Procesor

Procesor to sekwencyjne urządzenie cyfrowe, które pobiera i interpretuje dane z pamięci operacyjnej, a następnie wykonuje je jako rozkazy. Z języka angielskiego nazywany jest CPU – Central Processing Unit. Realizuje on ciągi prostych operacji matematyczno-logicznych zawierających się w zbiorze operacji podstawowych. W tym artykule pochylimy się nad działaniem oraz zastosowaniem tego podstawowego podzespołu komputera..

Jak zbudowany jest procesor?

Procesory wykonuje się zwykle jako układy scalone, które są umieszczone w hermetycznie zamkniętej obudowie. Zazwyczaj posiadają pozłacane wyprowadzenia, ze względu na dobre własności stykowe tego metalu szlachetnego. Monokryształ krzemu stanowi serce procesora, na który to nakłada się szereg warstw półprzewodnikowych przy użyciu techniki fotolitograficznej. W zależności od konkretnego wykonania tworzą one sieci od kilku tysięcy do kilkuset milionów tranzystorów. Połączenia wykonuje się przy użyciu aluminium lub miedzi. Proces charakteryzuje szereg parametrów, z których jako pierwszy wyróżnia się rozmiar elementów, jakie tworzą jego strukturę. Im mniejszy jest procesor, tym niższe zużycie energii i napięcie pracy. Wraz ze zmniejszaniem wielkości podzespołu wzrasta również możliwość zwiększania częstotliwości jego pracy. Aktualnie produkowane przez Intela procesory z generacji Coffee Lake mają wymiar 14 nanometrów, co umożliwiło znaczące zwiększenie wydajności w porównaniu do poprzedzających ją serii procesorów. Oprócz tego procesor opisują parametry takie jak taktowanie, liczba bitów, rdzeni i wątków czy pojemność pamięci podręcznej.

Struktura funkcjonalna procesora składa się z wielu elementów. Pośród nich wyróżniamy jednostkę arytmetyczną – przeznaczoną do wykonywania operacji obliczeniowych na danych, układ sterujący przebiegiem wykonywania programów czy zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników.

Współczesne procesory charakteryzują się wielordzeniową budową, które to w swojej ofercie mają zarówno AMD jak i Intel. Co ciekawe pierwszy taki procesor wyprodukowała firma IBM – Power 4, który został wprowadzony na rynek w 2001 roku.

Działanie i zastosowanie procesora

Najprościej rzecz biorąc procesor jest „mózgiem” komputera. Przetwarza on informację, wykonując na niej operacje elementarne, określane w języku informatyki instrukcjami bądź rozkazami. Kiedy mamy do czynienia z ciągiem takich poleceń nazywamy go programem. Procesor jest dość skomplikowanym automatem, który może wykonywać kilkaset dosyć prostych czynności – tak zwanych rozkazów maszynowych. Każdy z nich ma swój własny kod oraz liczbę zapisaną w jednym lub kilku bajtach. Procesor, pobierając z pamięci kolejne bajty, realizuje zaprogramowane wcześniej operacje. Dzieli się on przy tym na jednostkę wykonawczą oraz sterującą. Jednostka sterująca za pomocą sygnałów wysyłanych do jednostki wykonawczej, wyznacza rodzaj wykonywanych przez nią operacji. Jej zadaniem jest wykonywanie operacji arytmetycznych oraz logicznych – czyli po prostu przetwarzanie informacji.

Procesory stanowią obecnie podstawę komputerów stacjonarnych, laptopów, a także smartfonów. W zależności od potrzeb charakteryzują się różnymi parametrami, które definiują ich zastosowanie. Niewielkie procesory o bardzo niskim poborze mocy znajdą zastosowanie w urządzeniach mobilnych. Z kolei pełnowymiarowe CPU funkcjonują w komputerach stacjonarnych, zapewniając wysoką wydajność, niezbędną do zastosowań profesjonalnych, czy zaawansowanych gier 3D. Powszechnie stosowaną praktyką jest również łączenie wielu procesorów w większe jednostki, w ten sposób buduje się m.in. super komputery, zdolne do wykonywania gigantycznej liczby obliczeń jednocześnie.