A processzor


Processzorok rövid története

A processzor a számítógép egyik fő alkotóeleme. Nélküle a komputer nem is működhetne. Az első gépek még fix programú számítógépek voltak, azaz csak egyfajta feladatra voltak alkalmasak. Ahhoz, hogy egy általános célú számítógépet hozzunk létre ami többféle program futtatására és ezzel együtt több feladat ellátására legyen képes jelentős áttörésre volt szükség. Ezt az áttörést a tranzisztor megjelenésével sikerült elérni. Az első számítógépek még hatalmasak és nagyon bonyolultak voltak, tele voltak kapcsolókkal, relékkel, vezetékekkel, vákuumcsövekkel. A tranzisztorok megjelenésével lehetővé vált a mikroprocesszor kifejlesztése.

Neumann János matematikus és az egyik első számítógép

Neumann János matematikus és az egyik első számítógép Kép forrása: http://www.sztnh.gov.hu/hu/magyar-feltalalok-es-talalmanyaik/neumann-janos

 

Felépítése

Az első processzorokat kezdetben nyomtatott áramköri lapokon önálló komponensekkel készítették el. Az integrált áramkörök megjelenésével (IC  Integrated Circuit) a rengeteg tranzisztor helyett már egyetlen félvezető chip elegendő volt. Kezdetben ezek pár tíz tranzisztor funkcióját helyettesítették. *[1]

A mai modern processzorok az alábbi egységekből állnak:

CU

(Control Unit) vagyis a vezérlőegység

Feladata az utasítások lehívása, értelmezése, végrehajtása.

 

ALU

(Arithmetik Logical Unit) aritmetikai és logikai egység. Feladata a programok utasításaiban elhelyezett aritmetikai (számtani) és logikai műveletek elvégzése. Ezek az összeadás,kivonás, osztás, szorzás, a logikai és, vagy, kizáró-vagy, tagadás.

 

Regiszterek

Ezek belső “tárolók”. Az aktuális utasításhoz szükséges adatok és memóriacímek tárolódnak itt.

 

Működése

Processzor azaz a CPU (Central Processing Unit, központi feldolgozó egység)  fő feladata a programok feldolgozása és végrehajtása. A programok soronként különböző utasításokból és műveletekből állnak. Ezeket a sorokat egyesével olvassa be és végzi el utánna mindig a következő utasításra ugrik.  A program számok sorozataként reprezentálhatjuk, amelyet a memóriában tárolunk. Minden processzor négy alapvető utasítást alkalmaz:

  • Beolvasás a memóriából
  • Utasítások értelmezése
  • Utasítások végrehajtása
  • Memóriába visszaírás

 

A processzor fő egységei

A processzor fő egységei

 

A működés szemléltetésére vegyünk egy egyszerű példát. A számítógépünk számológép progjamjával elvégzünk egy összeadási műveletet. Legyen ez például a 7+4. Meg szeretnénk tudni mennyi ez. Amikor ezt a műveletet a programba beírjuk rögtön kiírja azt hogy az eredmény 11.

De mi történik a háttérben? Mi emberek ha azt látjuk, hogy 7+4 tudjuk azt, hogy ez egy összeadási művelet aminek az eredménye 11. A processzor ezt nem tudja neki el kell “magyarázni”. Először is jelezni kell neki a programban, hogy van három egész tipusú szám az egyik a 7 a másik a 4 a harmadik meg ennek a kettőnek az összege, ami számunkra ismeretlen. Utasítani kell rá, hogy ezt a két számot adja össze és írja ki az összeget számunkra értelmezhető formában.

Tehát durván szemléltetve a következőt tesszük vele:

  • Program kezdete (Elindítjuk a programot / beolvasás a memóriából)
  • Van egy a, egy b, és egy c számunk.
  • Az a, b, c értéke legyen egész szám
  • kérem az a értékét
  • Az a  legyen 7 (mi írjuk be)
  • Kérem a b értékét
  • A b  legyen 4 (mi írjuk be)
  • Az a és b számot adjuk össze és kérem c értékét  (a+b=c)
  • c értéke=11
  • A 11 azaz c értékét írjuk ki a képernyőre
  • Meglátjuk az eredményt a képernyőn
  • Program vége (kiiratás a memóriába)

Ez egy nagyon elnagyolt példa volt de talán sikerült érzékeltetni mi a különbség a gépi “gondolkodás” és az emberi között. Míg mi egyértelműen ránézésre tudjuk mit kell tenni, addíg a processzor számára el kell magyarázni milyen adattal mit szeretnénk tenni. Egy egyszerű művelet ezért nála akár tíz sorból is állhat. Természetesen a számítási sebessége nagyon nagy, ezért sokkal bonyolultabb feladatok elvégzése sem jelent nagy gondot. A számítási sebesség már olyan nagy, hogy amíg a fény megtesz három métert, addig a CPU egymillió számítást végez el. Ez lássuk be nagyon nagy sebesség. A fejlődés pedig töretlen, hiszen már fejlesztés alatt áll az első kvantumszámítógép, melynek számítási sebessége felülmúlja majd a ma ismert leggyorsabb számítógép sebességét is.

 

Források:

Cikkem alapja Síkos László: PC Hardver kézikönyv BBS-Info Kft

*[1] Síkos László: PC Hardver kézikönyv 58. oldal BBS-Info Kft