Центральный процессор (ЦП) — это ключевой элемент компьютера, который отвечает за выполнение всех вычислительных операций и управление другими системами. Часто его называют «мозгом» компьютера, поскольку он способен обрабатывать информацию и принимать решения. Понять, как работает ЦП, может быть непросто, но мы постараемся разобраться в этом вопросе.
Для чего нужен процессор
Главная функция процессора — это выполнение машинного кода, из которого состоят программы. Программы представляют собой последовательность команд, которые пользователь задаёт компьютеру. С помощью процессора компьютер выполняет различные задачи: запускает браузер, находит результат вычисления в калькуляторе и копирует его в текстовый документ.
Основные задачи центрального процессора:
- Выполнение команд. Программы отправляют процессору команды в виде двоичного кода, который он интерпретирует и выполняет на аппаратном уровне.
- Управление памятью. Центральный процессор обращается к оперативной памяти, записывает данные в постоянную память или получает их из собственной кэш-памяти.
- Обработка данных. Вместе с командами поступают данные, которые необходимо обработать и вернуть результат.
- Управление системой. Центральный процессор обеспечивает взаимодействие между жёсткими дисками, видеокартой, оперативной памятью и другими компонентами.
Как изготавливают процессор
Процессор — это небольшой элемент, изготовленный из кремния, на котором расположены миллиарды крошечных электронных компонентов, называемых транзисторами. Эти транзисторы отвечают за выполнение всех вычислительных операций. Создание процессора — это сложный и многоэтапный процесс. В общих чертах его можно описать следующим образом:
- Из песка, состоящего из диоксида кремния (SiO₂), получают поликристаллический кремний высокой степени чистоты.
- Затем кремний плавят, чтобы получить стержень. После этого стержень разрезают на тонкие пластины толщиной до 1 миллиметра.
- С помощью литографии на этих пластинах создают миллиарды транзисторов.
- Затем пластины разрезают на кристаллы, каждый из которых представляет собой отдельный чип.
- Эти кристаллы помещают в корпуса, которые содержат термоинтерфейс для отвода тепла.
- После этого процессоры тестируют, маркируют и отправляют в продажу.
Хотя это звучит довольно просто, за каждым из этих этапов стоит высокотехнологичное производство. Например, чтобы получить чистый кремний, необходимо провести не менее трёх этапов химической очистки, в процессе которых материал нагревается до 1900 градусов по Цельсию.
Литография — это отдельный сложный этап. В настоящее время размеры транзисторов измеряются в нанометрах, что составляет миллиардную долю метра. Если в процессе нанесения транзисторов на пластину попадёт даже мельчайшая пылинка, это может привести к браку всей «кремниевой пластины».
В цехах постоянно проводится фильтрация воздуха, работникам запрещено использовать духи и косметику, они должны работать в специальной одежде. Заводы расположены на специальных платформах, которые гасят колебания грунта, чтобы они не влияли на точность литографии.