Miten prosessori toimii?
Suoritin toimii suorittamalla muistista luettuja ohjeita - nämä ohjeet kertovat suorittimelle, mitä toimintoja on suoritettava tietyille muistiin tai rekistereihin tallennetuille tiedoille. Kun käsky haetaan muistista, se lähetetään ohjausyksikön kautta, jossa se puretaan ja tarvittavat osoitteet/tietoelementit määritetään; nämä tiedot välitetään sitten ALU:lle, jossa operaatiot suoritetaan käskyn mukaisesti. Kun operaatiot on suoritettu, kaikki tuloksena saadut arvot tallennetaan tarvittaessa takaisin muistiin, ennen kuin haetaan uusi käsky ja toistetaan tämä prosessi, kunnes kaikki ohjelman ohjeet on suoritettu.
Mikä on prosessori?
Keskusyksikkö (Central Processing Unit, CPU ) on tietokonejärjestelmän aivot - se kertoo tietokoneelle, mitä ja miten se tekee. Keskusyksikkö koostuu piiristä, joka koostuu kolmesta pääkomponentista: ohjausyksiköstä, aritmeettis-logisesta yksiköstä (ALU) ja rekisterisarjasta. Ohjausyksikkö hakee ohjeet muistista, purkaa ne, määrittää tarvittaessa muistiin tallennetun datan osoitteen ja välittää sitten data- ja käskytiedot ALU:lle käsiteltäväksi. ALU suorittaa kunkin käskyn edellyttämän laskutoimituksen tai logiikan, tallentaa tarvittaessa välitulokset rekistereihin ja lähettää sitten tuloksen takaisin muistiin, josta muut ohjelmat voivat käyttää sitä tai kirjoittaa sen levylle. Rekistereitä käytetään lyhytaikaisten tietojen säilyttämiseen, kun CPU käsittelee niitä.
Mitä ytimet ovat?
Ydin on moniydinprosessorin yksi suoritusyksikön instanssi. Kullakin ytimellä on oma yksityinen välimuisti, jonka avulla se voi suorittaa tehtäviä itsenäisesti ilman, että sen tarvitsee käyttää keskusmuistia yhtä usein; useat ytimet voivat kuitenkin jakaa resursseja, kuten L2-välimuistin. Useat ytimet mahdollistavat suuremman rinnakkaisuuden käskyjen suorittamisessa, mikä tarkoittaa, että useampia käskyjä voidaan suorittaa samanaikaisesti ja siten tehdä enemmän työtä lyhyemmässä ajassa kuin yhdellä yksiytimisellä prosessorilla. Tämän vuoksi moniytimiset prosessorit ovat ihanteellisia intensiivisiin laskentatehtäviin, kuten videoeditointiin tai 3D-renderöintiin.
Mitä säikeet ovat?
Säikeet ovat suoritusjaksoja, joita voidaan suorittaa samanaikaisesti yhdessä prosessissa tai sovelluksessa yhdellä prosessoriytimellä. Säikeiden ansiosta sovellukset/ohjelmat näyttävät siltä, että ne toimivat nopeammin kuin ne todellisuudessa toimivat, koska ne pystyvät käyttämään useita ytimiä kerralla - kun useita säikeitä suoritetaan samanaikaisesti eri ytimillä, voidaan tehdä enemmän työtä odottamatta yhden säikeen suorituksen päättymistä, ennen kuin toinen säie voi aloittaa suorituksen uudelleen toisella ytimellä. Tämä tekee monisäikeisistä sovelluksista paljon tehokkaampia kuin yksisäikeiset sovellukset, koska säikeiden välillä ei tarvitse vaihtaa kontekstia, kun useita prosesseja suoritetaan samanaikaisesti eri ytimillä, toisin kuin vain yhdellä ytimellä, jossa monet säikeet jonottavat käsittelyä peräkkäin, kuten yksisäikeisessä sovelluksessa.
Mitä on hyper-threading?
