الأداة أبسط من الآلة. في كثير من الأحيان يتم تشغيل الأداة يدويًا، ويتم تشغيل الآلة بقوة البخار أو الحيوان.

تشارلز باباج

يمكن أيضًا تسمية الكمبيوتر بالآلة، فقط بدلاً من الطاقة البخارية توجد كهرباء. لكن البرمجة جعلت الكمبيوتر بسيطًا مثل أي أداة.

المعالج هو قلب/عقل أي جهاز كمبيوتر. والغرض الرئيسي منه هو العمليات الحسابية والمنطقية، وقبل الغوص في غابة المعالج، عليك أن تفهم مكوناته الرئيسية ومبادئ عملها.

مكونان رئيسيان للمعالج

جهاز التحكم

تساعد وحدة التحكم (CU) المعالج على التحكم وتنفيذ التعليمات. يخبر التحكم المكونات بالضبط بما يجب القيام به. بناءً على التعليمات، فإنه ينسق مع أجزاء أخرى من الكمبيوتر، بما في ذلك المكون الرئيسي الثاني، وحدة المنطق الحسابي (ALU). يتم إرسال جميع التعليمات أولاً إلى جهاز التحكم.

هناك نوعان من تنفيذ التحكم:

• نظام التحكم على أساس المنطق الصعب(الإنجليزية: وحدات التحكم الصلبة). يتم تحديد طبيعة العمل من خلال الهيكل الكهربائي الداخلي – تصميم لوحة الدوائر المطبوعة أو الكريستال. وبناء على ذلك، فإن تعديل نظام التحكم هذا دون تدخل مادي أمر مستحيل.
• وحدة التحكم مع التحكم بالبرامج الدقيقة(وحدات التحكم القابلة للبرمجة الدقيقة). يمكن برمجتها لأغراض معينة. يتم تخزين جزء البرنامج في ذاكرة وحدة التحكم.

تعد وحدة التحكم ذات المنطق الثابت أسرع، لكن وحدة التحكم ذات التحكم في البرنامج الصغير تتمتع بوظائف أكثر مرونة.

وحدة المنطق الحسابية

ومن الغريب أن هذا الجهاز يقوم بجميع العمليات الحسابية والمنطقية، مثل الجمع والطرح والعمليات المنطقية وما إلى ذلك. ويتكون ALU من عناصر منطقية تقوم بهذه العمليات.

تحتوي معظم البوابات المنطقية على مدخلين ومخرج واحد.

فيما يلي دائرة نصف الأفعى التي تحتوي على مدخلين ومخرجين. A وB هنا مدخلات، S هو مخرج، C هو حمل (إلى الرقم الأكثر أهمية).

الدائرة الحسابية النصفية

تخزين المعلومات - السجلات والذاكرة

كما ذكرنا سابقًا، يقوم المعالج بتنفيذ الأوامر التي يتلقاها. تعمل الأوامر في معظم الحالات مع البيانات، والتي يمكن أن تكون وسيطة أو إدخال أو إخراج. يتم تخزين كل هذه البيانات مع التعليمات في السجلات والذاكرة.

السجلات

السجل هو الحد الأدنى لخلية ذاكرة البيانات. تتكون السجلات من قلابات (مزالج/زحافات). تتكون المشغلات بدورها من عناصر منطقية ويمكنها تخزين بت واحد من المعلومات.

ملحوظة ترجمة

يمكن أن تكون المشغلات متزامنة أو غير متزامنة. يمكن للوحدات غير المتزامنة تغيير حالتها في أي وقت، والوحدات المتزامنة فقط أثناء الهبوط الإيجابي/السلبي عند مدخل المزامنة.

• وفقًا للغرض الوظيفي منها، تنقسم المشغلات إلى عدة مجموعات:
• مشغل RS: يحتفظ بحالته عند مستويات الصفر على كلا المدخلين ويغيرها عند ضبط أحد المدخلات على واحد (إعادة الضبط/الضبط).
• JK flip-flop: مطابق لـ RS flip-flop، إلا أنه عندما يتم تزويد الوحدات بمدخلين في وقت واحد، فإن flip-flop يغير حالته إلى العكس (وضع العد).
• T-flip-flop: يعكس حالته في كل دورة على مدار الساعة عند مدخله الوحيد.

D-flip-flop: يتذكر حالة الإدخال في لحظة المزامنة. زحافات D غير المتزامنة لا معنى لها.

ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ليست مناسبة لتخزين البيانات المتوسطة، لأنها ستؤدي إلى إبطاء المعالج. يتم إرسال البيانات المتوسطة إلى المسجلين عبر الناقل. يمكنهم تخزين الأوامر وإخراج البيانات وحتى عناوين خلايا الذاكرة.

مبدأ تشغيل مشغل RS

ذاكرة رام)

ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي، ذاكرة الوصول العشوائي الإنجليزية) هي مجموعة كبيرة من نفس هذه السجلات المتصلة معًا. ذاكرة هذا التخزين غير مستقرة وتختفي البيانات من هناك عند إيقاف تشغيل الطاقة. تستقبل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) عنوان خلية الذاكرة التي يجب وضع البيانات فيها، والبيانات نفسها، وعلامة الكتابة/القراءة التي تقوم بتنشيط التقلبات.

ملحوظة ترجمة

يمكن أن تكون ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ثابتة وديناميكية - SRAM وDRAM، على التوالي. في الذاكرة الساكنة، تكون الخلايا قلابة، وفي الذاكرة الديناميكية، تكون الخلايا مكثفات. SRAM أسرع وDRAM أرخص.

• الأوامر (التعليمات)الأوامر هي الإجراءات الفعلية التي يجب على الكمبيوتر تنفيذها. أنها تأتي في عدة أنواع:
• علم الحساب: الجمع، الطرح، الضرب، الخ.
• دعابة الدماغ: AND (الضرب/الربط المنطقي)، OR (المجموع/الانفصال المنطقي)، النفي، إلخ.
• معلومة: النقل والإدخال والإخراج والتحميل والتخزين.
• أوامر القفز: انتقل إلى إذا ... انتقل إلى الاتصال والعودة.

أمر التوقف

يتم توفير التعليمات للكمبيوتر بلغة التجميع أو يتم إنشاؤها بواسطة مترجم لغة عالي المستوى.

في المعالج، يتم تنفيذ التعليمات في الأجهزة. في دورة ساعة واحدة، يمكن للمعالج أحادي النواة تنفيذ تعليمات أولية (أساسية) واحدة.

عادة ما تسمى مجموعة التعليمات بمجموعة التعليمات.

قطع مسافة السباق وحدة المعالجة المركزية

يتم تحديد سرعة الكمبيوتر من خلال سرعة ساعة المعالج الخاص به. تردد الساعة - عدد دورات الساعة (على التوالي، للأوامر المنفذة) في الثانية.

يتم قياس تردد المعالجات الحالية بالجيجاهرتز (Gigahertz). 1 جيجا هرتز = 10⁹ هرتز - مليار عملية في الثانية.

لتقليل وقت تنفيذ البرنامج، تحتاج إما إلى تحسينه (تقليله) أو زيادة تردد الساعة. تتمتع بعض المعالجات بالقدرة على زيادة التردد (رفع تردد تشغيل المعالج)، لكن مثل هذه الإجراءات تؤثر فعليًا على المعالج وغالبًا ما تسبب ارتفاع درجة الحرارة والفشل.

تنفيذ التعليمات

يتم تخزين التعليمات في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بترتيب تسلسلي. بالنسبة للمعالج الافتراضي، تتكون التعليمات من كود التشغيل وعنوان الذاكرة/التسجيل. يوجد داخل جهاز التحكم سجلان للتعليمات حيث يتم تحميل رمز التعليمات وعنوان التعليمات المنفذة حاليًا. يحتوي المعالج أيضًا على سجلات إضافية تخزن آخر 4 بتات من التعليمات المنفذة.

وفيما يلي مثال لمجموعة من الأوامر التي تجمع رقمين:

1. التحميل_أ 8 . يقوم هذا الأمر بتخزين البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، على سبيل المثال،<1100 1000>. أول 4 بتات هي رمز التشغيل. هو الذي يحدد التعليمات. يتم وضع هذه البيانات في سجلات التعليمات الخاصة بوحدة التحكم. يتم فك تشفير الأمر في تعليمات Load_A - ضع البيانات 1000 (آخر 4 بتات من الأمر) في السجل A.
2. التحميل_ب 2 . الوضع مشابه للوضع السابق. يؤدي هذا إلى وضع الرقم 2 (0010) في السجل B.
3. أضف ب أ . يقوم الأمر بجمع رقمين (بتعبير أدق، يضيف قيمة السجل B للتسجيل A). تطلب وحدة التحكم من وحدة ALU إجراء عملية الإضافة وإعادة النتيجة إلى السجل A.
4. المتجر_أ23 . نقوم بحفظ قيمة السجل A في خلية الذاكرة بالعنوان 23.

هذه هي العمليات اللازمة لإضافة رقمين.

إطار العجلة

يتم نقل جميع البيانات بين المعالج والسجلات والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج (أجهزة الإدخال / الإخراج) عبر الناقلات. لتحميل البيانات التي تمت معالجتها حديثًا إلى الذاكرة، يضع المعالج عنوانًا على ناقل العناوين والبيانات على ناقل البيانات. فأنت بحاجة إلى منح الإذن بالكتابة في ناقل التحكم.

مخبأ

لدى المعالج آلية لتخزين التعليمات في ذاكرة التخزين المؤقت. كما اكتشفنا سابقًا، يستطيع المعالج تنفيذ مليارات التعليمات في ثانية واحدة. لذلك، إذا تم تخزين كل تعليمات في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، فإن استرجاعها من هناك سيستغرق وقتًا أطول من معالجتها. لذلك، لتسريع العملية، يقوم المعالج بتخزين جزء من التعليمات والبيانات في ذاكرة التخزين المؤقت.

إذا كانت البيانات الموجودة في ذاكرة التخزين المؤقت والذاكرة غير متطابقة، فسيتم تمييزها بوحدات بت قذرة.

تدفق التعليمات

يمكن للمعالجات الحديثة معالجة تعليمات متعددة بالتوازي. أثناء وجود إحدى التعليمات في مرحلة فك التشفير، قد يكون لدى المعالج الوقت لتلقي تعليمات أخرى.

ومع ذلك، فإن هذا الحل مناسب فقط لتلك التعليمات المستقلة عن بعضها البعض.

إذا كان المعالج متعدد النواة، فهذا يعني أنه يضم في الواقع عدة معالجات منفصلة مع بعض الموارد المشتركة، مثل ذاكرة التخزين المؤقت.

المعالجات الحديثة لها شكل مستطيل صغير، يتم تقديمه على شكل رقاقة سيليكون. اللوحة نفسها محمية بغطاء خاص مصنوع من البلاستيك أو السيراميك. جميع الدوائر الرئيسية محمية، وبفضلها يتم التشغيل الكامل لوحدة المعالجة المركزية. إذا كان كل شيء بسيط للغاية في المظهر، فماذا عن الدائرة نفسها وكيف تم تصميم المعالج؟ دعونا ننظر إلى هذا بمزيد من التفصيل.

تتكون وحدة المعالجة المركزية من عدد صغير من العناصر المختلفة. يقوم كل منهم بإجراءاته الخاصة، ويتم نقل البيانات والتحكم. اعتاد المستخدمون العاديون على التمييز بين المعالجات من خلال سرعة الساعة وحجم ذاكرة التخزين المؤقت والنوى. ولكن هذا ليس كل ما يضمن التشغيل الموثوق والسريع. يجدر إيلاء اهتمام خاص لكل مكون.

