Yekîneya pêvajoyê ya navendî (CPU), ku wekî din wekî pêvajokerê navendî, pêvajokerê sereke, an jî bi tenê pêvajoker tê binavkirin, di nav pergaleke komputerê de wekî pêvajokerê bingehîn kar dike. Çerxên wê yên elektronîk berpirsiyar in ji cîbicîkirina fermanan ji bernameyeke komputerê, ku operasyonên wekî arîtmetîk, mantiq, kontrol, û têketin/derketin (I/O) dihewînin. Ev fonksiyon CPUyê ji hêmanên derve yên wekî bîra sereke û çerxên I/O, û her weha ji kopêvajokerên pispor ên mîna yekîneyên pêvajoyê yên grafîkê (GPU) cuda dike.
Her çend form, sêwiran û bicihanîna yekîneyên pêvajoyê yên navendî bi awayekî girîng pêş ketibin jî, prensîbên wan ên xebatê yên navikî bi giranî dom kirine. Pêkhateyên sereke yên CPUyê yekîneya arîtmetîk-mantiqê (ALU) dihewînin, ku operasyonên arîtmetîk û mantiqî cîbicî dike; qeydên pêvajokerê, ku operandan didin ALUyê û encamên operasyonan digirin; û yekîneya kontrolê, ku bi hevrêzkirina ALU, qeydan, û pêkhateyên din ên navxweyî, rêvebirina anîn, deşîfrekirin û cîbicîkirina fermanan dike. CPUyên hemdem feza nîvgihêner a girîng ji bo cache û paralelîzma asta fermanê vediqetînin da ku performansê zêde bikin, û ji bo modên CPUyê ji bo piştgiriya pergalên xebitandinê û kapasîteyên virtualîzasyonê.
Piraniya CPUyên hemdem wekî mîkropêvajokerên çerxa yekbûyî (IC) têne çêkirin, ku yek an jî zêdetir CPU li ser çîpek IC ya yekane cih digirin. Çîpên mîkropêvajoker ên ku gelek CPUyan dihewînin wekî pêvajokerên pir-navikî (MCPs) têne destnîşankirin. Van CPUyên fîzîkî yên cuda, ku wekî navikên pêvajokerê têne binavkirin, her weha dikarin multithreadingê bikin da ku multithreadinga asta CPUyê hêsan bikin.
Çerxeke yekbûyî (IC) ku CPUyekê dihewîne, dibe ku bîr, navrûyên derdorî, û pêkhateyên din ên komputerê jî dihewîne. Amûrên yekbûyî yên weha bi gelemperî wekî mîkrokontrolker an pergalên li ser çîpê (SoC) têne binavkirin.
Dîrok
Makîneyên hesabker ên destpêkê, ku ENIAC mînakek e, ji bo her karekî cuda pêdivî bi ji nû ve têlkirina fîzîkî hebû, ku bû sedema dabeşkirina wan wekî "komputerên bernameya sabît". Navnîşana "yekîneya pêvajoyê ya navendî" ji sala 1955an ve hatiye belgekirin ku tê bikaranîn. Ji ber ku "CPU" bi gelemperî wekî mekanîzmayek ji bo cîbicîkirina nivîsbarî (bernameyên komputerê) tê pênasekirin, amûrên destpêkê yên ku bi mafdarî wekî CPU hatine binavkirin, bi pêşketina komputera bernameya hilanî re hevdem derketin holê.
Fikra kompîtera bername-depokirî berê di sêwirana ENIAC a John Presper Eckert û John William Mauchly de cîgir bû, her çend di destpêkê de ji bo lezkirina qedandinê hatibû derxistin. Di 30ê Hezîrana 1945an de, berî çêkirina ENIACê, matematîkzan John von Neumann belgeyek bi sernavê First Draft of a Report on the EDVAC belav kir. Ev kaxezê mîmariya kompîtereke bername-depokirî bi berfirehî rave kir, ku paşê di Tebaxa 1949an de hat qedandin. EDVAC hatibû sêwirandin ku komek pêşwextkirî ya rêwerz an operasyonên cihêreng bicîh bîne. Ya Bingehîn, bernameyên ji bo EDVACê armanc bû ku di bîra kompîterê ya leza bilind de bicîh bibin, ne ku ji hêla têlkirina fîzîkî ya makîneyê ve bêne destnîşankirin. Vê nûbûnê kêmasiyek bi awayekî girîng a ENIACê çareser kir, ango dem û hewldanek mezin a ku ji bo ji nû ve mîhengkirina wê ji bo karên nû hewce bû. Sêwirana Von Neumann guhertina bernameyê ji bo EDVACê bi tenê bi guhertina naveroka bîrê gengaz kir. Lê belê, EDVAC ne kompîtera bername-depokirî ya pêşeng bû; Manchester Baby, kompîtera bername-depokirî ya pûlik-biçûk a ceribandinî, bernameya xwe ya destpêkê di 21ê Hezîrana 1948an de bicîh anî, li dû wê jî Manchester Mark 1 hat, ku bernameya xwe ya yekem di şeva 16–17ê Hezîrana 1949an de xebitand.
Di destpêkê de, CPU pêkhateyên bi taybetî hatine sêwirandin bûn ku di nav pergalên kompîterê yên mezintir, gelek caran Bêhempa, de hatibûn yekkirin. Lê belê, ev nêzîkatiya pêşxistina CPUyên taybetî ji bo serlêdanên taybetî bi giranî ji hêla Hilberîna Rêzî ya prosesorên pir-armanc ve hatî guhertin. Ev meyla ber bi standardîzasyonê di dema mîlada mainframeyên tranzîstorên veqetandî û mînîkompîteran de dest pê kir, û bi pejirandina berfireh a çerxa yekbûyî (IC) bi awayekî girîng zêde bûye. ICê sêwirandin û çêkirina CPUyên her ku diçe tevlihevtir bi toleransên pûlik-nanometer hêsan kiriye. Bandorên hevbeş ên mînyatûrîzasyon û standardîzasyona CPU belavbûna cîhazên dîjîtal di civaka hemdem de bi awayekî berfireh zêde kiriye, ku wêdetir ji qada sînorkirî ya makîneyên hesabker ên pispor dirêj dibe. Mîkroprosesorên nûjen naha di spektrumek berfireh a cîhazên elektronîkî de têne dîtin, ji otomobîl û têlefonên desta heya tiştên şahînet ên mîna lîstokan.
Her çend John von Neumann bi berfirehî ji bo pêşxistina kompîtera bername-depokirî bi sêwirana xwe ya EDVACê, ku paşê wekî mîmariya von Neumann hat nasîn, tê nasîn, nûjenkerên berê yên mîna Konrad Zuse konseptên berawirdî pêşniyar kiribûn û pêk anîbûn. Harvard Mark I, ku berî EDVACê hat qedandin, jî mîmariya bername-depokirî bikar anî, ku wekî mîmariya Harvardê hat binavkirin, kasetên kaxezê yên qulkirî li şûna bîra elektronîkî bikar anî. Cudahiyek Bingehîn di navbera van her du mîmariyan de di veqetandina depokirin û pêvajoyê ya mîmariya Harvardê de ji bo rêwerz û daneyên CPU ye, berevajî bikaranîna feza bîrê ya yekbûyî ya mîmariya von Neumannê ji bo her duyan. Dema ku piraniya CPUyên hemdem bi giranî li gorî sêwirana von Neumann tevdigerin, CPUyên mîmariya Harvardê jî berbelav in, bi taybetî di pergalên bicîhkirî de, mînakên wan mîkrokontrolkerên Atmel AVR in.
Berî derketina tranzîstorê, rele û lûleyên valahiya fezayê (ku wekî lûleyên termiyonîk jî dihatin zanîn) di komputeran de wekî hêmanên sereke yên veguherînê kar dikirin, digel ku pergalên fonksiyonel hewcedarî bi hezaran an deh hezaran amûrên wusa bûn. Performansa pergalê rasterast bi leza xebatê ya van veguherîneran ve girêdayî bû. Komputerên lûleyên valahiya fezayê, mîna EDVAC, bi gelemperî nêzîkî her heşt demjimêran carekê têkçûn didîtin, lê komputerên li ser bingeha rele, wekî Harvard Mark I ya hêdîtir lê berê, pêbaweriya bi awayekî girîng bilindtir nîşan didan. Di encamê de, yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) yên li ser bingeha lûleyan pijiqandin rojê bi dest xistin ji ber ku feydeyên wan ên lezê yên girîng bi gelemperî pirsgirêkên wan ên pêbaweriyê yên xweser derbas dikirin. Piraniya van CPUyên senkronî yên destpêkê bi rêjeyên demjimêrê yên bi awayekî berbiçav kêmtir li gorî sêwiranên mîkroelektronîkî yên nûjen dixebitîn, digel ku frekansên sînyalên demjimêrê yên tîpîk ji 100 kHz heya 4 MHz bûn, bi giranî ji ber sînorkirinên lezê yên amûrên wan ên veguherînê yên pêkhatî hatibûn sînordar kirin.
Yekîneyên Pêvajoyê yên Navendî yên Li ser Bingeha Tranzîstorê
Tevliheviya mîmarî ya yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) gav bi gav zêde bû ji ber ku pêşketinên teknolojîk rê li ber afirandina pêkhateyên elektronîkî yên bêtir kompakt û pêbawer vekirin. Pêşketinek bingehîn di vê rêgehê de danasîna tranzîstorê bû. CPUyên tranzîstorî, ku di salên 1950 û 1960an de derketin, hewcedariya bi hêmanên veguherînê yên giran, nepêbawer û nazik ên wekî lûleyên valahiya fezayê û releyan ji holê rakir. Vê nûjeniyê avakirina CPUyên bêtir tevlihev û zexm hêsan kir, gelek caran li ser yek an çend çerxên çapkirî yên ku pêkhateyên veqetandî (yekane) bikar tînin hatine yekkirin.