Hyper-Threading (HT) on Intelin oma tekniikka, joka mahdollistaa useamman loogisen prosessorin käytön kussakin fyysisessä prosessoriytimessä - mikä mahdollistaa käytännössä kaksi samanaikaista käskyvirtaa fyysistä ydintä kohti (tämä näkyy neljänä "virtuaalisena" prosessorina kahden sijaan). HT:n käyttöönotto suorittimissa on mahdollistanut Intelin suorittimille paremman monitehtäväsuorituskyvyn, koska niiden prosessointikapasiteetti kellojaksoa kohden on kasvanut - näin ne voivat käsitellä suuria työtehtäviä nopeammin kuin aiemmat sukupolvet, joita rajoitti pelkkä kellotaajuus (joka lisäsi suorituskykyä vain rajoitetusti). Lisäksi HT auttaa joissakin tapauksissa myös lisäämään läpäisykykyä ja IPC:tä, koska aikataulutus on tehokkaampaa, kun käsitellään suurempia säiemääriä verrattuna siihen, että HT olisi pois päältä samoissa skenaarioissa.
Mikä on RISC vs. CISC-arkkitehtuuri?
RISC on lyhenne sanoista Reduced Instruction Set Computer - tämä tarkoittaa yleensä arkkitehtuuria, jossa käytetään huomattavasti vähemmän monimutkaisia käskytyyppejä kuin CISC-arkkitehtuurissa (Complex Instruction Set Computers). CISC-arkkitehtuurit koostuvat tyypillisesti hyvin erilaisista käskykokonaisuuksista, jotka vaihtelevat yksinkertaisista aritmeettisista operaatioista monimutkaisiin, useita vaiheita sisältäviin operaatioihin, kuten merkkijonojen käsittelyyn jne., kun taas RISC-arkkitehtuurit pyrkivät käyttämään yksinkertaisempia, mutta nopeampia käskyjä (jotka vievät vähemmän pinta-alaa sirua kohti pienemmän monimutkaisuuden vuoksi), joten niiden suorituskykyominaisuudet ovat korkeammat, kun otetaan huomioon, että molemmissa arkkitehtuureissa on samanlaiset kellotaajuudet.
Mitä ovat putkilinjat?
Suorittimien putkistot tarkoittavat erityisesti arkkitehtuureja, jotka jakavat käskyn suoritukseen liittyvät eri vaiheet erillisiin osiin siten, että aikaisempien vaiheiden tulokset ovat käytettävissä nopeammin myöhemmissä vaiheissa, mikä mahdollistaa lisäoptimointeja, kuten järjestyksen ulkopuolisen lähetyksen ja suorituksen - tämä mahdollistaa sen, että jotkin osat toimivat nopeammin tai hitaammin riippuen niiden yksilöllisistä vaatimuksista sen sijaan, että kaikki vaiheet joutuisivat odottamaan toisiaan, mikä johtaa huomattavaan suorituskyvyn kasvuun verrattuna muihin kuin putkistomalleihin, mikä tekee mahdolliseksi nykypäivän huippunopeat ja monisäikeiset prosessorit.
Mitä välimuistit ovat?
Välimuistit ovat pieniä suhteellisen nopean RAM-muistin lohkoja, jotka sijaitsevat joko suoraan keskusyksikön sisällä tai sen läheisyydessä ja joilla on kaksi tehtävää: ensinnäkin ne keventävät keskusmuistin luku- ja kirjoituspaineita, koska välimuistit toimivat pienemmällä viiveellä, ja toiseksi ne nopeuttavat prosessorin toimintaa.
Mikä on välimuistirivi?
Välimuistirivi on pienin tietolohko, joka voidaan siirtää keskusmuistista suorittimen välimuistiin. Välimuistirivin koko on tyypillisesti 64 tavua prosessorissa, jossa on 4 tavun ohjeita, ja 128 tavua 8 tavun ohjeissa. Aina kun CPU pyytää dataa muistista, se hakee koko rivin eikä vain yhtä datan tai käskyn osaa; tämä auttaa vähentämään viiveaikaa varmistamalla, että kaikki siihen liittyvät datan osat ovat myös CPU:n välimuistissa, jos niitä tarvitaan myöhemmissä toiminnoissa.
