agwebrunner.com

La part més important de l’ordinador, si n’hagués de triar només una, seria la unitat central de processament (CPU). És el centre principal (o "cervell") i processa les instruccions que provenen de programes, del sistema operatiu o d'altres components del vostre PC.

1 i 0

Gràcies a les CPU més potents, hem passat de ser amb prou feines capaços de mostrar una imatge a la pantalla de l’ordinador a Netflix, xat de vídeo, transmissió i videojocs cada vegada més reals.

La CPU és una meravella de l’enginyeria, però, en el seu nucli, encara es basa en el concepte bàsic d’interpretació de senyals binaris (1 i 0). La diferència ara és que, en lloc de llegir targetes perforades o processar instruccions amb conjunts de tubs de buit, les CPU modernes utilitzen petits transistors per crear vídeos de TikTok o omplir números en un full de càlcul.

Conceptes bàsics de la CPU

La fabricació de CPU és complicada. El punt important és que cada CPU té silici (ja sigui una peça o diverses) que allotja milers de milions de transistors microscòpics.

Com hem al·ludit anteriorment, aquests transistors utilitzen una sèrie de senyals elèctrics (corrent "encès" i corrent "apagat") per representar el codi binari de la màquina, format per 1 i 0. Com que hi ha molts d'aquests transistors, les CPU poden fer tasques cada vegada més complexes a velocitats més grans que abans.

El recompte de transistors no significa necessàriament que una CPU sigui més ràpida. Tot i això, continua sent una raó fonamental perquè el telèfon que porteu a la butxaca tingui molta més potència informàtica que, potser, el planeta sencer quan vam anar a la lluna per primera vegada.

Abans de dirigir-nos més amunt per l’escala conceptual de les CPU, parlem de com una CPU realitza instruccions basades en el codi de la màquina, anomenat “conjunt d’instruccions”. Les CPU de diferents empreses poden tenir conjunts d’instruccions diferents, però no sempre.

La majoria de PC amb Windows i processadors Mac actuals, per exemple, utilitzen el conjunt d’instruccions x86-64, independentment de si es tracta d’una CPU Intel o AMD. Tanmateix, els Macs que debuten a finals del 2020 tindran CPU basades en ARM, que utilitzen un conjunt d’instruccions diferent. També hi ha un petit nombre de PC amb Windows 10 que utilitzen processadors ARM.

RELACIONATS:Què és binari i per què l’utilitzen els ordinadors?

Nuclis, memòries cau i gràfics

Ara, vegem el silici mateix. El diagrama anterior prové d’un llibre blanc d’Intel publicat el 2014 sobre l’arquitectura de CPU de l’empresa per al Core i7-4770S. Aquest és només un exemple de l’aspecte d’un processador: els altres processadors tenen dissenys diferents.

Podem veure que es tracta d’un processador de quatre nuclis. Hi va haver un moment en què una CPU només tenia un nucli únic. Ara que tenim diversos nuclis, processen les instruccions molt més ràpidament. Els nuclis també poden tenir una cosa anomenada hiper-threading o simultània multi-threading (SMT), cosa que fa que un nucli sembli dos al PC. Això, com us podeu imaginar, ajuda a accelerar encara més els temps de processament.

Els nuclis d’aquest diagrama comparteixen una cosa anomenada memòria cau L3. Aquesta és una forma de memòria interna a la CPU. Les CPU també tenen memòries cau L1 i L2 contingudes en cada nucli, així com registres, que són una forma de memòria de baix nivell. Si voleu entendre les diferències entre registres, memòries cau i memòria RAM del sistema, consulteu aquesta resposta a StackExchange.

La CPU mostrada anteriorment també conté l'agent del sistema, el controlador de memòria i altres parts del silici que gestionen la informació que entra i surt de la CPU.

Finalment, hi ha els gràfics incorporats del processador, que generen tots aquells meravellosos elements visuals que veieu a la pantalla. No totes les CPU contenen les seves pròpies capacitats gràfiques. Per exemple, les CPU d'escriptori AMD Zen requereixen una targeta gràfica discreta per mostrar qualsevol cosa a la pantalla. Algunes CPU d'escriptori Intel Core tampoc no inclouen gràfics integrats.

La CPU de la placa base

Ara que hem analitzat què passa sota el capó d’una CPU, vegem com s’integra amb la resta del vostre PC. La CPU es troba en el que s’anomena sòcol de la placa base del vostre PC.

Un cop assegut al sòcol, altres parts de l'ordinador es poden connectar a la CPU mitjançant una cosa anomenada "autobusos". La RAM, per exemple, es connecta a la CPU a través del seu propi bus, mentre que molts components de l'ordinador utilitzen un tipus de bus específic, anomenat "PCIe".

Cada CPU té un conjunt de "carrils PCIe" que pot utilitzar. Les CPU Zen 2 d’AMD, per exemple, tenen 24 carrils que es connecten directament a la CPU. Els fabricants de plaques base distribueixen aquests carrils amb la guia d’AMD.

Per exemple, normalment s’utilitzen 16 carrils per a una ranura de targeta gràfica x16. A continuació, hi ha quatre carrils per emmagatzemar, com ara un dispositiu d’emmagatzematge ràpid, com un SSD M.2. Com a alternativa, aquests quatre carrils també es poden dividir. Es podrien utilitzar dos carrils per al SSD M.2 i dos per a una unitat SATA més lenta, com un disc dur o un SSD de 2,5 polzades.

Es tracta de 20 carrils, amb els altres quatre reservats al chipset, que és el centre de comunicacions i el controlador de trànsit de la placa base. El chipset té aleshores el seu propi conjunt de connexions de bus, cosa que permet afegir encara més components a un PC. Com podríeu esperar, els components de major rendiment tenen una connexió més directa amb la CPU.

Com podeu veure, la CPU realitza la major part del processament d’instruccions i, de vegades, fins i tot els gràfics funcionen (si està dissenyat per a això). La CPU no és l’única manera de processar les instruccions. Altres components, com la targeta gràfica, tenen les seves pròpies capacitats de processament a bord. La GPU també utilitza les seves pròpies capacitats de processament per treballar amb la CPU i executar jocs o realitzar altres tasques que requereixen gràfics.

La gran diferència és que els processadors de components es construeixen tenint en compte tasques específiques. La CPU, però, és un dispositiu d’ús general capaç de fer qualsevol tasca informàtica que se li demani. És per això que la CPU regna a l’interior del vostre PC i la resta del sistema confia en que funcioni.