Hur fungerar en CPU?

En CPU arbetar genom att utföra instruktioner som har lästs från minnet - dessa instruktioner talar om för CPU:n vilka operationer som behöver utföras på särskilda dataobjekt som lagras i minnet eller register. När en instruktion hämtas från minnet skickas den genom styrenheten där den avkodas och eventuella nödvändiga adresser/dataposter bestäms; denna information skickas sedan vidare till ALU där operationer faktiskt utförs enligt vad som specificerades i instruktionen. Efter att operationerna har slutförts lagras eventuella värden tillbaka i minnet om det behövs innan en ny instruktion hämtas och processen upprepas tills alla programmets instruktioner har utförts.

Vad är en CPU?

En CPU (Central Processing Unit) är hjärnan i ett datorsystem - det är i huvudsak den som talar om för datorn vad den ska göra och hur den ska göra det. En CPU är uppbyggd av kretsar som består av tre huvudkomponenter: en styrenhet, en aritmetisk/logisk enhet (ALU) och en registeruppsättning. Styrenheten hämtar instruktioner från minnet, avkodar dem, bestämmer adressen till data som lagras i minnet (om det behövs) och skickar sedan data- och instruktionsinformationen vidare till ALU för bearbetning. ALU utför de beräkningar eller den logik som krävs för varje instruktion, lagrar vid behov mellanresultaten i register och skickar sedan tillbaka resultatet till minnet där det kan användas av andra program eller skrivas ut på disk. Registren används för att hålla korttidsdata medan de bearbetas av CPU.

Vad är en kärna?

En kärna är en instans av en exekveringsenhet i en flerkärnig processor. Varje kärna har sin egen privata cache, vilket gör att den kan utföra uppgifter självständigt utan att behöva gå till huvudminnet lika ofta, men flera kärnor kan dela resurser som t.ex. en L2-cache. Flera kärnor möjliggör större parallellitet vid exekvering av instruktioner, vilket innebär att fler instruktioner kan exekveras samtidigt och därmed kan mer arbete utföras på kortare tid än med en processor med en enda kärna. Detta gör flerkärniga processorer idealiska för intensiva datoruppgifter som videoredigering eller 3D-rendering.

Vad är trådar?

Trådar är sekvenser av exekvering som kan köras samtidigt inom en enda process eller applikation på en enda processorkärna. Med trådar kan applikationer/program se ut som om de körs snabbare än de egentligen gör eftersom de kan använda flera kärnor samtidigt - när flera trådar körs samtidigt på olika kärnor kan mer arbete utföras utan att vänta på att en tråd ska köras klart innan en annan tråd kan börja köras igen på en annan kärna. Detta gör flertrådade applikationer mycket mer effektiva än sina entrådade motsvarigheter eftersom det inte finns något behov av kontextväxling mellan trådar när flera processer körs samtidigt på separata kärnor i motsats till bara en kärna med många trådar som står i kö för bearbetning efter varandra sekventiellt som du skulle hitta med en entrådad applikation.

Vad är hyper-threading?

Hyper-Threading (HT) är Intels egenutvecklade teknik som möjliggör flera logiska processorer inom varje fysisk processorkärna - vilket i princip möjliggör två samtidiga strömmar av instruktioner per fysisk kärna (detta visas som fyra ”virtuella” processorer istället för två). Genom att införa HT i processorer har Intel-processorer fått bättre multitaskingprestanda tack vare den ökade processorkapaciteten per klockcykel - detta gör att de kan hantera stora arbetsbelastningar snabbare än tidigare generationer som begränsades av enbart klockhastigheter (som bara hade begränsade ökningar). Dessutom bidrar HT i vissa fall till ökad genomströmning och IPC-vinster tack vare bättre schemaläggningseffektivitet vid hantering av större trådantal jämfört med om HT inte är avstängt i samma scenarier.

Vad är RISC vs CISC-arkitektur?

RISC står för Reduced Instruction Set Computer - detta hänvisar vanligtvis till arkitekturer som använder betydligt färre komplexa instruktionstyper än CISC-arkitekturer (Complex Instruction Set Computers). CISC-arkitekturer består vanligtvis av mycket varierade instruktionsuppsättningar som sträcker sig från enkla aritmetiska operationer till komplexa som involverar flera steg som strängmanipulation etc. medan RISC tenderar mot enklare men snabbare instruktioner (som utgör mindre yta per chip på grund av minskad komplexitet) så de tenderar mot högre prestandaegenskaper med tanke på liknande klockhastigheter över båda arkitekturerna.

