يعتمد أداء المعالج على. نوع وتواتر ناقل المعالج. وحدة المنطق الحسابي ووحدة التحكم

💖 أحببته؟شارك الرابط مع أصدقائك

وحدة المعالجة المركزية المعالجات الدقيقة(وحدة المعالجة المركزية) تقوم بجميع العمليات الحسابية الأساسية ومعالجة البيانات. تستخدم جميع أجهزة الكمبيوتر المتوافقة مع أجهزة الكمبيوتر معالجات متوافقة مع معمارية إنتل x86 ، ولكن تم إنتاجها وتصميمها بواسطة Intel نفسها وشركات الطرف الثالث AMD و Cyrix و IDT و Rise Technologies.

مواصفات المعالج القياسية:

    بنيان

    على سبيل المثال ، يمكنك استخدام طلاء نحاسي خاص يُباع في زجاجات صغيرة في أي متجر لقطع غيار السيارات لإصلاح شبكات النوافذ المضادة للسرقة. المشكلة الحقيقية هي أن المسامير صغيرة جدًا وإذا قمت بالاتصال بالدبابيس المجاورة بدلاً من المسامير المعاكسة ، يمكنك جعل الشريحة غير وظيفية. إذا لم تكن حريصًا ، يمكنك بسهولة إتلاف معالج بقيمة عدة مئات من الدولارات. مع هذا الاكتشاف ، يكتشف النظام ويضبط الجهد الصحيح من خلال قراءة دبابيس معينة على المعالج.

    عمق قليلا

    نوع وعدد النوى

    الذاكرة المؤقتة

    نوع ناقل المعالج وتردده

    سرعة المعالج

بنيان

أحدث المعالجات حواسيب شخصيةتستند بشكل عام إلى بعض إصدارات المعالجة المتسلسلة الدورية للمعلومات التي اخترعها جون فون نيومان.

وجد بعض المجربين أنه من خلال زيادة الجهد أو تقليله بشكل طفيف عن المعيار ، يمكن تحقيق سرعات أعلى في زيادة تردد التشغيل باستخدام نظام مستقر. توصيتي هي توخي الحذر عند اللعب بالجهد لأنه يمكنك إتلاف الشريحة بهذه الطريقة. حتى بدون تغيير الجهد ، تسارع قابل للتعديل اللوحة الأمالإطارات بسيطة للغاية ومفيدة للغاية. انظر الفصل 19 مصادر الطاقة لمزيد من المعلومات. معلومات إضافيةحول ترقية مصادر الطاقة والشاسيه.

مع زيادة السرعة الأساسية لوحدة المعالجة المركزية ، لم تستطع سرعة الذاكرة مواكبة ذلك. كيف يمكنك تشغيل المعالج بشكل أسرع من الذاكرة التي تقوم بتحميله منها دون حدوث ضرر كبير في الأداء؟ ببساطة ، ذاكرة التخزين المؤقت عبارة عن مخزن مؤقت للذاكرة عالي السرعة يخزن مؤقتًا البيانات التي يحتاجها المعالج ، مما يسمح للمعالج باسترداد تلك البيانات بشكل أسرع مما لو كانت قادمة من الذاكرة الرئيسية. ولكن هناك ميزة أخرى للتخزين المؤقت على المخزن المؤقت البسيط ، وهي الذكاء.

من وجهة نظر المبرمجين ، فإن بنية المعالج تعني قدرته على تنفيذ مجموعة معينة من أكواد الآلة. تنتمي معظم وحدات المعالجة المركزية الحديثة لسطح المكتب إلى عائلة x86 ، أو المعالجات المتوافقة مع Intel لبنية IA32 (بنية معالج Intel 32 بت). تم وضع أساسها بواسطة Intel في معالج i80386 ، ومع ذلك ، في الأجيال اللاحقة من المعالجات ، تم استكمالها وتوسيعها من قبل Intel نفسها (تم تقديم مجموعات تعليمات MMX و SSE و SSE2 و SSE3 جديدة) ومن قبل الشركات المصنعة الخارجية (EMMX) ، 3DNow! ومجموعات التعليمات الموسعة). 3DNow !، تم تطويره بواسطة AMD). من وجهة نظر مطوري أجهزة الكمبيوتر ، فإن مفهوم "بنية المعالج" له معنى مختلف قليلاً. من وجهة نظرهم ، تعكس بنية المعالج المبادئ الأساسية التنظيم الداخليعائلات محددة من المعالجات القادرة على تنفيذ مجموعات تعليمات معينة: SSE ، SSE2 ، SSE3 ، 3DNow ، Enhanced 3DNow ، إلخ.). الأنواع الرئيسية للبنى المشتركة: CISC و RISC و NetBurst و K7 و K8 و MultiRISC وتعديلاتها اللاحقة.

ذاكرة التخزين المؤقت عبارة عن مخزن مؤقت يحتوي على دماغ. يحتوي المخزن المؤقت على بيانات عشوائية ، تستند عادةً إلى الأول أو الأول أو الأول ، الأخير. من ناحية أخرى ، تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على البيانات التي من المحتمل أن يحتاجها المعالج قبل الحاجة إليه بالفعل. يسمح هذا للمعالج بمواصلة العمل بسرعة كاملة أو قريبة من ذلك دون انتظار تلقي البيانات من الذاكرة الرئيسية الأبطأ.

يتم وصف هذه المخابئ ووظائفها في الأقسام التالية. لفهم أهمية ذاكرة التخزين المؤقت ، تحتاج إلى معرفة السرعات النسبية للمعالجات والذاكرة. قد يبدو هذا كمثال قديم نوعًا ما ، لكنك سترى في لحظة أن الأرقام هنا تجعل من السهل علي شرح كيفية عمل ذاكرة التخزين المؤقت.