Di sala 1964an de, IBM mîmarîya komputera xwe ya System/360 eşkere kir, ku bingeha malbatek komputeran bû ku dikaribûn bernameyên wekhev li ser lez û astên performansê yên cûda bimeşînin. Ev yek pêşketinek bi awayekî girîng bû, ji ber ku piraniya komputerên elektronîkî yên wê mîladê, tewra yên ji heman çêkerî jî, bi giranî ne lihevhatî bûn. Ji bo bidestxistina vê hevgirtinê, IBM têgeha mîkrobernameyekê, ku gelek caran wekî "mîkrokod" tê binavkirin, pêk anî, teknîkek ku di CPUyên hemdem de hîn jî bi berfirehî tê bikar anîn. Mîmarîya System/360 populerbûnek mezin bi dest xist, bi dehsalan li ser bazara komputera sereke serdest bû û mîrasek mayînde ava kir ku ji hêla pergalên nûjen ên wekî IBM zSeries ve tê domandin. Dûv re, di sala 1965an de, Pargîdaniya Amûrên Dîjîtal (DEC) komputerek din a bi bandor, PDP-8, destnîşan kir, ku bi taybetî serîlêdanên zanistî û lêkolînê dikir armanc.
Kompîturên li ser bingeha tranzîstoran li ser pêşiyên xwe çend avantajên berbiçav pêşkêş kirin. Wêdetirî zêdekirina pêbaweriyê û kêmkirina xerckirina hêzê, tranzîstoran rê da CPUyan ku bigihîjin lezên xebatê yên bi awayekî girîng bilindtir ji ber demên veguheztinê yên wan ên bi xwezayî kurttir li gorî valahiya fezayê an rîleyan. Pêşkeftinên hevbeş ên di pêbaweriyê de û leza van hêmanên veguheztinê yên bi awayekî dramatîk zêdekirî, ku di vê serdemê de hema hema bi taybetî tranzîstor bûn, rê li ber rêjeyên demjimêrê yên CPUyan di dehên megahertz de vekir. Di heman demê de, ligel pejirandina berfireh a tranzîstorên veqetandî û CPUyên çerxa entegre (IC), mîmarîyên nû yên performansa bilind, wekî pêvajoyên vektorî yên yek ferman, gelek dane (SIMD), dest bi derketin holê kirin. Van sêwiranên ceribandinî yên destpêkê paşê rê li ber pêşkeftina superkompîturên pispor vekirin, ku mînaka wan ên ji hêla Cray Inc û Fujitsu Ltd ve hatine hilberandin in.
Yekîneyên Pêvajoya Navendî yên Entegrasyona Pûlika Biçûk
Vê mîladê şahidî kir pêşkeftina rêbazek ji bo hilberîna gelek tranzîstorên bi hev ve girêdayî di nav qadek piçûk de. Çerxa entegre (IC) hêsan kir çêkirina pîvanek girîng a tranzîstoran li ser yek nîvgihênera hişk, ku bi gelemperî wekî "çîp" tê zanîn. Di destpêkê de, tenê çerxên dîjîtal ên bingehîn, ne-pispor, wekî deriyên NOR, di nav ICyan de hatin piçûkkirin. Yekîneyên Pêvajoya Navendî (CPU) yên ku ji van ICyên "bloka avahîsaziyê" yên bingehîn hatine çêkirin bi gelemperî wekî cîhazên "entegrasyona pûlika biçûk" (SSI) têne dabeş kirin. ICyên SSI, ku mînaka wan ên di Kompîtura Rêberiya Apollo de hatine bikar anîn in, bi gelemperî heta çend deh tranzîstor di nav xwe de dihewandin. Çêkirina CPUyek temam ji ICyên SSI hewcedarî bi hezaran çîpên takekesî bû, lêbelê ev nêzîkatî bi awayekî girîng feza û xerckirina hêzê kêm kir li gorî mîmarîyên tranzîstorên veqetandî yên berê.
System/370 ya IBMê, ku li dû System/360 hat, ICyên SSI pejirand li şûna modulên tranzîstorên veqetandî yên Teknolojiya Mantiqa Hişk. Bi heman rengî, PDP-8/I û KI10 PDP-10 yên DECê ji tranzîstorên takekesî yên ku di PDP-8 û KA PDP-10 de hatibûn bikar anîn veguherîn bo ICyên SSI. Herwiha, rêzeya wan a PDP-11 ya pir serkeftî di destpêkê de ICyên SSI bikar anî, lê paşê veguherî pêkhateyên Entegrasyona Pûlika Mezin (LSI) gava ku ev bûn gengaz.
Entegrasyona Pûlika Mezin di CPUyan de
Lee Boysel weşanên bi bandor nivîsî, bi taybetî "manîfestoyek" di sala 1967an de, ku çêkirina komputereke sereke ya 32-bit a hevwate bi karanîna hejmareke nisbeten kêm ji çerxên entegrasyona pûlika mezin (LSI) bi berfirehî rave dikir. Rêbaza taybetî ya ji bo hilberîna çîpên LSI, ku wekî yên ku sed an zêdetir derî dihewînin hatine pênasekirin, tê de karanîna pêvajoyeke hilberîna nîvgihêner a metal-oksîd-nîvgihêner (MOS) bû, ku mantiqa PMOS, NMOS, an CMOS dihewand. Lêbelê, hin hilberîneran di pêşxistina pêvajoykeran de bi karanîna çîpên mantiqa tranzîstor-tranzîstor a bîpolar (TTL) berdewam kirin, ji ber ku tranzîstorên bîpolar ên girêdanê heta salên 1970î leza bilindtir li gorî çîpên MOS pêşkêş dikirin; çend saziyan, wekî Datapoint, ev pratîk heta destpêka salên 1980î domand. Di dema salên 1960î de, ICyên MOS performansa hêdîtir nîşan dan û di destpêkê de bi giranî ji bo sepanên hêza kêm guncan hatin hesibandin. Piştî pêşxistina teknolojiya MOS a derî-sîlîkon ji hêla Federico Faggin ve li Fairchild Semiconductor di sala 1968an de, ICyên MOS bi awayekî berbiçav TTL a bîpolar wekî teknolojiya çîpê ya serdest heta dawiya salên 1970î derbas kirin.
Bi pêşketina teknolojiya mîkroelektronîkî re, hejmareke zêde ya tranzîstoran li ser ICyan hatin entegre kirin, bi vî awayî pîvana ICyên veqetandî yên ji bo CPUyek temam pêwîst kêm bû. ICyên Entegrasyona Pûlika Navîn (MSI) û LSI hejmara tranzîstoran zêde kirin, di destpêkê de gihandin sedan, û paşê gihandin hezaran. Heta sala 1968an, hejmara pêwîst a ICyan ji bo çêkirina CPUyek temam daketibû 24an, ku ji heşt cureyên cuda pêk dihat, û her ICyek nêzîkî 1000 MOSFET dihewand. Bi awayekî girîng berevajî pêşiyên xwe yên SSI û MSI, dubarekirina LSI ya destpêkê ya PDP-11 CPUyek ku tenê ji çar çerxên entegre yên LSI hatibû çêkirin pêşkêş kir.
Mîkropêvajoyker
Ji dema danasîna wan a di destpêkê de, mîkropêvajoykeran bi giranî hemî rêbazên din ên ji bo bicihanîna yekîneyên pêvajoykirina navendî şûna wan girtine. Mîkropêvajoykera yekem a bazirganî ya berdest, ku di sala 1971an de hatibû danasîn, Intel 4004 bû. Intel 4004 yek ji CPUyên pêşeng ên ji bo bikarhêneran bû ku yekîneya mantiqa arîtmetîk, yekîneya kontrolê, û yekîneya qeydê li ser çîpek yekane entegre kir. Mîkropêvajoykera yekem a ku bi berfirehî hat pejirandin, ku di sala 1974an de hatibû derxistin, Intel 8080 bû. Di heman demê de, hilberînerên komputerên sereke û mînîkomputeran bernameyên pêşxistina çerxên entegre yên xwedîtiyê dan destpêkirin da ku mîmariyên xwe yên komputerê yên heyî nûjen bikin, di encamê de mîkropêvajoykerên bi koma rêwerzan re hevaheng derketin ku lihevhatina paşverû bi reqalav û nivîsbarîya xwe ya kevnar re diparastin. Bi derketin û paşê pejirandina berfireh a komputera kesane re, navê CPU niha bi giranî ji bo mîkropêvajoykeran tê veqetandin. Gelek CPU, ku wekî cores têne zanîn, dikarin di nav çîpek pêvajoykirinê ya yekane de bêne entegre kirin.
Yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) yên berê ji pêkhateyên veqetandî û çerxên yekbûyî (IC) yên biçûk ên pirjimar, ku li ser yek an çend panelên çerxê belavbûyî bûn, hatibûn çêkirin. Berevajî, mîkropêvajo CPUyan temsîl dikin ku li ser hejmareke herî kêm a ICyan, bi gelemperî yek, hatine çêkirin. Ev kêmkirina şopa CPUyê, ku bi pêkanîna yek-dieyî pêk hatiye, demên veguheztinê yên bilez hêsan dike ji ber taybetmendiyên fîzîkî yên wekî kapasîteya parazîtîk a derî ya kêmkirî. Wekî encam, mîkropêvajo yên hemdem gihîştine frekansên demjimêrê ku ji dehên megahertz heta çend gigahertz dirêj dibin. Herwiha, kapasîteya çêkirina tranzîstorên pir biçûk li ser ICyekê, tevlihevî û hejmara tranzîstoran di nav CPUyekê de bi awayekî berbiçav zêde kiriye. Ev meyla berbelav ji hêla Qanûna Moore ve tê vegotin, ku bi rastî pêşbînî kir tevliheviya zêde ya CPUyan û ICyên din heta nêzîkî sala 2016an.
Tevî veguherînên girîng di tevlihevî, pîvanên fîzîkî, metodolojiyên avakirinê, û mîmariya giştî ya CPUyan de ji wê demê ve sala 1950an, sêwirana wan a bingehîn û prensîbên xebatê bi giranî domdar mane. Piraniya bêdawî ya CPUyên hemdem bi rastî wekî mîmariyên bername-hilanînî yên von Neumann têne pênasekirin. Bi rawestandina rastbûna pêşbînîkirina Qanûna Moore re, fikar derketine holê derbarê sînorên xweser ên teknolojiya tranzîstor a çerxa yekbûyî de. Mînyaturîzasyona kûr a deriyên elektronîkî lêketina diyardeyên wekî elektromîgrasyon û herikîna bin-bendê giran dike. Van kêşeyên nû derketî di nav gelek ajokarên ku lêkolîneran neçar dikin ku paradigmên hesabkerî yên nû lêkolîn bikin, tevî bilişîma kuantumê, û sepandina paralelîzmê û stratejiyên din berfireh bikin ku kêrhatîbûna modela klasîk a von Neumann zêde dikin.
