Kas ir datora arhitektūra?

Starp tehnoloģiju uzņēmumu, piemēram, AMD, Apple vai Intel, prezentācijām un noteiktu ierīču un citu produktu specifikāciju lapām jūs gandrīz noteikti esat vismaz dzirdēts vārds arhitektūra. Apple lepojas, ka tās M1 un M2 mikroshēmas izmanto ARM arhitektūra, un AMD uzsver, ka tās Zen 4 arhitektūra ir labāka par Intel Raptor Lake arhitektūru. Bet visā mārketingā nekad nav īsti izskaidrots, kas patiesībā ir "arhitektūra". Šeit ir viss, kas jums jāzina par arhitektūrām un to nozīmi.

Arhitektūra: procesora pamats

Arhitektūra tehnoloģiju jomā ir neskaidrs vārds, bet es šeit runāju par instrukciju kopas arhitektūrām (ISA) un mikroarhitektūrām. Gan ISA, gan mikroarhitektūras tiek apzīmētas ar saīsinājumu, jo ir neparasti sajaukt ISA un mikroarhitektūras. Turklāt es galvenokārt runāšu par CPU arhitektūrām, bet citi procesori, piemēram, GPU, izmanto gan ISA, gan mikroarhitektūras.

ISA ir labs sākumpunkts, jo tā ir visvienkāršākā procesora daļa un tajā ir tā vissvarīgākā daļa aspekti, piemēram, norādījumi (piemēram, saskaitīšana un reizināšana) un līdzekļi (piemēram, spēja apstrādāt skaitļus, kuriem ir 32 zīmes aiz komata). vietas). Procesori, kas izmanto noteiktu ISA, var palaist tikai kodu, kas paredzēts šim ISA (lai gan emulācija ir risinājums). Tāpēc tas bija liels darījums, kad Apple sāka pārdot Mac datorus ar Apple silīciju, jo macOS tika izstrādāta Intel CPU, kas izmanto

x86 ISA un Apple mikroshēmas izmanto ARM ISA.

Mikroarhitektūras var būtiski ietekmēt spēles, profesionālu darbu vai pat ikdienas datora lietošanu.

Īsāk sakot, mikroarhitektūra ir tā, kas savieno dažādas procesora daļas un kā tās savstarpēji savieno un sadarbojas, lai ieviestu ISA. Tātad, ja ISA ir līdzīgas dažādām valodām, tad mikroarhitektūras ir dialekti. Lai izstrādātu pilnīgi jaunu mikroshēmu, nav jāizmet ISA, un jauna procesora izveide, nemainot ISA, rada jaunu mikroarhitektūru. Mikroarhitektūras, kas veidotas uz vienas un tās pašas ISA, var būt ļoti atšķirīgas, taču tās darbojas ar vienu un to pašu kodu, pat ja viena mikroshēma nepārprotami darbojas labāk nekā otra. Uzņēmumi mēdz izveidot jaunas mikroarhitektūras, lai palielinātu veiktspēju, pievienotu jaunas instrukcijas (pazīstamas kā paplašinājumi, jo tie neietilpst pamata ISA) vai mērķētu uz konkrētu lietojumprogrammu.

Mūsdienās mums ir dažas ISA, no kurām galvenās ir x86 (līdzīpašnieks Intel un AMD), ARM (pieder Arm, bet ir licencēta citiem uzņēmumiem, piemēram, Apple un Samsung), RISC-V (atvērtā standarta ISA, ko ikviens var izmantot bez maksas) un PowerPC (pieder IBM un galvenokārt tiek izmantots datu centra lietām un agrāk daudzām konsolēm, piemēram, PS3 un Wii). Ir vismaz simtiem, ja ne tūkstošiem, mikroarhitektūras, tostarp dažas slavenas, tostarp Zen sērija no AMD, Lake sērija no Intel un Cortex sērija no Arm.

ISA ir definējušas tehnoloģiju robežas

Fakts, ka programmētājiem ir jāizveido kods īpaši noteiktiem ISA, lai tie darbotos sākotnēji (tas ir, bez nepieciešamības lai izmantotu tādu risinājumu kā emulācija, kas bieži darbojas slikti), ir radījis daudz sienu, kad runa ir par datori. Izstrādātāji mēdz koncentrēties tikai uz vienu ISA, un šī gandrīz nesaraujamā saikne starp aparatūru un programmatūru ir definējusi, kas ražo procesorus noteikta veida ierīcēm.

x86 tiek izmantots gandrīz tikai galddatoros, klēpjdatoros un spēļu konsolēs, un šīs ierīces savukārt izmanto gandrīz tikai x86. ARM, RISC-V un PowerPC ir pastrādājuši šajās jomās, taču visās tajās dominē x86. Pat ar to nepietiek Microsoft ir izveidojusi Windows ARM versiju jo trešās puses programmatūras izstrādātājiem ir jāizveido viņu lietotņu ARM versijas, un ļoti nedaudziem no tiem ir. No otras puses, Apple īpašumtiesības uz macOS padarīja daudz vienkāršāku (lai gan joprojām ir izaicinājums) pārslēgties no x86 Intel mikroshēmām uz savām.

