¿Para qué sirve la CPU?
Conocimientos básicos de informática - CPU (1)
Conocimientos básicos de informática - CPU (1)
El El nombre completo en inglés de la CPU es Unidad Central de Procesamiento o unidad central de procesamiento. La CPU está diseñada para transmitir varios programas, datos e instrucciones. Cuando los datos necesarios para procesar una instrucción no están disponibles actualmente, el procesador deja temporalmente la instrucción a un lado y espera los datos de procesamiento correspondientes mientras continúa ejecutando otras instrucciones del programa. Por tanto, la velocidad de la CPU se determina en función del rendimiento de todos los datos. Por supuesto, todavía quedan muchas cuestiones técnicas, como: frecuencia principal, multiplicador, FSB, velocidad del bus, etc. ¿Tendrán dolor de cabeza los amigos novatos? no te preocupes. Para que pueda ver con claridad, comenzaremos con todos los aspectos de la CPU. Lea el artículo en detalle.
¿Qué es una CPU?
CPU es la abreviatura de “Central Processing Unit/Central Processing Unit” en inglés. En términos generales, la CPU se compone de una unidad de operación lógica, una unidad de control y una unidad de almacenamiento. La unidad de control y operación lógica incluye registros que se utilizan para almacenar datos temporalmente mientras la CPU los procesa.
Los principales indicadores de rendimiento de la CPU son:
Frecuencia principal
Esa es la velocidad de reloj de la CPU que más nos preocupa, que es la que llamamos 233 , 300, etc. En términos generales, cuanto mayor sea la frecuencia principal, más rápida será la CPU y mayor será la máquina en general.
Frecuencia de reloj
Es decir, la frecuencia de reloj externa de la CPU la proporciona la placa base de la computadora. Solía ser 66 MHz, y algunas placas base admiten 75 MHz y 83 MHz respectivamente. Actualmente, el último chipset BX de Intel utiliza una frecuencia de reloj de 100MHz. Además, algunos conjuntos de chips que no son de Intel, como los MVP3 y MVP4 de VIA, también han comenzado a admitir frecuencias externas de 100 MHz. La placa base BX de Elite puede incluso admitir una frecuencia externa de 133 MHz, lo que la convierte en la primera opción para los overclockers.
Caché interno (caché L1)
El caché encapsulado en el chip de la CPU se utiliza para almacenar temporalmente algunas instrucciones y datos mientras la CPU está en ejecución. La velocidad de acceso es consistente con la frecuencia de la CPU y la unidad de capacidad de la caché L1 es generalmente KB. Cuanto mayor es el caché L1, menos veces la CPU intercambia datos con el caché L2 y la memoria de acceso lento, lo que puede aumentar la velocidad de ejecución en comparación con la computadora.
Caché externo (caché L2)
El caché externo de la CPU El L2 del procesador Pentium Pro funciona a la misma frecuencia que la CPU, pero es caro, por lo que el. Pentium II funciona a la mitad de la frecuencia de la CPU, la capacidad es 512K. Para reducir costos, Inter Corporation ha producido una CPU sin L2 llamada Celeron, que tiene un buen rendimiento y es muy adecuada para overclocking. Hoy en día, las CPU están integradas y funcionan a máxima velocidad, que es igual a la frecuencia de la CPU. La caché L2 de Coppermine y Celeron 3 se ejecuta a la misma frecuencia que la CPU.
Tecnología de extensión multimedia
Es la abreviatura de "Conjunto de instrucciones de extensión multimedia". MMX es una nueva tecnología adoptada por Intel en 1996 para mejorar las aplicaciones de CPU Pentium en audio, vídeo, gráficos y comunicaciones. Agregue 57 instrucciones MMX a la CPU Además de agregar instrucciones MMX al conjunto de instrucciones, el caché L1 en el chip de la CPU aumenta de los 16 KB originales a 32 KB (16 K de instrucciones + 16 K de datos). programa que contiene instrucciones MMX, el poder de procesamiento multimedia es aproximadamente un 60% mayor que el de una CPU normal. En la actualidad, las CPU básicamente tienen tecnología MMX. Además de las CPU P55C y Pentium II, también existen K6, K6 3D, MII, etc.
Proceso de fabricación
El proceso de fabricación de CPU actual es de 0,18 micras, y el futuro proceso de fabricación de CPU puede llegar a 0,15 micras o incluso menos.