Mitä on moniprosessointi?
Moniprosessointi on sateenvarjotermi, jota käytetään kuvaamaan useiden suorittimien yhteistoimintaa joko osana yhtä tietokonejärjestelmää tai hajautettuna useisiin järjestelmiin/laitteisiin. Useimmissa nykyaikaisissa tietokoneissa/palvelimissa/verkoissa moniprosessointi voi olla monessa eri muodossa, kuten symmetrinen moniprosessointi (Symmetric Multiprocessing, SMP), jossa kaksi tai useampi suoritin käyttää RAM-muistia ja muita resursseja yhdessä, epäsymmetrinen moniprosessointi (Asymmetric Multiprocessing, AMP), jossa yksi tai useampi suoritin toimii päällikkönä ja delegoi tehtäviä alemmille suoritinyksiköille, ja massiivisesti rinnakkainen prosessointi (Massively Parallel Processing, MPP), jossa useat suoritinyksiköt tekevät yhteistyötä monimutkaisten laskentatehtävien suorittamiseksi nopeasti suurilla tietomäärillä.
Mikä on superskalaarinen arkkitehtuuri?
Superskalaarisella arkkitehtuurilla tarkoitetaan huipputehokkaita suorittimia, jotka pystyvät suorittamaan useampia kuin yhden käskyn yhtä aikaa - tämä mahdollistaa niiden suorituskyvyn parantamisen, koska useita käskyjä voidaan suorittaa samanaikaisesti eikä peräkkäin, kuten aiemmissa sukupolvissa, mikä vähentää viiveaikaa ja lisää läpäisytehoa hyödyntämällä tarvittaessa käyttämättömiä suoritusyksiköitä. Näin superskalaariset arkkitehtuurit hyödyntävät käytettävissä olevia prosessoriresursseja tehokkaammin, mikä johtaa nopeampiin prosessointinopeuksiin jopa verrattuna korkeammin kellotettuihin edeltäjiin.
Mitä mikroprosessorit ovat?
Mikroprosessori on periaatteessa täysikokoisen prosessorin pienennetty versio, joka on suunniteltu pienempiin laitteisiin, kuten sulautettuihin järjestelmiin, kämmenmikroihin, matkapuhelimiin jne., joissa virrankulutus ja fyysinen koko ovat kaksi tärkeintä tekijää. Mikroprosessoreissa käytetään yleensä yksinkertaisempia arkkitehtuureja kuin suuremmissa mikroprosessoreissa, jotta voidaan vähentää kustannuksia ja monimutkaisuutta, mutta silti niiden suorituskyky on vertailukelpoinen käyttötarkoitukseensa.
Miten virtualisointi toimii?
Virtualisointitekniikan avulla tietokonejärjestelmän laitteistoresurssit (kuten suorittimen ytimet, muisti jne.) voidaan jakaa erilaisiin "virtuaalikoneisiin", joista kukin käyttää omaa käyttöjärjestelmäänsä muista VM:istä riippumatta - tämä mahdollistaa sen, että useat käyttäjät/sovellukset organisaatiossa tai kotitaloudessa voivat käyttää yhden fyysisen koneen resursseja ilman, että ne vaikuttavat toisiinsa, koska jokainen VM toimii täysin erillään kaikista muista samassa koneessa toimivista VM:istä ja sillä on oma osajoukkonsa käytettävissä olevista laitteistoresursseista. Tämä tekee virtualisoinnista erittäin hyödyllisen sekä tilan että virran säästämisessä ja mahdollistaa samalla olemassa olevan laitteiston tehokkaamman käytön, koska koneiden/laitteiden päällekkäisyyksiä on vähemmän.