Prensîbên Xebatê
Bêyî ku şêwaza wan a fîzîkî çi be, fonksiyona navik ya piraniya yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) pêkanîna rêzek pêşwext a rêwerzên hilanînî vedihewîne, ku bi hev re wekî bername tê binavkirin. Van rêwerzan di nav formek bîra komputerê de cih digirin. Hema hema hemî CPU li gorî rêzek xebatê ya sê-dik tevdigerin—anî, deşîfrekirin, û pêkanîn—ku bi hev re çerxa rêwerzan pêk tînin.
Piştî cîbicîkirina fermanê, pêvajo dubare dibe, digel ku çerxa fermanê ya paşîn bi gelemperî fermanê rêzî ya din distîne ji ber nirxa zêdekirî ya di jimartina bernameyê de. Ger fermankirina bazdanê were cîbicîkirin, jimartina bernameyê ji nû ve tê saz kirin da ku navnîşana fermankirina armancê bigire, û dihêle cîbicîkirina bernameyê wekî her car bidome. CPUyên pêşketî dikarin bi hevdemî gelek fermanan bistînin, deşîfre bikin û cîbicî bikin. Ev nîqaş "boriya RISC ya klasîk" destnîşan dike, ku mîmarîyek berbelav e di CPUyên hêsantir de ku gelek caran di gelek amûrên elektronîk de têne bikaranîn, û gelek caran wekî mîkrokontrolker têne destnîşankirin. Ew bi qestî fonksiyona girîng a Cihê Veşartinê yê CPUyê û, Wekî encam, dikê gihîştinê ya boriya pêvajoyê paşguh dike.
Hin ferman rasterast jimartina bernameyê diguherînin li şûna ku Dane derketinê çêbikin; ev bi gelemperî wekî "bazdan" têne binavkirin û avahiyên bernamekirinê yên wekî lûp, cîbicîkirina bi şert (bi bazdanên bi şert), û bangên fonksiyonê gengaz dikin. Di nav hin pêvajokeran de, fermanên din rewşên bitan di nav qeyda "alayan" de diguherînin. Van alayan ji bo sererastkirina tevgera bernameyê bi nîşankirina encamên operasyonên cihêreng re xizmet dikin. Mînak, di van pêvajokeran de, fermankirina "berawirdkirinê" du nirxan dinirxîne û paşê bitan di qeyda alayan de datîne an paqij dike da ku Mezinahî an Wekhevîya wan a têkildar destnîşan bike; yek ji van alayan dikare paşê ji hêla fermankirina bazdanê ya paşîn ve were bikaranîn da ku Herikîn bernameyê diyar bike.
Bidestxistina Fermanê
Dikê bidestxistinê bidestxistina fermanekê dihewîne, ku bi gelemperî wekî nirxek hejmarî an rêzek, ji bîra bernameyê tê temsîl kirin. Navnîşana bîrê ya fermanê ji hêla jimartina bernameyê (PC) ve tê destnîşankirin, ku di mîkropêvajokerên Intel x86 de wekî "nîşana fermanê" tê zanîn, û navnîşana fermana paşîn a ku li benda bidestxistinê ye digire. Piştî bidestxistina fermanê, PC bi dirêjahiya fermanê tê zêdekirin da ku navnîşana fermana din di rêzika cîbicîkirinê de nîşan bide. Gelek caran, bidestxistina fermanan ji bîra ku bi awayekî têkildar Hêdî ye dikare rawestandina CPUyê çêbike dema ku li benda bidestxistina Dane ye. Ev pirsgirêk bi giranî di pêvajokerên nûjen de bi bicihanîna Cihê Veşartinê û mîmariya boriya pêvajoyê tê kêmkirin.
Deşîfrekirina Fermanê
Çalakiyên CPUyê ji hêla fermana ku ji bîrê hatiye bidestxistin ve têne destnîşankirin. Di dema qonaxa deşîfrekirinê de, çerxên deşîfrekerê binaryê yên pispor, ku wekî deşîfrekerê fermanê tê binavkirin, vê fermanê vediguherîne sînyalên kontrolê yên ku operasyonên pêkhateyên din ên CPUyê birêve dibin.
Şîrovekirin fermanekê ji hêla mîmariya koma fermanan a CPUyê (ISA) ve tê birêvebirin. Bi gelemperî, komek bitê ya taybetî, an "qad," di nav fermanê de, ku wekî opcode tê zanîn, operasyona ku were cîbicîkirin destnîşan dike. Di heman demê de, qadên din bi gelemperî Dane zêde peyda dikin ku ji bo operasyonê pêwîst in, wekî operand. Van operandan dikarin wekî Berdewam (nirxek tavilê) an jî wekî cîhek, ku dibe ku qeydek pêvajoker an navnîşanek bîrê be, li gorî moda navnîşankirinê ya diyarkirî werin pênasekirin.
Hin mîmariyên CPUyê çerxeke dekoderê ya bîner a bi têlên hişk hatî girêdan û neguherbar ji bo deşîfrekirina fermanan dihewînin. Berovajî, sêwiranên din mîkrobernameyekê bikartînin da ku fermanan wergerînin rêzikên sînyalên veavakirina CPUyê, yên ku di ser lêdanên dil ên demjimêrê yên li pey hev re tên sepandin. Di hin rewşên taybetî de, bîra ku mîkrobernameyê dihewîne ji nû ve tê nivîsandin, bi vî awayî guhertinên di metodolojiya deşîfrekirina fermanan a CPUyê de gengaz dike.
Qonaxa Cîbicîkirinê
Piştî qonaxên anîn û deşîfrekirinê, qonaxa cîbicîkirinê dest pê dike. Ev qonax dibe ku ji çalakiyek yekane an jî rêzek çalakiyan pêk were, li gorî sêwirana mîmarî ya CPUyê. Ji bo her çalakiyê, sînyalên kontrolê bi elektronîkî pêkhateyên taybetî yên CPUyê çalak an neçalak dikin, wan dihêlin ku tevahî an beşek ji operasyona armanckirî pêk bînin. Çalakî bi gelemperî bi wergirtina lêdaneke dil a demjimêrê diqede. Pir caran, encam di qeydgeheke navxweyî ya CPUyê de têne depokirin da ku vekişandina bilez ji hêla fermanên paşîn ve hêsan bibe. Wekî din, encam dibe ku ji bîra sereke re bêne şandin, ku gihîştina hêdîtir pêşkêş dike lê aborîtir e û xwedî kapasîteyeke mezintir e.
Mînak, dema fermana lêzêdekirinê tê cîbicîkirin, qeydgehên ku operandan (hejmarên ku bêne lêzêdekirin) dihewînin, ligel beşên têkildar ên yekîneya mantiqê ya arîtmetîkî (ALU) ya berpirsiyarê lêzêdekirinê, tên çalakirin. Bi qewimîna lêdaneke dil a demjimêrê, operand ji qeydgehên wan ên çavkanî bo ALU tên veguheztin, û berhema lêzêdekirinê li derketina wê tê çêkirin. Lêdanên dil ên demjimêrê yên paşîn çalakkirin û neçalakkirina pêkhateyên din hêsan dikin da ku derketinê (berhema operasyonê) bo cîhek depokirinê yê diyarkirî, wek qeydgehek an bîrekê, veguhezînin. Ger berhema hesabkirî ji mezinahiya peyva derketinê ya ALUyê zêdetir be, ala zêdebûna arîtmetîkî tê danîn, ku paşê bandorê li operasyona din dike.
Sêwirana Mîmarî û Cîbicîkirin
Operasyonên bingehîn ên ku CPU dikare cîbicî bike bi awayekî xwemalî di nav çerxa wê de hatine bicîkirin, bi hev re komek fermanan pêk tînin. Van operasyonan karên wekî lêzêdekirin an jêderxistina arîtmetîkî, berawirdkirinên hejmarî, an kontrolkirina herikîna bernameyê (mînak, bazdana bo beşeke kodê ya cuda) dihewînin. Her ferman bi awayekî yekane bi nexşeyeke bitê ya taybetî tê kodkirin, ku jê re opkoda zimanê makîneyê tê gotin. Di dema pêvajoya fermanan de, CPU dekoderek bîner bikartîne da ku opkodê wergerîne sînyalên kontrolê, yên ku paşê fonksiyonên navxweyî yên CPUyê hevrêz dikin. Fermaneke zimanê makîneyê ya berfireh bi gelemperî ji opkodekê ligel bitên pêvek pêk tê ku argumanên operasyonê diyar dikin (mînak, nirxên ku di fermana lêzêdekirinê de bêne lêzêdekirin). Di asteke bilindtir a razberiyê de, bernameyeke zimanê makîneyê rêzek rêzkirî ji fermanên zimanê makîneyê yên ku ji hêla CPUyê ve têne cîbicîkirin pêk tîne.
Operasyonên matematîkî yên navikî ji bo her fermanê ji hêla çerxek mantiqê ya kombînatorî ve têne cîbicîkirin ku di nav prosesora CPU'yê de cih digire, û wekî yekîneya arîtmetîk-mantiqê (ALU) tê zanîn. Bi gelemperî, CPU fermanekê pêvajoyê dike bi girtina wê ji bîrê, bikaranîna ALU'ya xwe ji bo pêkanîna operasyona diyarkirî, û paşê encamê dîsa li bîrê tomar dike. Wêdetirî fermanên ji bo arîtmetîka tam û operasyonên mantiqî, cûrbecûr fermanên makîneyê yên din hene, di nav de yên ji bo veguhastina daneyan (barkirin û tomarkirin ji bîrê), şaxkirina şertî, û arîtmetîka xala herikînê, ku ji hêla yekîneya xala herikînê (FPU) ya CPU'yê ve têne birêvebirin.