Descripción general de la terminología de CPU
Muchas personas a menudo se quedan perplejas con algunos términos en inglés en artículos de informática, por lo que he recopilado especialmente algunos términos sobre CPU para usted.
Matriz de rejilla de bolas, disposición de matriz esférica
Semiconductor de óxido metálico complementario.
CISC: Computación de conjuntos de instrucciones complejos.
COB: caché integrada, caché integrada
COD: caché en chip, caché integrada en chip
CPGA: matriz de rejilla de pines cerámicos , Matriz de rejilla de pines cerámicos
CPU.
Ec: controlador integrado, microcontrolador
Femms: entrar/salir rápidamente del estado multimedia, entrar/salir rápidamente del estado multimedia.
Primero en entrar, primero en salir: cola de primero en entrar, primero en salir.
FPU: Unidad de coma flotante, unidad de operación de coma flotante.
HL-PBGA: Unión de superficies, alta resistencia al calor, paquete de matriz esférica de plástico liviano.
Ia: Arquitectura Intel
Id: Identificador, número de identificación
IMM: Intel Mobile Module, Intel Mobile Module
KNI: Katmai's Nuevas instrucciones, el nuevo conjunto de instrucciones de Katmai, a saber, MMX2.
MMX: Extensiones multimedia, conjunto de instrucciones de extensiones multimedia
NI: No Intel, no Intel
PGA: Pin Grid Array: Pin Grid Array, muy consumo de energía grande.
PSN: Número de serie del procesador, número de serie del procesador.
PIB: Procesador en una caja: Procesador en una caja
PPGA: Matriz de rejilla de pines de plástico, paquete de matriz de pines de plástico.
PQFP: Plastic Quad Flat Package
Computación con conjunto de instrucciones reducido, computadora con conjunto de instrucciones reducido.
Segundos: conector de un solo lado
SIMD: instrucción única datos múltiples, instrucción única datos múltiples
SiO2F: óxido de silicio fluorado, dióxido de silicio fluoruro.
SOI: Silicio sobre aislante
SSE: Extensión Streaming SIMD, extensión de flujo de datos múltiples de instrucción única.
TCP: paquete portador de cinta: paquete de película, baja generación de calor.
Traducir el buffer del observador.
Palabra de comando extra larga.
Laboratorio de Calidad de Hardware de Microsoft Windows.
Términos básicos de la unidad central de procesamiento
1. Descripción general de las categorías de CPU
En 1978, Intel Corporation de Estados Unidos produjo un microprocesador de 16 bits para el primera vez y le puse el nombre i8086. El conjunto de instrucciones utilizado por este producto se denomina conjunto de instrucciones x86. Desde entonces, Intel ha producido CPU nuevas, más avanzadas y más rápidas, todas las cuales son compatibles con el conjunto de instrucciones x86 original y se denominan "CPU de la serie x86". Desde que Intel fabricó el primer i8086 en 1978, en solo 20 años, las CPU Intel se han desarrollado hasta el procesador Pentium III de sexta generación, y el procesador de séptima generación de 64 bits está a punto de ser lanzado.
Las CPU convencionales actuales se dividen principalmente en dos tipos en términos de forma de empaque: uno es el tipo de conector de clavija tradicional y el otro es el tipo de ranura. Echemos un vistazo a las diferencias entre ellos.
1. Socket 7
Desde 386, las PC generalmente han usado sockets para instalar CPU. Del Socket 4, Socket 5 al Socket 7, ahora es el más popular.
El zócalo n.º 7 es un zócalo ZIF (fuerza de inserción cero) cuadrado de múltiples clavijas con una varilla de tracción. Al instalar y reemplazar la CPU, tire de la palanca hacia arriba para insertar o quitar fácilmente el chip de la CPU. El zócalo 7 no solo puede instalar Pentium y Pentium MMX de Intel, sino también K5, K6 y K6-2 de AMD. 6x86, 6x86MX, MII de Cyrix; Winchip de IDT se utilizan ampliamente. El socket 7 es también la arquitectura de placa base más común después de que la CPU entró en la era Pentium, y generalmente utiliza los conjuntos de chips HX, TX y otros de Intel. Sus características principales son que tiene una frecuencia externa estándar de 66MHz (hasta 83MHz), generalmente proporciona un mecanismo de suministro de energía de doble voltaje, tiene múltiples ranuras PCI e ISA, admite dispositivos de interfaz PCI e ISA y conjuntos de chips como VX y TX. También admite 168 líneas de SDRAM. Los productos de CPU representativos de la serie Socket 7 son:
2. Speed 7
Esto debe considerarse como una versión mejorada de la serie Socket 7. Generalmente se utilizan conjuntos de chips que no son Intel, como MVP3 y Aladdin V. En comparación con el Socket 7, hay dos mejoras principales: la frecuencia del bus aumenta a más de 100 MHz (hasta 133 MHz) y se proporciona una ranura AGP para permitir el uso de tarjetas gráficas AGP. Es compatible con todas las CPU compatibles con Socket 7. En la actualidad, coopera principalmente con AMD K6-2 y K6-3 para formar una PC económica y rentable. K6-2 todavía está empaquetado en Socket 7, pero admite una frecuencia externa de 100 MHz. El último K6-3 también funciona con placas base con arquitectura Super 7.