بنيان

غالبًا ما يختلف التصميم الداخلي لوحدات المعالجة المركزية عن بعضها البعض؛ فكل عائلة لديها مجموعة خاصة بها من الخصائص والوظائف - وهذا ما يسمى بنيتها المعمارية. يمكن رؤية مثال لتصميم المعالج في الصورة أدناه.

لكن الكثيرين معتادون على معنى مختلف قليلاً من خلال بنية المعالج. إذا نظرنا إليها من وجهة نظر برمجية، فسيتم تعريفها من خلال قدرتها على تنفيذ مجموعة معينة من الأكواد. إذا قمت بشراء وحدة المعالجة المركزية الحديثة، فمن المرجح أن تكون بنية x86.

النوى

الجزء الرئيسي من وحدة المعالجة المركزية يسمى النواة، وهو يحتوي على جميع الكتل الضرورية، ويقوم أيضًا بتنفيذ المهام المنطقية والحسابية. إذا نظرت إلى الشكل أدناه، يمكنك أن ترى كيف تبدو كل كتلة وظيفية للنواة:

1. وحدة جلب التعليمات.هنا يتم التعرف على التعليمات من خلال العنوان الموضح في عداد البرنامج. يعتمد عدد القراءة المتزامنة للأوامر بشكل مباشر على عدد وحدات فك التشفير المثبتة، مما يساعد على تحميل كل دورة عمل بأكبر عدد من التعليمات.
2. توقع التحولهو المسؤول عن التشغيل الأمثل لوحدة جلب التعليمات. فهو يحدد تسلسل التعليمات التي سيتم تنفيذها، وتحميل خط أنابيب النواة.
3. وحدة فك التشفير.هذا الجزء من النواة مسؤول عن تحديد عمليات معينة لأداء المهام. مهمة فك التشفير نفسها صعبة للغاية بسبب حجم التعليمات المتغير. تحتوي أحدث المعالجات على العديد من هذه الكتل في قلب واحد.
4. وحدات أخذ عينات البيانات.يأخذون المعلومات من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) أو ذاكرة التخزين المؤقت. يقومون بالضبط بأخذ عينات من البيانات الضرورية في هذه اللحظة لتنفيذ التعليمات.
5. كتلة التحكم.الاسم نفسه يتحدث كثيرًا عن أهمية هذا المكون. في القلب، هو العنصر الأكثر أهمية، لأنه يوزع الطاقة بين جميع الكتل، مما يساعد على تنفيذ كل إجراء في الوقت المحدد.
6. وحدة لحفظ النتائج.مصممة للتسجيل بعد الانتهاء من معالجة التعليمات في ذاكرة الوصول العشوائي. تم تحديد عنوان التخزين في المهمة قيد التشغيل.
7. عنصر العمل مع الانقطاعات.وحدة المعالجة المركزية قادرة على القيام بمهام متعددة بفضل وظيفة المقاطعة، والتي تسمح لها بإيقاف تقدم أحد البرامج عن طريق التبديل إلى تعليمات أخرى.
8. السجلات.يتم تخزين النتائج المؤقتة للتعليمات هنا؛ ويمكن تسمية هذا المكون بذاكرة الوصول العشوائي السريعة الصغيرة. في كثير من الأحيان لا يتجاوز حجمه عدة مئات من البايتات.
9. عداد الأوامر.يقوم بتخزين عنوان التعليمات التي سيتم استخدامها في دورة المعالج التالية.

نظام الحافلات

يقوم ناقل نظام وحدة المعالجة المركزية بتوصيل الأجهزة المضمنة في الكمبيوتر. هو وحده الذي يرتبط به مباشرة؛ أما العناصر المتبقية فترتبط من خلال وحدات تحكم مختلفة. تحتوي الحافلة نفسها على العديد من خطوط الإشارة التي يتم من خلالها نقل المعلومات. يحتوي كل خط على بروتوكول خاص به، والذي يوفر الاتصال عبر وحدات التحكم مع مكونات الكمبيوتر الأخرى المتصلة. للحافلة تردد خاص بها، وكلما زاد ارتفاعها، زادت سرعة تبادل المعلومات بين عناصر الاتصال في النظام.

الذاكرة المؤقتة

يعتمد أداء وحدة المعالجة المركزية على قدرتها على جلب التعليمات والبيانات من الذاكرة في أسرع وقت ممكن. بسبب ذاكرة التخزين المؤقت، يتم تقليل وقت تنفيذ العمليات بسبب حقيقة أنها تعمل كمخزن مؤقت، مما يضمن النقل الفوري للبيانات من وحدة المعالجة المركزية إلى ذاكرة الوصول العشوائي أو العكس.

السمة الرئيسية للذاكرة المؤقتة هي اختلاف مستوياتها. إذا كانت عالية، فهذا يعني أن الذاكرة أبطأ وأكثر ضخامة. أسرع وأصغر ذاكرة هي المستوى الأول. مبدأ تشغيل هذا العنصر بسيط للغاية - تقوم وحدة المعالجة المركزية بقراءة البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وإدخالها في ذاكرة التخزين المؤقت من أي مستوى، مع حذف المعلومات التي تم الوصول إليها منذ فترة طويلة. إذا احتاج المعالج إلى هذه المعلومات مرة أخرى، فسوف يستقبلها بشكل أسرع بفضل المخزن المؤقت.

المقبس (الموصل)

نظرا لحقيقة أن المعالج لديه موصل خاص به (أنثى أو فتحة)، يمكنك استبداله بسهولة في حالة كسر جهاز الكمبيوتر الخاص بك أو ترقيته. بدون مقبس، سيتم لحام وحدة المعالجة المركزية ببساطة في اللوحة الأم، مما يجعل الإصلاحات اللاحقة أو الاستبدال أكثر صعوبة. يجدر الانتباه - كل فتحة مخصصة حصريًا لتثبيت معالجات معينة.

في كثير من الأحيان، يشتري المستخدمون عن غير قصد معالجًا ولوحة أم غير متوافقين، مما يسبب مشاكل إضافية.

في الوقت الحاضر، يوجد الكثير من المعلومات على الإنترنت حول موضوع المعالجات، ويمكنك العثور على مجموعة من المقالات حول كيفية عملها، حيث يتم ذكر السجلات والساعات والمقاطعات وما إلى ذلك بشكل أساسي... ولكن بالنسبة لشخص هو لست على دراية بكل هذه المصطلحات والمفاهيم، فمن الصعب جدًا مثل هذه الذبابة" فهم العملية، ولكن عليك أن تبدأ صغيرًا - أي بفهم أساسي كيف يعمل المعالج وما هي الأجزاء الرئيسية التي يتكون منها.

فماذا سيكون داخل المعالج الدقيق إذا قمت بتفكيكه:

يشير الرقم 1 إلى السطح المعدني (الغطاء) للمعالج الدقيق، والذي يعمل على إزالة الحرارة والحماية من التلف الميكانيكي لما يوجد خلف هذا الغطاء (أي داخل المعالج نفسه).

في رقم 2 توجد البلورة نفسها، وهي في الواقع الجزء الأكثر أهمية والأكثر تكلفة في تصنيع المعالج الدقيق. وبفضل هذه البلورة تتم جميع العمليات الحسابية (وهذه هي الوظيفة الأكثر أهمية للمعالج) وكلما كانت أكثر تعقيدًا، كلما كانت مثالية، كلما كان المعالج أقوى وأكثر تكلفة، وفقًا لذلك . البلورة مصنوعة من السيليكون. في الواقع، عملية التصنيع معقدة للغاية وتحتوي على عشرات الخطوات، المزيد من التفاصيل في هذا الفيديو:

الرقم 3 عبارة عن ركيزة خاصة من القماش يتم ربط جميع الأجزاء الأخرى من المعالج بها بالإضافة إلى ذلك، فهو يلعب دور لوحة الاتصال - يوجد على جانبه الخلفي عدد كبير من "النقاط" الذهبية - وهي جهات اتصال (وهي يمكن رؤيته قليلاً في الشكل). بفضل لوحة الاتصال (الركيزة)، يتم ضمان التفاعل الوثيق مع البلورة، لأنه ليس من الممكن التأثير بشكل مباشر على البلورة بأي شكل من الأشكال.

يتم تثبيت الغطاء (1) بالركيزة (3) باستخدام مادة لاصقة مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. لا توجد فجوة هوائية بين البلورة (2) والغطاء؛ ويأخذ المعجون الحراري مكانه؛ فعندما يتصلب يشكل "جسرًا" بين كريستال المعالج والغطاء، مما يضمن نقلًا جيدًا للحرارة.

يتم توصيل البلورة بالركيزة باستخدام اللحام ومانع التسرب، ويتم توصيل جهات اتصال الركيزة بجهات اتصال البلورة. يوضح هذا الشكل بوضوح كيفية توصيل جهات الاتصال البلورية بجهات اتصال الركيزة باستخدام أسلاك رفيعة جدًا (التكبير 170x في الصورة):

بشكل عام، يمكن أن يختلف تصميم المعالجات من مختلف الشركات المصنعة وحتى النماذج من نفس الشركة المصنعة بشكل كبير. ومع ذلك، يظل مبدأ التشغيل هو نفسه - لديهم جميعا ركيزة اتصال، بلورة (أو عدة موجودة في حالة واحدة) وغطاء معدني لإزالة الحرارة.

على سبيل المثال، هذا ما تبدو عليه ركيزة الاتصال لمعالج Intel Pentium 4 (المعالج مقلوب رأسًا على عقب):

يعتمد شكل جهات الاتصال وبنية ترتيبها على المعالج واللوحة الأم للكمبيوتر (يجب أن تتطابق المقابس). على سبيل المثال، في الصورة أعلاه، جهات اتصال المعالج بدون "دبابيس"، حيث أن المسامير موجودة مباشرة في مقبس اللوحة الأم.

وهناك موقف آخر حيث تبرز "دبابيس" جهات الاتصال مباشرة من ركيزة جهة الاتصال. هذه الميزة نموذجية بشكل أساسي لمعالجات AMD:

كما ذكر أعلاه، قد يختلف تصميم نماذج مختلفة من المعالجات من نفس الشركة المصنعة، لدينا مثال صارخ على ذلك - معالج Intel Core 2 Quad رباعي النواة، وهو في الأساس معالجان ثنائي النواة من خط Core 2 Duo؛ ، مجتمعة في حالة واحدة:

مهم! عدد البلورات داخل المعالج وعدد نوى المعالج ليسا نفس الشيء.

النماذج الحديثة من معالجات Intel تناسب بلورتين (رقائق) في وقت واحد. الشريحة الثانية - النواة الرسومية للمعالج، تلعب بشكل أساسي دور بطاقة الفيديو المضمنة في المعالج، أي أنه حتى لو كان النظام مفقودًا، فإن النواة الرسومية ستأخذ دور بطاقة الفيديو، وهي تمامًا واحدة قوية في ذلك (في بعض نماذج المعالجات، تتيح لك القوة الحاسوبية لنوى الرسومات تشغيل الألعاب الحديثة على إعدادات الرسومات المتوسطة).

هذا كل شئ جهاز المعالجات الدقيقة المركزيةباختصار بالطبع.