Yekîneya Kontrolê
Yekîneya kontrolê (CU) pêkhateyek yekbûyî ya CPU'yê ye ku berpirsiyar e ji bo organîzekirina operasyonên prosesorê. Ew rêwerzan dide bîra komputerê, yekîneya arîtmetîk û mantiqê, û cîhazên têketin/derketinê, fêrî wan dike ka çawa bersivê bidin fermanên ku ji prosesorê re hatine şandin.
Yekîneya kontrolê (CU) operasyonên pêkhateyên din organîze dike bi çêkirina sînyalên dem û kontrolê. Ew piraniya çavkaniyên komputerê birêve dibe û Herikîna daneyan di navbera yekîneya pêvajoyê ya navendî (CPU) û cîhazên derdorê de rêve dibe. John von Neumann yekîneya kontrolê wekî elementek bingehîn a mîmariya von Neumann tevlî kir. Di sêwiranên komputerê yên hemdem de, yekîneya kontrolê bi gelemperî di nav CPU'yê de yekbûyî ye, fonksiyona xwe ya bingehîn û prensîbên xebatê ji wê demê ve diparêze ku ew hatiye damezrandin.
Yekîneya Arîtmetîk Mantiqê
Yekîneya arîtmetîk mantiqê (ALU) çerxek dîjîtal e ku di nav prosesorê de cih digire, berpirsiyar e ji bo pêkanîna arîtmetîka tam û operasyonên mantiqê yên bitwise. Têketinên ji bo ALU'yê ji peyvên daneyan pêk tên ku ji bo pêvajoyê hatine destnîşankirin (wekî operand têne zanîn), daneyên rewşê ji operasyonên berê, û kodek operasyonel ku ji hêla yekîneya kontrolê ve tê peyda kirin. Jêdera van operandan li gorî fermana ku tê cîbicîkirin diguhere, dibe ku ji qeydên navxweyî yên CPU'yê, bîra derve, an jî sabitên ku ji hêla ALU'yê ve bi navxweyî têne çêkirin derkeve.
Piştî stabîlîzasyon û belavbûna hemî sînyalên têketinê di nav çerxa ALU'yê de, encama operasyona cîbicîkirî li derketinên ALU'yê peyda dibe. Ev encam hem peyvek dane, ku dikare paşê di qeydek an bîrekê de were tomarkirin, hem jî agahdariya rewşê dihewîne, ku bi gelemperî di qeydek CPU'yê ya navxweyî ya taybetî de tê parastin.
Yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) yên hemdem pir caran gelek yekîneyên arîtmetîk mantiqê (ALU) dihewînin da ku performansa hesabkerî zêde bikin.
Yekîneya Çêkirina Navnîşanê
Yekîneya çêkirina navnîşanê (AGU), ku wekî yekîneya hesabkirina navnîşanê (ACU) jî tê zanîn, elementek cîbicîkirinê ye di nav yekîneya pêvajoyê ya navendî (CPU) de ku berpirsiyar e ji bo hesabkirina navnîşanên bîrê yên ku ji bo gihîştina bîra sereke hewce ne. Şandina hesabkirinên navnîşanê ji bo çerxên taybetî yên ku bi fonksiyonên din ên CPU'yê re hevdem dixebitin hejmara çerxên CPU'yê yên ku ji bo cîbicîkirina fermanên makîneyê hewce ne kêm dike, bi vî awayî pêşkeftinên performansê peyda dike.
Di dema pêvajoyên xebitandinê yên cihêreng de, CPU divê navnîşanên bîranînê hesab bike da ku Dane ji bîranînê bistîne; mînak, cihên hêmanên rêzê yên di bîranînê de berî ku Dane ji navnîşanên wan ên bîranîna fîzîkî werin girtin, hewcedariya hesabkirinê dikin. Van hesabên çêkirina navnîşanê operasyonên aritmetîkî yên tamjimar ên cihêreng dihewînin, di nav de kombûn, jêderxistin, operasyonên modulo, û guheztinên bitê. Gelek caran, destnîşankirina navnîşanek bîranînê gelek rêwerzên makîneyê yên giştî hewce dike, ku dibe ku bi bandor neyên deşîfrekirin û cîbicîkirin. Yekkirina AGU di Mîmariya CPU de, ligel rêwerzên taybetî yên ku AGU bikar tînin, dihêle ku gelek hesabên çêkirina navnîşanê ji CPUya sereke werin barkirin, gelek caran cîbicîkirina wan a bilez di nav yek Çerxek CPU de hêsan dike.
Fonksiyonên AGU bi CPUya taybetî û sêwirana wê ya Mîmarî ve girêdayî ne. Wekî encam, hin AGU rêzek berfirehtir a operasyonên hesabkirina navnîşanê bicîh tînin û eşkere dikin, dema ku yên din rêwerzên taybetî yên sofîstîketir dihewînin ku dikarin gelek operandan bi hevdemî pêvajoyê bikin. Hin Mîmariyên CPU gelek AGU dihewînin, ku cîbicîkirina hevdemî ya çend operasyonên hesabkirina navnîşanê gengaz dike, bi vî rengî qezencên performansa zêde yên ku ji taybetmendiyên superscalar ên sêwiranên CPU yên pêşkeftî re têne veqetandin, peyda dikin. Mînak, Intel gelek AGU di mîkro-mîmariyên xwe yên Sandy Bridge û Haswell de yek dike, bi hêsankirina cîbicîkirina paralel a gelek rêwerzên gihîştina bîranînê, Berfirehiya Bandê ya bîranîna CPU zêde dike.
Yekîneya Rêveberiya Bîranînê (MMU)
Gelek mîkroprosesor, ku di cîhazên wekî têlefonên zîrek, komputerên sermaseyê, laptop, û serveran de têne dîtin, yekîneyek rêveberiya bîranînê (MMU) dihewînin. Ev yekîne navnîşanên mantiqî vediguherîne navnîşanên RAM yên fîzîkî, di heman demê de parastina bîranînê û kapasîteyên rûpelkirinê yên ku ji bo bicîhanîna bîranîna virtual girîng in, pêşkêş dike. Dema ku bi gelemperî di nav prosesorê de yekkirî ye, MMU carinan dikare di Çerxek yekkirî (IC) ya Veqetandî de cih bigire. Prosesorên hêsantir, bi taybetî mîkrokontrolker, bi gelemperî MMU nagirin.
Cihê Veşartinê
Cihê Veşartinê ya CPU bîranînek e ku ji hêla yekîneya pêvajoyê ya navendî (CPU) ya komputerê ve tê bikar anîn da ku Dema Derengbûnê ya navîn û xerckirina Enerjiyê ya ku bi gihîştina Dane ji bîranîna sereke ve girêdayî ye kêm bike. Cihê Veşartinê bîranînek piçûk, lezgîn e ku nêzîkî Navika prosesorê ye, ku kopiyên Daneyên ku gelek caran têne gihîştin û di bîranîna sereke de ne, digire. Piraniya CPUyan gelek Cihên Veşartinê yên cihêreng dihewînin, bi gelemperî bi hiyerarşîkî di nav çend astan de (L1, L2, L3, L4, hwd.) têne rêzkirin. Astên Cihê Veşartinê yên li pey hev di vê hiyerarşiyê de bi gelemperî bi kapasîteya zêde lê leza kêmkirî li gorî yên berê têne diyar kirin, digel ku L1 asta herî bilez û herî nêzîkî CPUyê temsîl dike. Asta L1 bi gelemperî Cihên Veşartinê yên Veqetandî ji bo rêwerzan û Daneyan dihewîne.
Yekîneyên pêvajoya navendî (CPU) yên performansa bilind ên îro, bi îstisnayên kêmpeyda yên taybetî, gelek astên hiyerarşîk ên bîrgeha demkî dihewînin. Pêkanînên destpêkê yên CPU yên ku bîrgeha demkî dihewandin, astek bîrgehê ya yekane bi kar anîn, ku berevajî cihê veşartinê yên L1 yên paşê, nehatibû dabeşkirin bo pêkhateyên cuda yên L1d (dane) û L1i (rêwerz). Hema hema hemî CPUyên Herrik ên ku bi cihê veşartinê hatine stendin, mîmariya cihê veşartinê ya L1 ya dabeşkirî bi kar tînin. Van pêvajokeran gelek caran cihê veşartinê yên L2 jî dihewînin, û pêvajokerên mezintir cihê veşartinê yên L3 jî tê de hene. Cihê veşartinê ya L2 bi gelemperî yekgirtî (nedabeşkirî) ye û wek embarê hevpar ji bo dane ji cihê veşartinê ya L1 ya dabeşkirî kar dike. Di nav pêvajokerek pir-navik de, her navik xwedî cihê veşartinê ya L2 ya taybet e, ku gelek caran bi navikên din re nayê parvekirin. Berovajî, cihê veşartinê yên L3 û her cihê veşartinê yên ast-bilindtir ên paşê li ser gelek navikan têne parvekirin û nedabeşkirî dimînin. Cihê veşartinê ya L4 niha kêmpeyda ye û gelek caran bi bîra gihîştina rasthatî ya dînamîk (DRAM) tê pêkanîn, ne bi bîra gihîştina rasthatî ya rawestayî (SRAM), gelek caran li ser dîyek an çîpek cuda cih digire. Di dîrokê de, cihgirtinek derveyî ya bi vî rengî ji bo cihê veşartinê yên L1 jî derbasdar bû; lê belê, pêşketinên di çêkirina çîpan de entegrasyona L1 û piraniya astên din ên cihê veşartinê li ser dîya pêvajokerê sereke gengaz kirine, bi îstisnaya potansiyel a cihê veşartinê ya asta herî bilind. Her asta cihê veşartinê ya zêde bi gelemperî bi kapasîteya zêdekirî û stratejiyên optimîzasyonê yên cuda tê diyar kirin.
Wêdetirî hiyerarşiya cihê veşartinê ya sereke, cureyên din ên cihê veşartinê yên taybetî hene, ku gelek caran di pîvana giştî ya "mezinahiya cihê veşartinê" ya cihê veşartinê yên sereke yên jorîn de nayên cîh kirin. Mînakek jê bufera dîtina wergerê (TLB) ye, pêkhateyek entegre ya yekîneya rêveberiya bîrê (MMU) ku di piraniya CPUyan de tê dîtin.
