"सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट": अवतरणों में अंतर

[[चित्र:Intel 80486DX2 bottom.jpg|1,110 × 908px|अंगूठाकार|एक इंटेल 80486DX2 के नीचे की ओर , इसका पिन दिखादिखा। ।]]

एक संग्रहीत -प्रोग्राम कंप्यूटर के विचार पहले से ही जे प्रेस्पर एकर्ट और जॉन विलियम मौछ्ल्य् के ENIAC के डिजाइन में मौजूद था , लेकिन शुरू में छोड़ा गया था इतना है कि यह जल्दी ही समाप्त हो सकता है। ३० जून , १९४५ को, पहले ENIAC बनाया गया था, गणितज्ञ जॉन वॉन नुमन्न् कागज एडवैक पर एक रिपोर्ट का पहला मसौदा हकदार वितरित की। यह एक संग्रहीत -प्रोग्राम कंप्यूटर की रूपरेखा है कि अंततः अगस्त १९४९ में पूरा कर लिया जाएगा था। एडवैक निर्देश (या संचालन) विभिन्न प्रकार की एक निश्चित संख्या में प्रदर्शन करने के लिए डिजाइन किया गया थाथा। । गौरतलब है कि एडवैक के लिए लिखा कार्यक्रमों के बजाय उच्च गति कंप्यूटर स्मृति में संग्रहीत करने के लिए कंप्यूटर के भौतिक तारों द्वारा निर्दिष्ट किया गया। इस ENIAC की एक गंभीर सीमा है, जो काफी समय और प्रयास एक नए कार्य को करने के लिए कंप्यूटर फिर विन्यस्त करें करने के लिए आवश्यक था पर काबू पाने। वॉन न्यूमैन के डिजाइन के साथ, प्रोग्राम है कि एडवैक दौड़ा स्मृति की सामग्री को बदल कर बस को बदला जा सकता है। एडवैक , हालांकि, पहले संग्रहीत -प्रोग्राम कंप्यूटर नहीं था; मैनचेस्टर छोटे पैमाने पर प्रायोगिक मशीन , एक छोटे से प्रोटोटाइप संग्रहीत -प्रोग्राम कंप्यूटर जून १९४८ को २१ इसके पहले कार्यक्रम में भाग गया और मैनचेस्टर मार्क १ १६-१७ की रात के दौरान अपनी पहली कार्यक्रम में भाग गया जून १९४९|

ट्रांजिस्टर आधारित कंप्यूटरों उनके पूर्ववर्तियों पर कई विशिष्ट लाभ के लिए किया थाथा। । वृद्धि की विश्वसनीयता और कम बिजली की खपत को सुविधाजनक बनाने के अलावा, ट्रांजिस्टर भी सीपीयू एक ट्यूब या रिले की तुलना में एक ट्रांजिस्टर से कम स्विचिंग समय की वजह से बहुत अधिक गति से संचालित करने की अनुमति दी। दोनों वृद्धि की विश्वसनीयता के साथ ही स्विचिंग तत्वों के नाटकीय रूप से वृद्धि की गति (जो लगभग विशेष रूप से थे इस समय तक ट्रांजिस्टर) के लिए धन्यवाद, मेगाहर्ट्ज़ के दसियों में CPU घड़ी दरों में इस अवधि के दौरान प्राप्त किया गया। इसके अतिरिक्त , जबकि असतत ट्रांजिस्टर और आईसी सीपीयू भारी प्रयोग में थे, SIMD जैसे नए उच्च प्रदर्शन डिजाइन ( एकल निर्देश एकाधिक डेटा ) वेक्टर प्रोसेसर प्रकट करने के लिए शुरू किया। ये जल्दी प्रयोगात्मक डिजाइन बाद में क्रे इंक और फ्जित्सु लिमिटेड द्वारा किए गए उन लोगों की तरह विशेष सुपर कंप्यूटर के युग को जन्म दिया|