تهدف هذه المقالة المرجعية إلى منع القراء من الخلط بين المصطلحات والمختصرات التي لا نهاية لها والتي تطغى على أي تحليل ذي معنى للمعالجات وبنيتها. من المستحيل كتابة مثل هذه المقالات دون مصطلحات خاصة، وإلا فإنها ستتحول إلى فوضى مجازية يمكن استخلاص أي استنتاج منها باستثناء الاستنتاج الصحيح. لتحديد ما يعنيه المؤلف بالضبط بهذه الكلمة أو الاختصار المحدد أو تلك، دون التذكير به في كل مرة، تمت كتابة الموسوعة. كما أنه مفيد لدراسة الرسوم التوضيحية الموضوعية، والتي توجد بكثرة في مقالات المعالج والعروض التقديمية وتكون مكتوبة في معظم الحالات باللغة الإنجليزية.

لاحظ أن الموسوعة لا تحل محل المقالات الأخرى ذات الطبيعة العامة، ولكنها تكملها (على سبيل المثال، "معالجات سطح المكتب الحديثة لبنية x86: المبادئ العامة للتشغيل") والتحليلات حول قضايا محددة (على سبيل المثال، "على سعة البت في المعالجات" و"طرق زيادة أداء الحوسبة"). يتم تقديم وصف موجز فقط هنا، ولكن ليس للمصطلحات الفردية، ولكن لكل ما يمكن مواجهته تقريبًا - باستثناء المصطلحات النادرة جدًا والتي عفا عليها الزمن.

ولأسباب تاريخية، لم تنشأ معظم هذه المصطلحات باللغة الإنجليزية فحسب، بل لم تحصل على ترجمة ثابتة في معظمها. إذا كانت موجودة، فسيتم الإشارة إليها بعد الأصل - وإلا فسيتم تقديم ترجمة حرفية (بين قوسين) ونسخة المؤلف. يتم تزويد كافة المصطلحات بروابط HTML محلية تحمل نفس الاسم أسفل الأيقونة، والتي يمكن ربطها من صفحات أخرى.

بعض الاختصارات لها عدة معانٍ، وبالتالي تظهر في عدة أقسام. يتم فرز الأقسام نفسها ليس أبجديًا، ولكن بشكل ترابطي - على سبيل المثال، يتم سرد مراحل خط الأنابيب بالترتيب الذي تحدث به بالفعل في المعالج. وبالتالي، على عكس الكتب المرجعية المصنفة أبجديًا، يمكن أيضًا قراءة إدخالات القاموس هذه مرة أخرى.

يتم تحديث الموسوعة وتحديثها باستمرار (تاريخ آخر تحديث في النهاية) وتحتوي حاليًا على 234 مصطلحًا (باستثناء الترجمات والمرادفات).

الأحكام العامة ونماذج الحوسبة

المعالج (المعالج)، المعالج- جزء الكمبيوتر الذي يعالج البيانات. يتم التحكم فيها بواسطة برنامج أو دفق - سلسلة من الملفات المشفرة . جسديا هو واحد. ويعمل بتردد معين، وهو ما يعني عدد الدورات في الثانية الواحدة. في كل دورة ساعة، يقوم المعالج ببعض الأعمال المفيدة. بشكل افتراضي، المعالج هو .

المعالج المساعد، المعالج المساعد- متخصصة (على سبيل المثال، حقيقية أو طرفية)، تعالج بيانات من نوع واحد فقط، ولكن بشكل أسرع مما يمكن القيام به بفضل جهاز محسّن. يمكن أن يكون منفصلاً أو جزءًا من وحدة المعالجة المركزية.

جوهر، جوهر- في وحدات المعالجة المركزية أحادية النواة: الجزء الحاسوبي من المعالج المتبقي بعد طرح الهياكل المساعدة (وحدات التحكم في الناقل، وما إلى ذلك). في وحدات المعالجة المركزية متعددة النواة: مجموعة من وحدات المعالجة وذاكرة التخزين المؤقت المجاورة لها، وهي الحد الأدنى المطلوب لأي تنفيذ ومتوفرة بعدة نسخ. يمكن أن تحتوي وحدات المعالجة المركزية متعددة النواة على تقسيم متعدد المستويات للموارد: على سبيل المثال، يمكن دمج النوى ذات ذاكرة التخزين المؤقت المنفصلة في أزواج، مع وجود ذاكرة تخزين مؤقت مشتركة في كل زوج، ويتم دمج الأزواج في معالج مع ذاكرة تخزين مؤقت مشتركة وبقية الكتل. تستخدم AMD في الأنظمة الجديدة تعريف النواة التي تنفذ فقط (وليس الأوامر) للأغراض العامة.

كلمة، كلمة- في الحالة العامة - سلسلة من المعلومات بطول 2 N بايت، حيث العدد الصحيح N>0. حسب المحتوى يمكن أن يكون البيانات أو العنوان أو. يستخدم أحيانًا كمقياس لعمق البت (نصف كلمة، كلمة مزدوجة، وما إلى ذلك) بالإضافة إلى البتات والبايتات. يشير B إلى البيانات ذات 2 بايت.

تعليمات، تعليمات، أمر- جزء أساسي من برنامج المعالج. يحدد الأمر البيانات و/أو العناوين. تنقسم الأوامر الأكثر استخدامًا إلى الأنواع التالية:

الأوامر التي تحمل علامة النجمة هي بيانات ثابتة - فهي تنفذ إجراءاتها باستخدام نفس الخوارزمية، بغض النظر عن النوع. الأوامر التي تغير محتويات البيانات هي أوامر حسابية: في أغلب الأحيان تكون منطقية، ثم، وفي كثير من الأحيان، تكون تحويلات.

المعامل، المعامل- معلمة تشير إلى البيانات الخاصة أو المكان الذي توجد فيه. يمكن أن يحتوي الأمر على صفر إلى عدة معاملات، معظمها صريحة (أي محددة في الأمر)، ولكن يتم استخدام بعضها (مخفي) بشكل افتراضي. لا يتطابق دائمًا عدد المعاملات الصريحة مع عدد وسيطات العملية التي يتم تنفيذها. أنواع المعاملات:

غير مدمرة وغير مدمرة- تنسيق أمر لا تتطلب نتيجته الكتابة فوق أي من الوسائط، وإلا يسمى التنسيق مدمرًا. لكي يكون الأمر غير مدمر، يجب أن تكون الوجهة منفصلة عن جميع المصادر (أي يجب ألا تكون هناك تعديلات ما لم يتم تحديد الوجهة والمصدر صراحةً ليكونا متماثلين). على سبيل المثال، بالنسبة للجمع الأولي، سيتطلب ذلك ثلاثة معاملات - حوض ومصدرين. في حالة وجود معاملين، فإن المجموع سوف يحل محل أحد المصطلحات.

عدد صحيح، كامل، عدد صحيح- المتعلقة بالأعداد الصحيحة. لديهم سعة 1 و 2 و 4 و 8 بايت. وكقاعدة عامة، فهي تشتمل أيضًا على نوع بيانات منطقي يصف مجموعة من البتات. معالجة الأعداد الصحيحة أسهل وأسرع من .

تعويم، FP (النقطة العائمة)، حقيقي- تتعلق بالأعداد الحقيقية (بتعبير أدق، بمجموعتها الفرعية العقلانية ذات النقطة العائمة). لديهم الدقة. تعد معالجة الحقائق أكثر صعوبة وأطول من .

GPR (سجل الأغراض العامة)، RON (سجل الأغراض العامة)- سجل للبيانات العددية أو العناوين المستخدمة للتعليمات الأكثر شيوعا.

ISA (بنية مجموعة التعليمات)- وصف المعالج كنموذج رياضي كما يظهر للمبرمج. يتكون من أوصاف لجميع الأوامر القابلة للتنفيذ، والسجلات المتاحة، والأوضاع، وما إلى ذلك الهياكل والحالات المتاحة للمبرمج. على أساس واحد أو أكثر. بدون تحديد، غالبًا ما يعني مصطلح "الهندسة المعمارية".

العمارة الدقيقة، العمارة الدقيقة- التنفيذ في شكل مخطط كتلة للمعالج، تؤدي كل كتلة منها دورًا أو وظيفة منفصلة وتتكون من صفائف من البوابات المنطقية ("المثيلات") وخطوط تربط بينها. لكل ISA، كقاعدة عامة، هناك العديد من البنى الدقيقة التي تختلف في سرعة تنفيذ التعليمات الفردية والبرنامج بأكمله، وتعقيد وسعر المعالج الناتج، واستهلاك الطاقة لكل عملية، وما إلى ذلك. معظم الكتل والحالات الموصوفة بواسطة البنية الدقيقة هي "شفافة" للمبرمج (أي غير محددة في ISA) وهي ضرورية لتحسين أي خاصية عددية تلقائيًا - السرعة والموثوقية واستهلاك الطاقة وما إلى ذلك. غالبًا ما يُشار إليها بالمصطلح "".

التحميل/التخزين (التحميل/الحفظ مرادفان للقراءة والكتابة)- نموذج تعمل فيه أوامر المعالجة فقط، ويتم تحميل الثوابت وتبادل البيانات بين المعالج والذاكرة بواسطة أوامر منفصلة وأيضًا من خلال السجلات. يتيح لك ذلك تبسيط الجهاز بشكل كبير وتقليل تكلفة المعالج، ولكنه يعقد البرمجة، ويبطئ سرعة التنفيذ لكل دورة على مدار الساعة ويطيل البرنامج. لا تستخدم معظم البنى الحديثة نموذج التحميل/التخزين، مما يسمح لمعظم أو كل التعليمات بمعالجة البيانات الموجودة في السجلات وفي الذاكرة وفي التعليمات نفسها.

RISC (كمبيوتر ذو مجموعة تعليمات مخفضة: كمبيوتر مزود بمجموعة منخفضة من التعليمات)- نموذج معماري مناسب قدر الإمكان للتنفيذ المادي (على عكس): يحتوي المعالج على عدد صغير من التعليمات (عادة ما يصل إلى 200)، معظمها يؤدي إجراءً واحدًا بسيطًا (عادة ليس أكثر تعقيدًا من الضرب) مع قيود كبيرة على سعة البت والموقع ونوع الوسائط (على وجه الخصوص، النموذج المستخدم). نظرًا لبساطته، يتم تنفيذ كل أمر تقريبًا في إجراء واحد، لذلك ليست هناك حاجة إلى المعالج. في أغلب الأحيان، يكون للأوامر نفس الطول (عادةً 4 بايت) والتشفير.

CISC (كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة: كمبيوتر يحتوي على مجموعة معقدة من التعليمات)- نموذج معماري أكثر ملاءمة للبرمجة الفعالة (من حيث العدد) (على عكس): يحتوي المعالج على عدد كبير من التعليمات (المئات)، بما في ذلك الإجراءات المعقدة ذات الوسائط ذات عمق البت والموقع والنوع المختلفين. يتم تنفيذ التعليمات المعقدة كسلسلة من التعليمات البسيطة التي يحتاجها المعالج. الأوامر ذات طول متغير؛ بالمقارنة مع وحدة المعالجة المركزية RISC، فإن الكود أكثر إحكاما من حيث عدد التعليمات والطول الإجمالي. نظرًا لتنوع وتعقيد التعليمات، وعدد أقل من السجلات المعمارية، وتنسيق المعاملات (في كثير من الأحيان)، فإن برمجة وحدة المعالجة المركزية CISC أكثر صعوبة بالنسبة للمترجم من وحدة المعالجة المركزية RISC، ولكن هذا ليس ضروريًا للمبرمج البشري. يجب أن تكون وحدة المعالجة المركزية CISC أكثر تعقيدًا لتحقيق أداء وحدة المعالجة المركزية RISC بنفس التردد.

