Co to i jak działa jest procesor?

by Randa Pawel

Poznaj sprzęt komputerowy LG

Pliki Cookies (Ciasteczka)

Ta strona wykorzystuje pliki Cookies (Ciasteczka), które są ważne dla prawidłowego funkcjonowania serwisu oraz do optymalizacji przeglądania, personalizacji zawartości zgodnie z Państwa zainteresowaniami oraz w celu analizowania ruchu na witrynie.

Klikając " " zgadzasz się na używanie przez nas wszystkich plików cookies. Jeśli chcesz zaakceptować lub odrzucić wybrane pliki cookies, kliknij przycisk "ustawienia plików cookies". Więcej informacji odnośnie wykorzystywanych przez nas plików Cookies znajdziesz w dokumencie Polityka Prywatności - Ochrona Danych Osobowych w części zatytułowanej “Polityka plików cookies”.

Procesor – Wikipedia, wolna encyklopedia

Clean room) w Glenn Research Center (NASA) Pomieszczenie wysokiej czystości () w Glenn Research Center (NASA)

Procesor (ang. central processing unit, CPU) – sekwencyjne urządzenie cyfrowe, które pobiera dane z pamięci operacyjnej, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy.

Procesory wykonywane są zwykle jako układy scalone zamknięte w hermetycznej obudowie, często posiadającej złocone wyprowadzenia (stosowane ze względu na odporność na utlenianie) i w takiej postaci nazywa się je mikroprocesorami – w mowie potocznej pojęcia procesor i mikroprocesor używane są zamiennie. Sercem procesora jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych, tworzących, w zależności od zastosowania, sieć od kilku tysięcy do kilku miliardów tranzystorów. Jego obwody wykonywane są z metali o dobrym przewodnictwie elektrycznym, takich jak aluminium czy miedź.

Jedną z podstawowych cech procesora jest określona długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonuje on podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli przykładowo słowo tworzą 64 bity, to taki procesor określany jest jako 64-bitowy. Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość, z jaką wykonuje on rozkazy. Przy danej architekturze procesora, szybkość ta w znacznym stopniu zależy od czasu trwania pojedynczego taktu[1], a więc głównie od częstotliwości jego taktowania.

Procesor bywa też nazywany jednostką centralną, centralną jednostką obliczeniową lub centralną jednostką przetwarzającą (poprzez tłumaczenie angielskiego wyrażenia central processing unit (CPU) w sposób niemal dosłowny). Część użytkowników „jednostkę centralną” kojarzy jednak z handlowym terminem określającym jednostkę systemową komputera – złożoną z procesora, płyty głównej, kart rozszerzeń, pamięci operacyjnej, dysków twardych i innych elementów zamkniętych we wspólnej obudowie – nieobejmującym urządzeń peryferyjnych (monitora, klawiatury, drukarki).

W funkcjonalnej strukturze procesora można wyróżnić:

zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników. Rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia lub mają specjalne przeznaczenie.

jednostkę arytmetyczną (arytmometr) do wykonywania operacji obliczeniowych na danych

układ sterujący przebiegiem wykonywania programu

inne układy, w które producent wyposaża procesor w celu usprawnienia jego pracy.

Rozmiary elementów [ edytuj | edytuj kod ]

Jednym z parametrów procesora jest rozmiar elementów budujących jego strukturę. Im są one mniejsze, tym niższe jest zużycie energii, napięcie pracy oraz wyższa możliwa do osiągnięcia częstotliwość pracy. W roku 2012 firma Intel wprowadziła procesory wykonane w procesie technologicznym (fotolitografii) 22 nm (Ivy Bridge), a w czwartym kwartale 2014 było to 14 nm (Core M)[2]. W 2019 roku firma AMD wprowadziła na rynek pierwsze procesory o mikroarchitekturze Zen 2 wykonane w litografii 7 nm w fabrykach TSMC.

Aby ograniczyć straty związane z powstawaniem defektów w tak małych strukturach, fabryki procesorów muszą posiadać pomieszczenia o niezwykłej czystości, co jest bardzo kosztownym przedsięwzięciem.

Wielordzeniowość i procesory pomocnicze [ edytuj | edytuj kod ]

Współcześnie większość procesorów ma wielordzeniową budowę. Pierwszym procesorem wielordzeniowym ogólnego przeznaczenia był procesor Power 4 firmy IBM wprowadzony na rynek w roku 2001. Pierwszymi procesorami wielordzeniowymi architektury x86 były wersje procesorów Opteron firmy AMD i Pentium Extreme Edition firmy Intel wprowadzone w kwietniu 2005 roku.