शास्त्रीय प्रौद्योगिकी उन्नत, ट्रांजिस्टर की संख्या बढ़ रही आईसीएस पर रखा गया है, व्यक्ति एक पूरा सीपीयू के लिए आवश्यक आईसीएस की मात्रा कम होहो। । एमएसआई और LSI आईसीएस सैकड़ों करने के लिए मायने रखता है ट्रांजिस्टर वृद्धि हुई है, और फिर हजारों। १९६८ तक , एक पूरा सीपीयू बनाने के लिए आवश्यक आईसीएस की संख्या आठ विभिन्न प्रकार के २४ आईसीएस, प्रत्येक आईसी के साथ मोटे तौर पर १००० MOSFETs युक्त करने के लिए कम कर दिया गया था। अपने लघु उद्योग और MSI पूर्ववर्तियों के साथ विपरीत में, पीडीपी -११ के पहले LSI कार्यान्वयन केवल चार LSI एकीकृत सर्किट से बना एक सीपीयू निहित।

सबसे CPU की मौलिक आपरेशन, भौतिक रूप से वे लेने के बावजूद , संग्रहीत निर्देश है कि एक कार्यक्रम में कहा जाता है के एक दृश्य पर अमल करने के लिए हैहै। । निर्देश क्रियान्वित किया जा करने के लिए [[कंप्यूटर स्मृति]] के कुछ प्रकार में रखा जाता है। लगभग सभी सीपीयू उनके संचालन में लाने, व्याख्या करना और निष्पादित कदम है, जो सामूहिक रूप से अनुदेश चक्र के रूप में जाना जाता है का पालन करें।

एक निर्देश के निष्पादन के बाद , पूरी प्रक्रिया को अगले निर्देश चक्र सामान्य रूप से कार्यक्रम काउंटर में वृद्धि होती मूल्य की वजह से अगले -इन- अनुक्रम अनुदेश दिलकश साथ दोहराता है। अगर एक कूद अनुदेश मार डाला गया था , इस कार्यक्रम के काउंटर निर्देश है कि करने के लिए कूद गया था और कार्यक्रम के क्रियान्वयन सामान्य रूप से जारी की पते को रोकने के लिए संशोधित किया जाएगा। और अधिक जटिल CPUs में , कई निर्देश दिलवाया जा सकता है, डीकोड , और एक साथ मार डाला। यह खंड वर्णन करता है जो आम तौर पर " क्लासिक RISC पाइपलाइन" है, जो सरल कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इस्तेमाल किया सीपीयू के बीच काफी आम है, के रूप में जाना जाता हैहै। । यह काफी हद तक सीपीयू कैश की महत्वपूर्ण भूमिका है, और इसलिए पाइपलाइन का उपयोग चरण ध्यान नहीं देता।

पहला कदम है, लाने, एक अनुदेश कार्यक्रम स्मृति से (जो एक नंबर या संख्या के अनुक्रम का प्रतिनिधित्व करती है ) को पुन: प्राप्त करना शामिल है। कार्यक्रम की स्मृति में शिक्षा का स्थान (पता) एक कार्यक्रम काउंटर (पीसी) है, जो एक संख्या है कि अगले निर्देश का पता पहचानती दिलवाया जा दुकानों से निर्धारित होता हैहै। । बाद एक निर्देश दिलवाया है , पीसी निर्देश की लंबाई से वृद्धि होती है तो यह है कि यह क्रम में अगले निर्देश का पता शामिल होंगे। अक्सर, कौड़ी होना करने के लिए अनुदेश अपेक्षाकृत धीमी गति से स्मृति से प्राप्त किया जाता है , जबकि शिक्षा के लिए इंतजार कर लौट जा स्टाल करने के लिए सीपीयू के कारण। यह समस्या काफी हद तक कैश और पाइपलाइन आर्किटेक्चर (देखें नीचे) द्वारा आधुनिक प्रोसेसर में संबोधित किया है।

