How CPU Works – CPU ఎలా పనిచేస్తుంది

సెంట్రల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్, CPU అనేది కంప్యూటర్ యొక్క మెదళ్ళు. మెమరీని కూడా తీసుకుందాం, RAM, ఇక్కడే CPU అవసరమైన నిల్వ సమాచారాన్ని యాక్సెస్ చేస్తుంది. ఇప్పుడు CPU లో అంతర్నిర్మిత మెమరీ కూడా ఉంది, దీనిని కాష్ అంటారు. కాష్ ర్యామ్ కంటే చాలా చిన్నది, పరిమాణాలు 32 కిలోబైట్ల నుండి 8 మెగాబైట్ల వరకు ఉంటాయి. కాష్ యొక్క ఉద్దేశ్యం CPU కి అవసరమైన సమాచారాన్ని వెంటనే ఇవ్వడం.

CPU మరియు RAM వేర్వేరు వస్తువులు, కాబట్టి CPU కి సమాచారం అవసరమైనప్పుడు, మెమరీ నుండి డేటాను చదవడానికి చాలా తక్కువ సమయం ఉన్నప్పటికీ సమయం పడుతుంది. ఈ సమయం కంప్యూటర్ ఆపరేషన్‌కు గణనీయమైన ఆలస్యాన్ని కలిగిస్తుంది. CPU లో కాష్ సరిగ్గా ఉండటంతో ఈ సమయం దాదాపు ఏమీ తగ్గదు.

మీకు ఎక్కువ కాష్ స్టోరేజ్ అవసరం లేకపోవటానికి కారణం ఏమిటంటే, సిపియు త్వరలో ఉపయోగించాల్సిన ముఖ్యమైన సమాచారం యొక్క చిన్న బిట్లను నిల్వ చేయాల్సిన అవసరం ఉంది లేదా ఇటీవల చాలా ఉపయోగిస్తోంది. కాష్‌కు ఏమి జరుగుతుందో, కాష్‌లో ఏమి ఉంచాలి మరియు ఎప్పుడు RAM కి తిరిగి వ్రాయాలి అనేదానిని నిర్ణయించడానికి వివిధ పద్ధతులు అమలు చేయబడ్డాయి.

ఒక సాధారణ CPU లో, వివిధ స్థాయిల కాష్ ఉన్నాయి, ఒక్కొక్కటి వేర్వేరు చదవడానికి మరియు వ్రాయడానికి సమయాలు మరియు పరిమాణాలు కలిగి ఉంటాయి, సరళత కొరకు మేము మా CPU కోసం ఒకే కాష్ని ume హిస్తాము.

కాబట్టి ఇప్పుడు ప్రాథమిక భాగాలతో, కంప్యూటర్ ఎలా పనిచేస్తుందో తెలుసుకుందాం. ఒక CPU ఒక సూచనను అమలు చేసినప్పుడు ఐదు ప్రాథమిక దశలు పూర్తి కావాలి:

1) పొందండి: కొన్ని సందర్భాల్లో మెమరీ నుండి సూచనలను పొందండి మరియు కాష్‌లో నిల్వ చేయండి.
2) డీకోడ్: సూచనల అమలుకు అవసరమైన వేరియబుల్స్ పొందండి.
3) అమలు చేయండి: సూచనల ఫలితాన్ని లెక్కించండి.
4) మెమరీ: మెమరీ రీడ్ / రైట్ ఆపరేషన్ చేయవలసిన సూచనల కోసం.
5) తిరిగి వ్రాయండి: సూచనల ఫలితాలను తిరిగి మెమరీలోకి రాయండి. దాదాపు ప్రతి సూచన మొదటి మూడు మరియు చివరి దశల గుండా వెళుతుంది, కొన్ని సూచనలు మాత్రమే లోడ్ మరియు స్టోర్స్ వంటి మెమరీ దశల ద్వారా వెళతాయి కాని సరళత కొరకు, ప్రతి బోధనకు ఐదు దశలు అవసరమని మేము అనుకుంటాము.

