Den vigtigste del af din computer, hvis du kun skulle vælge én, ville være den centrale processorenhed (CPU). Det er den primære hub (eller “hjerne”), og den behandler instruktionerne, der kommer fra programmer, operativsystemet eller andre komponenter på din pc.
Indholdsfortegnelse
1’er og 0’er
Takket være mere kraftfulde CPU’er er vi hoppet fra knap nok at kunne vise et billede på en computerskærm til Netflix, videochat, streaming og stadig mere naturtro videospil.
CPU’en er et vidunder af teknik, men i sin kerne er den stadig afhængig af det grundlæggende koncept for fortolkning af binære signaler (1’er og 0’er). Forskellen er nu, at i stedet for at læse hulkort eller behandle instruktioner med sæt vakuumrør, bruger moderne CPU’er små transistorer til at lave TikTok-videoer eller udfylde tal på et regneark.
Det grundlæggende i CPU’en
CPU-fremstilling er kompliceret. Det vigtige er, at hver CPU har silicium (enten et stykke eller flere), der huser milliarder af mikroskopiske transistorer.
Som vi hentydede til tidligere, bruger disse transistorer en række elektriske signaler (strøm “til” og strøm “fra”) til at repræsentere maskinens binære kode, der består af 1’er og 0’er. Fordi der er så mange af disse transistorer, kan CPU’er udføre stadigt mere komplekse opgaver ved højere hastigheder end før.
Transistorantallet betyder ikke nødvendigvis, at en CPU vil være hurtigere. Det er dog stadig en grundlæggende årsag til, at den telefon, du har i lommen, har langt mere computerkraft, end måske hele planeten gjorde, da vi tog først til månen.
Før vi går længere op ad den konceptuelle stige af CPU’er, lad os tale om, hvordan en CPU udfører instruktioner baseret på maskinkode, kaldet “instruktionssættet.” CPU’er fra forskellige virksomheder kan have forskellige instruktionssæt, men ikke altid.
De fleste Windows-pc’er og nuværende Mac-processorer bruger f.eks x86-64 instruktionssæt, uanset om de er en Intel eller AMD CPU. Mac’er, der debuterer i slutningen af 2020, vil dog have ARM-baserede CPU’er, som bruger et andet instruktionssæt. Der er også et lille antal Windows 10-pc’er, der bruger ARM-processorer.
Kerner, caches og grafik
Lad os nu se på selve siliciumet. Diagrammet ovenfor er fra en Intel-hvidbog udgivet i 2014 om virksomhedens CPU-arkitektur for Core i7-4770S. Dette er blot et eksempel på, hvordan en processor ser ud – andre processorer har forskellige layouts.
Vi kan se, at dette er en fire-core processor. Der var engang, hvor en CPU kun havde en enkelt kerne. Nu hvor vi har flere kerner, behandler de instruktioner meget hurtigere. Kerner kan også have noget, der hedder hyper-threading eller simultaneous multi-threading (SMT), hvilket får en kerne til at virke som to på pc’en. Dette hjælper, som du måske forestiller dig, at fremskynde behandlingstiden endnu mere.
Kernerne i dette diagram deler noget, der kaldes L3-cachen. Dette er en form for indbygget hukommelse inde i CPU’en. CPU’er har også L1- og L2-cacher indeholdt i hver kerne, samt registre, som er en form for hukommelse på lavt niveau. Hvis du vil forstå forskellene mellem registre, caches og system-RAM, så tjek ud dette svar på StackExchange.
CPU’en vist ovenfor indeholder også systemagenten, hukommelsescontrolleren og andre dele af siliciumet, der styrer information, der kommer ind i og går ud af CPU’en.
Endelig er der processorens indbyggede grafik, som genererer alle de vidunderlige visuelle elementer, du ser på din skærm. Ikke alle CPU’er indeholder deres egne grafikfunktioner. AMD Zen desktop-CPU’er kræver for eksempel et diskret grafikkort for at vise noget på skærmen. Nogle Intel Core desktop-CPU’er inkluderer heller ikke indbygget grafik.
CPU’en på bundkortet
Nu hvor vi har set på, hvad der foregår under hætten på en CPU, lad os se på, hvordan den integreres med resten af din pc. CPU’en sidder i det, der kaldes en socket på din pc’s bundkort.
Når først den er sat i stikket, kan andre dele af computeren oprette forbindelse til CPU’en gennem noget, der kaldes “busser”. RAM, for eksempel, forbindes til CPU’en gennem sin egen bus, mens mange pc-komponenter bruger en bestemt type bus, kaldet en “PCIe”.
Hver CPU har et sæt “PCIe-baner”, den kan bruge. AMDs Zen 2 CPU’er har for eksempel 24 baner, der forbinder direkte til CPU’en. Disse baner er derefter opdelt af bundkortproducenter med vejledning fra AMD.
For eksempel bruges 16 baner typisk til en x16 grafikkortslot. Derefter er der fire baner til opbevaring, såsom en hurtig lagerenhed, som en M.2 SSD. Alternativt kan disse fire baner også opdeles. To baner kunne bruges til M.2 SSD, og to til et langsommere SATA-drev, som en harddisk eller 2,5-tommer SSD.
Det er 20 baner, hvor de andre fire er reserveret til chipsættet, som er kommunikationscenter og trafikkontroller til bundkortet. Chipsættet har så sit eget sæt busforbindelser, hvilket gør det muligt at tilføje endnu flere komponenter til en pc. Som du kunne forvente, har de mere effektive komponenter en mere direkte forbindelse til CPU’en.
Som du kan se, udfører CPU’en det meste af instruktionsbehandlingen, og nogle gange virker endda grafikken (hvis den er bygget til det). CPU’en er dog ikke den eneste måde at behandle instruktioner på. Andre komponenter, såsom grafikkortet, har deres egne indbyggede behandlingsmuligheder. GPU’en bruger også sine egne behandlingsmuligheder til at arbejde med CPU’en og køre spil eller udføre andre grafiktunge opgaver.
Den store forskel er, at komponentprocessorer er bygget med specifikke opgaver i tankerne. CPU’en er imidlertid en generel enhed, der er i stand til at udføre enhver computeropgave, den bliver bedt om at udføre. Det er derfor, CPU’en hersker i din pc, og resten af systemet er afhængig af, at den fungerer.