अनुदेश कि सीपीयू स्मृति से लाना निर्धारित करता है जो सीपीयू करना होगाहोगा। । व्याख्या करना कदम, शिक्षा डिकोडर के रूप में जाना विद्युत्-परिपथ तंत्रद्वारा किया जाता है, शिक्षा का संकेत है कि सीपीयू के अन्य भागों पर नियंत्रण में बदल जाती है।

कुछ CPU में डिजाइन अनुदेश डिकोडर एक यंत्रस्थ , अपरिवर्तनीय सर्किट के रूप में कार्यान्वित किया जाता हैहै। । अन्य लोगों में, एक माइक्रो प्रोग्राम सीपीयू विन्यास संकेतों के सेट है कि कई घड़ी दालों के ऊपर क्रमिक रूप से लागू कर रहे हैं में दिए गए निर्देशों का अनुवाद करने के लिए प्रयोग किया जाता हैहै। । कुछ मामलों में स्मृति है कि माइक्रो प्रोग्राम दुकानों यह तरीका है जिसमें सीपीयू निर्देश डीकोड बदलने के लिए संभव बनाने रीराइटेबल है।

सीपीयू के नियंत्रण इकाई विद्युत्-परिपथ तंत्र विद्युत संकेतों का उपयोग करता है कि पूरे कंप्यूटर प्रणाली को निर्देशित करने के लिए संग्रहीत कार्यक्रम निर्देश बाहर ले जाने के लिए होता है। नियंत्रण इकाई कार्यक्रम निर्देशों पर अमल नहीं करता है; दरअसल, यह प्रणाली के अन्य भागों का निर्देशन ऐसा करने के लिएलिए। । नियंत्रण इकाई दोनों ALU और स्मृति के साथ संचार।

अंकगणितीय तर्क इकाई (ALU) प्रोसेसर है कि पूर्णांक गणित और तर्क बिटवाइज़ संचालन करता है के भीतर एक डिजिटल सर्किट है। ALU को जानकारी डेटा शब्दों पर (बुलाया ऑपरेंड ) संचालित करने के लिए , पिछले परिचालन से स्थिति की जानकारी , और यह दर्शाता है जो कार्रवाई करने के लिए नियंत्रण इकाई से एक कूट रहे हैंहैं। । अनुदेश निष्पादित किया जा रहा है पर निर्भर करता है, ऑपरेंड आंतरिक सीपीयू रजिस्टर या बाह्य स्मृति से आ सकती है , या वे ALU खुद के द्वारा उत्पन्न स्थिरांक हो सकता है।

हर सीपीयू एक विशिष्ट तरीके से संख्यात्मक मूल्यों का प्रतिनिधित्व करता हैहै। । उदाहरण के लिए, कुछ जल्दी डिजिटल कंप्यूटर संख्या के रूप में परिचित दशमलव (आधार 10) अंक प्रणाली मूल्यों का प्रतिनिधित्व किया, और दूसरों को इस तरह के त्रिगुट (तीन आधार) के रूप में अधिक असामान्य अभ्यावेदन कार्यरत है। लगभग सभी आधुनिक CPUs इस तरह के एक "उच्च" या "कम" वोल्टेज के रूप में द्विआधारी के रूप में संख्या, प्रत्येक अंक के साथ कुछ दो महत्वपूर्ण भौतिक मात्रा द्वारा प्रतिनिधित्व किया जा रहा प्रतिनिधित्व करते हैं।