Modelem firmy Intel z niższej półki cenowej, który kontynuował ten trend był Intel Pentium D, chwilę później największy konkurent Intela, czyli AMD, wprowadził do sprzedaży popularny model procesora dwurdzeniowego o nazwie Athlon 64 X2. Dużą popularność zyskał dopiero Intel Core 2 Duo zbudowany na bazie architektury Conroe (65 nm). Niedługo później pojawił się także 4-rdzeniowy układ Intel Core 2 Quad.

CPU mają rdzenie taktowane zegarem nawet 5 GHz (np. Intel Core i9-9900KS), lecz nie występuje już wyraźny wzrost taktowania w kolejnych generacjach procesorów. Szybkość obliczeń jednak wzrasta dzięki zwiększaniu liczby tranzystorów i rdzeni w procesorach.

Intel i AMD mają dziś w ofercie także modele czterordzeniowe (Intel Core i3, oraz AMD Ryzen 3), sześciordzeniowe (Intel Core i5, oraz AMD Ryzen 5), oraz ośmiordzeniowe (Intel Core i7, oraz AMD Ryzen 7), oraz szesnastordzeniowe AMD Threadripper i AMD Ryzen 9 klasy desktop. Ponadto są dostępne specjalne procesory do zastosowań profesjonalnych obu firm, które mogą mieć nawet do 64 rdzeni.

Projektanci procesorów próbują także innych metod zwiększania wydajności procesorów, na przykład hyper-threading, gdzie każdy rdzeń może się zachowywać jak dwa procesory logiczne, dzielące między siebie zasoby pamięci podręcznej i jednostek wykonawczych. Gdy jeden z konkurujących ze sobą procesów pozostawia niewykorzystane zasoby, proces przypisany do drugiego procesora logicznego może ich użyć, co w sprzyjających okolicznościach może prowadzić do sumarycznego wzrostu wydajności od kilku do kilkunastu procent.

W roku 2007 Intel zaprezentował testy układu scalonego Intel Polaris wyposażonego w 80 rdzeni ogólnego przeznaczenia, który osiągnął wydajność 1,01 TFLOPS.

Komputer (w szczególności komputer osobisty) oprócz procesora głównego (CPU) ma zwykle procesory pomocnicze: obrazu (GPU, najnowsze konstrukcje pozwalają na integrację CPU z GPU w APU), dźwięku, koprocesory arytmetyczne (od lat 90. na ogół są zintegrowane z CPU).

Rozkazy procesora [ edytuj | edytuj kod ]

Do typowych rozkazów wykonywanych przez procesor należą:

kopiowanie danych z pamięci do rejestru z rejestru do pamięci z pamięci do pamięci (niektóre procesory) (podział ze względu na sposób adresowania danych)

działania arytmetyczne dodawanie odejmowanie porównywanie dwóch liczb dodawanie i odejmowanie jedności zmiana znaku liczby

działania na bitach iloczyn logiczny – AND suma logiczna – OR suma modulo 2 (różnica symetryczna) – XOR negacja – NOT przesunięcie lub rotacja bitów w lewo lub w prawo

skoki bezwarunkowe warunkowe

Rozkazy dla procesora identyfikowane są na podstawie binarnego kodu maszynowego, jednak dany kod nie musi oznaczać wykonywania tych samych operacji przez procesor do tego samego (lub innego) zadania. W tym celu, w procesorach niedostępnych masowo, można spotkać możliwość programowania rozkazów CPU, czyli mikroprogramowania. Rozwiązanie takie daje pełniejszą kontrolę nad procesorem oraz możliwość zwiększenia wydajności procesora w pewnych zastosowaniach, w stopniu znacznie większym niż w przypadku powszechnie dostępnych procesorów, w których kody maszynowe są na stałe przypisane do odpowiednich ciągów mikrorozkazów (mikroinstrukcji).

Producenci procesorów [ edytuj | edytuj kod ]

Głównymi producentami procesorów są: Fujitsu, AMD, Intel, Toshiba, Sony, IBM, Freescale (dawniej jako Motorola), Texas Instruments, VIA Technologies, Qualcomm, Apple.