SIMD (تعليمات واحدة، بيانات متعددة: أمر واحد - الكثير من البيانات)، التوجيه- نموذج التوازي على مستوى البيانات: بالإضافة إلى القيم العددية، هناك أوامر متجهة لمعالجة وسيطات المتجهات التي تجمع بين العديد من القيم العددية الفردية. غالبًا ما تكون نتيجة أمر المتجه متجهًا أيضًا. يتم استخدامه في جميع البنى الحديثة للتنفيذ المريح للمعالجة عالية السرعة عندما يتطلب الأمر إجراءً واحدًا على كمية كبيرة من البيانات. يشير SIMD أيضًا إلى وجود أوامر العناصر المتجهة دون تغيير محتوياتها.

EPIC (حوسبة التعليمات المتوازية بشكل صريح)- نموذج يعمل على تبسيط البنية الدقيقة من خلال التحديد الواضح لـ "حزم" الأوامر التي يمكن إرسالها للتنفيذ في وقت واحد عندما تكون البيانات المطلوبة جاهزة. ينطبق فقط على -المباني، على الرغم من أنه ينطبق نظريًا على . إنه غير مناسب لمعالجة البيانات للأغراض العامة نظرًا للحجم الكبير نسبيًا للتعليمات البرمجية وتعقيد البرمجة الفعالة والتنفيذ على أي خوارزمية، وبالتالي فهو قليل الاستخدام لوحدة المعالجة المركزية، ولكنه يستخدم في بعض و.

GPGPU (وحدة معالجة الرسومات للأغراض العامة: حوسبة للأغراض العامة على وحدة معالجة الرسومات)- برامج لمعالجة البيانات غير الرسومية، والتي تعد خوارزمياتها مناسبة للتنفيذ الفعال ليس فقط على وحدة المعالجة المركزية، ولكن أيضًا على وحدة معالجة الرسومات. يعد إنشاء مثل هذه الخوارزميات أكثر صعوبة نظرًا للقيود الأكبر على وحدة معالجة الرسومات مقارنة بوحدة المعالجة المركزية.

APU (وحدة المعالجة المسرَّعة: وحدة المعالجة المسرَّعة)هو مصطلح AMD يشير إلى معالج ذو بنية للأغراض العامة أو نوى مضمنة، تسمح بنيته بمعالجة بسيطة نسبيًا للبيانات غير الرسومية باستخدام.

SoC (النظام على الشريحة: النظام على الشريحة)- شريحة، تحتوي الشريحة الوحيدة أو الرئيسية منها إما على مراكز وحدة المعالجة المركزية و/أو الذاكرة وأجهزة التحكم في الإدخال/الإخراج. (البلورات المتبقية، إن وجدت، هي ذاكرة.) يتم استخدامها بدلاً من عدة بلورات فردية ذات وظائف عامة مماثلة لتقليل الوزن والحجم وتعقيد التثبيت واستهلاك الطاقة وسعر الجهاز النهائي.

مدمج، مدمج- يشير إلى أجهزة الكمبيوتر والرقائق التي تتحكم في الأجهزة غير الحاسوبية (وغالبًا ما تكون مدمجة فيها فعليًا) و/أو تجمع البيانات من أجهزة الاستشعار. قد يحتوي الكمبيوتر المدمج على واجهة بين الإنسان والآلة، ولكنه يتواصل مع المستخدم بشكل أقل بكثير من الأجهزة الأخرى. تتطلب أجهزة الكمبيوتر هذه موثوقية عالية في ظل مجموعة واسعة من التأثيرات المادية (بما في ذلك التأثيرات القاسية)، وغالبًا ما يكون ذلك على حساب خصائص أخرى (على سبيل المثال، السرعة).

VM (الذاكرة الافتراضية: الذاكرة الافتراضية)- تقنية تسمح لكل برنامج قابل للتنفيذ في بيئة متعددة المهام باستخدام مساحة عنوان متجاورة منفصلة، ​​أكبر من ذاكرة الوصول العشوائي الفعلية المتوفرة، وكذلك تنفيذ التنفيذ الآمن مع عزل البرامج وبياناتها عن بعضها البعض. توجد الذاكرة الظاهرية فعليًا في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وملف مبادلة على وسائط التخزين كبيرة السعة. في وضع الذاكرة الظاهرية، تعمل البرامج.

VA (العنوان الظاهري: العنوان الظاهري)- العنوان الذي يجب إعادة حسابه (ترجمته) على شكل كتل وقبل الاستخدام. يقع كل عنوان افتراضي في شيء موصوف بواسطة واصف ("واصف") بحجم 4 (في وضع وحدة المعالجة المركزية 32 بت) أو 8 بايت (في 64 بت) يحتوي على العنوان الفعلي والنوع وحقوق الوصول للصفحة أو مجموعتها . تشكل الواصفات 512 أو 1024 جدول ترجمة، ويتم دمج الجداول نفسها بواسطة نظام التشغيل في بنية شجرة من 2 إلى 4 طبقات فريدة لكل مهمة. يتم تمرير مرجع إلى الجدول الجذر للشجرة إلى وحدة المعالجة المركزية عند التبديل إلى مهمة جديدة، وبالتالي يتلقى كل منها مساحة عنوان افتراضية منفصلة.

صفحة، صفحة- كتلة أولية من الذاكرة عند تخصيصها لبرنامج ما. تشير البتات الأقل أهمية إلى الإزاحة داخل الصفحة. تحدد البتات المتبقية عنوان البداية (الأساسي) الذي يجب ترجمته. بالنسبة للهندسة المعمارية، غالبا ما يتم استخدام صفحات 4 كيلو بايت، ولكن تتوفر صفحات "كبيرة" أيضا: لوضع 32 بت - 4 ميغابايت، ولوضع 64 بت - 2 ميغابايت و 1 غيغابايت.

أوامر x86 ومجموعاتها

قفل- مجموعة فرعية من الأوامر لتسريع (فك) عمليات التشفير لجميع الأصفار الشائعة، بما في ذلك AES. يتضمن أيضًا مولد أرقام عشوائية للأجهزة يستخدم لبرامج التشفير. تستخدم في وحدات المعالجة المركزية VIA.

CPUID (تعريف وحدة المعالجة المركزية: تعريف وحدة المعالجة المركزية)- أمر لإصدار "جواز سفر المعالج" يدرج جميع الخصائص النوعية والكمية الرئيسية، بما في ذلك مجموعات فرعية من الأوامر المدعومة.

MSR (السجل الخاص بالنموذج: السجل الخاص بالنموذج)- سجل لأغراض خاصة لتكوين الأجهزة لوظيفة أو وضع وحدة المعالجة المركزية. هناك عدة مئات من سجلات MSR في وحدات المعالجة المركزية x86، ويتم تحديد عددها واستخدامها بشكل مستقل عن وحدة المعالجة المركزية. في أغلب الأحيان لا يتوفر لبرامج المستخدم.

- متغير من الأمر الذي يستخدم البيانات الموجودة في الذاكرة كأحد ملفات . يتطلب وجود عنوان المعامل في الذاكرة في الأمر، أو الإشارة إلى مكونات العنوان في السجل (السجلات) والأمر نفسه. في الحالة الأخيرة، يتم تنفيذ العمليات الحسابية على المكونات قبل تحميل المعامل وتنفيذ الإجراء الرئيسي.

- متغير من الأمر الذي يستخدم البيانات الموجودة في الذاكرة كـ . بالإضافة إلى متطلبات أوامر مثل، هناك حاجة أيضًا في بعض الأحيان إلى التبادل الذري مع الذاكرة: إذا كان الوصول إلى نفس القيمة بين قراءة وسيطة وكتابة النتيجة، فمن أجل ضمان سلامة البيانات، يجب حظر الوصول الثاني، وهو أمر بالغ الأهمية من الصعب في نظام متعدد النواة.

جمب (القفز: القفز)، والانتقال- أمر نقل التحكم يشير إلى عنوان أمر آخر سيتم تنفيذه بعد النقل. تنفذ خيارات الانتقال المختلفة التصاميم الهيكلية للبرنامج. أنواع التحولات:

المماطلة، ذهول- التوقف عن العمل أو واحد أو أكثر منه بسبب نقص أي مورد. يسمى الذهول في مرحلة واحدة خلال نبضة واحدة بالفقاعة. لتجنب الانسداد وتقريب الإنتاجية القابلة للتحقيق إلى الحد الأقصى النظري، يتم استخدام العديد من الطرق للحفاظ على الناقل في أقصى حالة تحميل.

الواجهة الأمامية ("الجزء الأمامي")، أمام الناقل- الجزء الذي يقرأها ويعالجها ويجهزها للتنفيذ بالشكل. يشمل ما قبله أو بعده و/أو المماسح (إن وجدت). من حيث إنتل، يفصل المخزن المؤقت uop بين الجزء الأمامي والخلفي، لذا فإن الكتابة إليه هي المرحلة الأخيرة من الجزء الأمامي.

النهاية الخلفية ("الجزء الخلفي")، الجزء الخلفي من الناقل- الجزء الذي يعالج البيانات عن طريق التنفيذ من . يشمل القراءة من والمماسح لهم. يتم تنفيذ المعالجة المباشرة للبيانات فقط، ولكن الجزء الخلفي يشمل أيضًا الأجزاء المتبقية والمجدول (المجدولين). والكتل الأخرى للنظام الفرعي للذاكرة ليست اسميًا جزءًا من المسار، على الرغم من أنه عند معالجة الوصول إلى الذاكرة، يجب أن يتم تنشيط LSU قبل إنهاء التعليمات التي طلبت الوصول.

μop، ممسحة، عملية دقيقة، ممسحة- -مثل (المسمى بشكل غير صحيح) في التنسيق الداخلي لوحدة المعالجة المركزية، وتنفيذ إجراء أولي واحد أو أكثر. -تتم ترجمة أوامر وحدة المعالجة المركزية إلى ممسحات، حيث يُنشئ كل أمر بسيط ممسحة واحدة، ويولد كل أمر معقد عدة ممسحات. في وحدة المعالجة المركزية RISC، يتكون جهاز فك التشفير من كتل بسيطة فقط تؤدي إعدادًا بسيطًا لتعليمات التنفيذ. ينشئ أمر CISC واحدًا في المتوسط ​​أكثر من ممسحة واحدة، وغالبًا ما يكون عدد خطوط الأنابيب قبل وحدة فك التشفير وبعدها هو نفسه، مما يؤدي إلى عدم توازن الأحمال في المرحلة. لتصحيح ذلك، وتستخدم.

الانصهار الدقيق، الانصهار الدقيق- قدرة أحدهما على ترميز اثنين لتقليل العبء على بعض الأوامر المعقدة نسبيًا. في أغلب الأحيان، يقوم uop المصغّر بتشفير عملية حسابية واحدة ووصول واحد مرتبط بالذاكرة، بما في ذلك حساب العنوان. يتم تقسيم uops المدمجة إلى قسمين منفصلين قبل التنفيذ في .

الانصهار الكلي- وظيفة إضافية تسمح للمرء بتشفير اثنين (نادرًا أكثر) لزيادة القيمة بمقدار 1 (لا يُسمح بأكثر من دمج صغير واحد لكل دورة وحدة المعالجة المركزية). خيارات الأوامر المدمجة:

نظرًا للحجم الثابت، يتم فرض قيود على أزواج من التعليمات: لا يوجد أكثر من وصول واحد للذاكرة، ولا أكثر من معامل فوري واحد (أحيانًا غير مسموح به على الإطلاق)، وما إلى ذلك.