फायदे के दोनों कम और उच्च बिट लंबाई द्वारा बर्दाश्त के कुछ हासिल करने के लिए, कई निर्देश सेट पूर्णांक और चल बिन्दु डेटा के लिए अलग सा चौड़ाई, कि शिक्षा डिवाइस के विभिन्न भागों के लिए अलग सा चौड़ाई करने के लिए सेट को लागू करने सीपीयू की इजाजत दी हैहै। । उदाहरण के लिए, IBM प्रणाली / ३६० अनुदेश सेट मुख्य रूप से ३२ सा हो गया था , लेकिन अधिक से अधिक सटीकता और चल बिन्दु संख्या में सीमा की सुविधा के लिए ६४-बिट चल बिन्दु मूल्यों का समर्थन किया। सिस्टम / ३६० मॉडल ६५ दशमलव और अचल बिंदु द्विआधारी अंकगणितीय के लिए एक ८ बिट योजक और चल बिन्दु गणित के लिए एक ६०-बिट योजक था। कई बाद सीपीयू डिजाइन समान मिश्रित थोड़ा चौड़ाई का उपयोग करें, विशेष रूप से जब प्रोसेसर सामान्य प्रयोजन के उपयोग जहां पूर्णांक और चल बिन्दु क्षमता का एक उचित संतुलन की आवश्यकता है के लिए है।

सीपीयू के समुचित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, घड़ी की अवधि के माध्यम से सीपीयू (चाल ) प्रचार करने के लिए सभी संकेतों के लिए आवश्यक अधिक से अधिक समय से अधिक है। अच्छी तरह से ऊपर सबसे ज्यादा मामले प्रचार में देरी एक मूल्य के लिए घड़ी की अवधि स्थापित करने में, यह पूरी तरह से सीपीयू और उसके चारों ओर बढ़ती है और गिरने घड़ी संकेत के "किनारों " डेटा चालें डिजाइन करने के लिए संभव है। यह दोनों एक डिजाइन परिप्रेक्ष्य और एक घटक गिनती के नजरिए से , सीपीयू काफी सरल बनाने का लाभ दिया हैहै। । हालांकि, यह भी नुकसान यह है कि पूरे सीपीयू अपनी धीमी तत्वों पर इंतजार करना होगा वहन करती है, भले ही इसके बारे में कुछ भागों में बहुत तेजी से कर रहे हैं। यह सीमा काफी हद तक बढ़ सीपीयू समानता के विभिन्न तरीकों के लिए मुआवजा दिया गया है

हालांकि, वास्तु सुधार अकेले विश्व स्तर पर तुल्यकालिक CPU की कमियों के सभी का समाधान नहीं है। उदाहरण के लिए, एक घड़ी संकेत किसी अन्य बिजली के संकेत की देरी के अधीन है। तेजी से जटिल सीपीयू में उच्च घड़ी दरों इसे और अधिक कठिन पूरी यूनिट भर चरण ( सिंक्रनाइज़) में घड़ी संकेत रखने के लिए बनाते हैं। यह कई आधुनिक CPUs कई समान घड़ी का संकेत है की आवश्यकता के लिए प्रेरित किया एक भी संकेत काफी खराबी के सीपीयू पैदा करने के लिए पर्याप्त देरी से बचने के लिए प्रदान किया जा सके। एक अन्य प्रमुख मुद्दा है, घड़ी दरों नाटकीय रूप से वृद्धि के रूप में , गर्मी की राशि है कि सीपीयू द्वारा छितराया हुआ है। लगातार बदलते घड़ी है कि क्या वे उस समय इस्तेमाल किया जा रहा है की परवाह किए बिना स्विच करने के लिए कई घटकों का कारण बनता हैहै। । सामान्य तौर पर, एक घटक है कि स्विच कर रहा है एक स्थिर राज्य में एक तत्व की तुलना में अधिक ऊर्जा का उपयोग करता हैहै। । इसलिए, घड़ी की दर बढ़ जाती है, ताकि ऊर्जा की खपत करता है , सीपीयू ठंडा समाधान के रूप में अधिक गर्मी लंपटता की आवश्यकता के लिए सीपीयू के कारण।