Vad är pipelines?

Pipelines i processorer hänvisar specifikt till arkitekturer som delar upp olika steg som är involverade i en instruktions exekvering i diskreta delar så att resultat från tidigare steg blir tillgängliga snabbare senare steg vilket möjliggör ytterligare optimeringar som out of order dispatch och exekvering - detta gör att vissa delar kan köras snabbare eller långsammare beroende på deras individuella krav snarare än att varje steg väntar på varandra vilket leder till betydande prestandavinster jämfört med icke-pipelined-design vilket möjliggör moderna höghastighets- och flertrådade processorer.

Vad är cacher?

Cacher är små block av relativt snabbt RAM-minne som ligger nära antingen direkt inuti eller nära den centrala processorenheten och som har två funktioner: för det första avlastar de läsningar och skrivningar i huvudminnet eftersom cacherna arbetar med lägre latens och för det andra ökar hastigheten.

Vad är en cachelinje?

En cache-rad är det minsta datablock som kan överföras från huvudminnet till CPU-cachen. En cache-linje består vanligtvis av 64 byte på en processor med 4-bytesinstruktioner och 128 byte för 8-bytesinstruktioner. När processorn begär data från minnet hämtar den hela raden i stället för bara en del av data eller instruktion; detta bidrar till att minska latensen genom att säkerställa att alla relaterade delar av data också kommer att finnas i processorns cache om de behövs i framtida operationer.

Vad är multiprocessing?

Multiprocessing är ett paraplybegrepp som används för att beskriva flera processorer som arbetar tillsammans, antingen som en del av ett enda datorsystem eller distribuerat över flera system/enheter. I de flesta moderna datorer/servrar/nätverk kan multiprocessing ta sig flera uttryck, t.ex. symmetrisk multiprocessing (SMP), där två eller flera processorer delar tillgång till RAM och andra resurser; asymmetrisk multiprocessing (AMP), där en eller flera processorer fungerar som masters och delegerar uppgifter till underordnade processorer; och massiv parallellprocessing (MPP), där flera processorer samarbetar för att snabbt utföra komplexa beräkningsuppgifter över stora datamängder.

Vad är superscalar-arkitektur?

Superscalar-arkitektur avser högpresterande processorer som kan exekvera mer än en instruktion samtidigt - detta gör att de kan öka prestandan genom att låta flera instruktioner exekveras samtidigt i stället för sekventiellt som de skulle ha gjort i tidigare generationer, vilket minskar latensen och ökar genomströmningen genom att använda lediga exekveringsenheter vid behov. På så sätt utnyttjar superskalära arkitekturer tillgängliga processorresurser mer effektivt, vilket resulterar i högre bearbetningshastigheter jämfört med föregångare med högre klockfrekvens.

Vad är mikroprocessorer?

En mikroprocessor är i princip en krympt version av en fullstor processor som är avsedd för mindre enheter som inbäddade system, handdatorer, mobiltelefoner etc. där strömförbrukning och fysisk storlek är två viktiga faktorer. Mikroprocessorer använder vanligtvis enklare arkitekturer än sina större motsvarigheter för att minska kostnader och komplexitet samtidigt som de fortfarande erbjuder jämförbar prestanda för sitt avsedda ändamål.

Hur fungerar virtualisering?

Virtualiseringstekniken gör att ett datorsystems hårdvaruresurser (t.ex. CPU-kärnor, minne etc.) kan delas upp i olika ”virtuella” maskiner som var och en kör sitt eget operativsystem oberoende av andra virtuella maskiner - detta gör det möjligt för flera användare/applikationer inom en organisation eller ett hushåll att använda en fysisk maskins resurser utan att påverka varandra eftersom varje virtuell maskin fungerar helt separat från alla andra virtuella maskiner som körs på samma maskin med sin egen dedikerade delmängd av tillgängliga hårdvaruresurser. Detta gör virtualisering mycket användbart för att spara både utrymme och kraft samtidigt som det möjliggör effektivare användning av befintlig hårdvara på grund av minskad duplicering mellan maskiner / enheter.