المضاربة (افتراضية)، المضاربة، استباقية- اتباع مبدأ الترقب: أداء العمل قبل التأكد من الحاجة إلى نتائجه. في المعالجات، تحميل و/أو تنفيذ التعليمات و/أو البيانات الأكثر احتمالية. يتم استخدام الشفعة لمنع جزء من خط الأنابيب من انتظار النتيجة الدقيقة عندما يتم استلام البيانات أو الرموز اللازمة لتشغيل المسار الحالي بعد بضع دورات على مدار الساعة فقط في إحدى الدورات التالية. يتم التحقق من دقة العميل المتوقع للأوامر عند ، ومن الممكن بالنسبة للبيانات حتى قبل ذلك. يتم تطبيق إعادة توجيه التعليمات عند و، وبالنسبة للبيانات - عند الذاكرة وإليها.

OoO (خارج الترتيب)، خارج الترتيب- للأوامر أثناء المعالجة: المعالجة بالترتيب الأكثر ملاءمة للنواة في الوقت الحالي. ينطبق على خط الأنابيب: بشكل منفصل على جزء التنفيذ () والوصول إلى الذاكرة (). يتطلب بنية أجهزة تقوم بتخزين الترتيب الأصلي لـ uops (استنادًا إلى تسلسل الأوامر التي تم إنشاؤها) لهم.

OoOE (التنفيذ خارج الترتيب)، التنفيذ خارج الترتيب- المفهوم المستخدم عند تنفيذ uops: يتم إطلاق uop للتنفيذ عندما يكون كل شيء والهدف جاهزين، حتى لو تم فك تشفير uops قبله ولم يتم تنفيذه بعد. إنه أحد الأنواع المخصصة للفرق.

HT (خيوط متشعبة)، فرط الخيوط- الإصدار "الرفيع" في وحدة المعالجة المركزية Intel: في كل دورة ساعة، تختار كل مرحلة أو مجموعة منها أحد تدفقي الأوامر أو المماسح أو كليهما، بناءً على توفر الموارد لكل منهما.

MCMT (ترابط متعدد المجموعات: ترابط متعدد متعدد المجموعات)- حل AMD لتسريع الأداء، الوسيط بين و: ينقسم تنفيذ خيطين إلى مجموعات تشغيل متوازية تتكون كل منها من عدة مراحل، مع قيام بعض المجموعات بتقسيم مواردها بين الخيوط (كما في SMP)، بينما يتم تخصيص البعض الآخر لها حصريًا (كما في SMT) ).

IPC (تعليمات لكل ساعة)، والأوامر (الأوامر) لكل ساعة- مقياس الإنتاجية له أو للفرد. يتم قياس قيمة ذروة IPC عند تنفيذ سلسلة رسائل أو بيانات مستقلة عن بعضها البعض، مما يسمح، إن أمكن، بتنفيذها في وقت واحد.

CPI (الساعات لكل تعليمات)، دورة (دورات) الساعة لكل أمر- الكمية المتبادلة. تستخدم للراحة عند IPC

الكمون، الكمون، تأخير- عدد دورات الساعة بين صدور الأمر بالتنفيذ واكتماله. يستخدم لوصف "الطول الزمني" (قريب من عدد المراحل) ومدة تنفيذ الأمر في الذاكرة أو الوصول إليها. تتمتع معظم الأوامر بزمن انتقال ثابت، وهو مستقل تقريبًا عن محتوى البيانات التي تتم معالجتها. يتمتع الوصول إلى النظام الفرعي لذاكرة التخزين المؤقت، وخاصة الذاكرة، بزمن انتقال متغير، لذلك تتم الإشارة إلى الحد الأدنى ومتوسط ​​التأخير بالنسبة لهم.

الإنتاجية، التمرير، الإيقاع، PS ​​(الإنتاجية)- حول الأوامر: الإنتاجية العكسية - القيمة عند تنفيذ وحدة (وحدات) أمر معين لفرد أو لخط أنابيب التنفيذ بأكمله. يتم توصيل وحدة FU ذات فجوة قدرها 1 CPI بالكامل، أي أنها تقبل uop جديدًا للتنفيذ في كل دورة على مدار الساعة، على الرغم من حقيقة أنه يمكن أن يكون هناك أكثر من دورة ساعة واحدة. تكون وحدة FU ذات تمرير 2 شبه موجهة عبر الأنابيب، وتكون FU ذات تمريرة (تقريبًا) مساوية للتأخير غير موصلة عبر الأنابيب. يتم الحصول على قيم التخطي الكسرية أثناء التنفيذ. على سبيل المثال، 0.5 يعني وجود إما وحدتين متماثلتين متصلتين (لتنفيذ أمر معين) أو أربع وحدات شبه أنابيب، و1.5 يعني وجود وحدتين متطابقتين مع CPI=3.

ILD (وحدة فك ترميز طول التعليمات: وحدة فك ترميز طول التعليمات)، ومقياس الطول- محدد طول الأمر. تقوم وحدة المعالجة المركزية بتحليلها والبايت modR/M. في وحدة المعالجة المركزية Intel، يعد مقياس الطول جزءًا يقيس الأطوال بسرعة. في معظم وحدات المعالجة المركزية AMD، فإنه يتعامل مع التعليمات أثناء تحميلها من إلى، ويخزن تخطيط بايت التعليمات في بتات إضافية في L1I يقرأها جهاز فك التشفير المسبق عند التحميل.

مترجم ("مترجم")، مترجم- الجزء الذي يعالج الأوامر البسيطة والمتكررة دون استخدام . تحتوي وحدة المعالجة المركزية Intel على 1–3 مترجمين بسيطين (مترجم واحد أقل من عدد خطوط الأنابيب)، كل واحد منهم يترجم أمرًا في 1 uop لكل دورة على مدار الساعة، ومترجم واحد معقد، يترجم الأمر في 1–4 uops/الدورة. كقاعدة عامة، عدد uops الذي تم إنشاؤه بواسطة المترجمين لا يزيد عن عدد المسارات. تحتوي معظم وحدات المعالجة المركزية AMD على 3-4 مترجمين، كل منهم يترجم التعليمات في 1-2 uops/الدورة. تتم معالجة الأوامر في أزواج بواسطة أي مترجم، ولكن ليس أكثر من زوج واحد في كل دورة على مدار الساعة.

mROM، μROM ("micro ROM")- تخزين غير متطاير يصل حجمه إلى مئات الكيلوبتات. يقرأ البرامج الدقيقة من microROM بعدة عمليات uops لكل دورة على مدار الساعة (وفقًا لعدد خطوط الأنابيب). لتصحيح الأخطاء، يمكن تصحيح المحتوى عن طريق البرمجة المباشرة أو.

ممسحة عازلة، ممسحة عازلة- المرحلة الأخيرة من خط الأنابيب، استلام و/أو من وحدة فك التشفير وإرسالها إلى . في مصطلحات Intel يطلق عليه IDQ (قائمة انتظار فك تشفير التعليمات: فك تشفير الأوامر). في وحدة المعالجة المركزية Intel، يمكن أن يعمل uop (مثل ذاكرة التخزين المؤقت) في وضع حظر الحلقة، مما يؤدي إلى تحرير المراحل المتبقية من المقدمة أثناء تنفيذها لوقت الخمول، أو تجميع التعليمات uops بعد الحلقة، أو العمل على مؤشر ترابط آخر (في المعالجات ذات ). يتم تنفيذ اكتشاف الحلقة وحظرها في IDQ بواسطة كتلة LSD (كاشف تيار الحلقة).

المرسل، المرسل- كتلة ناقلة تشغل أغلبية الناقل من الناحية المعمارية، بما في ذلك مرحلته الأولى والأخيرة. الاستلام من أو، ينفذ المرسل uops، ويستقبل إشارات حول اكتمال uops والأوامر التي تم إنشاؤها. المرسل أبسط: فهو لا يقوم بإعادة التسمية والتنسيب ويستبدل ملفات .

تسجيل إعادة تسمية، تسجيل إعادة تسمية- ربط رقم جهاز الاستقبال المعماري، الموصوف والمحدد في، بسجل الأجهزة (يجب أن يطلق عليه بشكل أكثر دقة إعادة الترقيم). هذه هي المرحلة الأولى ويتم تنفيذها قبل الممسحة. يوجد عدد أكبر من سجلات الأجهزة من 4 إلى 10 مرات مقارنة بالسجلات المعمارية من نفس النوع، مما يجعل من الممكن تنفيذ التنفيذ المتزامن لـ uops التي تشير إلى سجل واحد قبل إعادة التسمية، عن طريق إزالة التبعيات الخاطئة على المعاملات. على الرغم من العملية المتسلسلة، لا يستطيع المرسل فقط إعادة تسمية عدة سجلات لكل دورة على مدار الساعة (مع الأخذ في الاعتبار أن هناك جهاز استقبال واحد كحد أقصى في الممسحة، دون حساب السجل)، ولكن أيضًا إعادة تسمية نفس السجل المعماري عدة مرات لكل دورة على مدار الساعة. غالبًا ما تتم أيضًا إعادة تسمية العلامات الأربعة إلى الستة الأكثر أهمية وسجل التحكم في الحساب الحقيقي. تكون سجلات الأجهزة في بعض الأحيان نصف حجم السجلات المعمارية - في هذه الحالة، تتم إعادة التسمية للنصفين العلوي والسفلي من السجلات المعمارية. في التعديلات المتقدمة لبعض الأوامر (التبادل والنسخ وإعادة التعيين)، عند العمل فقط مع السجلات، فهي بالفعل في هذه المرحلة ولا تصل إلى الموضع.

ROB (إعادة ترتيب المخزن المؤقت: "إعادة ترتيب المخزن المؤقت")- على عكس الاسم (مصطلح Intel)، فهو يخزن الترتيب (البرنامجي) الأصلي لـ uops، لذلك يطلق عليه بشكل صحيح اسم RQ (قائمة انتظار التقاعد:؛ مصطلح AMD). يحدد عدد uops في ROB ما يسمى ب. OoO-window - النطاق الذي يمكن من خلاله المماسح . تقوم الخلية الموجودة في ROB بتخزين نسخة مجردة من uop، والتي تحتوي فقط على الحقول الضرورية للمجدول. على وجه الخصوص، إذا كان متصلاً بمخزن، فإن ROB، بعد تنفيذ uops، يخزن نسخًا من نتائجها؛ إذا كان مرجعًا، فإنه يقوم بتخزين روابط للنتائج في ؛ لا يقوم أي من الإصدارين بتخزين المعلومات الأخرى اللازمة للممسحة.

SC، جدولة- محلل منطقي يستقبل uops ويخطط وينتجها ويسجل اكتمالها (يشير إلى المرسل للأوامر التي أنشأتها). تعتمد الجدولة على تحديد تبعية uops بواسطة المعاملات ومراقبة إشغال الموارد. أنواع وخصائص:

المجدول المرجعي	جدولة التخزين
لا يقوم بتخزين أو نقل المماسح والبيانات الموجودة على الحجوزات.	يخزن المماسح والبيانات في الحجز، ويغيرها في كل مرة يتم إطلاقها.
يعالج uops فقط ويسجل الأرقام والتتبع والإدخالات في جدول الربط.	يعالج uops ومحتويات السجلات المعروفة بالفعل (بما في ذلك إعادة توجيهها)، واعتراض النتائج التي يتم إرجاعها بواسطة uops المنفذة.
لديه حجز لكل شيء.	يحتوي إما على حجز واحد متعدد المنافذ أو عدة منافذ أحادية المنفذ (مع توزيع FU بينهما).
يتم ربط uops بواسطة أرقام التسجيل بـ .	ترتبط uops الموضوعة بأرقام التسجيل ؛ يكتب الغرينية القيم المعروفة بالفعل لمعاملاتها من .
بعد التنفيذ، يقوم uop بإعادته إلى المرسل مع رابط للنتيجة.	بعد التنفيذ، يقوم uop بنسخ النتيجة التي سجلها في RF الاستباقي إلى الحجز ويعيد uop مع النتيجة إلى المرسل.