Kapasîteyên cihê veşartinê gelek caran bi hêzên duyan têne pîvandin, wek 2, 8, an 16 KiB, an jî MiB ji bo cihê veşartinê yên mezintir ên ne-L1. Lê belê, îstisnayan hene, ku mînaka wan IBM z13 e, ku cihê veşartinê ya rêwerzê ya L1 ya 96 KiB dihewîne.
Rêjeya Saetê
Piraniya yekîneyên pêvajoya navendî wek çerxên hevdem kar dikin, sînyalek saetê bi kar tînin da ku operasyonên xwe yên rêzî rêkûpêk bikin. Ev sînyala saetê ji çerxek osîlatorê ya derveyî derdikeve, ku hejmarek domdar a pêlan di saniyeyê de çêdike, wek pêleke çargoşe ya periyodîk xuya dike. Frekans a van pêlên saetê rêjeya cîbicîkirina rêwerzan a CPUyê diyar dike; wekî encam, frekans a saetê ya bilindtir dihêle ku CPU di saniyeyê de hejmarek mezintir a rêwerzan pêvajo bike.
Ji bo ku CPU bi awayekî rast bixebite, divê dema demjimêrê ji dirêjahiya herî zêde ya ku ji bo belavbûna hemî sînyalên navxweyî li seranserê yekîneyê hewce ye, derbas bike. Bi danîna dema demjimêrê bi awayekî girîng mezintir ji derengiya belavbûnê ya herî xirab, sêwiraner dikarin xebata tevahiya CPU û tevgera dane bi qiraxên bilindbûn û daketinê yên sînyala demjimêrê re hevdeng bikin. Ev nêzîkatî feydeya girîng pêşkêş dike ku sêwirana CPU hêsan bike û tevliheviya pêkhateyan kêm bike. Lêbelê, kêmasiyek ev e ku tevahiya CPU ji hêla pêkhateyên xwe yên herî hêdî ve tê sînordorkirin, her çend beşên din bi lezên pir bilindtir bixebitin jî. Ev sînorkirina xwerû bi awayekî mezin hatiye kêmkirin bi pêkanîna teknîkên cihêreng ên ku armanc dikin paralelîzma CPU zêde bikin.
Lêbelê, pêşketinên mîmarî bi tenê hemî kêmasiyên xwerû yên CPUyên hevdeng ên gerdûnî bi tevahî çareser nakin. Mînak, sînyalek demjimêrê, mîna her sînyalek din a elektrîkê, ji derengiyên belavbûnê re hesas e. Rêjeyên demjimêrê yên bilind di CPUyên ku her ku diçe tevlihevtir dibin de, zehmetiya parastina hevdengiya qonax ya sînyala demjimêrê li seranserê yekîneya pêvajoyê zêde dikin. Wekî encam, gelek CPUyên hemdem hewce dikin ku gelek sînyalên demjimêrê yên yekbûyî werin peyda kirin da ku pêşî li derengiyên girîng di sînyalek yekane de bigirin ku dikare bibe sedema xeletiya CPU. Fikarên din ên bi awayekî girîng, bi taybetî bi zêdebûnên girîng di rêjeyên demjimêrê de, belavbûna termal a zêde ya ku ji hêla CPU ve tê hilberandin e. Guhertina domdar a sînyala demjimêrê gelek pêkhateyan neçar dike ku rewşan biguherînin bêyî bikaranîna wan a çalak. Bi gelemperî, pêkhateyek guhêrbar ji ya di rewşek rawestayî de bêtir enerjî dixwe. Bi vî awayî, zêdebûna rêjeya demjimêrê rasterast bi xerckirina enerjiyê ya bilindtir ve girêdayî ye, bi vî awayî hewcedariya mekanîzmayên belavkirina germê yên bihêztir çêdike, gelek caran di form çareseriyên sarbûna CPU yên pispor de.
Teknîkek ji bo birêvebirina çalakkirina pêkhateyên zêde girtina demjimêrê ye, ku tê de sînyala demjimêrê ya ku ji van pêkhateyan re tê peyda kirin tê neçalak kirin, bi vî awayî wan bêkar dike. Lêbelê, pêkanîna wê gelek caran dijwar tê hesibandin, bikaranîna wê ya berfireh ji sêwiranên hêza kêm ên pispor re sînordar dike. Mînakek berbiçav a serîlêdana berfireh a girtina demjimêrê CPUya Xenon ya bingeh-IBM PowerPC di nav Xbox 360 de ye, ku bi awayekî girîng beşdarî kêmkirina xerckirina hêz ya konsolê dibe.
CPUyên Bêdemjimêr
Nêzîkatiyek alternatîf ji bo kêmkirina pirsgirêkên ku bi sînyalek demjimêrê ya gerdûnî ve girêdayî ne, rakirina wê ya tevahî pêk tîne. Her çend nebûna sînyalek demjimêrê ya gerdûnî tevliheviya sêwiranê bi awayekî girîng zêde bike jî, mîmariyên asenkron (an bêdemjimêr) feydeyên cûda pêşkêş dikin di warê xerckirina hêz û rêveberiya termal de dema ku bi hevpîşeyên wan ên hevdeng re têne berhev kirin. Tevî kêmîna wan a têkildar, yekîneyên pêvajoyê yên navendî yên asenkron ên temam hatine pêşve xistin bêyî ku xwe bispêrin sînyalek demjimêrê ya gerdûnî. Mînakên raveker ev in AMULET-a lihevhatî ya ARM û MiniMIPS-a lihevhatî ya MIPS R3000.
Li şûna ku sînyala demjimêrê bi tevahî ji holê rakin, hin mîmariyên CPUyê hêmanên asenkron di nav beşên taybet ên amûrê de dihewînin. Mînak, yekkirina Yekîneyên Mantiqî yên Hesabkirinê (ALU) yên asenkron bi pipelininga superscalar dikare di performansa hesabkirinê de pêşkeftinan bîne. Her çend wekhevî an serweriya performansa giştî ya sêwiranên bi tevahî asenkron li gorî yên senkron herêmek lêkolîna berdewam dimîne jî, ew bi awayekî eşkere jêhatîbûnê di hesabkirinên matematîkî yên kêmtir tevlihev de nîşan didin. Ev taybetmendî, digel karîgeriya wan a hêzê ya bilind û belavbûna germê, wan ji bo sepanên hesabkirinê yên bicîbûyî pir guncaw dike.
Modula Rêkûpêkkirina Voltajê
Yekîneyên pêvajoyê yên navendî yên hemdem pir caran modulek rêveberiya hêzê ya entegrekirî ya die dihewînin. Ev modul bi dînamîkî dabînkirina voltajê ji bo çerxa CPUyê rêkûpêk dike, bi vî awayî hevsengiyê di navbera performansa xebitandinê û xerckirina hêzê de xweşbîn dike.
Rêjeya Hejmarên Tam
Her yekîneya pêvajoyê ya navendî metodolojiyek cûda ji bo temsîlkirina nirxên hejmarî bikar tîne. Di dîrokê de, hin pergalên hesabkirinê yên dîjîtal ên destpêkê nirxên pergala hejmarî ya dehî (baz 10) ya nas bikar anîn, dema ku yên din temsîlên kêmtir kevneşopî pejirandin, tevî dehî ya kodkirî ya bî-quinary (baz 2–5) an sêyemîn (baz 3). Niha, piraniya bêdawî ya CPUyên nûjen hejmaran di formata bîner de temsîl dikin, ku her reqem bi rewşek fîzîkî ya du-nirxî re têkildar e, wek voltajek "bilind" an "nizm".
Mezinahî û rastbûna hejmarên tam ên ku ji hêla CPUyek ve têne temsîlkirin, bi awayekî bingehîn bi şemaya temsîlkirina wê ya hejmarî ve girêdayî ne. Ji bo CPUyek bîner, ev taybetmendî bi hejmara bîtan (ku reqemên girîng ên hejmarek tam a bîner-kodkirî ne) tê pîvandin ku CPU dikare di nav yek pêvajoyê de pêvajoyê bike. Ev pîvan pir caran wekî mezinahiya peyvê, firehiya bîtê, firehiya rêça daneyê, rastbûna hejmara tam, an jî mezinahiya hejmara tam tê binavkirin. Mezinahiya hejmara tam a CPUyek spektruma nirxên hejmarên tam destnîşan dike ku li ser wan dikare rasterast operasyonan pêk bîne. Mînak, CPUyek 8-bît dikare rasterast hejmarên tam ên ku bi heşt bîtan têne temsîlkirin manîpule bike, ku rêjeyek 256 (210) nirxên hejmarên tam ên cûda dihewîne.
Rêjeya hejmarên tam di heman demê de bandorê li pîvana cîhên bîranînê dike ku CPU dikare rasterast navnîşan bike, ku navnîşan nirxek hejmara tam pêk tîne ku cîhek bîranînê ya taybet destnîşan dike. Mînak, heke CPUyek bîner 32 bîtan ji bo temsîlkirina navnîşanek bîranînê bikar bîne, ew dikare rasterast bigihîje 232 cîhên bîranînê yên cûda. Ji bo derbaskirina vê sînorkirina xwerû, di nav ramanên din de, hin CPU mekanîzmayên wekî rêveberiya bîranînê an veguherandina bankê bicîh tînin, ku navnîşankirina kapasîteyên bîranînê yên berfirehkirî hêsan dikin.