عمق قليلا

يتميز عدد بتات المعلومات التي يمكن للمعالج معالجتها في دورة واحدة بسعة السجلات الداخلية (خلايا الذاكرة داخل المعالج). يُفهم عمق البت للسجلات على أنه عدد flip-flops المتصلة بالتوازي ، والتي تتكون منها السجلات. كلما زاد هذا الرقم ، زاد عمق البت لكل سجل فردي. المعالجات الحديثة لها عمق قليل 32 و 64 بت ، أقل من 128 (معظمها خيارات الخادم).

تعد ذاكرة التخزين المؤقت هذه في الأساس منطقة ذات ذاكرة سريعة جدًا مضمنة في المعالج وتستخدم لتخزين بعض مجموعة العمل الحالية من التعليمات البرمجية والبيانات. يمكن الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت بدون حالات انتظار لأنها تعمل بنفس سرعة نواة المعالج. يمنع استخدام ذاكرة التخزين المؤقت المعالج من انتظار التعليمات البرمجية والبيانات من الذاكرة الرئيسية الأبطأ ، مما يحسن الأداء.

تعتبر ذاكرة التخزين المؤقت أكثر أهمية في المعالجات الحديثة لأنها غالبًا الذاكرة الوحيدة في النظام بأكمله التي يمكنها مواكبة الشريحة. معظم المعالجات الحديثة عبارة عن مضاعف للساعة ، مما يعني أنها تعمل بسرعة مضاعفة للوحة الأم التي تم توصيلها بها.

نوع وعدد النوى

داخل نفس البنية ، يمكن أن تكون المعالجات المختلفة مختلفة تمامًا عن بعضها البعض. وتتجسد هذه الاختلافات في مجموعة متنوعة من نوى المعالجات التي لها مجموعة معينة من الخصائص المحددة بدقة. في أغلب الأحيان ، تتجسد هذه الاختلافات في الترددات المختلفة لناقل النظام (FSB) ، أو أحجام ذاكرة التخزين المؤقت في المستوى الثاني ، أو دعم بعض أنظمة التعليمات الجديدة ، أو العمليات التكنولوجية، وفقًا لتصنيع المعالجات. في كثير من الأحيان ، يستلزم تغيير النواة في نفس عائلة المعالجات استبدال مقبس المعالج ، مما يثير تساؤلات حول المزيد من توافق اللوحات الأم. ومع ذلك ، في عملية تحسين النواة ، يتعين على الشركات المصنعة إجراء تغييرات طفيفة عليها لا يمكن أن تدعي أنها "اسم مناسب". تسمى هذه التغييرات بالمراجعات الأساسية ويتم الإشارة إليها بشكل شائع بالتركيبات الأبجدية الرقمية. ومع ذلك ، في التنقيحات الجديدة لنفس النواة ، يمكن أن تحدث ابتكارات ملحوظة تمامًا. وبالتالي ، قدمت Intel دعمًا لبنية EM64T 64 بت في المعالجات الفردية لعائلة Pentium 4 على وجه التحديد في عملية تغيير المراجعة.

تتضمن هذه القصة شخصًا أكل طعامًا ليعمل كمعالج ، ويستفسر عن البيانات ويعمل عليها من الذاكرة. المطبخ ، حيث يتم تحضير الطعام ، هو ذاكرة النظام الرئيسية. لنفترض أنك تبدأ في تناول الطعام في مطعم معين كل يوم في نفس الوقت. تعال واجلس واطلب هوت دوج. للحفاظ على هذا السجل دقيقًا نسبيًا ، دعنا نقول أنك تأكل عادةً بمعدل قضمة واحدة كل أربع ثوانٍ. يستغرق المطبخ أيضًا 60 ثانية لإنتاج أي عنصر تطلبه.

الذاكرة المؤقتة

تحتوي جميع المعالجات الحديثة على ذاكرة تخزين مؤقت (باللغة الإنجليزية - ذاكرة تخزين مؤقت) - مجموعة فائقة السرعة ذاكرة الوصول العشوائي، وهو عبارة عن منطقة عازلة بين وحدة تحكم بطيئة نسبيًا ذاكرة النظاموالمعالج. يخزن هذا المخزن المؤقت كتل البيانات التي تعمل بها وحدة المعالجة المركزية حاليًا ، مما يقلل بشكل كبير من عدد مرات وصول المعالج إلى ذاكرة النظام البطيئة للغاية (مقارنة بسرعة المعالج). هذا يزيد بشكل كبير من الأداء العام للمعالج.

لذلك ، عند وصولك لأول مرة ، تجلس ، وتطلب هوت دوج ، وعليك الانتظار 60 ثانية حتى يتم إنتاج الطعام قبل أن تتمكن من البدء في تناول الطعام. بعد أن يحضر النادل الطعام ، تبدأ في تناول الطعام بالسعر المعتاد. تنتهي من هوت دوج بسرعة كبيرة ، لذلك تتصل بالنادل وتطلب همبرغر. مرة أخرى ، انتظر 60 ثانية أثناء إنتاج الهامبرغر. عندما تصل ، تبدأ في تناول الطعام بأقصى سرعة مرة أخرى. بعد الانتهاء من الهامبرغر ، تطلب طبقًا من البطاطس المقلية.

مرة أخرى تنتظر وبعد 60 ثانية ستأكلها بأقصى سرعة. أخيرًا ، قررت إنهاء وجبتك وطلب كعكة الجبن للحلوى. بعد 60 ثانية من الانتظار ، يمكنك أن تأكل كعكة الجبن بأقصى سرعة. تتكون تجربتك العامة في تناول الطعام بشكل أساسي من العديد من التوقعات ثم دفعات قصيرة من الأكل الفعلي بأقصى سرعة.