الإصدار ("الإصدار")، الإطلاق- نقل من إلى ل. إذا كان المجدول يسمح بتخزين uops بمفرده (دون الحاجة إلى فصلهما عند )، فسيتم إطلاق مثل هذه uops عدة مرات. المماسح الحسابية التي تقرأ الوسيطة من الذاكرة تذهب أولاً إلى الوسيطة المطلوبة للمعالجة، ثم إلى، وأخيراً إلى الوسيطة المطلوبة للمعالجة. يجب تشغيل Uops التي تخزن وسيطة في الذاكرة (والتي ليست حسابية) بأي ترتيب في AGU وLSU. يفسر كل مستلم uop المدمج بشكل مختلف، وينفذ عملية واحدة. بعد الانتهاء من آخرها، تتم إزالة الممسحة من الحجز، ويبلغ المجدول إمكانية إزالة الممسحة.

EX (التنفيذ)، التنفيذ- مرحلة أو أكثر من مراحل تنفيذ المماسح تحتوي على كل شيء (غير متضمن هنا). يتم تحديد الطول الفعلي لهذه المرحلة لكل UOP من خلال عدد مراحل معالجة FU لها.

الاتحاد الأوروبي (وحدة التنفيذ: الوحدة التنفيذية)، FU (الوحدة الوظيفية: الوحدة الوظيفية)، FU، الجهاز الوظيفي- كتلة تنفذ وتعالج البيانات والعناوين. يحتوي على عناصر تحكم لتلقي uops من 2 إلى 3 منافذ لتلقي الوسائط ومنفذ لإخراج النتائج. غالبًا ما يتم تسميته باسم الأمر الذي تم تنفيذه فيه أو مجموعة من الأوامر المماثلة. يقع فعليا في . بالنسبة للأوامر الأكثر تكرارًا، قد تحتوي على أكثر من FU من النوع المطلوب. يتم تحديد أداء FU من خلال الأوامر التي ينفذها.

تجاوز، تحويلة، بوابة- المحولات وناقلات البيانات المرتبطة بها داخل (shunt) أو بينها وبين الوحدات الأخرى (gateway). تقوم كل تحويلة بتوصيل إحدى نواقل الكتابة بجميع نواقل القراءة، مما يسمح باستخدام نتيجة uop التي تم تنفيذها للتو في الدورة التالية - لتجاوز الكتابة إلى والقراءة منها. تؤدي البوابات الموجودة في حافلات الكتابة إلى مسارات أخرى و، وعلى حافلات القراءة - منها ومن (لتوفير الثوابت، بما في ذلك العناوين وإزاحات العناوين).

التقاعد، الاستقالة، الالتزام ("الالتزام")- المرحلة الأخيرة من خط الأنابيب و"إضفاء الشرعية" على نتائج الفرق التي يوجد بها uops . للقيام بذلك، يقوم المرسل (اعتمادًا على النوع) إما بنقل نتيجة uop من ROB إلى، أو ضبط الجدول المرجعي المستخدم لـ، بحيث يشير السجل المعماري المكتوب بواسطة uop إلى السجل المادي الصحيح. نظرًا لأنه يتم إرجاع المماسح إلى المرسل من المجدول وليس بالضرورة بترتيب البرنامج، فإن الممسحة المكتملة مسبقًا يمكن أن تتقاعد فقط إذا كانت جميع uops السابقة المضافة إلى ROB قد تم إيقافها بالفعل أو تم سحبها في دورة معينة. لا يمكن لفرق الممسحات المتعددة الاستقالة إلا بعد استقالة جميع مماسحها. رفض الاستقالة ممكن إذا:

في الحالتين الأخيرتين، يقوم المرسل بإرجاع خط الأنابيب إلى الحالة السابقة المعروفة تمامًا ("إعادة ضبط خط الأنابيب")، ويفقد جميع النتائج؛ الاستقالة الناجحة تعمل على تحديث هذه الحالة. يؤدي إيقاف الانتقال، بغض النظر عن نجاح التنبؤ، إلى تجديد إحصائيات المتنبئ.

استثناء، استثناء، حالة استثنائية- حدث أثناء المعالجة يتطلب استجابة طارئة:

عند اكتشاف استثناء، يتوقف عن قبول أوامر جديدة ويحاول إكمال جميع عمليات uops () السابقة. إذا لم يتم العثور عليها في نفس الوقت، أو تم العثور على استثناء آخر، فستبدأ النواة في معالجة ذلك.

كتل المعالج

BTB (المخزن المؤقت لهدف الفرع: المخزن المؤقت لهدف الفرع)- جدول العناوين التي تمت مواجهتها بشكل متكرر . يسمح لك بالقيام بذلك دون قراءة الأوامر نفسها. يتم تجديده (مع إزاحة العناوين القديمة) عند تنفيذ عملية انتقال جديدة أو "منسية". (ومع ذلك، في بعض وحدات المعالجة المركزية، تنتهي العناوين المستهدفة للفروع الشرطية في BTB فقط إذا كان الفرع .)

GBHR (سجل تاريخ الفرع العالمي: سجل تاريخ الفرع العالمي)- سجل التحول الذي يخزن سلوك الفروع الشرطية القليلة الأخيرة التي تم تنفيذها. عند تنفيذ عملية انتقال، يتم إزاحة GBHR، مما يؤدي إلى إزاحة البت "الأقدم" وإضافة بتة جديدة اعتمادًا على سلوك الانتقال: 1 - ، 0 - "تخطي". تستخدم للفهرسة.

BHT (جدول محفوظات الفروع: جدول محفوظات الفروع)- جدول يحتوي على عدادات ثنائية البت تتنبأ بسلوك التحولات على مقياس مكون من 4 مواضع (من "بالتأكيد سيتم تخطيها" إلى "بالتأكيد سيتم تخطيها"). يتم فهرستها بواسطة دالة تجزئة ترميزية باستخدام البتات وعناوين الانتقال.

RSB (المخزن المؤقت لمكدس الإرجاع: المخزن المؤقت لمكدس الإرجاع)- جزء من وحدة BPU التي تقوم بتخزين العناوين من خلال أحدث الإجراءات الفرعية التي تم استدعاؤها. (لا توجد مكدس منفصل لعناوين الإرجاع في x86 - فهي موجودة في المكدس المشترك بين الوسائط ونتائج الإجراءات الفرعية.) بالنسبة لوحدة المعالجة المركزية x86، يكون الحجم 12–24 عنوانًا.

ALU (وحدة المنطق الحسابي)، ALU، الوحدة الحسابية المنطقية- مجموعة وثيقة الصلة تنفذ تعليمات حسابية ومنطقية وبعض التعليمات غير الحسابية البسيطة على المعاملات في دورة ساعة واحدة، وبالتالي فهي وحدة التنفيذ الأكثر عالمية والأكثر استخدامًا. أنواع:

FPU (وحدة النقطة العائمة)- كتلة من العمليات الحقيقية، تتكون من عدة وحدات FU. أنواع:

في بعض الأحيان يُفهم من FPU أنه يعني المتجه الحقيقي بأكمله.

MUL (المضاعف: المضاعف)- FU الذي يقوم بإجراء الضرب. إنه أكثر أنواع FU تعقيدًا وأكبرها، لذلك في بعض الأحيان يكون حجمه نصف حجمه (بالنسبة إلى أكبر المعاملات) لتوفير المساحة (على حساب السرعة).

MAD، MADD (مضاعف الأفعى: مضاعف الأفعى)- يقترن بشكل وثيق، ويؤدي عملية الضرب والجمع والطرح المدمجة بشكل أسرع وأكثر دقة من أزواج وحدات FU الفردية. ينفذ الأوامر، والضرب الفردي، و(أحيانًا) الجمع والطرح الفردي.

DIV (المقسم: المقسوم عليه)- FU معقد غير خط الأنابيب لإجراء القسمة (وللأرقام الحقيقية - أيضًا لاستخراج الجذر التربيعي). في كثير من الأحيان ترتبط ارتباطًا وثيقًا بـ . في بعض الأحيان، لتوفير المال، بدلا من مقسومين متخصصين، هناك واحد عالمي - للأعداد الصحيحة والأرقام الحقيقية.

PLL (حلقة مقفلة الطور: تزامن الطور)، مضاعف التردد- وحدة معالج تناظري إلى رقمي تقوم بتوليد ساعات تزامن داخلية لكل أو جزء منه (الأساسية، العامة، الخ) عن طريق ضرب التردد الخارجي بمضاعف محدد. عند تغيير المضاعف، يستغرق المضاعف وقتًا طويلاً نسبيًا حتى يستقر عند التردد الجديد، وخلال هذه الفترة تكون الدوائر المسجلة في وضع الخمول.

سائق، سائق- في الإلكترونيات الدقيقة: الجهاز الطرفي للحافلة الخارجية (للذاكرة أو الأجهزة الطرفية أو المعالجات)، الذي يستقبل الإشارات وينقلها ويوفر الحماية المادية ضد الجهد الزائد. توجد مجموعات برامج التشغيل على طول الحافة.

النظام الفرعي للذاكرة

ذاكرة التخزين المؤقت، "$"، ذاكرة التخزين المؤقت- ذاكرة عازلة يتعذر الوصول إليها بواسطة البرنامج يستخدمها المعالج لتسريع التبادلات مع ذاكرة الوصول العشوائي (التحسين) عن طريق استبدال الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي بالوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت نفسها في حالة ذاكرة التخزين المؤقت. تحتوي وحدة المعالجة المركزية على تسلسل هرمي من 2 إلى 4 مستويات، ويمكن اعتبار ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) مستوى إضافيًا (أخيرًا). كقاعدة عامة، كل مستوى ذاكرة تخزين مؤقت تالٍ بالنسبة إلى المستوى الحالي (غالبًا ما يبدأ من ) له...

في وحدات المعالجة المركزية الحديثة، غالبًا ما تشغل ذاكرات التخزين المؤقت (إجماليًا) ما يصل إلى نصف المساحة ومعظم الترانزستورات الخاصة بها، ولكنها تستهلك طاقة أقل بكثير من الهياكل الأخرى. في وحدة المعالجة المركزية، تحتوي جميع ذاكرات التخزين المؤقت على . لذا عند الوصول إليها يجب تحويلها إلى .

ممسحة ذاكرة التخزين المؤقت- جزء من الناقل الموجود أمام المسرح. يقوم بتخزين الأوامر مؤقتًا، ولهذا السبب يطلق عليه أيضًا اسم ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى 0 لـ uops (L0m). في مصطلحات Intel يطلق عليه DIC (ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات التي تم فك تشفيرها: ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات التي تم فك تشفيرها) أو DSB (المخزن المؤقت لتيار فك التشفير: المخزن المؤقت لتدفق وحدة فك التشفير).

L1I (المستوى 1 للتعليمات: المستوى الأول للأوامر)- ذاكرة تخزين مؤقت للأوامر المتصلة بخط الأنابيب. إنه مكتوب من الجانب فقط، ومن جانب خط الأنابيب يتم قراءته فقط. دائمًا ما يكون منفذًا واحدًا، وعمق البت هو نفس الحجم. في بعض الأحيان يعفى من صالح.