CPUyên bi mezinahiya peyvan mezintir pêdiviya zêdebûna çerxeyê çêdikin, ku dibe sedema pîvanên fîzîkî yên mezintir, lêçûnên hilberînê yên bilindtir, û xerckirina Hêzê ya zêde, ku di encamê de germahiyê zêdetir çêdike. Wekî encam, Tevî hebûna CPUyên bi mezinahiya peyvan Bi awayekî girîng mezintir (mînak, 16, 32, 64, an jî 128-bit), mîkrokontrolkerên kompakt ên 4- an 8-bit bi gelemperî di sepanên nûjen de têne bikar anîn. Lêbelê, di senaryoyên ku performansa bilindtir hewce dikin de, avantajên mezinahiya peyvan a berfirehkirî, wek rêzikên Dane yên berfirehtir û qadên navnîşan ên mezintir, dikarin van kêmasiyan derbas bikin. Ji bo kêmkirina mezinahî û lêçûnê, CPUyek dikare rêyên Dane yên navxweyî têxe nav xwe ku ji mezinahiya peyva wê ya nominal tengtir in. Mînak, Her çend Mîmarîya koma rêwerzên IBM System/360 32-bit bû, Model 30 û Model 40 yên System/360 rêyên Dane yên 8-bit Di nav yekîneyên wan ên Mantiqê yên arîtmetîk de hebûn, ku çar Çerx ji bo lêzêdekirina 32-bit hewce dikir, digel ku her Çerx 8 bitên operandan pêvajoyê dikir. Bi heman rengî, Tevî ku koma rêwerzên rêzeya Motorola 68000 32-bit bû, Motorola 68000 û Motorola 68010 rêyên Dane yên 16-bit Di nav yekîneyên wan ên Mantiqê yên arîtmetîk de bikar anîn, bi vî awayî du Çerx ji bo lêzêdekirina 32-bit hewce dikir.
Ji bo bikaranîna feydeyên ku bi dirêjahiya bitên kurttir û dirêjtir ve girêdayî ne, gelek komên rêwerzan firehiyên bitên cihêreng ji bo Dane yên tamjimar û xala-herikînê bikar tînin. Ev nêzîkatiya sêwiranê dihêle ku CPUyên ku komên rêwerzan ên weha bicîh tînin firehiyên bitên cihêreng Di nav pêkhateyên navxweyî yên cuda de nîşan bidin. Mînak, koma rêwerzên IBM System/360, Her çend bi giranî 32-bit bû, piştgirî ji bo nirxên xala-herikînê yên 64-bit tê de hebû da ku rastbûn û rêzê di hesabkirinên hejmarî de zêde bike. Bi taybetî, Model 65 ya System/360 lêzêdekerek 8-bit ji bo operasyonên binar ên dehanî û xala-sabit tê de hebû, li gel lêzêdekerek 60-bit ku ji bo arîtmetîka xala-herikînê hatibû veqetandin. Mîmarîyên CPUyên paşîn bi gelemperî stratejiyên firehiya bitên tevlihev ên bi heman rengî dipejirînin, bi taybetî di pêvajoyên armanca giştî de ku Hevsengîyek çêtirîn di navbera kapasîteyên pêvajoyê yên tamjimar û xala-herikînê de Bingehîn e.
Paralelîzm
Beşa berê prensîbên operasyonê yên Bingehîn ên CPUyekê bi berfirehî rave kir, ku veavakirina wê ya herî bingehîn nîşan dide. Ev Mîmarîya CPUyê, ku bi gelemperî wekî subscalar tê binavkirin, rêwerzek yekane li ser yek an du hêmanên Dane bi hevdemî pêvajoyê dike û bicîh tîne, ku di encamê de metrika performansa wê ji yek rêwerzê di her Çerxê demjimêrê de kêmtir e (IPC < 1).
Ev paradîgma xebatê bi xwezayî di nav CPUyên bin-skalar de kêmasiyên karîgeriyê çêdike. Ji ber ku di her kêliyê de tenê yek ferman tê cîbicîkirin, tevahiya CPU divê bisekine heta ku fermana heyî biqede berî ku ya din dest pê bike. Wekî encam, CPUyên bin-skalar dereng dimînin dema ku rastî fermanên ku ji bo cîbicîkirinê çend çerxên demjimêrê hewce dikin, tên. Tewra entegrasyona yekîneyeke cîbicîkirinê ya din jî performansê bi awayekî girîng zêde nake; li şûna rêgezeke yekane ya rawestandî, du rêgez rawestin, ku dibe sedema zêdebûna transîstorên nehatine bikaranîn. Ev sêwirana mîmarî, ku çavkaniyên cîbicîkirinê yên CPU bi pêvajoykirina yek fermanê di carekê de sînordar in, dikare di teoriyê de performansa herî zêde ya skalar bi dest bixe, ku wekî yek ferman di her çerxa demjimêrê de tê pênasekirin (IPC = 1). Lê belê, performansa rastîn bi gelemperî bin-skalar dimîne, ku nîşan dide ku kêmtirî yek ferman di her çerxa demjimêrê de ye (IPC < 1).
Hewldanên ji bo bidestxistina performansa skalar an jî bilindtir bûne sedema pêşxistina metodolojiyên sêwiranê yên cihêreng ku xebata CPUyê ya kêmtir xêzî û zêdetir paralel pêş dixin. Di çarçoveya paraleliya CPUyê de, du têgehên bingehîn bi gelemperî ji bo dabeşkirina van teknîkên sêwiranê têne bikaranîn:
- Paraleliya asta fermanê (ILP) armanc dike ku leza cîbicîkirina fermanan di nav CPUyê de zêde bike, bi vî awayî bikaranîna çavkaniyên cîbicîkirinê yên li ser çîpê zêde bike.
- Paraleliya asta peywirê (TLP) ji bo zêdekirina pîvana rêzan an pêvajoyan hatiye sêwirandin ku CPU dikare bi hevdemî cîbicî bike.
Her metodolojî nêzîkatiyên cîbicîkirinê yên cihêreng nîşan dide û astên cihêreng ên karîgeriyê pêşkêş dike di zêdekirina performansa CPUyê de ji bo sepanên taybetî.
Paraleliya Asta Fermanê
Nêzîkatiyeke bingehîn ji bo zêdekirina paraleliya hesabkerî tê de destpêkirina qonaxên destpêkê yên anîna fermanan û deşîfrekirinê heye berî ku cîbicîkirina fermana berê biqede. Ev metodolojî, ku jê re boriyana fermanan tê gotin, hema hema di hemî yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) yên armanca giştî yên hemdem de bi berfirehî tê bikaranîn. Boriyana fermanan cîbicîkirina hevdemî ya gelek fermanan hêsan dike bi dabeşkirina rêça cîbicîkirinê li dikên cihêreng, rêzî. Ev rizîna mîmarî wekî xêzeke kombûnê ye, ku her ferman di dikên li pey hev re derbas dibe, bi pêş ve temamtir dibe heta ku ji boriyana cîbicîkirinê derkeve û were teqawît kirin.
Lê belê, boriyana fermanan bi xwezayî potansiyela pevçûnên girêdana daneyan çêdike, senaryoyek ku tê de encama operasyoneke berê ji bo temamkirina operasyoneke paşîn pêwîst e. Wekî encam, pêvajoykerên boriyankirî ji bo tespîtkirina van şertan hatine sêwirandin û, dema ku pêwîst be, di nav beşên taybetî yên boriyanê de derengiyan çêdikin. Pêvajoykerek boriyankirî dikare astên performansê yên nêzî yên pêvajoykerek skalar bi dest bixe, ku karîgeriya wê bi giranî ji hêla rawestgehên boriyanê ve tê sînordar kirin, ku dema fermanek ji bo zêdetirî yek çerxa demjimêrê dikekê dagir dike, çêdibin.
Pêşketinên di boriyên rêwerzan de, demên bêkarî yên pêkhateyên CPUyê gav bi gav kêm kirine. Mîmariyên superskalar bi boriyên rêwerzan ên dirêjkirî û Entegrasyona yekîneyên îcrakirinê yên pirjimar û yekreng têne nasîn, ku pêkhateyên wekî yekîneyên barkirin-hilanînê, yekîneyên arîtmetîk-Mantiqî, yekîneyên xala herikbar, û yekîneyên Nifşkirina navnîşanê Di nav xwe de digirin. Di nav boriyeke superskalar de, rêwerz têne wergirtin û ji bo belavkerekî têne şandin, ku potansiyela wan a îcrakirina paralel (Di heman demê de) diyar dike. Ger îcrakirina paralel gengaz be, rêwerz paşê ji bo yekîneyên îcrakirinê yên guncaw têne belavkirin, ku dibe sedema pêvajoya wan a hevdem. Di bingeh de, hilberîna CPUyeke superskalar, ku bi hejmara rêwerzên ku di her Çerxê de qediyane tê pîvandin, rasterast bi kapasîteya wê ya belavkirina rêwerzan Di heman demê de ji bo van yekîneyên îcrakirinê ve girêdayî ye.
Zehmetiyeke Bi awayekî girîng di sêwirandina Mîmariyên CPUyên superskalar de di pêşxistina belavkerekî bikêrhatî de ye. Ev pêkhate divê zû îcrakirina paralel a rêwerzan diyar bike û paşê wan belav bike da ku bikaranîna yekîneyên îcrakirinê yên berdest herî zêde bike. Bidestxistina vê yekê dagirtina pir caran a boriyên rêwerzan û çavkaniyên Cihê Veşartinê yên CPUyê yên girîng hewce dike. Herwiha, stratejiyên dûrketina ji xetereyan, di nav de pêşbîniya Şaxê, îcrakirina spekulatîf, ji nû ve navkirina qeydan, îcrakirina derveyî Rêkûpêkî, û bîra danûstendinê, ji bo domandina astên performansa bilind dibin pêwîst. Bi pêşbîniya riya Şaxê ya îhtîmalî ji bo rêwerzên şertî, CPU dikare Bi awayekî girîng rewşên ku tevahiya borî divê raweste li benda qedandina operasyoneke şertî kêm bike. Îcrakirina spekulatîf bi gelemperî qezencên performansa nerm dide bi îcrakirina beşên Kodê ku dibe Di encamê de nehewce bin piştî operasyoneke şertî. Îcrakirina derveyî Rêkûpêkî bi dînamîkî rêkûpêkiya îcrakirina rêwerzan ji nû ve saz dike da ku derengmayînan kêm bike ku ji girêdanên Daneyê derdikevin. Zêdetir, di senaryoyên ku tê de Herikeke rêwerzan a yekane li ser gelek Herikên Daneyê dixebite—bi taybetî dema ku hejmarên mezin ên Daneyên homojen pêvajoyê dike—pêvajoykerên nûjen dikarin bi bijartî beşên boriyan neçalak bikin. Ev yek dihêle ku CPU qonaxên wergirtin û deşîfrekirinê derbas bike dema ku rêwerzek yekane bi dubare tê îcra kirin, bi vî awayî performansa di çarçoveyên taybetî de Bi awayekî girîng zêde dike, bi taybetî Di nav motorên hesabker ên pir dubareker de wekî Nivîsbarîya çêkirina vîdyoyê û pêvajoya wêneyan.
