Procesor, CPU (ang. central processing unit) – sekwencyjne urządzenie cyfrowe, które pobiera dane z pamięci operacyjnej, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy. Procesory wykonują ciągi prostych operacji matematyczno-logicznych ze zbioru operacji podstawowych.
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, a więc głównie od częstotliwości jego taktowania.
Nazwa
Procesor bywa też nazywany jednostką centralną, centralną jednostką obliczeniową lub centralną jednostką przetwarzającą (poprzez tłumaczenie angielskiego wyrażenia central processing unit 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).
Budowa
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
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). 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
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.
Popularnym modelem firmy Intel, który kontynuował ten trend był Intel Pentium D. Dużą popularność zyskał dopiero Intel Core 2 Duo zbudowany na bazie architektury Conroe (65 nm).
CPU mają rdzenie taktowane zegarem nawet 4,4 GHz (np. AMD A10-6800K i i7-4790k), lecz nie występuje już wyraźny wzrost taktowania w kolejnych generacjach procesorów. Szybkość obliczeń jednak wzrasta dzięki zwiększaniu ilości tranzystorów i rdzeni w procesorach.
Największy konkurent Intela, czyli AMD, wprowadził do sprzedaży popularny model procesora dwurdzeniowego o nazwie Athlon 64 X2. Obie firmy mają dziś w ofercie także modele czterordzeniowe (niektóre Core i5 oraz Core i7 Intela i AMD Athlon II X4 oraz Phenom II X4 AMD) oraz sześciordzeniowe (Phenom II X6 oraz Core i7 serii 9×0) przeznaczone do komputerów klasy desktop. AMD jako pierwsze wprowadziło na rynek procesory ośmiordzeniowe. Od niedawna Intel również posiada taką konstrukcję w ofercie. Jest to procesor i7 5960X o bazowym taktowaniu wynoszącym 3 GHz. Jednostka ta została wykonana w technologii 22 nm, powstała na bazie architektury Haswell (znanej z modeli o oznaczeniach serii 4xxx) i została wydana w trzecim kwartale 2014. Procesory do zastosowań serwerowych mają nawet 16 (AMD Opteron) – 24 rdzenie (Intel Xeon Processor E7 v4 w 2016).
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).
Źródło:https://pl.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Strona_g%C5%82%C3%B3wna