3. Ranura 1
En comparación con el Socket 7, el Socket 1 es una ranura de CPU completamente diferente. El zócalo 1 es una ranura larga y estrecha con 242 pines, estrechamente alineada con el procesador Pentium II fabricado con tecnología de empaquetado SEC (Single Side Contact). Las características principales de la arquitectura Slot 1 son muy similares a las del Super 7, excepto que el zócalo de la CPU es muy diferente. El chipset Intel 440BX está diseñado para admitir frecuencias externas superiores a 100 MHz, lo que proporciona un soporte perfecto para la tecnología AGP. La ranura 1 es la arquitectura principal actual de las placas base y sus CPU compatibles incluyen las CPU de las series Intel Pentium II, Pentium III, Celeron y Celeron A.
La ranura 2 es básicamente similar a la ranura 1 y es una interfaz utilizada en servidores de alta gama. Combinado con el chipset Intel 440GX o 440NX y el procesador Intel Xeon de gama alta.
4. Ranura A
La interfaz de ranura utilizada por AMD K7 se llama "Ranura A". Desde la apariencia, la interfaz de la Ranura A es exactamente la misma que la interfaz de la Ranura 1 de Intel, pero en términos de rendimiento eléctrico, las dos son completamente incompatibles. Los chipsets o placas base diseñados para el K7 no podrán utilizar CPU Intel. AMD dijo que con este diseño, los fabricantes aún pueden obtener todas las materias primas y componentes necesarios de los mercados existentes.
5. Serie Socket 370
Se trata de la "retirada" de Intel bajo la presión de la tendencia de los ordenadores de bajo precio.
Intel alguna vez esperó que su arquitectura patentada Slot 1 pudiera ampliar la brecha entre AMD y Cyrix y monopolizar el mercado de CPU, pero de hecho creó espacio para que sus oponentes sobrevivieran. Los nuevos procesadores Celeron tienen cables de 370 pines y no son compatibles con el zócalo 7 de 296 pines. A primera vista, la forma se parece mucho al MMX "Black King Kong" de Intel, pero no son exactamente iguales. Gracias a la caché L2 integrada, el procesador Celeron Socket 370 es más grande. La CPU Socket 370 también se puede instalar en una placa base de 1 ranura mediante una tarjeta de conversión.
2. Descripción general de la tecnología de CPU
1. Debate sobre el conjunto de instrucciones
En los últimos años, en el desarrollo de nuevas tecnologías de CPU, la más llamativa es el conjunto de instrucciones de innovación continua. Para mejorar las capacidades de aplicación de las computadoras en multimedia y gráficos 3D, surgieron MMX y 3DNow. , SSE y otros conjuntos de instrucciones nuevos.
Tecnología de extensión multimedia
En primer lugar, la tecnología MMX puede procesar múltiples datos a la vez. El procesamiento multimedia por computadora generalmente se refiere a la reproducción de animaciones, el procesamiento de imágenes y la síntesis de sonido. En el procesamiento multimedia, los datos continuos deben procesarse repetidamente. Con el conjunto de instrucciones tradicional, no importa cuán pequeños sean los datos, solo puede procesar un dato a la vez, por lo que lleva mucho tiempo. Para resolver este problema, MMX adopta SIMD (tecnología de datos múltiples de instrucción única), que puede procesar múltiples datos de un comando al mismo tiempo y puede procesar datos divididos arbitrariamente de 64 bits a la vez. En segundo lugar, los datos se pueden redondear según el valor máximo. Otra característica de MMX es que cuando los resultados del cálculo exceden la capacidad de procesamiento real, se pueden procesar normalmente. Si utiliza instrucciones x86 tradicionales, una vez que el resultado del cálculo exceda el límite de procesamiento de datos de la CPU, los datos se truncarán y se convertirán en un número menor. MMX resuelve con éxito este problema utilizando la llamada función de "saturación". Una vez que el resultado del cálculo excede el límite de tamaño de datos, se puede convertir automáticamente al valor máximo dentro del rango manejable.