Dema ku tenê binekomek ji pêkhateyên CPUyê kapasîteyên superskalar nîşan dide, beşên ne-superskalar lêçûnek performansa zêde dikin ku ji rawestgehên plansaziyê tê. Mînak, Intel P5 Pentium du Yekîneyên Mantiqê yên Arîtmetîkî (ALU) yên superskalar dihewand, her yek ji wan dikaribû di her Çerxa demjimêrê de rêwerzek qebûl bike, lê Yekîneya wê ya Xala Herikbar (FPU) vê kapasîteyê tune bû. Wekî encam, P5 wekî superskalara tamjimar hate binavkirin lê ne superskalara xala herikbar. Mîmariya P6 ya paşîn a Intelê fonksiyona superskalar ji bo operasyonên xwe yên xala herikbar dirêj kir.
Mîmariyên Pipelining û superscalar, bi rêya pêkanîna gelek rêwerzan di her çerxa demjimêrê de, Paraleliya Asta Rêwerzê (ILP) ya CPUyê zêde dikin. Sêwiranên CPU yên îroyîn pir caran kapasîteyên superscalar di nav xwe de digirin, û hema hema hemî pêvajoykerên armanca giştî yên ku di dehsalên paşeroj de hatine pêşxistin, vê taybetmendiya mîmarî nîşan didin. Dûv re, baldarî di pêşxistina pergalên hesabker ên bi ILP-ya bilind de ji pêkanînên reqalavê CPUyê veguherî ber bi navrûya nivîsbarî ve, bi taybetî mîmariya koma rêwerzan (ISA). Nêzîkatiya Peyva Rêwerzê ya Pir Dirêj (VLIW) bi xwezayî astek ILP di nav nivîsbarî de bicîh dike, wekî encam barê CPUyê di mezinkirina ILP û hêsankirina sêwirana wê de kêm dike.
Paraleliya Asta Peywiran
Nêzîkatiyek alternatîf ji bo zêdekirina performansa hesabkerî pêkanîna hevdem a gelek mijar an pêvajoyan di nav xwe de digire. Ev qada lêkolînê wekî hesabkeriya paralel tê binavkirin. Di nav taksonomiya Flynn de, ev metodolojî wekî Rêwerzên Pirjimar, Daneyên Pirjimar (MIMD) tê dabeşkirin.
Pirpêvajoyî (MP) teknolojiyek sereke ye ku ji bo vê armancê tê bikaranîn. Forma bingehîn a vê teknolojiyê Pirpêvajoyîya Sîmetrîk (SMP) ye, ku bi hejmareke sînorkirî ya yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) tê taybetmendîkirin ku dîtineke bîranînê ya yekgirtî û hevgirtî parve dikin. Ev sêwirana mîmarî reqalavê taybetî di nav her CPUyê de dihewîne da ku hevgirtina bîranînê ya domdar misogere bike. Pêşîlêgirtina rewşên bîranînê yên kevnar hevkariya CPUyan li ser bernameyên hevpar hêsan dike û koça bernameyan di navbera CPUyên cûda de gengaz dike. Ji bo pûlkirina hejmara CPUyên hevkariyê wêdetirî hejmareke nerm, Gihîştina Bîranînê ya Ne-Yekreng (NUMA) û protokolên hevgirtinê yên li ser peldankan di salên 1990î de hatin pêşxistin. Dema ku mîmariyên SMP bi hejmareke sînorkirî ya CPUyan ve girêdayî ne, pergalên NUMA bi serkeftî bi hezaran pêvajoykeran hatine pêkanîn. Di dîrokê de, pergalên pirpêvajoyî bi bikaranîna CPUyên cuda û çerxên veqetandî hatine çêkirin da ku girêdana nav-pêvajoyker damezrînin. Entegrasyona pêvajoykeran û girêdana wan li ser yek kaliba sîlîkonê pirpêvajoyîya asta çîpê (CMP) pênase dike, digel ku çîpa yekane ya encam wekî pêvajoykerek pir-navikî tê binavkirin.
Pêşketinên paşîn hebûna paralelîzma hûrtir di nav bernameyên takekesî de eşkere kirin. Bernameyek yekane dikare gelek rêzan an fonksiyonan bigire ku dikarin serbixwe an hevdem bixebitin. Xuyabûnên destpêkê yên vê teknolojiyê pêkanîna operasyonên têketin/derketinê, wekî gihîştina bîra rasterast, wekî rêzên cuda ji rêza hesabkirina sereke dihewand. Serîlêdanek berfirehtir a vê teknolojiyê di salên 1970an de bi sêwirana pergalên ku dikarin gelek rêzên hesabkirinê hevdem bixebitînin derket holê. Ev paradîgmayek teknolojîk wekî pir-rêzî (MT) tê binavkirin. MT bi gelemperî ji pir-pêvajoyê ji hêla aborî ve bi bandortir tê hesibandin, ji ber ku ew tenê dubarekirina komek sînorkirî ya pêkhateyên CPUyê hewce dike, berevajî dubarekirina tevahiya CPUyê ku ji bo MP hewce ye. Di nav mîmariya MT de, yekîneyên cîbicîkirinê û hiyerarşiya bîrê, di nav de cache jî, di navbera gelek rêzan de têne parvekirin. Kêmasiyek girîng a MT dîtbariya wê ya reqalavê ya mezintir ji nivîsbarî re ye li gorî MP, bi vî awayî ji bo piştgiriyek bi bandor guhertinên berfirehtir di nivîsbarîya çavdêriyê de, wekî pergalên xebitandinê, hewce dike. Pir-rêzîkirina demkî yek formek pêkanîna MT temsîl dike, ku tê de rêzek heta ku rastî rawestanê tê, dixebite, li benda vekişandina dane ji bîra derve ye. Di bin vê paradîgmayê de, CPU bi lez guhêrbarek çarçoveyê ji rêzek din a amade re pêk tîne, pir caran veguherînê di nav yek çerxa demjimêra CPUyê de temam dike, wekî ku ji hêla UltraSPARC T1 ve tê nimûne kirin. Pir-rêzîkirina hevdem cûreyek din a MT pêk tîne, ku bi cîbicîkirina paralel a rêwerzan ji gelek rêzan di nav yek çerxa demjimêra CPUyê de tê nîşankirin.
Ji salên 1970an heta destpêka salên 2000an, armanca sereke di pêşxistina CPUyên performansa bilind ên armanca giştî de li ser zêdekirina Paralelîzma Asta Rêwerzan (ILP) bû, bi rêya teknîkên wekî pipelining, caching, cîbicîkirina superscalar, û cîbicîkirina derveyî rêkûpêkî. Ev rêgeha pêşketinê bû sedema afirandina CPUyên mezin û bi hêz-xwaz, ku ji hêla Intel Pentium 4 ve tê nimûne kirin. Heta destpêka salên 2000an, mîmarên CPUyê rastî astengiyên girîng hatin ji bo bidestxistina performansa zêdetir ji metodolojiyên ILP, di serî de ji ber zêdebûna cudahiya di navbera frekansên xebitandinê yên CPU û bîra sereke de, ligel zêdebûna belavbûna hêzê ya CPUyê ku ji ber teknîkên ILP yên her ku diçe Tevlihev zêde dibû.
Dûv re, sêwiranerên CPUyê têgehan ji sektorên hesabkirina bazirganî, wekî pêvajoya danûstendinê, pejirandin, ku tê de performansa kolektîf a gelek bernameyan—ku jê re hesabkirina derbasbûnê tê gotin—girîngiyek mezintir digirt ji performansa rêzek takekesî an pêvajoyekê.
Guherîna di pêşîneyên sêwiranê de bi pejirandina berfireh a mîmariyên prosesorên pir-navikî, bi taybetî sêwiranên nû yên Intel ku mîmariya wê ya P6 ya kêmtir superscalar teqlîd dikin, tê nîşandan. Prosesorên hemdem ên di nav malbatên cihêreng de pir-proseskirina asta çîpê dihewînin, mînakên wan x86-64 Opteron û Athlon 64 X2, SPARC UltraSPARC T1, IBM POWER4 û POWER5, digel çend CPUyên konsolên lîstikên vîdyoyê yên wekî PowerPC ya sê-navikî ya Xbox 360 û mîkroprosesora Cell ya heft-navikî ya PlayStation 3 ne.
Paralelîzma Daneyan
Paralelîzma daneyan paradîgmayek pêvajoyê ya kêmtir berbelav lê her ku diçe girîngtir temsîl dike, ku bi gelemperî li seranserê hesabkeriyê belav dibe. Prosesorên ku berê hatine nîqaşkirin wekî amûrên skalar têne kategorîzekirin. Berevajî, prosesorên vektor, wekî ku navê wan diyar dike, gelek elementên daneyan di nav yek rêwerzê de pêvajoyê dikin, ji prosesorên skalar cuda ne yên ku her rêwerzekê yek elementa daneyê bi rê ve dibin. Li gorî taksonomiya Flynn, van nêzîkatiyên pêvajoykirina daneyan bi gelemperî wekî rêwerzek yekane herik, gelek dane herik (SIMD) û rêwerzek yekane herik, daneyek yekane herik (SISD), bi rêzê têne dabeş kirin. Feydeya sereke ya prosesorên vektor bandoriya wan di xweşbînkirina operasyonan de ye yên ku pêdivî bi sepandina fonksiyonek yekane (mînak, berhevkirin an hilbera xalî) li ser komên daneyan ên berfireh dikin. Serlêdanên mînak pêvajoykirina multimedyayê (wêne, vîdyo, û bîhîstbarî) û gelek hesabkirinên zanistî û endezyariyê dihewînin. Dema ku prosesorek skalar divê bi rêzê qonaxên anîn, deşîfrekirin û cîbicîkirinê ji bo her rêwerz û nirxa daneyê di komekê de temam bike, prosesorek vektor dikare yek operasyonê li ser komek daneyan a pir mezintir bi karanîna yek rêwerzê bicîh bîne. Ev karîgerî tê fêmkirin dema ku serlêdanek pir caran sepandina operasyonek yekgirtî li ser berhevokek girîng a daneyan dihewîne.
