Литература по работе процессора

Здравствуйте! Хотел бы узнать работу процессора очень подробно, вплоть до напряжения электричества в устройстве, но проблема - ищу, ищу, ничего по этой теме не нашел. Максимум мелькало, что 0 - нету напряжение, 1 - есть напряжению, поэтому обозначили 1 и 0. А вот конкретнее не нашел (например: как процессор заменяет напряжение в битах, как процессор высчитывает нужную ячейку памяти и т.д.). Возможно, что я просто плохо искал. Было бы очень чудесно, если есть ресурс по данной теме на русском языке.

0

Не вполне ясно, вам для каких целей.

Ну вот, например:
https://habr.com/ru/articles/501502/

Книги:
Таненбаум, Архитектура компьютера
Харрис & Харрис, Цифровая схемотехника и архитектура компьютера

Понимать работу процессора можно на разных уровнях.

Самый высокий - рассматриваем процессор как набор функциональных блоков,
которые выполняют заранее проработанные операции, такие как арифметические вычисления,
управление потоком данных и взаимодействие с памятью.
На этом уровне можно говорить о таких концепциях, как:
- Архитектура процессора: Определяет, как процессор обрабатывает инструкции, какие типы данных он поддерживает и как организована память.
- Инструкции: Процессор выполняет команды, которые могут быть простыми (например, сложение двух чисел) или сложными (например, выполнение условного перехода).
- Кэширование: Использование кэша для ускорения доступа к данным и инструкциям.
- Конвейеризация — это техника, используемая в современных процессорах для увеличения их производительности. Она позволяет разделить выполнение инструкций на несколько этапов, которые могут выполняться параллельно. Каждый этап конвейера выполняет свою часть работы, что позволяет процессору обрабатывать несколько инструкций одновременно.
- Параллелизм: Современные процессоры могут выполнять несколько операций одновременно, что увеличивает их производительность.
- Синхронизация: между несколькими процессорами (или ядрами)

Цифровая схемотехника изучает проектирование и анализ цифровых схем
Логические элементы: Это базовые строительные блоки цифровых схем, такие как AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR и XNOR. Эти элементы выполняют логические операции над двоичными значениями.
Триггеры: Это специальные типы логических элементов, которые могут хранить состояние (бит) и использоваться для создания памяти в цифровых схемах. Наиболее распространенные типы триггеров включают D-триггеры, JK-триггеры и T-триггеры. Они могут быть использованы для создания регистров, счетчиков и других элементов памяти.
Комбинационные и последовательные схемы:
Комбинационные схемы: Выходные значения зависят только от текущих входных значений. Примеры: сумматоры, мультиплексоры.
Последовательные схемы: Выходные значения зависят как от текущих входных значений, так и от предыдущих состояний. Примеры: регистры, счетчики, автоматы.

Всё это основывается на теории автоматов, и ещё ниже там химия (ну вообще электромагнетизм считается физикой, но я бы к химии отнёс).

По всем вопросам можно прочитать много университетских курсов. И есть соответствующие учебники для ВУЗов. Их и надо искать в первую очередь.

https://engineer.yadro.com/note/chip-design/

3

Сообщение от Daniil_G Возможно, что я просто плохо искал.

- несомненно. читай

3

Tupiel Reuschin, хотел просто глубже поинтересоваться работой компьютера, но в основном его вычислительное устройство. В пример то же хранение битов - это же электричество под определенным напряжением, но как именно оно там находится? Или: при выключении компьютера что происходит с битами (т.к. устройство отключают от сети, значит нет электричества). А после всего этого можно и шину подробно рассмотреть (это, в принципе, просто плата с огромным количеством "микропроводов", но и в ней есть свои фокусы).

0

Сообщение от Daniil_G хранение битов - это же электричество под определенным напряжением, но как именно оно там находится?

в динамической оперативной памяти (DRAM) каждый бит хранится в виде заряда на конденсаторе.
Если заряд есть, это соответствует "1", если заряда нет — "0".

DDR5 работает при более низком напряжении (1.1 В), что снижает потребление энергии по сравнению с DDR4 (1.2 В).
Это делает DDR5 более эффективным с точки зрения энергопотребления

Когда питание отключается, конденсаторы начинают разряжаться, и заряд, который представляет собой данные, исчезает.
Время, за которое данные теряются, зависит от различных факторов, включая конструкцию ячейки памяти и условия окружающей среды.
Обычно это происходит очень быстро, в течение миллисекунд.

Чтобы предотвратить потерю данных из-за разряда конденсаторов, DRAM использует процесс, называемый "обновлением" (refresh).
Это происходит регулярно, обычно каждые несколько миллисекунд.
Во время обновления контроллер памяти считывает данные из ячеек и снова записывает их, восстанавливая заряд на конденсаторах.
Это позволяет поддерживать данные в памяти, пока система работает.

В современных архитектурах, таких как Intel и AMD, контроллер памяти обычно интегрирован непосредственно в процессор.
DRAM организована в строки и столбцы, и контроллер может обновлять целые строки (или страницы) одновременно.
Это значительно ускоряет процесс, так как позволяет считывать и записывать данные в больших объемах.

В спящем режиме (sleep mode) обновление памяти выполняется, чтобы гарантировать сохранение данных в оперативной памяти, пока система находится в состоянии ожидания. То есть, питание есть только на памяти (и на контроллере памяти), но нет на процессоре, контроллер памяти эти циклы обновления выполняет самостоятельно. Во время (не в режиме сна) работы контроллер памяти тоже делает свою работу не слишком заметно для процессора (тратя на это примерно 4% времени).

В режиме гибернации содержимое памяти выгружается в хранилище (SSD или HDD) и питание с памяти снимается (данные в памяти теряются, и их потом при старте надо загружать с хранилища).

Поэтому, теоретически, можно взять более сложную SRAM, которой такая постоянная подпитка меньше нужна, и получить более быстродействующую систему (но SRAM дороже чем DRAM).

4

"Архитектура компьютеров" под редакцией В. В. Воронцова — содержит разделы о физической реализации и логике работы процессора

2