Instruktor: W tej
lekcji porozmawiamy o architekturach procesorów.
CPU lub jednostka centralna, która zwykle nazywana
jest po prostu procesorem, jest urządzeniem, które
będzie mózgiem komputera i służy do wykonywania
różnych kodów programów, które istnieją w oprogramowaniu
lub oprogramowaniu układowym.
Mówi to komputerowi dokładnie, jak ma wykonywać swoją pracę dla
dowolnego typu funkcji, którą chcesz wykonać.
Zasadniczo procesor wykonuje podstawowe operacje
na każdej instrukcji.
Procesor najpierw pobierze tę instrukcję, pobierze
następną instrukcję w sekwencji z pamięci
systemowej lub pamięci podręcznej
wewnątrz procesora, która jest zasadniczo
bardzo szybkim rodzajem pamięci.
Następnie jednostka sterująca lub procesor
będzie w stanie zdekodować każdą z tych instrukcji,
a następnie wykonać ją lub przekazać
do jednostki pomocniczej, która pomoże jej
wykonać ten proces.
Na przykład, w wielu procesorach istnieją takie
elementy jak jednostka zmiennoprzecinkowa lub jednostka
arytmetyczno-logiczna, które mogą być
używane do wykonywania różnych instrukcji w zależności od typu kodu i typu
uruchamianej instrukcji.
Następnie, gdy procesor zakończy
wykonywanie tej instrukcji, wyśle te informacje
z powrotem do rejestru, pamięci podręcznej lub pamięci,
aby można je było przechowywać i wykorzystywać później
przez system podczas wykonywania
programu lub prezentować swoje
dane wyjściowe użytkownikowi, aby mógł podjąć działania.
Jest to podstawowy sposób działania procesorów
na płycie głównej i wewnątrz komputera.
Teraz, gdy spojrzymy na sam procesor,
ma on swoją własną architekturę.
I podobnie jak płyta główna
ma obudowę, która definiuje jej możliwości,
architektura procesora zdefiniuje
jego możliwości.
Istnieją trzy główne architektury,
które można napotkać
w terenie jako technik.
Pierwszy z nich znany jest jako X86.
Obecnie X86 jest również czasami nazywany 32-bitowym zestawem
instrukcji IA-32 lub architektury Intel.
Wynika to z faktu, że X86 został pierwotnie opracowany przez firmę
Intel dla niektórych z pierwszych
komputerów PC w latach 70. i 80. ubiegłego wieku.
Z biegiem czasu komputery przeszły
od 8-bitowych, przez 16-bitowe, do 32-bitowych, a po drodze
Intel stworzył kompatybilność wsteczną
i wszystkie te systemy
stały się znane jako generacja procesorów X86.
A to dlatego, że pierwsze procesory
używane w komputerach przez
Intela nazywały się serią 8086.
Kolejna seria to 286, potem 386,
potem 486, potem 586 i w tym momencie
zaczęto używać
nazw marek, takich jak
Celeron, Pentium i tym podobnych.
Tak czy inaczej, wszystkie te
urządzenia były pierwotnie wyposażone w procesory
X86 i tak było aż do momentu
przejścia na procesory 64-bitowe.
Gdy przeszliśmy na procesory 64-bitowe,
zaczęliśmy nazywać je procesorami X64
lub architekturą X64.
Za każdym razem, gdy widzisz X64 jako zestaw instrukcji,
oznacza to, że rozszerzyliśmy zestaw instrukcji
X86 lub 32-bitowych, aby móc obsługiwać
operacje 64-bitowe.
Jest to ważna rzecz do zrozumienia,
ponieważ gdy mamy do czynienia z procesorami 32-bitowymi,
które są procesorami X86, mogą one obsługiwać
tylko maksymalną ilość pamięci RAM wynoszącą
cztery gigabajty.
Fizycznie nie mogą zaadresować
niczego większego niż cztery gigabajty,
ponieważ do adresowania dostępne są tylko 32 bity.
A jeśli weźmiemy 2 do 32 potęgi, otrzymamy
około 4 miliardów bitów, czyli około
czterech gigabajtów.
Widać więc, dlaczego ważne było dla nas
wyjście poza procesor X86, ponieważ cztery
gigabajty pamięci RAM to naprawdę
niewiele w nowoczesnych systemach.
W rzeczywistości byłoby
to obecnie uważane za system o bardzo niskiej pamięci.
Większość komputerów posiada 8, 16, 32 lub nawet
64 gigabajty pamięci RAM jako główną
pamięć systemową.
