Procesor

Procésor ali osrédnja/centrálno procésna enôta (CPE; angleško Central processing unit - CPU) je osrednji del računalnika, ki skrbi za izračunavanje in obdelavo (procesiranje) podatkov (dvojiških števil), ter nadzor in upravljanje drugih enot. Procesorji so narejeni iz silicija, ovoji pa so se skozi zgodovino zelo spreminjali (keramika, aluminij). Pri tem bi bilo pametno, če bi omenil še proizvodnjo toplote (kar veliko). Pri procesorjih je načeloma več je bolje, razen toplote in porabe energije. Procesorji se načeloma delijo po številu tranzistorjev (transistor), jeder (core), niti (thread), podnožju (socket) in velikosti pomnilnika. Jedro je računski del procesorja, narejen iz silicija. Je glavni krivec za proizvodnjo toplote (poleg tranzistorjev). Nekateri procesorji imajo poleg procesorskega jedra še grafično, ki je namenjeno računanju grafike. Nit je proces, ki ga procesor opravlja, če je procesor večniten, to pomeni da lahko opravlja več procesov naenkrat in je s tem hitrejši. Na primer, če je procesor 2 niten, bi moral v teoriji biti 1-krat hitrejši. V praksi pa ni tako: imata lahko različni jedri (Prescott, Silverthrone), različna delovna takta, proizvajalca, FSB, … Podnožje je tip povezave z matično ploščo v obliko nožic (med glavnimi so LGA 775, LGA 1156, LGA 1366, AM2+, AM3). Pomnilnik v procesorju je namenjen začasnem shranjevanju podatkov, torej več kot je bolje je.

Zgodovina

Mikroprocesor IBM PowerPC 601

Prvi komercialni procesor je bil 4-bitni Intel 4004, izdelan leta 1971. Istočasno pa so inženirji podjetja Texas Instruments razvijali procesor TMS 1000. To podjetje je leta 1973 tudi patentiralo mikroprocesor na enem čipu.

Intel je kasneje razvil prvi 8-bitni procesor, 8008 in naslednika Intel 8080 ter Zilog Z80. Podjetje Motorola (danes Freescale) je v tem času razvilo procesor 6800 in kasneje 6502. Ti procesorji so v 80. letih povzročili »revolucijo« hišnih računalnikov, ki so bili dostopni že za manj kot 100 dolarjev.

Značilnosti

Mikroprocesor Intel D4040

Tri glavne značilnosti procesorja so:

• Frekvenca ali delovni takt - število ciklov procesorja na sekundo. Giblje se od nekaj deset KHz pri procesorjih za posebne namene do nekaj GHz v procesorjih v osebnih računalnikih. Število operacij v enem ciklu je lahko tudi večje ali manjše, odvisno od zapletenosti operacije.
• Širina podatkovnega vodila, merjena v bitih, ki jih procesor obdela v eni operaciji je navadno 64 bitov, počasi se premika proti 128. Starejše generacije so imele vodilo širine 32 ali 16 bitov.
• Širina naslovnega vodila, merjena v bitih, da največji možen naslovni prostor procesorja, navadno merjen v megabajtih ali gigabajtih. Seveda pa je najvišji razpoložljivi fizični naslov odvisen od količine fizičnega pomnilnika, ki je procesorju na razpolago. Trenutno je naslovno vodilo običajno enako široko kot podatkovno, v preteklosti, pa ni bilo vedno tako.

Naslovno vodilo je možno še dodatno razširiti z zunanjo logiko za pomnilnik, vendar navadno ne več kot za (izvirna_širina-1+n), pri čemer je n običajno širina podatkovnega vodila v bitih.

Število elementov (tranzistorjev) v procesorju je lahko več sto milijonov.

Večjedrna arhitektura

V novejšem času pa so začeli vgrajevati več jeder v en procesor. Večjedrne procesorje so razvili, da je možno opravljati več opravil (niti) naenkrat brez težav (zmrzovanja, zakasnitve, ponovni zagoni,...), kar omogoča pravo paralelno procesiranje. Pri tem obstaja problem, kako posamezna opravila čimbolj učinkovito razdeliti na paralelne procese, da bo celoten sistem veliko hitrejši, kot pri uporabi enojedrnega procesorja (teoretično naj bi bil večjedrni sistem od enojedrnega hitrejši za faktor, enak številu procesorskih jeder). Obstajajo že 16-jedrni procesorji, vendar so še redki (laboratoriji). Trenutno (leto 2009) so najbolj prodajani dvojedrni procesorji.

Večprocesorski sistemi so se najprej uveljavili na posebnih področjih, kjer je bila zahtevana zmogljivost, kot so strežniki, zmogljivi računalniki in delovne postaje, so se pa tudi že uveljavili v običajnih namiznih in prenosnih računalnikih.

Glede na strojno implementacijo, procesorje v grobem delimo na dve kategoriji: RISC (Reduced Instruction Set Computer) in CISC (Complex Instruction Set Computer).
Procesorji tipa RISC imajo veliko število preprostih in pogosto uporabljenih ukazov, ki se izvršujejo približno v istem času. Z uporabo preprostejših ukazov je možno realizirati tudi zahtevnejše funkcije. Najbolj znani RISC procesorji so Alpha, ARM, MIPS, PIC in SPARC. Procesorji tipa CISC imajo nabor zapletenih ukazov, ki naredijo več operacij v enem ciklu (primer so sploh posebni ukazi MMX, 3D NOW!). Znana proizvajalca CISC procesorjev sta AMD in Intel.

Glej tudi

Intel 80486DX2 je CPE, ki ga je leta 1992 uvedel Intel.

• koprocesor
• fizikalni procesor (PPU)
• grafični procesor (GPU)
• signalni procesor (DSP)
• matična plošča

Zunanje povezave:

Proizvajalci procesorjev:

• AMD Advanced Micro Devices
• Intel Semiconductor
• IBM Microelectronics
• Freescale (bivša Motorola)
• ARM
• MIPS Technologies
• TI Semiconductors

Ostalo:

• Processor Design
• How Microprocessors Work