इस प्रक्रिया उपअदिश सीपीयू में एक अंतर्निहित अक्षमता को जन्म देता हैहै। । के बाद से ही एक निर्देश एक समय में मार डाला है , पूरे सीपीयू अगले निर्देश के लिए आगे बढ़ने से पहले पूरा करने के लिए है कि शिक्षा के लिए इंतज़ार करना होगा। नतीजतन, उपअदिश सीपीयू निर्देश जो निष्पादन पूरा करने के लिए एक से अधिक घड़ी चक्र लेने पर " लटका " हो जाता हैहै। । यहां तक ​​कि एक दूसरे निष्पादन इकाई जोड़ने ( देखें नीचे ) के प्रदर्शन में ज्यादा सुधार नहीं करता है ; के बजाय एक मार्ग लटका दिया जा रहा है, अब दो रास्ते रख दिया जाता है और अप्रयुक्त ट्रांजिस्टर की संख्या में वृद्धि हुई है। इस डिजाइन, जिसमें सीपीयू के निष्पादन संसाधनों एक समय में केवल एक निर्देश पर काम कर सकते हैं , केवल संभवतः अदिश प्रदर्शन (घड़ी चक्र के अनुसार एक निर्देश , आईपीसी = १) पहुँच सकते हैं। हालांकि, प्रदर्शन लगभग हमेशा उपअदिश है (घड़ी चक्र के अनुसार कम से कम एक अनुदेश , आईपीसी < १)।

कई सूचना दी आईपीएस मूल्यों कुछ शाखाओं के साथ कृत्रिम अनुदेश दृश्यों पर "पीक" निष्पादन दरों का प्रतिनिधित्व किया है , जबकि यथार्थवादी वर्कलोड निर्देश और अनुप्रयोगों , जिनमें से कुछ में लंबा समय लग दूसरों की तुलना में निष्पादित करने के लिए की एक मिश्रण से मिलकर बनता हैहै। । स्मृति पदानुक्रम का प्रदर्शन भी बहुत प्रोसेसर प्रदर्शन , मुश्किल से मइपस् गणना में माना जाता है एक मुद्दा प्रभावित करता है। क्योंकि इन समस्याओं के विभिन्न मानकीकृत परीक्षण , अक्सर कहा जाता है इस तरह के रूप में इस स्पेचइन्त् उद्देश्य के लिए "मानक " आमतौर पर इस्तेमाल किया अनुप्रयोगों में वास्तविक प्रभावी प्रदर्शन को मापने के लिए प्रयास करने के लिए विकसित किया गया है।

कंप्यूटर के प्रसंस्करण के प्रदर्शन मल्टी कोर प्रोसेसर है, जो अनिवार्य रूप से एक एकीकृत सर्किट में दो या दो से अधिक व्यक्ति प्रोसेसर ( इस अर्थ में कोर कहा जाता है) प्लग है का उपयोग कर की वृद्धि हुई है। आदर्श रूप में, एक दोहरे कोर प्रोसेसर लगभग दो बार के रूप में एक सिंगल कोर प्रोसेसर के रूप में शक्तिशाली होगा। अभ्यास में, प्रदर्शन लाभ अब तक छोटे , अपूर्ण सॉफ्टवेयर एल्गोरिदम और कार्यान्वयन की वजह से है के बारे में केवल 50%। एक प्रोसेसर में कोर की संख्या बढ़ाने से (अर्थात् दोहरे कोर , क्वाड-कोर , आदि) काम का बोझ है कि नियंत्रित किया जा सकता बढ़ जाती है। इसका मतलब यह है कि प्रोसेसर अब कई अतुल्यकालिक घटनाओं, के बीच में आता है, आदि जब अभिभूत जो सीपीयू पर एक टोल ले जा सकते हैं संभाल कर सकते हैंहैं। । इन कोर हर मंजिल एक अलग काम संभालने के साथ , एक प्रसंस्करण संयंत्र के रूप में अलग-अलग मंजिलों के बारे में सोचा जा सकता है। कभी कभी, इन कोर उन्हें आसन्न कोर के रूप में एक ही कार्य संभाल लेंगे अगर एक सिंगल कोर जानकारी को संभालने के लिए पर्याप्त नहीं है।