L2 (المستوى 2: المستوى الثاني)- الاسم العام للمستوى الثاني من البنية متعددة المستويات (ذاكرة التخزين المؤقت - افتراضيًا، أو - عند تحديدها بشكل صريح)، يُستخدم في المستوى الأول (). تتم دائمًا مشاركة ذاكرة التخزين المؤقت L2 بين البيانات والتعليمات. في المخطط المكون من مستويين يكون ذلك شائعًا أيضًا، وفي المخطط المكون من 3 مستويات يكون منفصلاً، وفي وحدة المعالجة المركزية (CPU) يكون منفصلًا لكل وحدة ومشتركًا لمجموعاته - "النوى". في وحدة المعالجة المركزية - .

L3 (المستوى 3: المستوى الثالث)- ذاكرة تخزين مؤقت للبيانات والأوامر المستخدمة في (لا توجد هياكل أخرى ذات ثلاثة مستويات هرمية أو أكثر في المعالجات). يُطلق عليها أحيانًا اسم LLC (ذاكرة التخزين المؤقت للمستوى الأخير): ذاكرة التخزين المؤقت للمستوى الأخير، مما يعني أنه بعد حدوث خطأ يتم الوصول إليها إلى الذاكرة. شائع في (في وحدة المعالجة المركزية مع - الوحدات النمطية). في بعض الأحيان يعمل بتردد أقل من تردد النوى. تحتوي وحدة المعالجة المركزية على واحد لكل , بدءًا من جهاز بسيط ذو بنك واحد.

فقدان فقدان- حالة عدم العثور على المعلومات اللازمة عند الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت. الكلمة المضادة. إذا لم يكن مستوى ذاكرة التخزين المؤقت الحالي هو الأخير، فسيتم الوصول إلى المستوى التالي؛ وإلا، فسيتم الوصول إلى الذاكرة. يتم تسليم البيانات التي تم إرجاعها من هناك إلى بادئ الطلب وتملأ مستوى ذاكرة التخزين المؤقت الحالي، مما يؤدي إلى إزاحة المعلومات القديمة والأقل ضرورة من المعلومات المحددة - وإذا لم يتم تسجيلها بعد في أي مكان آخر، فيجب تخزينها في التالي مستوى. جميع ذاكرات التخزين المؤقت تقريبًا غير محظورة، مما يعني أنها تستمر في قبول الطلبات أثناء معالجة الأخطاء. يتم تحديد عدد الأخطاء التي تم الاحتفاظ بها من خلال حجم الخاص، عندما تكون ذاكرة التخزين المؤقت ممتلئة، تقوم بحظر طلبات المعالجة.

خط، خط- الوحدة الأساسية لسعة ذاكرة التخزين المؤقت، بحجم 32-128 بايت. يحدث تبادل البيانات بين مستويات ذاكرة التخزين المؤقت المختلفة وبين ذاكرة التخزين المؤقت والذاكرة دائمًا في سطور كاملة.

الارتباط والترابط- الفهرسة ليس حسب العنوان، ولكن حسب المحتوى. بالنسبة للترابط والارتباط، يعد هذا مؤشرًا للرقم. مع تساوي جميع الأشياء الأخرى، فإن ذاكرة التخزين المؤقت/TLB ذات الارتباطية الأكبر لها تردد أقل، ولكن مساحة أكبر، واستهلاك الطاقة (لكل بايت) و(أحيانًا) زمن الوصول. الترابط الكامل يعني أن ذاكرة التخزين المؤقت/TLB تتكون من ذاكرة واحدة (وهذا ينطبق أيضًا على ). يمكن أن تأخذ قيمًا أخرى غير القوة الكاملة لاثنين. تسمى ذاكرة التخزين المؤقت ذات الارتباط 1 أيضًا ذاكرة التخزين المؤقت المعينة بشكل مباشر.

ميناء، ميناء- بالنسبة لذاكرة التخزين المؤقت: الواجهة بين ذاكرة التخزين المؤقت ووحدة التحكم الخاصة بها والتي تتحكم في تبادل البيانات. يسمح هيكل منفذ N الحقيقي بوصول N إلى عناوين مختلفة في وقت واحد، ولكن هذا يتطلب كميات كبيرة من الترانزستورات ويستخدم فقط في . بالنسبة لذاكرة التخزين المؤقت، يتم استخدام مخطط متعدد المنافذ الزائفة أبسط: يتم تقسيم ذاكرة التخزين المؤقت إلى عدة، كل منها يعمل بشكل مستقل، ولكنه يخدم فقط الجزء الخاص به من العناوين. كقاعدة عامة، تكفي 8 بنوك لمنفذين لتقليل تعارض العناوين بين المنافذ.

بنك، بنك- جزء من ذاكرة التخزين المؤقت، منظم كذاكرة تخزين مؤقت منفصلة 1 أو 2 تخدم جزءًا من العناوين. يتم استخدام نظام متعدد البنوك لإنشاء ذاكرة تخزين مؤقت زائفة متعددة المنافذ.

العلامة ("العلامة")، العلامة- كلمة مساعدة تخزن عنوان المعلومات المسجلة في ذاكرة التخزين المؤقت وحالة الخط (حسب) وشعبيته (تستخدم عند استبدال البيانات القديمة بأخرى جديدة بعد). فعليًا، يتم تخزين جميع علامات ذاكرة التخزين المؤقت في مصفوفة منفصلة ويتم قراءتها إما في وقت واحد مع جلب ذاكرة التخزين المؤقت، أو (لتوفير الطاقة على حساب السرعة) قبل الجلب. تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على مصفوفة N-port من العلامات أو صفائف N-1-port بنفس المحتوى.

TLB (المخزن المؤقت للنظرة الجانبية للترجمة: المخزن المؤقت للنظرة الجانبية للترجمة)- ذاكرة التخزين المؤقت لواصف الصفحة، واستبدال الترجمة بقراءة أسرع. يعد الوصول إلى TLB ضروريًا للوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت القابلة للتوجيه فعليًا (في أغلب الأحيان - ) ويحدث إما بالتزامن مع قراءة ذاكرة التخزين المؤقت هذه واسترجاعها، أو (في كثير من الأحيان) - قبل ذلك. عندما تكون في TLB، يتم استخدام العنوان الفعلي المستلم للتحقق مما إذا كانت المعلومات المطلوبة موجودة في علامة ذاكرة التخزين المؤقت المحددة. في كثير من الأحيان، يتم تنظيم العديد من TLBs في تسلسل هرمي: يخدم TLB L1I وTLB L1D طلبات التخزين المؤقت و، عند الوصول إليها بواسطة TLB أكبر (TLB L2 عام أو TLB L2I منفصل وTLB L2D)، وإذا كان هناك خطأ فيها (هم )، ينتقل العنوان الظاهري إلى . لا تقوم L2 TLBs بخدمة ذاكرة التخزين المؤقت L2، ولكنها تفتقد فقط في L1 TLB: ترجمة العنوان مطلوبة فقط للوصول إلى ذاكرات التخزين المؤقت L1، وعندما يكون هناك خطأ، تستخدم المكالمات إلى ذاكرات التخزين المؤقت والذاكرة الأخرى عنوانًا فعليًا جاهزًا. غالبًا ما يتم تقسيم TLB إلى عدة مصفوفات: الأكبر لصفحات بحجم 4 كيلو بايت، والمصفوفات الأصغر حجمًا لصفحات بحجم 2/4 ميجا بايت و1 جيجا بايت (قد تكون غائبة تمامًا). TLB L1 في كثير من الأحيان. تتطلب ذاكرة التخزين المؤقت TLBs N-port أو TLBs N 1-port بنفس المحتوى.

PMH (معالج ملكة جمال الصفحة: معالج ملكة جمال الصفحة)- مترجم يتحقق أيضًا من حقوق الوصول. يتم تنشيطه عند وجود خطأ في المستوى الأخير، ويقرأ واصف الصفحة المطلوبة من ذاكرة التخزين المؤقت أو الذاكرة، ويحدث TLB به ويعيد العنوان الفعلي للوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت. تتضمن مستلزماتها الصغيرة و.

LSU (وحدة تخزين التحميل: وحدة تخزين التحميل)، MEU (وحدة الذاكرة: وحدة الذاكرة)- كتلة الواجهة بين الناقل و. يحتوي على عمليات القراءة والكتابة مع تتبع تبعياتها ووظائفها، وما إلى ذلك. يُطلق عليه أحيانًا بشكل غير دقيق اسم MOB (المخزن المؤقت لترتيب الذاكرة)، في إشارة إلى قائمة انتظار ترتيب تسجيل البرنامج - وهو جزء من LSU، على غرار .

STLF (إعادة التوجيه من المتجر إلى التحميل: إعادة التوجيه من المتجر إلى التحميل)- وظيفة كتابة تسمح لك بإجراء القراءة على الفور (استبدال البيانات من قائمة الانتظار بدلاً من الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت) إذا كان عنوان القراءة يتطابق مع عنوان الكتابة السابقة الموجودة في قائمة الانتظار. تستمر قائمة الانتظار في تخزين البيانات بعد الكتابة، لذلك يتم تشغيل STLF بغض النظر عن كتابة بيانات القراءة.

MD (توضيح الذاكرة: القضاء على عدم اليقين في الذاكرة)، الوصول خارج الترتيب- أحد الأنواع، آلية الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت المطبقة في . يسمح لك بإعادة ترتيب ترتيب الاستعلامات دون انتهاك سلامة البيانات. يتضمن كتلة للتنبؤ بتضارب العناوين، مشابهة لتلك التي تتوقع تداخل العناوين - عند التنبؤ بعدم وجود تعارض، يتم تنفيذ القراءة قبل الكتابة السابقة في ترتيب البرنامج، حتى لو لم يكن عنوان الأخير معروفًا بعد. عند تراكب عنوان قراءة مكتملة بالفعل، فإنه يبطل نتائج uops التي استخدمتها ويعيد تشغيلها بالبيانات الصحيحة (إعادة القراءة).

دافق- عملية حفظ جميع محتويات ذاكرة التخزين المؤقت (غير المحفوظة بعد) لمستوى معين في المستوى التالي من التسلسل الهرمي. يحدث قبل تعطيل ذاكرة التخزين المؤقت أو عند حدوث تغيير في جداول العناوين.

الجلب المسبق ("التسليم المسبق")، الجلب المسبق، التحميل المسبق- تشغيل القراءة الأولية للبيانات على عنوان (متوقع). يخفي التحميل المسبق الناجح ذاكرة التخزين المؤقت والتسلسلات الهرمية للذاكرة. يقوم الجلب المسبق المتصل بذاكرة التخزين المؤقت بتتبع عناوين عمليات القراءة والكتابة والأوامر التي تم إنشاؤها، ويتنبأ (استنادًا إلى الإحصائيات المتراكمة) بالعناوين التالية للبيانات التي يُفترض أنها مطلوبة ويتحقق من وجودها في ذاكرة التخزين المؤقت. عندما يبدأ قراءة البيانات من ذاكرة التخزين المؤقت للمستوى التالي. تقرأ بعض أنواع أدوات التحميل المسبق هذه البيانات إما في ملفاتها الخاصة، والتي تصدرها بسرعة إذا تم تقديم طلب بعنوان مطابق، أو في قائمة انتظار القراءة في .