ఇప్పుడు ప్రతి అడుగు ఒక గడియార చక్రం పడుతుంది, ఇది సిపిఐకి అనువదిస్తుంది, బోధనకు గడియార చక్రాలు ఐదు. గమనికగా, చాలా ఆధునిక ప్రాసెసర్లు సెకనుకు బిలియన్ల గడియార చక్రాలను అమలు చేయగలవు, ఉదాహరణకు, 3.4 గిగాహెర్ట్జ్ ప్రాసెసర్ సెకనుకు 3.4 బిలియన్ గడియార చక్రాలను అమలు చేయగలదు. ఇప్పుడు 5 యొక్క సిపిఐ చాలా అసమర్థంగా ఉంది, అంటే సిపియు యొక్క వనరులు వృధా అవుతాయి.

అందువల్లనే పైప్‌లైనింగ్ ప్రవేశపెట్టబడింది, అసమకాలిక ఆపరేషన్‌ను కంప్యూటింగ్‌లోకి తీసుకువచ్చింది. పైప్‌లైనింగ్ తప్పనిసరిగా దీన్ని చేస్తుంది కాబట్టి ప్రతి దశను వేరే గడియార చక్రంలో అమలు చేయవచ్చు, 5 గడియార చక్రాలకు 5 సూచనలకు అనువదిస్తుంది, లేదా మరో మాటలో చెప్పాలంటే, గడియార చక్రానికి ఒక సూచన, ఒక సిపిఐ 1. తప్పనిసరిగా పైప్‌లైనింగ్ ఏమి చేస్తుంది?

ప్రతి గడియార చక్రంలో బోధన మరియు వాటిని అమలు చేయండి, ఎందుకంటే విభజించబడిన దశలు పరిమాణం కంటే చిన్నవి మరియు సాధారణ సూచనల కంటే తక్కువ సంక్లిష్టంగా ఉంటాయి కాబట్టి, మీరు అదే గడియార చక్రంలో ఇతర సూచనల దశలను చేయవచ్చు. ఉదాహరణకు,

ఒక సూచన కోసం ఒక దశ డేటాను పొందుతుంటే, మీరు మరొకదాన్ని డీకోడ్ చేయడం, మరొకదాన్ని అమలు చేయడం మొదలుపెట్టవచ్చు – ఎందుకంటే ఆ దశల కోసం హార్డ్‌వేర్ నిరోధించబడదు. సూపర్‌స్కాలర్ పైప్‌లైన్‌లు ఈ పనితీరును మరింత పెంచుతాయి. పైప్‌లైన్‌లను హైవేగా భావించండి, ఇప్పుడు హైవేలోని ఒక సాధారణ లేన్ గడియార చక్రానికి ఒక సూచనను అమలు చేస్తుంది. సూపర్‌స్కాలర్ ప్రాసెసర్‌లతో మీరు హైవేకి ఎక్కువ లేన్‌లను జోడిస్తారు, ఉదాహరణకు, 2 వైడ్ సూపర్‌స్కాలర్‌ను డ్యూయల్ ఇష్యూ మెషీన్ అని కూడా పిలుస్తారు, సైద్ధాంతిక సిపిఐ 1/2, గడియార చక్రానికి రెండు సూచనలు ఉన్నాయి. ప్రాసెసర్ సిపిఐని మరింత సమర్థవంతంగా చేయడానికి అనేక ఇతర పద్ధతులు అమలు చేయబడ్డాయి, అవి: అన్‌రోలింగ్ ఉచ్చులు,