Zobacz też [ edytuj | edytuj kod ]

Co to i jak działa jest procesor?

Procesor, mózg całego komputera. Co o nim wiemy? Co wiedzieć powinniśmy? Postaramy się w tym tekście przybliżyć wam ten niepozorny kwadracik, który może być wart czasem i kilka tysięcy złotych.

Czym jest i jak działa procesor?

Sprawdź spis treści i przeczytaj interesujący Cię fragment:

Spis Treści Zwiń Rozwiń

1.Podstawy

Procesor, w języku angielskim nazywany CPU od Central Processing Unit – Centralna Jednostka Przetwarzająca – odpowiada ze większość poleceń, które nasz komputer obsługuje. Polecenia mogą być różne:

napisanie litery na klawiaturze,

przekazanie obrazu z pulpitu na ekran,

granie muzyki z odtwarzacza,

obliczenia w kalkulatorze,

otwarcie tacki na płyty CD/DVD/BR,

przesłanie dokumentu do druku.

Praktycznie każde urządzenie elektroniczne posiada swój procesor. Na rynku sprzętu stacjonarnego dominuje dwóch producentów – Intel i AMD. Jeśli chodzi o urządzenia mobilne, to należy dodać do stawki jeszcze firmy Apple, NVIDIA oraz Qualcomm.

Procesor to metalowych kwadracik, który z jednej strony jest względnie płaski, a z drugiej najeżony małymi, metalowymi nóżkami. Tymi nóżkami właśnie montuje się go do płyty głównej. Do płaskiej części podłącza się chłodzenie, wcześniej odpowiednio nakładając pastę termoprzewodzącą, której nie wolno lekceważyć.

Chłodzenie może być albo pasywne, albo aktywne. Najczęściej jednak jest to chłodzenie skłądające się z obu tych rozwiązań. Mamy więc radiator, czyli wieżę z blaszek oraz wentylator do tego, który pomaga odprowadzić ciepło spomiędzy blaszek. Możemy też zastosować chłodzenie wodne, gazowe czy suchym lodem. Te ostatnie są wykorzystywane głównie przy podkręcaniu procesora, o którym za chwilę.

2.Parametry techniczne

Dużą wagę w przypadku procesorów przykłada się do dwóch rzeczy. Pierwsza, to ilość rdzeni. Teoretycznie, im ich więcej, tym procesor pracuje szybciej. W założeniu każdy rdzeń w tym samym czasie może obsługiwać jakieś polecenie. Czyli procesor jednordzeniowy może na raz pracować nad jednym procesem, a czterordzeniowy nad czterema. Choć są procesory i z ośmioma i z dziesięcioma rdzeniami, to jednak nie wszyscy producenci potrafią je wykorzystać.

Druga rzecz to częstotliwość taktowania procesora. Im większa wartość, podawana w GHz (gigaherce) tym lepiej. Ta liczba to prędkość procesora. Jeśli jest to 2,7 GHz, to znaczy, że jeden rdzeń procesora może obsłużyć w każdej sekundzie 2,7 miliarda poleceń.

3.32 czy 64?

Ważną rzeczą w procesorze jest pamięć podręczna. To jej wielkość determinuje, czy procesor jest 32 bitowy, czy 64. Te drugie są szybsze, gdyż dzięki większej pamięci mogą łatwiej wrócić do najczęściej używanych poleceń. Takie działania przyspieszają cały proces. Stąd podział aplikacji i systemów operacyjnych. Oczywiście wszystko co jest zaprogramowane na 32 bity będzie działało w 64, ale w drugą stronę już nie.

4.Lekcja historii

Teraz skoro znamy już podstawy, możemy opowiedzieć parę ciekawostek. Procesory Intel 4004 w 1971 roku były 4 bitowe i były taktowane 0.1 MHz. Znane wszystkim w Polsce Inte Pentium II 233 MMX były już 32 bitowe i miały taktowanie 233 MHz, a wszystko to w 1997 roku. Oba procesory były oczywiście jednordzeniowe.

Aktualnie można kupić Intel Core i7-6950X, który ma rdzeni dziesięć, każdy taktowany 3000 Mhz i do tego w 64 bitach. Tylko z prostej matematyki ten ostatni jest 300 tysięcy razy szybszy od pierwszego. Rzeczywiste pomiary wydajności byłyby jeszcze ciekawsze.