في الوقت نفسه ، في المعالجات الحديثة ، لم تعد ذاكرة التخزين المؤقت عبارة عن مجموعة ذاكرة واحدة ، كما كان من قبل ، ولكنها مقسمة إلى عدة مستويات. غالبًا ما يتم تقسيم ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول الأسرع ، ولكنها صغيرة نسبيًا (المشار إليها باسم L1) ، والتي يعمل بها نواة المعالج ، إلى نصفين - ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات وذاكرة التخزين المؤقت للبيانات. تتفاعل ذاكرة التخزين المؤقت L1 مع ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني - L2 ، والتي ، كقاعدة عامة ، أكبر بكثير في الحجم ومختلطة ، دون تقسيم إلى ذاكرة تخزين مؤقت للتعليمات وذاكرة تخزين مؤقت للبيانات. بعض معالجات سطح المكتب ، على سبيل المثال معالجات الخادم، وأحيانًا تحصل أيضًا على ذاكرة تخزين مؤقت L3. عادةً ما تكون ذاكرة التخزين المؤقت L3 أكبر ، على الرغم من أنها أبطأ إلى حد ما من L2 (نظرًا لأن الحافلة بين L2 و L3 أضيق من الحافلة بين L1 و L2) ، ولكن سرعتها ، على أي حال ، أسرع بشكل غير متناسب من السرعة ذاكرة النظام.

لذلك دخلت إلى مطعم وطلبت هوت دوج ووضعه النادل على الفور على طبقك دون انتظار! ثم تشرع في إنهاء الهوت دوج وإلى اليمين وأنت على وشك طلب همبرغر يضع النادل واحدًا على اللوحة. تستمر الوجبة المتبقية بنفس الطريقة وتناول كل الطعام في ثوانٍ في كل مرة ولا تضطر أبدًا إلى انتظار المطبخ لتحضير الطعام. تتمثل تجربتك الإجمالية في تناول الطعام هذه المرة في تناول الطعام دون انتظار تحضير الطعام ، ويرجع ذلك أساسًا إلى ذكاء النادل ورعايته.

بدون نادل ، فإن المساحة الموجودة على الطاولة هي مجرد مخزن طعام. عندما تخزن ، يمكنك تناول الطعام حتى يفرغ المخزن المؤقت ، ولكن لا يبدو أن هناك من يخفيه بذكاء. النادل عبارة عن وحدة تحكم في ذاكرة التخزين المؤقت تتخذ إجراءات وتضيف ذكاءً لتحديد الأطباق التي يجب وضعها على الطاولة قبل أن تحتاج إليها. مثل وحدة التحكم الحقيقية في ذاكرة التخزين المؤقت ، فهي تستخدم مهاراتها لتخمين الطعام الذي ستحتاجه بعد ذلك حرفيًا ، وإذا ومتى تخمن ، فلن تضطر إلى الانتظار.

هناك نوعان من ذاكرة التخزين المؤقت: ذاكرة التخزين المؤقت الحصرية وغير الحصرية. في الحالة الأولى ، تكون المعلومات الموجودة في ذاكرات التخزين المؤقت لجميع المستويات محددة بوضوح - كل منها يحتوي على معلومات أصلية حصريًا ، بينما في حالة وجود ذاكرة تخزين مؤقت غير حصرية ، يمكن تكرار المعلومات على جميع مستويات التخزين المؤقت. من الصعب اليوم تحديد أي من هذين المخططين هو الأصح - يوجد في أحدهما وفي الآخر سلبيات وإيجابيات. يتم استخدام نظام التخزين المؤقت الحصري في معالجات AMD ، بينما يتم استخدام مخطط التخزين المؤقت غير الحصري في معالجات Intel.

لنفترض الآن أنك وصلت في الليلة الرابعة بالضبط في الوقت المحدد وبدأت مع هوت دوج عادي. النادل ، الذي يشعر بالثقة الآن ، قد أعد بالفعل هوت دوج عند وصولك ، لذلك لا تنتظر. خمّن النادل ، والنتيجة الطبيعية هي أنه عليك هذه المرة الانتظار لمدة 60 ثانية كاملة بينما يقوم المطبخ بطهي النقانق.

يسمى هذا تسرب ذاكرة التخزين المؤقت ، حيث تقوم وحدة التحكم في ذاكرة التخزين المؤقت بتعبئة ذاكرة التخزين المؤقت بشكل غير صحيح بالبيانات التي يحتاجها المعالج بالفعل. ومع ذلك ، فإن 10٪ من الوقت الذي تخمنه وحدة التحكم في ذاكرة التخزين المؤقت خاطئة ويجب استرداد البيانات من الذاكرة الرئيسية الأبطأ بشكل ملحوظ ، مما يعني أن المعالج يجب أن ينتظر. قياسا على ذلك ، كان المعالج أسرع 14 مرة من الذاكرة الرئيسية. ذاكرة التخزين المؤقت هي التي تصنع الفارق.

نوع ناقل المعالج وتردده

ناقل المعالج (بخلاف ذلك - النظام) ، والذي يُطلق عليه غالبًا FSB (ناقل الجانب الأمامي) ، عبارة عن مجموعة من خطوط الإشارة مجتمعة وفقًا للغرض منها (البيانات والعناوين والتحكم) ، والتي لها خصائص كهربائية معينة ونقل المعلومات البروتوكولات. وبالتالي ، فإن FSB بمثابة العمود الفقري بين المعالج (أو المعالجات) وجميع الأجهزة الأخرى في الكمبيوتر: الذاكرة ، بطاقة الفيديو ، القرص الصلب ، وما إلى ذلك. يتم توصيل وحدة المعالجة المركزية فقط مباشرة بناقل النظام ، ويتم توصيل الأجهزة الأخرى بها من خلال وحدات تحكم خاصة ، تتركز بشكل أساسي في الجسر الشمالي للمجموعة منطق النظام(شرائح) اللوحة الأم. على الرغم من أنه قد تكون هناك استثناءات - على سبيل المثال ، في معالجات AMD K8 ، يتم دمج وحدة التحكم في الذاكرة مباشرة في المعالج ، وبالتالي توفير واجهة وحدة معالجة مركزية للذاكرة أكثر كفاءة من حلول Intel التي تظل وفية للشرائع الكلاسيكية للمؤسسة الواجهة الخارجيةالمعالج. ترد معلمات FSB الرئيسية لبعض المعالجات في الجدول 1:

إذا كان العنصر المطلوب موجودًا ، فسيعود معه في غضون 15 ثانية فقط. من أجل تشبيه لوصف هذه الرقائق الجديدة ، يضع النادل سلة بجوار الطاولة التي جلست عليها في مطعم. إذا لم يكن العنصر الغذائي المطلوب على الطاولة أو على عربة الطعام الأولى ، فيمكن للنادل الوصول إلى سلة الطعام الثانية للحصول على العنصر المطلوب. يسبب للآخرين لحظات مثيرة للاهتمام. بالنظر إلى أن الذاكرة الرئيسية تُستخدم بشكل مباشر في حوالي 1٪ فقط من الوقت ، إذا ضاعفت الأداء هناك ، فستضاعف سرعة نظامك بنسبة 1٪ فقط من الوقت!