చాలా పొడవైన బోధనా పదాలు [VLIW లు] – ఇవి తప్పనిసరిగా ఒక పెద్ద బోధన, కంపైలర్ షెడ్యూలింగ్ మరియు ఆప్టిమైజేషన్‌తో చుట్టబడిన బహుళ సూచనలు – ఆర్డర్ అమలు నుండి బయటపడటానికి అనుమతిస్తాయి ఇంకా చాలా. డేటా ప్రమాదాలు, మెమరీ ప్రమాదాలు, నిర్మాణాత్మక ప్రమాదాలు మరియు మరెన్నో వంటి సిపిఐని తగ్గించే పైప్‌లైనింగ్‌తో పాటు అనేక సమస్యలు కూడా ఉన్నాయి.కాబట్టి, ఈ సమయంలో,

సిపియు యొక్క ప్రాథమిక రూపకల్పన గురించి, జ్ఞాపకశక్తితో ఎలా సంభాషిస్తుందో, ఇది సూచనలను అమలు చేసే దశలు, అలాగే పైప్‌లైనింగ్ మరియు సూపర్‌స్కాలర్ డిజైన్. ఇప్పుడు ఇవన్నీ ఒకే సిపియుగా హించుకునే బదులు, దానిని మరింత ముందుకు తీసుకుందాం, ఈ టెక్నాలజీని ప్రాసెసర్ యొక్క ఒకే కోర్లో పొందుపరచవచ్చు. బహుళ కోర్లతో, మీరు ఒకే కోర్ యొక్క పనితీరును తీసుకొని దానిని కోర్ కౌంట్ ద్వారా గుణించాలి,

ఉదాహరణకు, క్వాడ్-కోర్లో నాలుగు ద్వారా. బహుళ కోర్లలో సైడ్ నోట్‌గా షేర్డ్ కాష్ కూడా ఉంది. సూపర్‌స్కాలర్ పైప్‌లైన్‌లతో పాటు బహుళ కోర్ల వాడకాన్ని హార్డ్‌వేర్-స్థాయి సమాంతరతగా పరిగణిస్తారు. సంవత్సరాల స్తబ్దత తరువాత కంప్యూటర్ పరిశ్రమ ఇప్పుడు ప్రాసెసర్లకు ఎక్కువ కోర్లను జోడించడం ద్వారా హార్డ్‌వేర్ స్థాయి సమాంతరతకు ఎక్కువ దృష్టిని మళ్ళించడం ప్రారంభించింది. AMD యొక్క థ్రెడ్‌రిప్పర్ లైన్ మరియు ఇంటెల్ యొక్క i9 ప్రాసెసర్ లైన్ వంటి వినియోగదారు ప్రాసెసర్‌ల ద్వారా దీనిని ప్రదర్శించవచ్చు.

కోర్ గణనలు వరుసగా 8 నుండి 16 మరియు 10 నుండి 18 వరకు ఉంటాయి. ఇవి వారి హై-ఎండ్ కన్స్యూమర్ ప్రాసెసర్ కావచ్చు, ఐ 3, ఐ 5 మరియు ఐ 7 నుండి తక్కువ మరియు మిడ్-ఎండ్ ప్రాసెసర్లు కూడా బఫ్స్‌ను పొందుతున్నాయి, వీటిలో కోర్ గణనలు క్వాడ్, హెక్స్ మరియు ఆక్టా-కోర్ వరకు ఉంటాయి. సైడ్ నోట్‌గా, హార్డ్‌వేర్ సమాంతరతను ఉపయోగించుకోవడానికి సూపర్ కంప్యూటర్లు ఉత్తమ ఉదాహరణలు.

ఉదాహరణకు, ఇంటెల్ యొక్క జియాన్ ఫై మరియు AMD యొక్క ఎపిక్ ప్రాసెసర్‌లలో 24 నుండి 72 వరకు కోర్ గణనలు ఉన్నాయి! సూపర్ కంప్యూటర్లతో పదుల సంఖ్యలో ప్రాసెసర్లు ఉన్నాయి. సాఫ్ట్‌వేర్ సమాంతరత, అన్ని వనరులను సమర్థవంతంగా ఉపయోగించడానికి హార్డ్‌వేర్ సమాంతరతతో కలిసి అవసరమైన ఒక ముఖ్య భాగం ఇప్పుడు ఉంది. ఇది క్లాసికల్ కంప్యూటింగ్‌లోని చివరి అంశానికి దారి తీస్తుంది,