Tāpat ARM ir žņaugts uz tālruņiem un planšetdatoriem, un tas ir noticis apmēram divus gadu desmitus. Ar laiku Intel sāka ražot x86 mikroshēmas tālruņiem 2000. gadu beigās praktiski viss tirgus jau gadiem ilgi izmantoja ARM, un Intel bija grūti pārliecināt uzņēmumus pāriet.

Šodien šķiet, ka ISA izveidotās robežas lielākoties ir nostiprinājušās. Ir ļoti maz ticams, ka ARM mikroshēmas kādreiz apsteigs x86 galddatoros un klēpjdatoros (lai gan Apple šeit gūst ievērojamu progresu), un ir skaidrs, ka viedtālruņi vienmēr tiks izmantoti ARM. Tomēr jaunajos tirgos, piemēram, datu centros un lietiskā interneta (IoT) ierīcēs, pastāv ievērojama konkurence. RISC-V arī izsaka pārliecinošu argumentu, ka daudzi uzņēmumi labprātāk ražotu paši savas RISC-V mikroshēmas lietojumprogrammām, kurās saderība plašā ekosistēmā patiesībā nerada bažas. Iespējams, tālā nākotnē daži no šiem SRS vairs netiks izmantoti, taču šķiet, ka tikai daži galvenie SRS jebkurā brīdī būs svarīgi.

Mikroarhitektūras var padarīt vai sabojāt jūsu pieredzi ierīcē

Lai gan uzņēmumu mārketingu nevar uztvert bez sāls graudiņa, tā ir taisnība, ka mikroarhitektūras var būtiski ietekmēt spēles, profesionālu darbu vai pat ikdienas datora lietošanu. Ja vēlaties uzzināt, vai ierīcē ir nepieciešama jaunākā mikroarhitektūra, šeit ir dažas lietas, kas jāņem vērā.

Spēles bieži vien negūst labumu no visa, ko piedāvā jauna CPU mikroarhitektūra, piemēram, instrukciju skaita palielināšana pulkstenī (IPC), jo spēles faktiski neizmanto tik daudz izejvielu. Tomēr mikroarhitektūras var palielināt pulksteņa ātrumu, papildu kešatmiņu un citas īpašības, kas varētu būt labākas spēlēšanai. Ja spēlējat videospēles ar lielu kadru nomaiņas ātrumu, jūsu pieredzi var ievērojami uzlabot, izmantojot jaunāko procesoru. Iespējams, ir pienācis laiks apsvērt jaunināšanu, ja jūsu CPU ir vairāk nekā piecus gadus vecs.

Laba ideja varētu būt arī jaunināšana uz jaunu GPU ar jaunu mikroarhitektūru. Jaunās grafikas kartes dažkārt ievieš jaunas funkcijas, piemēram, Nvidia DLSS (kas ir pieejama tikai RTX zīmola kartēm un DLSS 3 tikai RTX 40 sērija) un AV1 kodējums ir pieejams tikai jaunākajos RTX 40, RX 7000 un Arc Alchemist GPU. Turklāt spēļu veiktspēja ir atkarīga no grafiskās kartes, un jaunas mikroarhitektūras bieži tiek savienotas pārī ar kartēm, kurām ir daudz vairāk neapstrādātu zirgspēku un VRAM nekā vecākām. vieni.

Vai jums vajadzētu jaunināt uz CPU ar jaunu arhitektūru?

Ja runa ir par profesionālu un radošu darbu, piemēram, renderēšanu, video rediģēšanu un citiem uzdevumiem, jauna CPU vai GPU iegūšana bieži vien ir tā vērta gan jaunu funkciju, gan kopumā augstākas veiktspējas dēļ. Dažkārt ir noderīgi, piemēram, papildu CPU norādījumi, piemēram, AVX. Tomēr iespējamie veiktspējas uzlabojumi var ievērojami atšķirties atkarībā no lietojumprogrammas, un jums vajadzētu izpētīt savu programmatūru, lai noskaidrotu, vai tā var gūt labumu no jaunākas aparatūras.

Ikdienas lietotājiem jaunākas aparatūras priekšrocības nav tik acīmredzamas, jo pamata lietojumprogrammas var darboties gandrīz visās pēdējās desmitgades laikā ražotās ierīcēs. Tomēr īpaši klēpjdatoru lietotājiem mikroarhitektūra bieži palielina efektivitāti, un labāka efektivitāte parasti nozīmē mazāku enerģijas patēriņu, kas savukārt nozīmē labāku akumulatora darbības laiku.