¡3DAhora! Tecnología
AMD es un éxito instantáneo en K6-2: ¡3DNow! La tecnología en realidad se refiere a un conjunto de conjuntos de instrucciones extendidas (***21 instrucciones) a nivel de código de máquina. Estas instrucciones aún implementan algunas operaciones de punto flotante, operaciones con números enteros, captación previa de datos y otras funciones en forma de SIMD (Instrucción única de datos múltiples). Estos tipos de operaciones (especialmente operaciones de punto flotante) se seleccionan entre cientos de tipos de operaciones y se utilizan con mayor frecuencia en el procesamiento 3D. ¡3DAhora! Parece ser exactamente igual que MMX, pero sus usos no son exactamente los mismos. MMX se centra en operaciones con números enteros, por lo que está dirigido principalmente a aplicaciones como descripción de gráficos, compresión y descompresión de datos y procesamiento de audio 3DNow. Se basa principalmente en operaciones de punto flotante, por lo que está dirigido principalmente a aplicaciones 3D como modelado 3D, transformación de coordenadas y representación de efectos. ¡3DAhora! ¡Esta instrucción no solo se ejecuta en modo SIMD, sino que también puede ejecutar dos 3DNow en los canales de ejecución de dos registros en un ciclo de reloj! El modo de instrucción significa que cada ciclo de reloj puede realizar cuatro operaciones de punto flotante, razón por la cual AMD K6-2 puede mejorar significativamente el rendimiento del procesamiento 3D.
Ver instrucciones
¡Conoce AMD 3DNow! Tras el desafío tecnológico, Intel agregó 70 nuevas instrucciones SSE (KNI) a los últimos procesadores Pentium III para mejorar las capacidades informáticas 3D y de punto flotante y hacer que el software original habilitado para MMX se ejecute más rápido. Las instrucciones SSE son compatibles con todas las instrucciones MMX anteriores y las nuevas instrucciones también incluyen SIMD de tipos de datos de punto flotante. La CPU procesa instrucciones en paralelo, por lo que puede suponer una gran ventaja cuando el software realiza repetidamente una determinada tarea.
Por el contrario, el SIMD proporcionado por MMX sólo es válido para tipos de números enteros. Como todos sabemos, las aplicaciones 3D y las operaciones de punto flotante están estrechamente relacionadas. El propósito de fortalecer las operaciones de punto flotante es acelerar las capacidades de procesamiento 3D. Al convertir coordenadas 3D (especialmente al convertir varias al mismo tiempo), SIMD realizará más operaciones en un segundo, por lo que el uso de instrucciones de punto flotante SIMD obtendrá un mayor rendimiento, lo que puede mejorar aún más la representación, los efectos de sombras en tiempo real y la reflexión de escenas. Para los usuarios, esto significa que los objetos 3D son más realistas, las superficies más suaves y la "realidad virtual" es más "realista".
¡Se puede decir que las instrucciones SSE son Intel MMX y AMD 3DNow! El producto de la combinación de tecnologías, gracias a 3DNow! Se utiliza el registro de punto flotante, por lo que las operaciones normales de punto flotante no se pueden sincronizar bien. SSE utiliza un registro de instrucciones independiente, por lo que puede ejecutarse a máxima velocidad y garantizar el paralelismo con las operaciones de punto flotante. En particular, los registros utilizados por los dos son muy diferentes: ¡3d ahora! es de 64 bits, SSE es de 128 bits.
Además, el procesador Katmai tiene una nueva función: "transmisión de memoria", similar a 3DNow. Las instrucciones de captación previa son muy similares y se utilizan para cargar datos en la caché L1 antes de su uso. La diferencia es que Katmai puede elegir obtener datos de caché de todos los cachés, no solo del caché L2, por lo que SSE será mejor que 3DNow. Más rápido.
¡3DAhora! Incompatible con SSE, pero muy similar. En esencia, todos intentan mejorar la potencia informática de punto flotante de la CPU mediante la tecnología SIMD.
Todos admiten el procesamiento simultáneo de múltiples datos de punto flotante en un ciclo de reloj; algunas instrucciones multimedia admiten operaciones especiales, como la decodificación MPEG.