హైపర్‌థ్రెడింగ్‌ను మల్టీథ్రెడింగ్ అని కూడా పిలుస్తారు. హార్డ్వేర్ సమాంతరతగా అమలు చేయడానికి బదులుగా, ఇది ఉన్నత-స్థాయి సాఫ్ట్‌వేర్ సమాంతరతగా ఉపయోగించబడుతుంది. సూచనల శ్రేణిగా థ్రెడ్ గురించి ఆలోచించండి, ఇప్పుడు సింగిల్-థ్రెడింగ్‌తో, సూచనల క్రమం పైప్‌లైన్ ద్వారా సాధారణమైనదిగా ప్రవహిస్తుంది.

అయినప్పటికీ, మల్టీ-థ్రెడింగ్‌తో, మీరు మీ అప్లికేషన్‌ను చాలా థ్రెడ్‌లుగా విభజించవచ్చు మరియు మీరు వాటిని ఎలా అమలు చేయాలనుకుంటున్నారో ప్రత్యేకంగా ఎంచుకోవచ్చు. మల్టీ-థ్రెడింగ్ కంప్యూటింగ్ పనితీరును గణనీయంగా పెంచుతుంది, మీరు ఏ సిపియు వనరులను ఉపయోగించాలనుకుంటున్నారో మరియు ఎప్పుడు స్పష్టంగా చెప్పడం ద్వారా.

ఉదాహరణకు, ఒక అనువర్తనం కోసం, వినియోగదారు ఇంటర్‌ఫేస్, GUI, ఒక థ్రెడ్‌లో అమలు చేయగా, తర్కం మరొకదానిపై అమలు అవుతుంది. మల్టీ-థ్రెడింగ్ ఉపయోగించగల అనేక సందర్భాలకు ఇది ఒక ఉదాహరణ. ఇప్పుడు మల్టీ-థ్రెడింగ్ ప్రతి అనువర్తనానికి ఉపయోగించబడదు.

క్లాసికల్ కంప్యూటింగ్ అంతర్గతంగా సమాంతరంగా లేనందున, ఒకేసారి బహుళ థ్రెడ్‌లు అమలు చేస్తున్నప్పుడు, కానీ ఒకదానికొకటి ఫలితాన్ని బట్టి, సమకాలీకరణతో లేదా ఇతర మాటలలో చాలా సమస్యలు ఉండవచ్చు. అందువల్ల, కొన్ని అనువర్తనాలు సింగిల్-థ్రెడ్ మాత్రమే. ఏదేమైనా,

చాలా మంది వ్యక్తులు మరియు సమూహాలు కొత్త సాఫ్ట్‌వేర్ పద్ధతుల ద్వారా మరియు పాత సాఫ్ట్‌వేర్‌ను తిరిగి వ్రాయడం ద్వారా హార్డ్‌వేర్ సమాంతరతను ఉత్తమంగా ఉపయోగించుకునే మార్గాల్లో పనిచేస్తున్నాయి. ఉదాహరణకు, తాజా ఫైర్‌ఫాక్స్ నవీకరణలు ఇప్పుడు బహుళ-థ్రెడింగ్‌ను తీసుకువస్తున్నాయి.

అలాగే, వీడియో ఎడిటింగ్, రెండరింగ్ మరియు డేటా ప్రాసెసింగ్ వంటి మల్టీ-థ్రెడింగ్‌లో డిఫాల్ట్‌గా చాలా గణనపరంగా ఇంటెన్సివ్ టాస్క్‌లు కొన్నింటిని జాబితా చేస్తాయి. గేమింగ్ పరిశ్రమ ఉదాహరణగా, చాలా ఆటలు ఇప్పుడు మల్టీ-థ్రెడ్ పనితీరులోకి మారుతున్నాయి.

Leave a Comment