Procesor

Autor Lukáš Voříšek

Procesor (Central Processing Unit) je základní součástí počítače. Je to integrovaný obvod o velmi vysokém stupni integrace (desítky miliónů součástek na čipu), osazený v pouzdře. Procesor vykonává strojový kód spuštěných aplikací, matematické výpočty a podílí se na řízení dalších částí počítače. V dnešní době se procesor zapojuje do patice nazývané Socket. Mají tvar čtverce, po jehož obvodu jsou umístěny v několika řadách vývody. Tyto patice se také pro různé procesory liší a kvůli tomu není možné volně měnit procesor. V dobách minulých se ještě vyráběly procesory do patice Slot a ty měly tvar rozšiřující karty.

Základním parametrem procesoru je jeho výkon. Ten je ovlivněn mnoha činiteli, z nichž nejvýznamnější je pracovní frekvence, která se udává v GHz. Tato hodnota značí, kolik instrukčních cyklů je procesor schopen vykonat za 1 vteřinu. Je dobré poznamenat, že 1 instrukční cyklus není shodný s instrukcí. Naprostá většina instrukcí je příliš složitá na to, aby mohla být vykonána v 1 instrukčním cyklu a proto je rozložena na dílčí operace. Například instrukce sčítání dvou čísel zabere 4 cykly. Dalšími faktory ovlivňujícími výkon procesoru je například velikost paměti cache, nebo počet aritmeticko-logických jednotek (ALU) vykonávajících matematické operace.

Součásti procesoru

• Řadič - řídicí jednotka, která zajišťuje řízení jednotlivých částí procesoru dle prováděných strojových instrukcí (dekódování, načítání operandů instrukcí, ukládání výsledků zpracování instrukcí).
• Sada registrů pro uchování operandů a mezivýsledků - přístup k registrům je mnohem rychlejší než přístup do operační paměti připojené k procesoru pomocí sběrnice. Registry dělíme na obecné a řídící. Bitová šířka registrů je jednou ze základních charakteristik procesoru.
• ALU - provádí aritmetické a logické operace, v 1 procesoru jich může být i více
• FPU - (Floating Point Unit) matematický koprocesor, která provádí operace v plovoucí řadové čárce
  Cache - vyrovnávací paměť, do které se ukládají kopie dat přečtených z operační paměti, tímto způsobem se zvyšuje propustnost dat mezi procesorem a operační paměti.

Cache paměť je často trojstupňová a označuje se L1, L2, L3.

L1 - paměť malé kapacity a stejné rychlosti jako procesor, je přímo v CPU
L2 - větší, ale pomalejší, je mezi operační pamětí a CPU
L3 - paměť společná pro všechny jádra o velikosti několika Mb

Velikost a rychlost paměti cache se různí podle výrobce a je jedním z hlavních parametrů ovlivňujících výkon a cenu CPU.

Dále obsahuje další rozsáhlé funkční bloky, které z ortodoxního hlediska nejsou součástí procesoru. Proto vznikl pojem "jádro procesoru", aby bylo možné rozlišit mezi vlastním procesorem a integrovanými periferními obvody. Vzhledem k současné vysoké integraci tak často dochází k rozmazávání hranice mezi pojmem mikroprocesor a mikropočítač. Příkladem je "systém na čipu" (SoC - system on chip). Jde o integrované obvody, které obsahují kromě vlastního procesoru i další subsystémy, např. pro zpracování grafiky, zvuku či připojení periferií (ty jsou v osobních počítačích obvykle v chipsetu, nebo na samostatných kartách). SoC se používají například v PDA, herních konzolích, domácí elektronice nebo v mobilních telefonech.

Základní parametry:

Parametr	Popis	Jednotka	běžný rozsah
Rychlost jádra	Počet operací provedených za jednu sekundu	MIPS (milonů operací za sekundu)	0 – 3400 MIPS (v budoucnu i více)
Šířka slova	Maximální bitová šířka operandů instrukcí	bit	4 – 128
Počet jader	Počet a typ jader integrovaných v procesoru	číslo	1 – 12
Počet instrukčních kanálů	Maximální počet instrukcí proveditelných jedním jádrem v jednom taktu procesoru	číslo	1 – 4
Efektivita strojového kódu	počet instrukcí potřebných pro provádění běžných operací	např. počet Dhrystone na MIPS	?
Výkon FPU	Přítomnost FPU/počet základních operací v jednoduché nebo dvojnásobné přesnosti, které zvládne provést jednotka FPU	MFLOPS (megaflops)	až desítky GFLOPS (gigaflops), podle architektury a počtu FPU
Šířka externí datové sběrnice	Maximální počet bitů, které je možné během jediné operace přenést z (do) čipu	bit	8 – 64
Frekvence datové sběrnice (FSB)	Maximální frekvence přístupu do externí paměti RAM	MHz	stovky MHz
Interní paměť cache	Kapacita rychlé interní vyrovnávací paměti integrované přímo na čipu procesoru	Byte	i několik MiB
Velikost adresovatelné paměti	Velikost externí paměti, kterou je procesor schopen přímo používat	Byte	u 80x86 4 GiB i více

4 května 2011