الجدول 1

وحدة المعالجة المركزيةتردد FSB ، ميغا هرتزنوع FSBنظري الإنتاجية FSB ، ميغابايت / ثانية
إنتل بنتيوم الثالث100/133 AGTL +800/1066
إنتل بنتيوم 4100/133/200 QPB3200/4266/6400
إنتل بنتيوم د133/200 QPB4266/6400
إنتل بنتيوم 4 إي إي200/266 QPB6400/8533
إنتل كور 133/166 QPB4266/5333
انتل كور 2200/266 QPB6400/8533
أيه إم دي أثلون 100/133 EV61600/2133
AMD أثلون XP133/166/200 EV62133/2666/3200
ايه ام دي سيمبرون800 هايبر ترانسبورت6400
أيه إم دي أثلون 64800/1000 هايبر ترانسبورت6400/8000

تستخدم معالجات Intel ناقل نظام QPB (ناقل رباعي الضخ) ، والذي ينقل البيانات أربع مرات في الساعة ، بينما يقوم ناقل نظام EV6 لمعالجات AMD Athlon و Athlon XP بنقل البيانات مرتين في كل ساعة (معدل بيانات مزدوج). في بنية AMD64 التي تستخدمها AMD في معالجات Athlon 64 / FX / Opteron ، يتم تطبيق نهج جديد لتنظيم واجهة وحدة المعالجة المركزية - هنا ، بدلاً من ناقل معالج FSB وللتواصل مع المعالجات الأخرى ، يتم استخدام ما يلي: ناقل تسلسلي (حزمة) عالي السرعة ، تم إنشاؤه وفقًا لمخطط نظير - إلى نظير (من نقطة إلى نظير) ، مما يوفر تبادلًا عالي السرعة للبيانات.

كانت إحدى المشكلات هي سرعة رقائق ذاكرة التخزين المؤقت المتوفرة من جهات خارجية. الآن سوف تعض كل نصف ثانية. تأتي القفزة الحقيقية في السرعة عندما تحتاج إلى شيء غير موجود بالفعل على الطاولة ، وفي هذه الحالة يأتي النادل إلى العربة ويمكن تسع مرات من كل عشر مرات العثور على الطعام الذي تريده في ما يزيد قليلاً عن ربع ثانية إذا زادت إنتاجية المطعم بنفس سرعة أداء وحدة المعالجة المركزية! أنت تعلم أن ذاكرة التخزين المؤقت تخزن نسخًا من البيانات من عناوين مختلفة في الذاكرة الرئيسية.

نظرًا لأن ذاكرة التخزين المؤقت لا يمكنها تخزين نسخ من البيانات من جميع العناوين في الذاكرة الرئيسية في نفس الوقت ، يجب أن تكون هناك طريقة لمعرفة العناوين التي يتم نسخها حاليًا إلى ذاكرة التخزين المؤقت ، بحيث إذا احتجنا إلى بيانات من هذه العناوين ، فيمكن قراءتها من ذاكرة التخزين المؤقت وليس من الذاكرة الرئيسية. يحتوي كل سطر من ذاكرة التخزين المؤقت على علامة عنوان مقابلة تخزن عنوان الذاكرة الرئيسي للبيانات التي يتم نسخها حاليًا إلى سطر ذاكرة التخزين المؤقت المحدد. إذا كانت البيانات مطلوبة من عنوان ذاكرة رئيسي معين ، فيمكن لوحدة التحكم في ذاكرة التخزين المؤقت البحث بسرعة عن علامات العنوان لمعرفة ما إذا كان هذه اللحظةالعنوان المطلوب موجود في ذاكرة التخزين المؤقت أم لا.

سرعة المعالج

أداء المعالج يتميز تردد الساعة، تقاس عادة بالميغاهرتز (MHz). يتم تحديده بواسطة معلمات مرنان الكوارتز ، وهو عبارة عن بلورة كوارتز محاطة بوعاء صغير من الصفيح. تحت تأثير الجهد الكهربائي في بلورة الكوارتز ، تحدث التذبذبات التيار الكهربائي، بتردد يحدده شكل وحجم البلورة. تواتر هذا التيار المتناوبويسمى تردد الساعة. دوائر دقيقة كمبيوتر تقليديتعمل بتردد عدة ملايين هيرتز. (هرتز هو دورة واحدة في الثانية). السرعة تقاس بالميغا هرتز ، أي. بملايين الدورات في الثانية. أصغر وحدة زمنية (كم) للمعالج هي فترة الساعة ، أو مجرد علامة. كل عملية تستغرق دورة واحدة على الأقل. على سبيل المثال ، تبادل البيانات مع الذاكرة معالج بنتيوميكتمل II في ثلاث دورات بالإضافة إلى بضع دورات انتظار.

إذا كانت هناك بيانات ، فيمكن قراءتها من ذاكرة تخزين مؤقت أسرع ؛ إذا لم يتم تحديده ، يجب قراءته من الذاكرة الرئيسية الأبطأ بكثير. طرق مختلفةتؤثر مؤسسات العلامات أو التعيينات على كيفية عمل ذاكرة التخزين المؤقت. يمكن تعيين ذاكرة التخزين المؤقت على أنها ارتباطية بالكامل أو مباشرة أو ارتباطية مخصصة.