Di dîrokê de, prosesorên vektor ên destpêkê, wek Cray-1, bi giranî di lêkolînên zanistî û serlêdanên krîptografîk de hatine bikar anîn. Lêbelê, bi dîjîtalîzasyona berfireh a multimedyayê re, entegrasyona kapasîteyên SIMD di nav prosesorên armanca giştî de girîngiyek mezin bi dest xist. Li dû pejirandina berfireh a yekîneyên xala herikbar di prosesorên armanca giştî de, taybetmendî û bicîhanînên yekîneya cîbicîkirina SIMD ji bo van prosesoran di dema nîvê salên 1990î de derketin holê. Taybetmendiyên SIMD yên destpêkê, di nav de Multimedia Acceleration eXtensions (MAX) ya HP û MMX ya Intel, bi operasyonên tamjimare sînordar bûn. Ev sînorkirin kêşeyek girîng pêşkêş kir ji bo pêşdebirên nivîsbarî, ji ber ku gelek serlêdanên ku ji SIMD sûd werdigirin bi giranî hesabkirinên xala herikbar dihewînin. Dûv re, pêşdebiran bi dubarekirî van sêwiranên bingehîn paqij kirin, ku bû sedema taybetmendiyên SIMD yên hemdem, yên ku bi gelemperî di nav mîmarek komek rêwerzên taybetî (ISA) de têne entegre kirin. Mînakên nûjen ên berbiçav di nav de Streaming SIMD Extensions (SSE) ya Intel û AltiVec ya bi PowerPC ve girêdayî (ku wekî VMX jî tê zanîn) hene.
Jimarokên Performansa Reqalavê
Mîmarîyên hemdem, di nav de pergalên bicîbûyî, pir caran hejmarokên performansa reqalavê (HPC) dihewînin. Ev hejmarok berhevkirina dane ya asta nizm, asta fermanê, pîvandina performansê, rakirina çewtiyan, û analîza pîvanên cîbicîkirina nivîsbarî hêsan dikin. HPC herwiha dikare were bikaranîn ji bo tespîtkirin û lêkolîna tevgerên nivîsbarî yên neasayî an potansiyel xerab, wekî êrîşên ku bernamekirina ber bi vegerê (ROP) an bernamekirina ber bi sigreturnê (SROP) dihewînin. Ev serîlêdan bi gelemperî ji hêla tîmên ewlehiya nivîsbarî ve tê kirin da ku bernameyên bînarî yên xerab binirxînin û nas bikin.
Gelek firoşkarên pêşeng, di nav de IBM, Intel, AMD, û Arm, navrûyên nivîsbarî pêşkêş dikin, ku bi gelemperî di C/C++ de hatine cîbicîkirin, ji bo derxistina pîvanên performansê ji qeydên CPU. Herwiha, pêşdebirên pergala xebitandinê amûrên wekî perf (Linux) peyda dikin da ku bûyerên CPU di seranserê cîbicîkirina kernel û serîlêdanê de tomar bikin, pîvan bikin, an şopînin.
Hejmarokên reqalavê mekanîzmayek bi lêçûnek kêm pêşkêş dikin ji bo bidestxistina pîvanên performansê yên berfireh ên têkildarî pêkhateyên bingehîn ên CPU (mînak, yekîneyên fonksiyonel, cache, bîra sereke), ku serweriyek berbiçav li ser profîlerên nivîsbarî nîşan dide. Wekî din, ew bi gelemperî hewcedariya guhertina kodê çavkanî ya bernameyekê ji holê radikin. Ji ber cudahiyên mîmarî di sêwiranên reqalavê de, kategorî û şîroveyên taybetî yên hejmarokên reqalavê wekî encam di nav mîmarîyên cihê de cudahî nîşan didin.
Modên Taybetmendî
Yekîneyên pêvajoyê yên navendî (CPU) yên hemdem bi gelemperî modên taybetmendî dihewînin da ku xebitandina pergalên xebitandinê û teknolojiyên virtualîzasyonê hêsan bikin.
Di nav hawîrdorên bilişîma ewrî de, virtualîzasyon peydakirina yekîneyek pêvajoyê ya navendî ya virtual (vCPU) ji bikarhênerên cihê re gengaz dike; JGirîng e ku vCPU ji serverek taybet a virtual (VPS) were cûdakirin.
Di çarçoveyên virtualîzasyonê de, mêvandar hevpîşeyê virtual ê makîneyek fîzîkî temsîl dike, ku wekî platformek ji bo xebitandina pergalek virtual kar dike. Dema ku gelek makîneyên fîzîkî bi hev re dixebitin û bi hevgirtî têne rêvebirin, çavkaniyên wan ên hesabkirin û bîranînê yên hevbeş komekê pêk tînin. Hin pergal destûrê didin zêdekirin û rakirina dînamîk a pêkhateyan ji komekê. Çavkaniyên ku hem di asta mêvandar û hem jî di asta komê de têne gihîştin dikarin di nav hewzên çavkaniyê yên bi hûrgulî de werin dabeş kirin.
Performans
Performansa an leza ya prosesorekê bi gelek guhêrbaran ve girêdayî ye, di nav de rêjeya demjimêrê wê (ku bi gelemperî bi pirjimara hertzê tê îfadekirin) û fermanên serê demjimêrê (IPC), yên ku bi hev re fermanên serê çirkeyê (IPS) ku CPU dikare bicîh bîne diyar dikin. Gelek reqemên IPS yên hatine weşandin rêjeyên bicîhanînê yên lûtke yên ku ji rêzikên fermanên sentetîk bi şaxbûna herî kêm hatine wergirtin, Reng vedan. Berevajî, barên xebatê yên rastîn ji ferman û sepanên cihêreng pêk tên, ku hin ji wan ji yên din bêtir dema bicîhanînê hewce dikin. Herwiha, karîgeriya hiyerarşiya bîrê bi awayekî girîng bandorê li performansa prosesorê dike, ku ev faktorek e ku gelek caran di hesabkirinên IPS de kêm tê nirxandin. Wekî encam, ji bo ku performansa bi bandor di sepanên asayî de bi awayekî rast were nirxandin, nirxandinên cihêreng ên standardkirî, ku bi gelemperî wekî "benchmarks" (mînak, SPECint) têne binavkirin, hatine pêşxistin.
Performansa pêvajoya komputerê bi belavkirina prosesorên pir-navikî tê zêdekirin, yên ku di bingeh de du an zêdetir yekîneyên pêvajoyê yên cuda (ku wekî navik têne binavkirin) li ser çerxek yekbûyî ya yekane yek dikin. Di teoriyê de, prosesorek du-navikî divê hema hema du qat hêza yekîneyek yek-navikî nîşan bide. Lê belê, pêşkeftinên performansa pratîkî bi awayekî girîng kêmtir in, bi gelemperî dora 50%, ku ev ji ber algorîtmayên nivîsbarî yên nebaş û bicîhanînê ye. Zêdebûna hejmara navikên prosesorê (mînak, du-navikî, çar-navikî) kapasîteya pergalê ya birêvebirina barên xebatê berfireh dike. Ev dihêle ku prosesor qebareyek mezintir a bûyerên asenkron û qutbûnan birêve bibe, yên ku dikarin CPU-yê dema zêde barkirî be bixebitînin. Di warê têgînî de, ev navik dikarin werin berhevdan bi astên cuda di nav sazgehek pêvajoyê de, ku her yek ji bo karekî taybetî hatiye veqetandin. Di hin senaryoyan de, navikên cîran dikarin li ser karên yekbûyî hevkariyê bikin heke navikek yekane ji bo pêvajokirina dane têrê neke. CPUyên pir-navikî kapasîteya komputerê ya bicîhanîna gelek karan bi hevdemî zêde dikin bi dabînkirina hêza pêvajoyê ya zêde. Digel vê yekê, zêdebûna leza encamdar rasterast ne rêjeyî ye bi hejmara navikên hatine destnîşankirin, di serî de ji ber ku ragihandina nav-navikî, ku bi rêya kanalên taybetî tê hêsankirin, beşek ji berfirehiya bandê ya pêvajoyê ya berdest dixwe.
CPUyên nûjen xwedî kapasîteyên pêşkeftî ne wekî pir-rêzika hevdem û mîmariyên ne-navikî, yên ku parvekirina çavkaniyên rastîn ên CPU-yê pêk tînin da ku bikaranînê zêde bikin. Wekî encam, şopandina astên performansa û bikaranîna reqalav veguheriye karekî tevlihevtir. Di bersivê de, hin CPUyên din mantiqek reqalavê ya zêde dihewînin ku ji bo şopandina bikaranîna rast-demê ya pêkhateyên cihêreng ên CPU-yê û peydakirina jimarkerên ku ji nivîsbarî re gihîştî ne hatiye sêwirandin; Teknolojiya Performance Counter Monitor ya Intelê vê nêzîkatiyê mînak dide.
Zêdekirina Lezê
Zêdekirina Lezê tê wateya bilindkirina leza demjimêrê ya yekîneya pêvajoyê ya navendî (CPU) û pêkhateyên din Wêdetir ji nirxên wan ên ku ji hêla çêker ve hatine destnîşankirin. Zêdekirina rêjeya demjimêrê ya pêkhateyekê encam dide hejmareke zêdetir a operasyonên ku di çirkeyekê de têne cîbicîkirin. Lê belê, Zêdekirina Lezê dikare bibe sedema germahiyên bilind ên CPU û germbûna zêde ya potansiyel, ji ber vê yekê piraniya bikarhêneran ji vê pratîkê dûr dikevin û lezên demjimêrê yên xwerû diparêzin. Herwiha, hin cûreyên pêkhateyan, wekî CPUyên rêza-U yên Intel an GPUyên OG yên Nvidia, hatine sêwirandin ku pêşî li Zêdekirina Lezê bigirin.
Têbînî
Têbînî
Çavkanî
Çawa Mîkropêvajoker Kar Dikin li HowStuffWorks.
- How Microprocessors Work at HowStuffWorks.
- 25 Mîkroçîpên ku Cîhan Hejandin – gotarek ji hêla Enstîtuya Endezyarên Elektrîk û Elektronîkê ve.