article

Procesor (CPU – central processing unit) je ústřední výkonnou jednotkou počítače, která čte z paměti instrukce a na jejich základě vykonává program. Pokud bychom přirovnali počítač např. k automobilu, postavení procesoru by odpovídalo motoru. Protože procesor, který by vykonával program zapsaný v nějakém vyšším programovacím jazyku by byl příliš složitý, má každý procesor svůj vlastní jazyk - tzv. strojový kód, který se podle typu procesoru skládá z jednodušších nebo složitějších instrukcí. Pod pojmem procesor se dnes téměř vždy skrývá elektronický integrovaný obvod, i když na samých počátcích počítačové éry byly realizovány procesory i elektormechanicky.

Původní procesory počítačů byly sestaveny z diskrétních součástek (elektronek, později tranzistorů, doplněné odpory a kondenzátory). Velikost takového procesoru odpovídala obvykle jedné velké skříni. Teprve počátkem 70. let 20. století se s nástupem integrovaných obvodů začaly procesory miniaturizovat. Nejprve byly procesory stavěny z procesorových řezů, (procesor byl pak složen z několika desítek jednodušších integrovaných obvodů). Když došlo k integraci procesoru do jediného čipu, vzniknul mikroprocesor.

AM486 DX2-80 and i486 DX2-66.jpgu]]

Součásti procesoru

  • řadič nebo řídicí jednotka, která řídí tok programu, tj. načítání instrukcí, jejich dekódování, načítání operandů instrukcí z operační paměti a ukládání výsledků zpracování instrukcí
  • sada registrů k uchování operandů a mezivýsledků.
  • jedna nebo více aritmeticko logických jednotek, které provádí s daty aritmetické a logické operace.
  • některé procesory obsahují jednu nebo několik jednotek plovoucí čárky, která provádí operace v plovoucí řádové čárce

Je třeba poznamenat, že současné čipy zpravidla obsahují mnoho dalších rozsáhlých funkčních bloků jako třeba paměť cache a různých periferií, které z ortodoxního hlediska nejsou součástí procesoru. Proto vzniknul pojem „jádro procesoru“, aby bylo možné rozlišit mezi vlastním procesorem a integrovanými periferními obvody. Pro spravedlnost je třeba dodat, že integrované periferie bývají většinou velmi dobře sladěny s jádrem, takže je z tohoto lze chápat jako „součást procesoru“. Vzhledem k současné vysoké integraci tak mnohde dochází k rozmazávání hranice mezi pojmem mikroprocesor a mikropočítač.

Některé současné procesory obsahují „více jader“. Vícejádrový procesor je tedy integrovaný obvod obsahující několik jader procesorů a logiku sloužící k jejich vzájemnému propojení (a další jednotky). Dalším současným trendem je tzv. „systém na čipu“ (SOC - system on chip), kdy je procesor realizován pomocí programovatelného hradlového pole, čímž se dosahuje maximální pružnost a přizpůsobení se dané aplikaci.

Rodina procesorů která vychází ze stejného jádra nebo zpracovává stejný strojový kód tvoří specifickou architekturu procesoru.

Dělení procesorů

Jak už jsme zmínili, když to velmi zjednodušíme procesor zastává v počítači podobonou úlohu jako motor v automobilu. Podobně jako se liší motor v motorce, miniautomobilu, automobilu vyšší třídy nebo v těžkém nákladním autě nebo v lodi se pro různé aplikace používají růzené druhy procesorů.

Dělení podle počtu bitů

Základním ukazatelem procesoru je počet bitů, tj. šířka operandu který je procesor schopen zpracovat v jednom kroku. Zjednodušeně se dá říci, že např. 8bitový procesor umí počítat s čísly od 0 do 256, 16bitový s čísly od 0 do 65536 atd.

  • Osobní počítače a laserové tiskárny obsahují 32bitové procesory, přičemž u osobních počítačů dnes dochází k přechodu na 64bitové procesory. V budoucnu mají velkou perspektivu vícejádrové procesory, protože prostý přechod na vyšší počet bitů z hlediska aplikací není tak významný skok jak tomu bylo u přechodu z 16 na 32 bitů.