إذا كان عنوان الذاكرة الرئيسي المطلوب موجودًا في إحدى العلامات ، فسيتم إرجاع موقع التخزين المؤقت المقابل. إذا لم يتم العثور على العنوان المطلوب في إدخالات علامة العنوان ، يحدث خطأ ويجب الحصول على البيانات من عنوان الذاكرة الرئيسي بدلاً من ذاكرة التخزين المؤقت.

وتجدر الإشارة أيضا إلى أن كل شيء المعالجات الحديثةإنها تدعم تقنية superscalar المهمة جدًا ، والتي تسمح بالتنفيذ المتوازي لتدفقات التعليمات بشكل مستقل عن بعضها البعض ، وأيضًا ، إذا أمكن ، تغيير ترتيب تنفيذها لتحسين الأداء.

تاريخيا ، هيمنت شركتان على سوق المعالجات المكتبية

في ذاكرة التخزين المؤقت المعينة مباشرة عناوين معينةيتم تخصيص الذاكرة الرئيسية مسبقًا لمواقع محددة في ذاكرة التخزين المؤقت حيث سيتم تخزينها. هذا يؤدي أيضا إلى المزيد عمل سريع، نظرًا لأن عنوان علامة واحد فقط يحتاج إلى التحقق من عنوان ذاكرة معين.

مجموعة ذاكرة التخزين المؤقت الترابطية هي ذاكرة تخزين مؤقت معدلة مباشرة. تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت المعينة بشكل مباشر على مجموعة واحدة فقط من اقترانات الذاكرة ، مما يعني أنه لا يمكن تعيين عنوان ذاكرة معين إلا إلى موقع سطر محدد لذاكرة التخزين المؤقت. تحتوي المجموعة الترابطية لذاكرة التخزين المؤقت ثنائية الاتجاه على مجموعتين ، بحيث يمكن أن يكون موقع ذاكرة معين في واحد من موقعين. يمكن لذاكرة التخزين المؤقت الترابطية المكونة من أربعة مواضع تخزين عنوان ذاكرة معين في أربع نقاط مختلفة في سطر ذاكرة التخزين المؤقت.

بدأت كلتا الشركتين الإنتاج الضخم للمعالجات ثنائية النواة بدءًا من عام 2005. بحلول هذا الوقت ، كانت وحدات المعالجة المركزية أحادية النواة الكلاسيكية قد استنفدت بالكامل تقريبًا احتياطيات نمو الأداء بسبب زيادة وتيرة التشغيل. لم يكن حجر العثرة مجرد تبديد حرارة مرتفع للغاية للمعالجات التي تعمل بترددات عالية ، ولكن أيضًا مشاكل في ثباتها. لذلك تم طلب طريقة واسعة لتطوير المعالجات للسنوات القادمة ، وكان على مصنعيها ، شريرين ، إتقان طريقة جديدة ومكثفة لزيادة أداء المنتج. يوجد حاليًا هيكلان رائدان لمعالجات سطح المكتب: إنتل كور, AMD64 (K8).

من خلال زيادة مجموعة الترابط ، يزداد احتمال العثور على قيمة ؛ ومع ذلك ، يستغرق هذا وقتًا أطول قليلاً لأنه يلزم التحقق من المزيد من عناوين العلامات عند البحث عن موقع معين في ذاكرة التخزين المؤقت. مع زيادة عدد الإطارات الفرعية أو المجموعات ، تصبح ذاكرة التخزين المؤقت مرتبطة بالكامل ، وهي حالة يمكن فيها تخزين أي عنوان ذاكرة في أي مكان في سطر ذاكرة التخزين المؤقت. بشكل عام ، تعتبر ذاكرة التخزين المؤقت المعينة بشكل مباشر هي الأسرع في العثور على البيانات واستردادها من ذاكرة التخزين المؤقت لأنه يتعين عليها فقط النظر إلى عنوان علامة محدد واحد لعنوان ذاكرة معين.

قبل مناقشة المعالج الأفضل ، عليك أولاً التفكير بالتفصيل في بنية المعالج. أولئك. كيف يعمل وكيف يؤثر على أدائه.

سيكون هذا مفيدًا عند شراء معالج جديد ، حيث سيساعدك على اتخاذ قرار بشأن إجابات مثل هذه الأسئلة: "لماذا تحتاج إلى جهاز كمبيوتر؟ هل يجب أن ألعب ألعابًا ، كلما تطلب الأمر أكثر على الموارد ، أبرد لمالك الكمبيوتر الشخصي؟ هل تكتب ، أحيانًا تنشئ عروض تقديمية ومخططات في جداول بيانات ، أو تعمل بالرسومات؟ العمل مع الفيديو والصوت (هذا ليس الاستماع للموسيقى ومشاهدة الأفلام)؟ إذا كنت أتذكر بالفعل مشاهدة الأفلام ، فسأطلب منك ما إذا كنت تريد مشاهدة الأفلام على أقراص Blu-ray؟ أو ربما تريد استخدام جهاز الكمبيوتر الخاص بك لأغراض أخرى؟ حسنًا ، على الأقل "عرض العرض" يا له من جهاز كمبيوتر رائع ، مثل: "لدي كمبيوتر LG ، لأنه مكتوب على الشاشة!".
بالمناسبة ، إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك زيادة سرعة جهاز الكمبيوتر الخاص بك بشكل طفيف دون ترقية عن طريق تعطيل وحدات التحكم المضمنة في اللوحة الأم ، ولكنك لا تستخدمها.
هذا قد يقلل من وقت التحميل. على سبيل المثال ، تستخدم وحدات تحكم SATA الإضافية BIOS الخاص بها ، ولكن من غير المرجح أن يحتاج المستخدمون الذين لديهم عدد صغير من محركات الأقراص إلى وحدة تحكم إضافية على الإطلاق.
سيؤدي تعطيله إلى توفير الوقت المستغرق في تهيئة BIOS لجهاز التحكم وفحص محركات الأقراص المتصلة. نعم ، وسوف تتخلص من الرسائل "لم يتم العثور على محرك الأقراص".
لذلك ، في هذه المقالة سوف أخبرك ما هي العناصر الرئيسية التي يتكون منها المعالج.