2. El desarrollo de la tecnología de almacenamiento en caché.
La llamada caché, como su nombre indica, es una memoria que puede acceder rápidamente a los datos, puede intercambiar datos con la CPU más rápido y es más rápida que la memoria principal. El procesador primero busca datos en la caché del chip (llamada caché L1). Si no se encuentra en la caché L1, el procesador buscará en la memoria principal del sistema. Suponiendo que hay una caché L2, el procesador puede buscar en la caché L2 en lugar de buscar directamente en la memoria principal. Por lo tanto, en teoría, cuanto más caché L2 tenga un sistema, menos oportunidades tendrá el procesador de acceder directamente a la memoria principal lenta.
El último procesador K6-3 de AMD utiliza tecnología de caché de tres niveles, lo que mejora enormemente el rendimiento de toda la máquina. K6-3 integra internamente una caché L2 de 256 KB. Durante mucho tiempo, las computadoras personales han utilizado una estructura de caché de dos niveles. La caché en el chip se denomina caché L1, mientras que la caché L2 puede colocarse fuera de la placa base o incrustarse en el chip del procesador (como PII y Celeron 300A). Aunque la frecuencia principal del K6-2 anterior se puede aumentar de 300 MHz a 450 MHz, en comparación con el Pⅱ, su caché L2 sólo puede funcionar a 100 MHz, por lo que la mejora del rendimiento no es significativa. La caché L2 incorporada del K6-3 funciona a la frecuencia central y es completamente independiente del bus externo.
La caché L3 utilizada en el K6-3 consta de una caché L1 de 64 KB de velocidad completa, una caché L2 interna de 256 KB de velocidad completa y una caché L3 externa opcional ubicada en la placa base Super7 y que funciona a 100 MHz en el autobús externo. De esta forma, su velocidad de procesamiento es un nivel más rápida que la del Intel Pentium II de la misma frecuencia, lo que no sólo aumenta la capacidad de caché, sino que también proporciona un mayor ancho de banda. El caché externo FSB de 100MHz anterior admite un ancho de banda de 800Mbps, mientras que el caché L2 incorporado que funciona a 450MHz admite un ancho de banda de 3600Mbps. Debido al establecimiento de puertos duales que pueden leer y escribir al mismo tiempo, el ancho de banda total aumenta a 7200 Mbps, que es 9 veces mayor que el caché externo de 100 MHz. Resulta que la caché L2 de la placa base Super 7 se ha convertido naturalmente en una caché de tercer nivel, con una capacidad de 512kB a 2mB, funcionando a un FSB de 100MHz, y la potente combinación con L1 y L2 lleva el rendimiento del procesador al límite. .
3. Tecnología de fabricación más avanzada
Para competir con Intel en el mercado de microprocesadores en el próximo siglo, AMD y Motorola llegaron a un acuerdo de cooperación tecnológica de 7 años. Motorola licenciará la última tecnología de interconexión de cobre a AMD. AMD planea fabricar microprocesadores K7 con una frecuencia principal de hasta 1000MHz (1GHz) en el año 2000.
Las CPU evolucionarán hacia estructuras más rápidas de 64 bits. El proceso de fabricación de la CPU será más refinado y pasará de los 0,25 micrones actuales a los 0,18 micrones. Para el año 2000, la mayoría de los fabricantes de CPU utilizarán el proceso de 0,18 micrones para fabricar procesadores. Después de 2001, muchos fabricantes cambiarán al proceso de fabricación de cobre de 0,13 micrones. Con la mejora de la tecnología de fabricación, los sabores son más pequeños, más integrados y consumen menos energía.
Las ventajas del proceso del cobre son muy obvias, principalmente en los siguientes aspectos: el cobre tiene mejor conductividad eléctrica que el aluminio que se usa ampliamente hoy en día, y el cobre tiene baja resistencia y generación de calor, asegurando así que el procesador tiene una mayor confiabilidad dentro del rango; el uso de tecnología de fabricación de chips y procesos de cobre por debajo de 0,13 micrones aumentará efectivamente la frecuencia de operación del procesador y puede reducir el tamaño de la matriz existente; En comparación con el proceso tradicional de aluminio, el proceso de cobre aumentará efectivamente la velocidad del procesador y reducirá el área del procesador. Desde una perspectiva de desarrollo, la tecnología del cobre eventualmente reemplazará a la tecnología del aluminio.