M1 L1 TIC Procesorul

Microprocesorul este:

• Creierul calculatorului.
• Singurul Circuit integrat programabil în timpul funcționării.
• Gestionează toate resursele sistemului de calcul.

Procesorul (sau Unitatea Centrală de Prelucrare – CPU, de la Central Processing Unit) este componenta principală a unui computer sau a unui dispozitiv digital, responsabilă pentru executarea instrucțiunilor și prelucrarea datelor. Este adesea descris ca „creierul” calculatorului, deoarece coordonează și controlează majoritatea operațiunilor dintr-un sistem informatic.

Istoric: În anul 1971 primul procesor s-a numit Intel 4004. Mai multe despre istoria primelor procesoare aici: https://ro.compkkart.com/birth-microprocessor sau aici: https://ro.wikipedia.org/wiki/Microprocesor

Procesoare și firme producătoare pentru:

• PC-uri:
  • Intel-i3,5,7,9
  • AMD(Advanced Micro Devices)- Ryzen 3,5,7
• Plăcile video au procesorul numit GPU (Graphics Processing Unit). El se deosebește de C.P.U. prin faptul că poate executa mult mai multe programe odată în paralel:
  • Nvidia,
  • AMD-Radeon
• Telefoanele au procesor cu arhitectura ARM (Acorn RISC Machine):
  • Qualcomm – Snapdragon,
  • MediaTek

Caracteristicile cele mai importante ale procesorului:

1. Frecvența este direct proporțională cu puterea de calcul a procesorului. Cu cât frecvența este mai mare cu atât puterea de calcul a procesorului este mai mare.

1. Ca să înțelegem ne imaginăm o pasăre care dacă bate din aripi o dată pe secundă asta înseamnă că are o frecvență de 1 HERTZ.
   • 1Hz(1hertz = 1s^-1=1/1s) este o oscilație pe secundă.
   • 1kHz = 1 000 Hz = 10³Hz, KILO-HERTZ o mie de oscilații pe secundă.
   • 1MHz=1 000 000 Hz = 10⁶HZ, MEGA-HERTZ un milion de oscilații pe secundă.
   • 1GHz=1 000 000 000 Hz = 10⁹Hz. GIGA-HERTZ un miliard de oscilații pe secundă.
   • Teoretic la fiecare oscilație procesorul execută o instrucțiune elementară deci la viteza de 3GHz execută 3 X 10⁹ adică trei miliarde de instrucțiuni elementare pe secundă.
2. Numărul de nuclee: După anul 2000 s-a constatat că nu se poate ridica frecvența procesoarelor mai mult de 3,5 – 4,0 GHz fără ca ele să se încălzească puternic. Astfel a apărut tehnologia cu multi core (core = nucleu). Avem cu:
   • 2 = dual core,
   • 4 = quad core,
   • 6 = hexa core,
   • 8 = octa core
   • 10 = deca core etc.
   • Procesorul AMD ThreadRipper are 64 de nuclee și poate executa 128 de procese simultan. UN program în execuție se numește proces. Iar fiecare proces are mai multe fire de execuție care stau la coadă să se execute la procesor. Thread din limba engleză înseamă fir de execuție în română și reprezintă o parte a unui proces. Deci un proces este format din mai multe fire de execuție.
   • Observație: Procesoarele video GPU (Graphics Processing Unit ) au foarte multe nuclee (cores). Placa video are uneori o putere de calcul (frecvență + nuclee + memorie VRAM (video RAM)) mai mare decât a întregului PC.
3. Memoria CACHE: este o interfață dintre magistrala de date și procesor și face parte din procesor. Memoria CACHE păstrează în ea date și adrese accesate foarte des pentru ca procesorul sa nu le mai aducă din RAM pentru procesare.  

Numărul de tranzistoare existente în fiecare procesor de la începuturi și până astăzi se găsește pe Wikipedia aici: https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count

Factorii care influențează performanța unui procesor:

• Numărul de nuclee: Mai multe nuclee permit procesarea simultană a mai multor sarcini.
• Frecvența de ceas: Frecvențele mai mari permit executarea mai rapidă a instrucțiunilor.
• Memoria Cache: O cache mai mare permite un acces mai rapid la datele folosite frecvent.

Parametrii principali ai unui procesor:

1. Frecvența de ceas (Clock Speed):
   • Este măsurată în GHz (gigahertz) și indică numărul de cicluri de instrucțiuni pe care procesorul le poate efectua într-o secundă. La o frecvență de 3 GHz CPU poate efectua 3 miliarde de cicluri pe secundă.
2. Numărul de nuclee (Cores):
   • Un procesor modern poate avea mai multe nuclee, fiecare dintre ele fiind capabil să execute instrucțiuni în mod independent. Un procesor cu mai multe nuclee poate efectua mai multe sarcini simultan. Ex: procesoare dual-core, quad-core, hexa-core, octa-core.
3. Tehnologia de fabricație:
   • Se referă la dimensiunea tranzistoarelor din procesor, măsurată în nanometri (nm). Procesoarele moderne folosesc tehnologii de fabricație de 7nm, 5nm sau chiar mai mici, ceea ce permite mai multe tranzistoare pe un cip și, în general, o eficiență energetică mai bună și o putere de calcul mai mare.
4. Cache:
   • Cache-ul este împărțit în niveluri (L1, L2, L3), fiecare având viteze și dimensiuni diferite. Cache-ul L1 este cel mai rapid, dar are dimensiunea cea mai mică, în timp ce cache-ul L3 este mai mare, dar mai lent în comparație cu L1.

Procesorul cu un nucleu (1 core ) funcționează conform arhitecturii von Neumann:

Datele de la intrare sunt aduse în memorie apoi sunt procesate cu unitatea de comandă și unitatea aritmetico logică iar rezultatul este depus înapoi în memorie ca să fie prezentat la ieșire (vezi imaginea de mai sus). Unitatea de comandă (C.U.) funcționează ca un polițist de trafic comandând aducerea datelor din memorie și depunerea înapoi a rezultatului iar unitatea aritmetică și logică (A.L.U.) face calcule matematice.

Procesoarele multi core au mai multe unități de comandă C.U. și unități aritmetico-logice A.L.U. care funcționează împreună executând mai multe procese în același timp. Această funcționare se numește procesare paralelă.

Cum este produs un procesor:

Întrebări:

1. Ce este microprocesorul?
2. Cine și când a inventat primul procesor?
3. Ce este frecvența și ce înseamnă ea pentru procesor?
4. Dați exemple de procesoare și firme producătoare (nu toate, doar câteva).
5. Ce înseamnă tehnologia multi core?
6. Cum se numește procesorul plăcii video și cum se deosebește de C.P.U.?
7. Ce fel de date păstrează în ea memoria CACHE?
8. Care este deosebirea dintre procesoarele multi core și cele cu un singur nucleu?