بنية المعالج

مثال بسيط: لماذا كانت Athlons في يوم من الأيام الأكثر مبيعًا؟ لقد قدمت AMD تقنية Hyper-Transport (تم توفير ميزة السرعة - 12.8 جيجابايت / ثانية - بواسطة AMD بخط أنابيب أقصر (رفض FSB) ، بالإضافة إلى وحدة تحكم ذاكرة مدمجة). رداً على ذلك ، اتبعت Intel تقنية Hyper-Threading وزيادة الترددات.
خيوط المعالجة المتعددة (HT) هي تقنية فكرتها بسيطة. يظهر معالج مادي واحد لنظام التشغيل كمعالجين منطقيين ، و نظام التشغيللا يرى أي فرق بين معالج NT واحد أو اثنين من المعالجات التقليدية.
في كلتا الحالتين ، يوجه نظام التشغيل مؤشرات الترابط كما لو كانت نظامًا يحتوي على معالجين. علاوة على ذلك ، يتم حل جميع المشكلات على مستوى الأجهزة.
سأشرح بمزيد من التفصيل. تشتمل نماذج المعالجات أحادية النواة على الأجهزة المتعاونة التالية:

  1. جهاز التحكمينسق عمل جميع الأجهزة الأخرى ، ويؤدي وظائف إدارة الجهاز ، ويدير حسابات الكمبيوتر.
  2. وحدة المنطق الحسابي (ALU). هذا هو اسم الجهاز لعمليات الأعداد الصحيحة. العمليات الحسابية مثل الجمع والضرب والقسمة وكذلك العمليات المنطقية(OR ، AND ، ASL ، ROL ، إلخ.) باستخدام ALU. يمكن أن يحتوي المعالج على عدة وحدات ALU. كل منها قادر على أداء العمليات الحسابية أو المنطقية بشكل مستقل عن الآخرين ، مما يسمح بإجراء عمليات متعددة في وقت واحد.
  3. AGU (وحدة توليد العنوان)- جهاز توليد العنوان. هذا الجهاز لا يقل أهمية عن ALU ، لأنه مسؤول عن العنونة الصحيحة عند تحميل البيانات أو حفظها.
  4. معالج الرياضيات (FPU). قد يحتوي المعالج على عدة معالجات رياضية. كل واحد منهم قادر على تنفيذ عملية واحدة على الأقل بالفاصلة العائمة بغض النظر عما تفعله وحدات ALU الأخرى.