Dělení podle struktury procesoru

  • Procesor určený do osobního počítače nebo serveru. Jedná se zpravidla o velmi rychlé procesory s rozsáhlou instrukční sadou, jednotkou pro ochranu a mapování paměti, jednotkou pro výpočty v plovoucí řádové čárce a rozsáhlou pamětí cache. Základním požadavkem na procesory tohoto typu je jednotka pro ochranu a mapování paměti, aby umožňovaly chod víceúlohových víceuživatelských operačních systémů jako Unix, Linux nebo Window NT, 2000, XP, ... . Prvními masově vyráběnými procesory které by bylo možné zařadit do této kategorie byly procesory řady Motorola 68000 a procesory řady Intel 80x86.

  • Jednočipový mikropočítač nebo také mikrokontrolér (MCU) bývá procesor s univerzálním jádrem, s kterým jsou současně zaintegrovány základní periferní obvody, takže je schopen samostatné funkce. Za průkopníky v této kategorii můžeme považovat 8bitový procesor Intel i8051, který poprvé integroval všechny základní periferie (jádro procesoru, paměť RAM, EEPROM, čítače a časovače) na jediném čipu a 16bitový technologický procesor Siemens SAB 80C166, který poprvé integroval A/D převodníky, komunikační linky a masivní systém čítačů/časovačů/přerušení (následníky řady 80166 dnes vyrábí Infineon (řada C167 a C166 SV2) a SGS Thomson (řada ST10)).

  • DSP neboli digitální signálový procesor je procesor zaměřený na zpracování signálu. DSP jsou optimalizovány na co nejrychlejší opakování jednoduchého matematických algoritmů zaměřených na zpracování signálu. Typickou aplikací DSP je filtrace signálu pomocí filtrů FIR a IIR nebo Fourierova analýza. DSP se dnes používají především ve spotřební elektronice a v telekomunikační technice. Současné DSP obsahují proti svým předchůdcům navíc také rychlé komunikační linky, aby bylo možné přenášet velký datový tok protékající těmito procesory. Často můžeme rovněž pozorovat snahu o spojení výhod DSP a jednočipových mikropočítačů ať už je to cestou rozšiřování DSP o periferie nebo rozšiřováním mikrokontrolérů o DSP jednotky.

Rychlost procesoru

Zásadním parametrem, který nás u procesoru zajímá je jeho rychlost. Zdánlivě jde o banální záležitost, protože stačí spočítat kolik milionů instrukcí je procesor schopen vykonat za sekundu, tj. počet MIPS. Ovšem z praktického hlediska je počet MIPS např. u osmibitového procesoru PIC a u procesoru Intel Pentium zcela nesrovnatelnou veličinou, protože instrukční sady těchto procesoru jsou zásadně odlišné a na výpočet v plovoucí čárce který udělá pentium v jediném taktu může PIC potřebovat několik tisíc operací, zatímco jednoduché bitové operace zvládnou oba procesory v několika taktech.

Zdálo by se, že tedy alespoň srovnání výkonu v rámci jedné řady procesorů je snadné, ale není tomu vždy tak. Moderní procesory jsou totiž podstatně rychlejší než externí operační paměť, takže reálný výkon značně závisí také na rychlosti a šířce externí paměti a na velikosti a uspořádání vyrovnávacích pamětí cache uvnitř procesoru.

V této souvislosti je vhodné rovněž připomenout že celkový výkon systému je určen výkonem procesoru pouze z jedné části. Rychlost je vždy určena úzkým místem v systému. Pokud máme např. malou operační paměť, takže operační systém se ji pokusí nahradit odkládáním na řádově pomalejší harddisk tak budeme prostě na některé aplikace čekat. Je to asi jako když potřebujete něco převézt a máte malý kufr v autě. Když musíte jet několikrát, tak rychlost moc nepomůže. Rovněž vhodně navržená struktura periferií může výrazně odlehčit zátěž procesoru.

Významné architektury procesorů

Architektury zabudovaných procesorů

Architektury mikropočítačů a osobních počítačů

Architektury procesorů pracovních stanic a serverů

Malé/střední/velké architektury procesorů

Nadcházející architektury procesorů

Historicky významné procesory

Podívejte se též na

Procesory

Central Processing Unit | Central Processing Unit | Central processing unit | CPU | Suoritin | Processeur | מעבד | Procesor | CPU | CPU | CPU | 중앙처리장치 | Processor centralis | Unit Pemproses Pusat | Processor | CPU | Jednostka centralna (procesor) | CPU | CPU | Centralprocessor | หน่วยประมวลผลกลาง | 中央处理器

 

This article is licensed under the GNU Free Documentation License. It uses material from the "Procesor".

Home Page • arts • business • computers • games • health • hospitals • home • kids & teens • news • physicians • recreation• reference • regional • science • shopping • society • sports • world