5.Podkręcanie procesora

Wspominaliśmy wcześniej o podkręcaniu, że wymaga wydajniejszego chłodzenia. Część procesorów można samodzielnie ulepszać, a dokładnie, zwiększać im taktowanie, by były szybsze. Niestety wiąże się to z tym, że dużo bardziej się grzeją, a co za tym idzie trzeba coś z tym ciepłem zrobić. Teoretycznie jednak można kupić tańszy procesor i zrobić z niego samemu lepszy.

Odpowiedzialność za niepowodzenie spadnie jednak na nas i raczej nie będziemy mogli skorzystać z gwarancji. Da się jednak podkręcić procesor tylko trochę, na przykład z 2,2 GHz na 2,4 GHz. To zawsze będzie dodatkowa moc obliczeniowa, która gdzieniegdzie może poprawić wydajność naszego sprzętu.

6.Zintegrowana karta graficzna

Ostatnio bardzo często spotkać można procesory ze zintegrowaną kartą graficzną. Najczęściej takie rozwiązania stosuje się w laptopach, jednak i w stacjonarnych PC takie procesory mogą być użyteczne, chociażby w biurze. Takie układy są przydatne, gdy chcemy stworzyć sprzęt głównie do pracy na nim i wyłącznie do podstawowych multimediów. Na upartego można też na tych kartach pograć. Niestety, dość często producenci gier nie traktują tych układów poważnie i choć mają one odpowiednią moc, to nie zadziałają ze wszystkimi tytułami.

7.Płyta główna – ważna rzecz

No dobrze, idziemy do sklepu i co dalej? Należy pamiętać, że jeśli wymieniamy procesor, to najprawdopodobniej będzie trzeba wymienić płytę główną. Technologie się zmieniają i płyta główna musi być kompatybilna. Druga rzecz z tym związana to fakt, że najczęściej osobno są produkowane płyty dla procesorów Intela, a osobno dla AMD. My jednak polecamy procesory Intela. Choć są droższe to zapewniają lepsze wyniki. W chwili obecnej są trzy główne linie tych procesorów, które powinny nas interesować: podstawowe – i3, dla średnio wymagających – i5 oraz dla ludzi oczekujących tylko najlepszych rezultatów – i7.

8.Jaki procesor wybrać?

Jeśli ma to być wyłącznie praca biurowa, to i3 w zupełności wystarczy. Jeśli chcemy w coś pograć, obejrzeć film, pobawić się programami graficznymi to przyda się nam i5. W przypadku, gdy chcemy by komputer latał, to polecamy i7. Po wybraniu „kategorii” warto zwrócić uwagę na pierwszą cyfrę po myślniku. Im wyższa tym lepiej. W tej chwili mamy siódmą generację tych procesorów, najlepsze zatem będą takie jak i3-7***. Wtedy trzeba skupić się na częstotliwości, pamiętacie, że im wyższa tym lepiej? Na koniec zaś spojrzeć na portfel i pomyśleć na co nas stać!

9.Przyszłość procesorów

W tej chwili nastąpiła lekka stagnacja w temacie. Rozwój następuje stabilnie, ale bardzo powoli. Są różne pomysły na to jak to wszystko zmienić, ale nie ma konkretów. Przez długi okres czasu badania prowadzone były nad zintegrowanymi układami graficznymi, ale odnosi się wrażenie, że to był ślepy zaułek.

Choć tego typu układy zdecydowanie znalazły swój rynek. Sporo mówi się też o tym, że konsole do gier hamują cały proces rozwoju sprzętu. Bierze się to z tego, że gry unifikowane są na wszystkie platformy, a co za tym idzie nie potrzeba super sprzętu, by grać w najwyższych detalach. Jak będzie, zobaczymy. Na razie jednak nie wygląda to jakoś szczególnie futurystycznie.

10.Podsumowanie

Oczywiście zdajemy sobie sprawę, że fani firmy AMD mogą poczuć się urażeni naszym akapitem o polecanych procesorach. Z chęcią odpowiemy na wszystkie pytania i wątpliwości. Nie widzimy też żadnych przeciwskazań by polecić procesory tej firmy, które na pewno są tańsze. Zachęcamy do komentowania. Jeśli spodobał się wam ten tekst, a jesteście zagubieni przy wyborze innych podzespołów to odsyłamy do mini poradnika o kupowaniu komputera.

11.Nie radzicie sobie z wyborem procesora? Pytajcie śmiało

Leave a Comment