تسمح معالجة خط أنابيب البيانات لمعالج رياضي واحد بأداء عمليات متعددة في نفس الوقت. يدعم المعالج المشترك العمليات الحسابية عالية الدقة ، سواء كانت صحيحة أو عائمة ، بالإضافة إلى أنه يحتوي على مجموعة من الثوابت المفيدة التي تسرع الحساب.
يعمل المعالج المشترك بالتوازي مع المعالج المركزي ، وبالتالي يوفر أداء عالي. بالمناسبة ، في فجر تطوير أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، كانت FPU عبارة عن شريحة منفصلة على السبورة.
التعليمات (الأوامر) فك يوزع التعليمات لاستخراج المعاملات والعناوين حيث يتم وضع النتائج. ثم يرسل رسالة إلى جهاز مستقل آخر حول ما يجب القيام به لتنفيذ التعليمات. تسمح وحدة فك التشفير بتنفيذ العديد من التعليمات في نفس الوقت لتحميل جميع الأجهزة المنفذة.
مخبأ.على عكس ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، توجد هذه الذاكرة داخل وحدة المعالجة المركزية ولديها السرعه العاليهالوصول ، مصمم لتسريع الوصول إلى البيانات الموجودة في ذاكرة RAM أقل سرعة.
إذا لم يستغرق الوصول إلى ذاكرة الكمبيوتر العادية أكثر من 1.25 نانوثانية (لذاكرة DDR3 المتطورة ، فإن وقت الوصول هو 0.41 نانوثانية) ، فعندئذٍ تعمل ذاكرة التخزين المؤقت بتردد المعالج. في المرة القادمة سأتحدث عن كيفية تأثير مقدار ذاكرة التخزين المؤقت على أداء المعالج. يحتوي المعالج أيضًا على ذاكرة وصول عشوائي فائقة السرعة (SRAM) تسمى سجلات المعالج . يهدف SRAM بشكل أساسي إلى تخزين النتائج الوسيطة للحسابات أو البيانات اللازمة لتشغيل المعالج. وقت الوصول إلى تسجيل المعالج حوالي 0.3 نانوثانية.
الإطارات (مجموعات الموصلات). مع الأجهزة الأخرى ، ذات الذاكرة التشغيلية في المقام الأول ، يكون المعالج متصلاً بواسطة الناقلات.
لذا فإن الاختلاف بين المعالج أحادي النواة والمعالج المزود بتقنية HT هو أنه في بنية المعالج هذه ، لا يتم تحديد ALU و FPU بواسطة واحد ، ولكن من خلال مجموعتين ، أي في هيكل المعالج ، لا توجد 7 مجموعات ، ولكن بالفعل 9.
تعمل مجموعات إضافية من وحدات ALU و FPU بالتوازي مع وحدات ALU و FPU "التوائم" ، وليس بالتتابع ، وفي دورة واحدة تعالج عمليتين في وقت واحد ، ولا تضعهما في قائمة الانتظار ، أي اتضح افتراضية النواة الثانية.
في هذه الحالة ، عندما تتشابه العمليات ، تقل سرعة المعالج ، وعندما تتنوع البرامج أو تتكيف مع هذه التقنية ، تزداد السرعة.
لكن مع ذلك ، لن تحصل على نواة كاملة ، وسيزيد الأداء بنسبة 25٪ تقريبًا أو ينخفض ​​بنسبة 10٪. وهذا بسبب هذه التكنولوجيايقلد معالج متعدد النواة. عند معالجة رسومات ثلاثية الأبعاد وهذه التقنية مفيدة.
في بنية Nehalem الجديدة (Intel Core i3 - i7) ، حاول مهندسو Intel التخلص من جميع نقاط الضعف في Hyper-Threading ، وكانت النتيجة النهائية تسمى MultiThreading المتزامن (أو SMT). تتمثل إحدى ميزات هذه التقنية في تقسيم النوى ديناميكيًا إلى نوى حقيقية وافتراضية ، مما يسمح باستخدامها بكفاءة أكبر.
يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن Intel تقوم بتسويق معالجات جديدة بقوة ليس فقط ضد AMD ، ولكن أيضًا ضد طرزها السابقة. لذا ، قمت ذات مرة بتصفح كتيب يحتوي على منتجات Intel الجديدة. كان لديها العديد من المخططات القدرة شرائح و الجسور الجنوبية، معلومات حول الميزات الجديدة وبنية المعالج ...
في الصفحات الأولى وأغلفة الكتيب ، توجد مخططات بيانية ساطعة مثل هذا مع عناوين مثل "الاختلاف في أداء معالجات العمارة القديمة والجديدة *". أسفل آخر صفحةكتيب بخط صغير يقول "* العمارة الجديدةيعطي زيادة في الأداء تصل إلى 10٪.
بدأت في إلقاء نظرة فاحصة على الرسوم البيانية - بالتأكيد ، اتضح أن الأعمدة التي تعرض مزايا المعالجات الجديدة ممدودة! أنا صامت بالفعل بشأن سبب استخدام هذه الألوان لعرض الرسوم البيانية لنماذج المعالجات "الجديدة" و "القديمة".
حسنًا ، عد إلى الكتيب. لنفترض أنك قررت الشراء حاسوب جديدأو إجراء ترقية ، ذهبنا من أجلها إلى متجر كمبيوتر. بالإضافة إلى ذلك ، أنت لست مشترًا متطورًا وسألت البائع سؤالاً فقط.
بعد ذلك ، سيبدأ الحديث عن المعالجات الجديدة ، ويعرض كتيبًا ويكتشف مقدار الأموال التي يمكنه الحصول عليها منك. حسنًا ، أخبرني ، من فضلك ، من سيشرح لك ميزات الرسوم البيانية ، وعندما تراها ، سترغب على الفور في شراء معالج من المعلن عنه ، أو بالأحرى ، ما لن تقرأه حتى في الصور .
لماذا تقرأ إذا تم شرح كل شيء لك ، ودفعك إلى مكونات أكثر تكلفة ، وعرض شيء مشابه لما هو موصوف في الكتيب؟ هكذا اتضح ، كما في مزحة: لقد جاء من أجل خطافات لقضيب الصيد ، وغادر على مركبة صالحة لجميع التضاريس مع مقطورة ، حيث كان هناك قارب به مجموعة من معدات الصيد.
تقوم Intel بهذا لأنها نقلت طرازات جديدة من المعالجات إلى مقبس جديد ، لذلك عندما تشتري معالجًا وأمًا له ، سيتعين عليك شراء ذاكرة DDR3 أيضًا. وأريد أيضًا الحصول على دعم للواجهات الجديدة في المستقبل ، إلى جانب ذلك ، تخلت Intel بالفعل عن خط PCI.
لكن لنعد إلى حرب التكنولوجيا بين AMD و Intel. في وقت لاحق ، رداً على ذلك ، تخلصت Intel من ناقل FSB في المعالج ، وطورته إلى ناقل رباعي المضخات (QPB) ، وهو قادر على نقل أربع كتل بيانات وعنوانين في كل ساعة! أولئك. لكل دورة ساعة حافلة ، يمكن إرسال أمر أو أربعة أجزاء من البيانات من خلاله.
كانت AMD أول من دمج وحدة تحكم الذاكرة في المعالجات في عام 2003 ، لكنها تعمل بشكل أفضل في Intel. ولكن في القيمة الاسمية لـ Core i5 ، فإنه يعمل فقط مع ذاكرة لا تزيد عن 1333 ميجاهرتز ، مقابل 1600 ميجاهرتز لـ
منصات AMD. شركة انتلاتبعت هذه الفكرة في عام 2008. في منصة المقبسذهبت 1156 إنتل خطوة أخرى إلى الأمام عن طريق نقل وحدة تحكم الرسومات الرئيسية (PCI Express 2.0) إلى المعالج ثم إطلاق ثنائي النواة معالجات المقبس 1156 مع محرك رسومات مدمج ، والذي كان موجودًا في الجسور الشمالية "الميزانية" ، وكانت إنتل بالفعل الأولى في هذا.

درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية

بناءً على تجربتي ، يمكنني القول إنني لم أر معالجًا "أكثر برودة" من معالج فيا. الحجج بسيطة: على جهاز كمبيوتر مكتبي ، بصرف النظر عن Windows XP و Office 2003 ومضاد الفيروسات ، لا يكلف شيئًا ، وفي ظل الحرارة لم تكن هناك مشكلات به مطلقًا ، ليس كما هو الحال مع جهازي كمبيوتر مع معالجات إنتل، مع
نفس التردد. بالنظر إلى عبء العمل "الورقي" ، فهذه حجة قوية. لقد نسيت أن أتذكر أن جهاز الكمبيوتر المزود بمعالج VIA المركزي يقف مع عدم إزالة جدرانه الجانبية ، في حين أن البعض الآخر لا يحتوي على جدران جانبية ولا يزال "ساخنًا".
لكن بالعودة إلى درجات الحرارة في معالجات AMD و Intel. ماذا معالجات AMDإنهم يسخنون أكثر من Intel ، وهذا معروف منذ فترة طويلة ، لكن تبريدهم ليس مشكلة كبيرة.
يكفي شراء مروحتين إضافيتين على الأقل في العلبة وتوصيل طاقتهما باللوحة الأم أو شراء محولات طاقة من IDE أو Multi Fan Power Port لستة مراوح. توفر بعض الشركات المصنعة للمراوح محولات طاقة إضافية.
ستصاب بالصداع إذا تجاوزت درجة حرارة المعالج المركزي 55-56 درجة مئوية في الوقت الذي تقوم فيه "بتحميل" الكمبيوتر ببرامج "ثقيلة" ، وحتى إذا لم يتم تهوية العلبة بشكل كافٍ.
لقد رأيت بالفعل مثل هذه المعجزة التكنولوجية عدة مرات - الاتفاق وحدة النظام، حيث توجد وحدة إمداد طاقة فوق مروحة المعالج ، تحجب نصفها ، وعلى الجانب الآخر فوق DVD-RW "الأم" والقرص الصلب.
في الوقت نفسه ، كان هناك أنبوب على الجدار الجانبي للوصول المباشر للهواء البارد إلى المعالج. ثم اضطررت إلى توصيل المروحة بالجدار الجانبي ، ثم ربط نفق الأنبوب "الخاص" بها ، والذي كان من المفترض نظريًا أن يوفر هواء باردًا مباشرة للمعالج. قبل ذلك ، لم يكن هناك أي معنى تقريبًا من هذا الأنبوب.
وفعله أحد الأصدقاء بشكل مختلف ، لقد عمل للتو مع ملف.
لذلك ، قبل شراء جهاز كمبيوتر لنفسك ، فكر في حجم وحدة النظام وتخطيطها وجودتها ، وإلا فلن تقوم بتغييرها قريبًا.
في الوقت نفسه ، ضع في الاعتبار أيضًا حقيقة أن الشرائح المزودة بوحدات تحكم إضافية ، جنبًا إلى جنب مع بطاقة الفيديو ومحركات الأقراص الثابتة ، ترفع درجة الحرارة في وحدة النظام بشكل جيد.
أعترف أنه في وقت من الأوقات ، عند شراء جهاز كمبيوتر لنفسي ، أنفقت ما يقرب من ضعف ما أنفقته على وحدة النظام مقارنةً به اللوحة الأمإلى جانب معالج سيليرون بسرعة 2.8 جيجاهرتز.

مشاهدة الفيديو

يعني وجود الاختصار Vivo (إخراج فيديو إدخال الفيديو) من nVidia أو Avivo من ATI في مواصفات بطاقة الفيديو أنه عند تشغيل فيلم بتنسيقات MPEG-2 و MPEG-4 و H.264 و VC-1 و WMV9 أو DVD GPUيتولى جزء من العمل على فك ترميز الدفق.
يتيح لك ذلك تقليل الحمل على المعالج المركزي بشكل عام ، وبالتالي زيادة الأداء العام للنظام. وتجدر الإشارة إلى أن فك التشفير لا يتم فقط بواسطة شريحة الفيديو. يقع جزء من العمل على أكتاف المعالج المركزي.
كانت المشكلة ذات صلة بمالكي أجهزة الكمبيوتر القائمة على المعالجات بتردد ساعة يصل إلى 500 ميجاهرتز ، ولم تكن قوتهم كافية لتشغيل الفيديو بالكامل ، وغالبًا ما "تباطأ" الأفلام. المعالجات الحديثة بتردد ساعة 1.7 جيجاهرتز أو أكثر ليست مهددة ، حتى في حالة عدم وجود Vivo.
تؤثر بطاقة الفيديو على جودة الفيديو الذي يتم تشغيله بشكل غير مباشر للغاية. حجم ذاكرة بطاقة الفيديو لا يؤثر على أدائها على الأقل (فهي تتأثر بترددات معالج بطاقة الفيديو ووحدات الذاكرة وكذلك التظليل) ، لذا فإن اللعب بشاشة مقاس 19 بوصة لا فرق عن 512 أو 1024 ميغا بايت من ذاكرة الفيديو.
تم تجهيز معظم بطاقات الفيديو الحديثة بإخراج فيديو ، وبعضها مزود بإدخال فيديو ، وبالتالي ، محول تناظري إلى رقمي ومن رقمي إلى تمثيلي.
إذا كنت ترغب في مشاهدة مقاطع فيديو Blu-ray و HD DVD ، فحينئذٍ الحد الأدنى من المتطلباتللنظام هم:

  • برنامج ArcSoft TotalMedia Theatre أو Media Player Classic - السينما المنزلية ؛
  • غرفة العمليات نظام مايكروسوفتنظام التشغيل Windows XP SP2 ؛
  • معالج لا يقل عن 3.2 جيجاهرتز (2.8 جيجاهرتز مع ذاكرة تخزين مؤقت سعة 1 ميجابايت "يبطئ" بالفعل) وبعد ذلك لا يتم سحب كل شيء ، لذا فإن بعض النواة الثنائية البسيطة أفضل ؛
  • 120 ميغا بايت مساحة خالية على القرص الصلب ؛
  • 512 ميجا بايت من ذاكرة الوصول العشوائي ، ويفضل 1 جيجا بايت ؛
  • محرك Blu-ray أو HD DVD (حسنًا ، إذا لم يتم تنزيل مثل هذا الفيلم من الإنترنت) ؛
  • ذاكرة فيديو بسعة 256 ميجابايت (128 ميجابايت كحد أدنى) أو أعلى.

لالتقاط فيديو عالي الجودة باستخدام موالف ، فأنت بحاجة إلى نظام إنتاجي. معالج 1 جيجاهرتز على الأقل وذاكرة وصول عشوائي 256 ميجابايت وقرص صلب واسع.

الكسندر رومانوف. بحسب مجلة "الكمبيوتر"



أخبر الأصدقاء