Aby móc zająć się tym wszystkim,
trzeba przejść na 64-bitowy zestaw instrukcji
przy użyciu procesora X64.
Często słyszy się, że jest to określane
na podstawie nazwy marki, AMD64 lub Intel 64, w zależności od tego, który model
jest produkowany przez danego
producenta.
Oba są jednak uważane za architektury oparte na X64 dla
tego konkretnego procesora.
Kolejną ważną rzeczą, o której
należy pamiętać, jeśli chodzi o systemy 64-bitowe
i 32-bitowe, jest fakt, że systemy
32-bitowe mogą uruchamiać tylko programy
32-bitowe, ale procesory 64-bitowe mogą uruchamiać programy 64-bitowe
i 32-bitowe, ponieważ są w pełni
kompatybilne wstecz.
Z tego powodu większość
systemów, z którymi można się obecnie zetknąć,
będzie oparta na procesorach X64, ponieważ są one szeroko
stosowane na rynku komputerów PC i są szeroko obsługiwane
przez system Windows i wszystkie jego warianty.
Trzecim typem procesora, na który można
się natknąć, jest tak zwany procesor ARM.
ARM oznacza zaawansowane maszyny RISC, a RISC
to właściwie akronim, który zapisuje
się jako R-I-S-C, czyli komputer
ze zredukowanym zestawem instrukcji.
ARM przez długi czas był używany w urządzeniach
o niskim poborze mocy, takich
jak tablety, telefony komórkowe i tym podobne.
Ale na początku lat 2020-tych Apple
zdecydowało się wypuścić nową serię procesorów
do swoich komputerów stacjonarnych
i laptopów, które również wykorzystywały układy ARM i są one
znane jako seria M1, M1 Pro, M1 Max,
a teraz nowsze wychodzą
z serią M2 i nie tylko.
Wszystkie te elementy są
teraz przenoszone do zestawu instrukcji
ARM, ponieważ ARM pozwala na robienie bardzo specjalnych
rzeczy, których nie można zrobić w procesorze opartym na X86 lub X64.
Najważniejszym z nich
jest wydłużona żywotność baterii.
ARM w rzeczywistości wytwarza znacznie
mniej ciepła, aby być w stanie wykonać wszystkie
te same obliczenia, co procesor oparty na X64 lub X86, a to faktycznie
oszczędza dużo energii baterii i dużo
chłodzenia.
Jest więc bardzo popularny w konfiguracjach z układami scalonymi,
takich jak inteligentne telewizory, inteligentne
głośniki i inne urządzenia, a także nowsze laptopy.
Tak więc, gdy używasz czegoś,
co nie jest oparte na systemie Windows,
takiego jak urządzenie Apple, Chromebook,
a nawet telefon lub tablet z Androidem, mają
one tendencję do używania procesorów opartych
na architekturze ARM zamiast X64 lub X86 ze względu na
dłuższą żywotność baterii i niższe
zużycie energii, które wytwarza mniej
ciepła wewnątrz urządzenia.
Teraz, gdy spojrzymy na procesor oparty na architekturze RISC lub
ARM w porównaniu z procesorem opartym na architekturze X64 lub X86, mamy
do czynienia ze zredukowanym zestawem instrukcji
zamiast z pełnym złożonym zestawem instrukcji.
Może się wydawać, że zmniejsza to możliwości,
ale tak nie jest.
W przypadku korzystania z systemu opartego
na RISC, te systemy RISC wykorzystują mniejszą liczbę instrukcji,
aby móc wykonać to samo zadanie, ale polegają
bardziej na kodzie, aby móc to zrobić.
Pozwala to każdemu fragmentowi kodu wewnątrz tego RISC
wykonać więcej rzeczy przy mniejszej ilości kodu,
co powoduje mniejsze zużycie energii i dłuższą
żywotność baterii.
Wraz z dalszym rozwojem komputerów, procesory
oparte na architekturze RISC i ARM staną się coraz bardziej
popularne w szerokiej gamie systemów,
w tym w komputerach stacjonarnych
i laptopach.
I to już zaczyna trafiać do środowiska
Windows, ponieważ teraz zaczynają
oferować wersje Windows 11, które będą obsługiwać
procesor oparty na architekturze ARM.
Gdy wyjdzie z wersji beta i wejdzie do ogólnej produkcji, zobaczymy większą
liczbę komputerów stacjonarnych i laptopów korzystających
z ARM, wykraczającą poza używanie ich tylko w systemach Apple.