İşlemci yapısı: yürütme birimleri ve önbellek

Kısaca: Modern bir işlemci birkaç çekirdekten oluşur; her çekirdekte bir denetim birimi, yürütme birimleri (ALU, FPU), yazmaçlar ve kendi önbelleği bulunur; ayrıca paylaşılan bir önbellek, bir bellek denetleyicisi ve diğer bileşenlere bağlantılar vardır.

Biraz daha ayrıntılı: İşlemci komutları yürütür: getir, çöz, yürüt, sonucu geri yaz. Bunu hızlı yapmak için yapı taşları, minik ve süper hızlı yazmaçtan büyük, daha yavaş L3 önbelleğine kadar birkaç düzeyde düzenlenmiştir.

Ayrıntılı

Bir çekirdeğin bileşenleri:

• Denetim birimi: Komutları getirir, çözer ve akışı denetler. Buna dallanma tahmini, komut kuyrukları ve zamanlayıcılar dahildir.
• Yürütme birimleri:
  • ALU (aritmetik mantık birimi): Tam sayı aritmetiği, karşılaştırmalar, mantık (toplama, AND, kaydırma).
  • FPU (kayan nokta birimi): Ondalıklı sayılar.
  • Vektör birimleri (SSE, AVX, NEON): bir seferde çok değer (SIMD); görüntü, ses, yapay zekâ için önemlidir.
  • Yükleme/depolama birimleri: Bellek erişimi.
• Yazmaçlar: Doğrudan yürütme biriminde en küçük, en hızlı bellek (birkaç düzine ila yüz, her biri 64 bit). Şu anda hesaplanan sayıları tutarlar.
• L1 ve L2 önbellek: Çekirdek başına, çok küçük ve hızlı.

Paylaşılan kısımlar (uncore):

• L3 önbellek: Tüm çekirdekler tarafından paylaşılır.
• Bellek denetleyicisi: İşlemciyi ana belleğe (DDR) bağlar.
• PCIe denetleyicisi: Ekran kartı ve SSD için doğrudan.
• Çekirdekler arasında dahili ara bağlantı (ring, mesh, Infinity Fabric).
• Tümleşik grafik (iGPU) ve medya motorları (birçok modelde).
• Güvenlik ve güç yönetimi: Saat, gerilim, sıcaklık.

Bellek hiyerarşisi (tipik):

Düzey	Boyut	Erişim süresi
Yazmaçlar	< 1 KB	< 1 ns
L1 önbellek	çekirdek başına 32 – 64 KB	~1 ns
L2 önbellek	çekirdek başına 0,5 – 2 MB	~4 ns
L3 önbellek	16 – 128 MB paylaşılan	~10 ns
Ana bellek	8 – 128 GB	~80 ns
SSD	terabaytlar	~50.000 ns

Saat ve performans: Saat (GHz) saniyedeki çevrimleri verir. Gerçekten önemli olan, saat × çevrim başına komut (IPC) × çekirdek sayısıdır.

Üretim: Silikon bir kalıp üzerinde 3 ila 10 nm teknolojisinde milyarlarca transistör. Isı (TDP) bir soğutucuyla uzaklaştırılır.

Ayrıca bak: İşlemci (CPU), L1, L2 ve L3 önbellek, İşlemci ardışık düzeni (pipeline)