. Moderna CPU:er har ofta flera kärnor, var och en kan utföra instruktioner oberoende. Varje kärna innehåller:
* aritmetisk logikenhet (ALU): Utför aritmetik (tillägg, subtraktion, etc.) och logiska operationer (och, eller, inte, etc.) på data.
* styrenhet (CU): Hämtar instruktioner från minnet, avkodar dem och samordnar genomförandet av instruktionerna från ALU och andra komponenter. Det hanterar flödet av data och instruktioner inom kärnan.
* Register: Små, mycket snabba minnesplatser inom kärnan. Register har data och instruktioner som ALU och CU för närvarande arbetar med. De är avgörande för hastighet eftersom åtkomst till register är mycket snabbare än att komma åt huvudminnet.
* cache -minne: Ett litet, extremt snabbt minne beläget på eller mycket nära kärnan. Den lagrar ofta åtkomst till data och instruktioner, vilket ytterligare påskyndar körningen. Flera nivåer av cache (L1, L2, L3) finns, där L1 är den snabbaste och minsta och L3 är den långsammaste och största.
2. Sammankopplingar: Det här är vägar som ansluter olika delar av CPU och gör att data kan flytta mellan dem:
* bussystem: En uppsättning elektriska vägar som bär data, adresser och styrsignaler mellan olika komponenter i CPU och mellan CPU och andra delar av datorsystemet (som minne och I/O -enheter). Olika bussar hanterar olika typer av information.
3. Memory Management Unit (MMU): Denna komponent hanterar översättningen av virtuella adresser (används av program) till fysiska adresser (faktiska platser i RAM). Detta är avgörande för multitasking och minnesskydd.
4. Andra komponenter: Beroende på CPU -arkitekturen kan andra komponenter inkluderas:
* flytande punktenhet (FPU): Specialiserad enhet för hantering av flytande punkt aritmetik (siffror med decimalpunkter), avgörande för vetenskapliga och grafiska tillämpningar.
* vektorbehandlingsenheter: Enheter som kan utföra samma operation på flera datapunkter samtidigt (SIMD - enstaka instruktioner, flera data).
Instruktionscykeln: Kärnan fungerar genom en kontinuerlig cykel:
1. hämta: CU hämtar nästa instruktion från minnet (ofta med hjälp av cache).
2. avkodning: CU avkodar den hämtade instruktionen för att bestämma vilken operation som ska utföras och vilka data som ska användas.
3. Utför: ALU utför operationen och använder data från register eller minne.
4. butik: Resultatet av operationen lagras i ett register eller minne.
Sammanfattningsvis: CPU är ett komplext, mycket organiserat system som effektivt kör instruktioner. Dess organisation fokuserar på att minimera tiden det tar att hämta, avkoda, utföra och lagra data, använda hierarkiska minnesstrukturer och parallella bearbetningstekniker för att maximera prestanda. Interaktionen mellan kärnorna, cachen, register och styrenhet definierar CPU:s övergripande funktion.