يطبق برنامج التحميل المسبق المعقد، مثل ، خوارزميات مختلفة ويراقب كفاءته، ويعطل التحميل المسبق للمكالمات التي يصعب التنبؤ بها لتجنب وضع بيانات غير ضرورية في ذاكرة التخزين المؤقت ("تلوث ذاكرة التخزين المؤقت"). لمكافحة هذا الأخير، يتم تخزين البيانات غير الموجودة في ذاكرة التخزين المؤقت والمحملة من الخارج إما أولاً في المخزن المؤقت لبرنامج التحميل المسبق وفقط إذا كانت هناك حاجة إليها، أو كتابتها لاحقًا في ذاكرة التخزين المؤقت، أو كتابتها على الفور، ولكن مع الإشارة إلى أقل شعبية. تحتوي وحدات المعالجة المركزية الحديثة على تحميل مسبق للأجهزة في جميع ذاكرات التخزين المؤقت تقريبًا، ولديها أوامر تحميل مسبق للبرامج على عنوان محدد بشكل صريح.

محاذاة، محاذاة- حول وضع معلومات متعددة البايتات في الذاكرة على عنوان قابل للقسمة تمامًا على حجمه، وهو ما يعادل قوة عدد صحيح يساوي اثنين. في وحدات المعالجة المركزية (CPU)، تكون التعليمات متغيرة الحجم ونادرًا ما تتم مواءمتها. تتم محاذاة البيانات الخاصة بأي معالجات دائمًا تقريبًا، على الرغم من أنها إلزامية بالنسبة للبعض فقط. تعمل المحاذاة على تسريع الوصول عن طريق إزالة اجتياز ذاكرة التخزين المؤقت، الأمر الذي يتطلب قراءة السطر التالي ودمج جزأين في جزء واحد.

شامل، شامل، بما في ذلك- سياسة تشغيل ذاكرة التخزين المؤقت، والتي تقوم دائمًا بتخزين نسخ من جميع ذاكرات التخزين المؤقت ذات المستوى الأدنى.

حصريا، حصريا، حصريا- سياسة التخزين المؤقت التي لا تقوم أبدًا بتخزين نسخ من جميع ذاكرات التخزين المؤقت ذات المستوى الأدنى.

غير حصرية، وشاملة بشكل رئيسي، ومجانية- سياسة ذاكرة التخزين المؤقت المدمجة التي تسمح (اختياري) بتخزين نسخ بعض خطوط ذاكرة التخزين المؤقت ذات المستويات الأدنى.

WT (الكتابة)، الكتابة من خلال- الكتابة إلى ذاكرة التخزين المؤقت أو الذاكرة ذات المستوى التالي مباشرة بعد الكتابة إلى هذا المستوى. يبسط تفاعل ذاكرات التخزين المؤقت (بمعدل مرتفع من الكتابة والغياب - على حساب الأداء).

WB (إعادة الكتابة: "إعادة الكتابة")، تأخير التسجيل- الكتابة إلى ذاكرة التخزين المؤقت أو الذاكرة ذات المستوى التالي متأخرة كثيرًا عن الكتابة إلى مستوى معين (على سبيل المثال، عندما يتم إخلاء هذا السطر عند ). إنه يعقد تفاعل ذاكرات التخزين المؤقت، ولكنه يجعل من الممكن التنفيذ. لا ينبغي الخلط بينه وبين مرحلة الناقل.

WC (دمج الكتابة: دمج السجلات)- عملية استبدال عدة سجلات في نفس العنوان بآخر هذه السجلات و/أو استبدال عدة سجلات في عناوين متتالية بسجل واحد بطول إجمالي. يتم تنفيذها في قائمة انتظار التسجيل وفي قائمة انتظار منفصلة، ​​مما يؤدي إلى زيادة الأداء عند التسجيل بمعدل مرتفع.

التماسك- تنسيق محتويات ذاكرة التخزين المؤقت في نظام متعدد النواة و/أو متعدد المعالجات باستخدام بروتوكول التماسك. تصف البروتوكولات المختلفة 4-5 حالات ذاكرة تخزين مؤقت تحدد الإجراءات أثناء عمليات القراءة والكتابة المحلية والبعيدة، بالإضافة إلى (استنادًا إلى الأحرف الأولى من الحالات) اسم البروتوكول نفسه (في أغلب الأحيان - MESI وMOESI وMESIF). مع عدد النوى، يزداد تعقيد الحفاظ على التماسك ومزامنة حركة المرور.

سنوب (مختلس النظر)، سنوب- التحقق من حالة السطر الذي يحتوي على عنوان معين في ذاكرة التخزين المؤقت لنواة أخرى (نسبة إلى بادئ الفحص). تستخدم للتنفيذ. في الأنظمة متعددة المعالجات، يمكن لطلبات التطفل أن تشغل جزءًا كبيرًا من كل حركة المرور بين المعالجات، مما يقلل الأداء بشكل كبير.

المخزن المؤقت، المخزن المؤقت- الاسم العام للبنية التي تفصل تدفق البيانات (بما في ذلك بين المراحل). إذا كان المخزن المؤقت يحتوي على أكثر من واحد، فهو مصمم على شكل ذاكرة وفي هذا النموذج يسمح لك بتخفيف عدم انتظام وصول دفق البيانات بالنسبة لاستقباله.

الإدخال والإخراج، الإدخال والإخراج (الإدخال والإخراج).- الاسم العام للعمليات أو الكتل لتبادل البيانات بين المعالج والأجهزة الطرفية.

BIU (وحدة واجهة الناقل: وحدة واجهة الناقل)- وحدة تحكم الناقل بين المعالج والجسر الشمالي لمجموعة الشرائح أو ناقل المعالجات البينية.

إنهم يعرفون جيدًا المكونات الأساسية لجهاز الكمبيوتر، لكن قليلًا من الناس يفهمون ما يتكون منه المعالج. وفي الوقت نفسه، هذا هو الجهاز الرئيسي للنظام الذي يقوم بإجراء العمليات الحسابية والمنطقية. وتتمثل المهمة الرئيسية للمعالج في تلقي المعلومات ومعالجتها وتقديم النتيجة النهائية. يبدو الأمر بسيطا، ولكن في الواقع هذه العملية معقدة.

مما يتكون المعالج؟

وحدة المعالجة المركزية عبارة عن رقاقة مستطيلة صغيرة من السيليكون تحتوي على ملايين الترانزستورات (أشباه الموصلات). يقومون بتنفيذ جميع الوظائف التي يؤديها المعالج.

تتكون جميع المعالجات الحديثة تقريبًا من المكونات التالية:

1. عدة نوى (نادرًا 2، عادةً 4 أو 8) تؤدي جميع الوظائف. في الأساس، النواة عبارة عن معالج مصغر منفصل. تعمل العديد من النوى المدمجة في الشريحة الرئيسية على تنفيذ المهام بالتوازي، مما يؤدي إلى تسريع عملية معالجة البيانات. ومع ذلك، فإن المزيد من النوى لا يعني دائمًا أداء أسرع للرقاقة.
2. عدة مستويات من ذاكرة التخزين المؤقت (2 أو 3)، مما يؤدي إلى تقليل وقت التفاعل بين ذاكرة الوصول العشوائي والمعالج. إذا كانت المعلومات موجودة في ذاكرة التخزين المؤقت، فسيتم تقليل وقت الوصول. وبالتالي، كلما زاد حجم ذاكرة التخزين المؤقت، زادت كمية المعلومات التي تناسبها وزادت سرعة المعالج نفسه.
3. ذاكرة الوصول العشوائي ووحدة تحكم ناقل النظام.
4. السجلات هي خلايا ذاكرة حيث يتم تخزين البيانات المعالجة. دائمًا ما يكون حجمها محدودًا (8 أو 16 أو 32 بت).
5. المعالج المساعد. نواة منفصلة مصممة لأداء نوع معين من العمليات. في أغلب الأحيان، يعمل جوهر الرسومات (بطاقة الفيديو) كمعالج مساعد.
6. ناقل العنوان الذي يربط الشريحة بجميع الأجهزة المتصلة باللوحة الأم.
7. ناقل البيانات - لتوصيل المعالج بذاكرة الوصول العشوائي. في الأساس، الحافلة عبارة عن مجموعة من الموصلات التي يتم من خلالها إرسال أو استقبال الإشارة الكهربائية. وكلما زاد عدد الموصلات، كلما كان ذلك أفضل.
8. ناقل التزامن - يسمح لك بالتحكم في دورات الساعة وتردد المعالج.
9. إعادة تشغيل الناقل - يعيد ضبط حالة الشريحة.

كل هذه العناصر تشارك في العمل. ومع ذلك، فإن الأهم بينهم، بالطبع، هو الجوهر. جميع المكونات الأخرى المحددة تساعده فقط في أداء مهمته الرئيسية. الآن بعد أن فهمت ما يتكون المعالج، يمكنك إلقاء نظرة فاحصة على مكونه الرئيسي.

النوى

عند الحديث عما يتكون منه المعالج المركزي، علينا أولاً أن نذكر النوى، لأنها أجزائه الرئيسية. تتضمن النوى كتلًا وظيفية تؤدي عمليات حسابية أو منطقية. وعلى وجه الخصوص، يمكننا تسليط الضوء على:

1. كتلة لجلب وفك التشفير وتنفيذ التعليمات.
2. حظر لحفظ النتائج.
3. كتلة عداد البرنامج، الخ.

كما تفهم، كل واحد منهم يؤدي مهمة محددة. على سبيل المثال، تقوم وحدة جلب التعليمات بقراءتها على العنوان المحدد في عداد البرنامج. بدورها، تحدد كتل فك التشفير ما يجب على المعالج القيام به بالضبط. يتيح عمل كل هذه الكتل معًا تحقيق المهمة التي حددها المستخدم.

المهمة الأساسية

لاحظ أن النوى يمكنها فقط إجراء الحسابات الرياضية وعمليات المقارنة، بالإضافة إلى نقل البيانات بين خلايا ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). ومع ذلك، فهذا يكفي للمستخدمين لممارسة الألعاب على الكمبيوتر ومشاهدة الأفلام وتصفح الويب.

في الأساس، يتكون أي برنامج كمبيوتر من أوامر بسيطة: إضافة، ضرب، نقل، قسمة، انتقل إلى التعليمات عند استيفاء شرط ما. بالطبع، هذه مجرد أوامر بدائية، لكن دمجها معًا يسمح لك بإنشاء وظيفة معقدة.

السجلات

مما يتكون المعالج بالإضافة إلى النوى؟ السجلات هي العنصر المهم الثاني. كما تعلم، هذه خلايا ذاكرة سريعة حيث توجد البيانات التي تتم معالجتها. هم مختلفون:

1. A، B، C - يستخدم لتخزين المعلومات أثناء المعالجة. هناك ثلاثة منهم فقط، ولكن هذا يكفي.
2. EIP - يقوم هذا السجل بتخزين عنوان التعليمات التالية في قائمة الانتظار.
3. ESP هو عنوان البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي.
4. Z - هنا نتيجة عملية المقارنة الأخيرة.

لا يقتصر المعالج على هذه السجلات. هناك غيرها، ولكن تلك المذكورة أعلاه هي الأكثر أهمية - فهي الأكثر استخدامًا بواسطة الشريحة لمعالجة البيانات أثناء تنفيذ برنامج معين.

خاتمة

الآن أنت تعرف مما يتكون المعالج وما هي وحداته الرئيسية. تكوين الرقائق هذا ليس ثابتًا، حيث يتم تحسينه تدريجيًا وإضافة وحدات جديدة وتحسين الوحدات القديمة. ومع ذلك، اليوم، مما يتكون المعالج، والغرض منه ووظائفه هو بالضبط كما هو موضح أعلاه.

تم تبسيط التركيب ومبدأ التشغيل التقريبي لأنظمة المعالج الموصوفة أعلاه إلى الحد الأدنى. في الواقع، العملية برمتها أكثر تعقيدا، ولكن لفهمها تحتاج إلى الحصول على التعليم المناسب.