Procesor

Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) – urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z pamięci, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy. Wykonuje on ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.
Procesory (zwane mikroprocesorami) wykonywane są zwykle jako układy scalone zamknięte w hermetycznej obudowie, często posiadającej złocone wyprowadzenia (stosowane ze względu na odporność na utlenianie). Ich sercem jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych, tworzących, w zależności od zastosowania, sieć od kilku tysięcy do kilkuset milionów tranzystorów. Połączenia wykonane są z metalu (aluminium, miedź).
Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli słowo ma 64 bity, mówimy, że procesor jest 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.

Budowa

W funkcjonalnej strukturze procesora można wyróżnić takie elementy, jak:

• 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.

Cykl rozkazowy procesora.

PROCESOR stanowi główny element komputera, ponieważ jest odpowiedzialny za przetwarzanie informacji. Składa się on z układów sterujących, arytmometru oraz rejestrów . Układy sterujące odpowiadają za: dostarczenie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, przekazywanie wyników obliczeń z powrotem do pamięci oraz właściwą kolejność przetwarzania. W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer. W rejestrach procesora przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń. W wyróżnionym rejestrze nazywanym licznikiem rozkazów jest umieszczany adres miejsca w pamięci wewnętrznej zawierającego bieżący rozkaz dla procesora. Praca procesora odbywa się w tzw. cyklach rozkazowych.

Przebieg jednego cyklu rozkazowego można opisać za pomocą następującego algorytmu:

1. Zawartość miejsca pamięci wewnętrznej wskazywanego przez licznik rozkazów LR zostaje przesłana do układów sterujących procesora.
2. W układach sterujących następuje rozdzielenie otrzymanej informacji na dwa pola: pole operacji i pole argumentów. Pole operacji zawiera adres rozkazu, który należy wykonać. Pole argumentów zawiera adresy, pod którymi są przechowywane dane oraz adres przeznaczenia wyniku.
3. Na podstawie wyznaczonych adresów następuje przesłanie z pamięci wewnętrznej argumentów do odpowiednich rejestrów, a na podstawie adresu rozkazu arytmometr wykonuje odpowiednie działanie (operację arytmetyczną lub logiczną) na zawartościach rejestru.
4. Wynik przetwarzania (wynik wykonanej operacji) jest wysyłany do pamięci wewnętrznej pod adres przeznaczenia wyniku.
5. Następuje zmiana wartości licznika rozkazów LR tak, aby wskazywał on kolejny rozkaz dla procesora.

Wykonywanie obliczeń może zostać przerwane. Jeżeli procesor otrzyma sygnał informujący go o żądaniu obsługi przerwania następuje przerwanie obliczeń, zapamiętanie stanu licznika rozkazów i wczytanie do licznika rozkazów adresu podprogramu (procedury) obsługi przerwania. Dalsze zachowanie się procesora jest uzależnione od podprogramu obsługującego przerwanie. Oprócz przerwań nadchodzących z zewnątrz procesora (np. odczyt znaku z klawiatury) są przerwania wewnętrzne procesora. Jednym z takich przerwań może być przerwanie jego pracy w przypadku, gdy procesor odczyta rozkaz dzielenia dowolnej liczby przez liczbę 0.