Njësia qendrore e përpunimit

Njësia qendrore e përpunimit (anglisht: central processing unit) ose shkurt CPU, është pjesë e një sistemi kompjuterik i cili kryen udhëzimet e një programi kompjuterik, dhe është një element parësor në ushtrimin e funksioneve kompjuterike.Ky term ka qenë në përdorim në industrinë e kompjuterëve të paktën që prej fillimit të viteve 1960.Forma, hartimi dhe zbatimi i CPU kanë ndryshuar në mënyrë dramatike që nga shembujt më të hershme, por operacioni i tyre themelor mbetet i njëjtë.

Veprimet e tij janë të caktuara nga një program me kodin e makinës. Detyrat kryesore të tij janë operacionet aritmetike, leximi dhe shkrimi i të dhënave në regjistrin e punës (kujtesa RAM) si zbatimin e urdhëresave në Programe. Format moderne të CPU-së janë Mikroprocesorët në të cilat të gjitha integralet dhe pjesët tjera përbërës të CPU-së janë të futura në një mikrointegral (mikrochip).

Kompjutera si ENIAC duhet të rikablloheshin për të kryer detyra të veçanta, kështu që filluan të quheshin kompjutera me program të pandryshueshëm. Në përgjithësi termi CPU ishte përkufizuar si një paisje ekzekutuese programesh dhe paisjet e para që me të drejtë filluan të quheshin CPU, erdhën me shpikjen e kompjuterave të parë me program të memorizuar.
Idea e këtyre kompjuterave ishte e pranishme në projektin për ENIAC-un të J. Presper Eckert-it dhe të John William Mauchly-it por fillimisht u la mënjanë për të mbaruar më shpejt paisjen. Në datën 30 qershor 1945, përpara mbarimit të ENIAC-ut, matematicieni John von Neumann paraqiti një tezë me titullin First Draft of a Report on the EDVAC (Plani i parë i raportit për EDVAC). Kjo tezë përshkruante projektin e një kompjuteri me program të memorizuar, që sipas planit do të mbarohej ne gusht të 1949-ës. EDVAC-u ishte projektuar për të kryer disa komanda të ndryshme. Këto komanda mund të kombinoheshin duke krijuar programe të dobishme për të vënë në punë ENIAC-un. Programet e shkruajtura për ENIAC-un ruheshin në memorie kompjuteri të shpejta, në vend që të specifikoheshin nga instalimet elektrike të kompjuterit. Në këtë mënyrë u tejkaluan kufizime të mëdha të ENIAC-ut, si psh. koha dhe mundimi i konsiderueshëm për të rikonfiguruar paisjen nëse duhej të kryente detyra të tjera. Me projektin e Von Neuman programi,ose software, që ENIAC-u ekzekutonte mund të ndryshohej thjesht duke ndryshuar përmbajten në memorjen e kompjuterit.
Ndërsa Von Neuman njihet për projektin e kompjuterit të parë me program të memorizuar, të tjerë para tij si psh. Konrad Zuse hartuan dhe vunë në zbatim ide të ngjashme. E ashtuquajtura Arkitektura e Harvardit e paisjes Harvard Mark I, e cila mbaroi së ndërtuari para EDVAC-ut, përdorte gjithashtu programe të memorizuara por përdorte Shirita letre me vrima në vend të memorjes elektronike. Dallimi kryesor midis arkitekturës së Van Neuman-it dhe asaj të Harvardit është ky: e dyta ndan memorizimin dhe përpunimin e komandave të CPU-së dhe të dhënave (data), ndërsa e para përdor të njëjtën hapësirë në memorje për të dy (në të njëjtin vend ruhen të dhënat dhe komandat e CPU-së).
Shumica e CPU-ve moderne ruan në plan të parë projektin e Von Neuman-it, por ka edhe elmente nga arkitektura e Harvardit.
CPU është paisje dixhitale, dhe përdor shifra binare (1 dhe 0), kështu që duhet të jetë ndërtuar me paisje më të vogla që kalojnë nga 1 në 0 për një kohë shumë të shkurtër. Përpara shpikjes së tranzistorit, përdoreshin relé elektrike dhe Valvula termijonike (ang. Vacuum tubes).
Tranzistorët kishin shumë lehtësira në krahasim me valvulat dhe reletë, të cilat ishin kryesisht mekanike në lëvizje dhe të papërshtatshme për arsye të tjera.Njësia qendrore e përpunimit (CPU) është komponenti kompjuterik që është përgjegjës për interpretimin dhe ekzekutimin e shumicës së komandave nga hardueri dhe softueri tjetër kompjuterik.
ad

Të gjitha llojet e pajisjeve përdorin një CPU, duke përfshirë kompjuterët desktop, laptopë dhe tabletë , smartphones ... madje televizorin tuaj të sheshtë.

Intel dhe AMD janë dy prodhuesit më të njohur të CPU-ve për kompjuterët, laptopët dhe serverat, ndërsa Apple, NVIDIA dhe Qualcomm janë krijuesit e mëdha të smartfonëve dhe tabletëve.

Më shumë informacion mbi CPU-në

As shpejtësia e orës, as thjesht numri i bërthamave të CPU, është faktori i vetëm që përcakton nëse një CPU është "më i mirë" se një tjetër. Shpesh varet më së shumti nga lloji i softuerit që shkon në kompjuter - me fjalë të tjera, aplikacionet që do të përdorin CPU.

Një CPU mund të ketë një shpejtësi të ulët të orës, por është një procesor quad-core, ndërsa një tjetër ka një shpejtësi të lartë të orës, por është vetëm një procesor dual-core. Për të vendosur se cili CPU do të dalë më mirë, përsëri, varet tërësisht nga ajo që përdor CPU.
(CPU)
KJO ishte Njësia Qendrore e Përpunimit (CPU)

 Përpunuesit e vegjël 
Futja e mikroprocesor në vitet 1970 ndikuar dukshëm në hartimin dhe zbatimin e CPUs. Që nga dalja e mikroprocesorit në dispozicion (Intel 4004) në 1970 dhe mikroprocesorit të parë të përdorur gjerësisht (Intel 8080) në 1974, kjo klasë e CPU ka pothuajse tërësisht zënë të gjitha metodat e tjera qendrore të përpunimit të njësisë së zbatimit. Mainframe dhe minicomputer prodhuesit e kohës filloi të pronarit të zhvillimit të programeve të IC për të përmirësuar arkitekturave të vjetër e tyre kompjuterike, dhe udhëzimi i prodhuar në fund të vendosur microprocessors compatible që ishin kthyer nga-përputhje me hardware dhe software e tyre të vjetër. Kombinuar me ardhjen dhe suksesi eventual të madhe të kompjuterësh, që tani kudo personal, CPU term është aplikuar tani pothuajse ekskluzivisht për microprocessors. CPU Disa mund të kombinohen në një çip të përpunimit të vetme.
gjeneratat e mëparshme të CPUs janë zbatuar si komponentë diskrete dhe të qarqeve të shumta të vogla të integruara (ICS), në një ose më shumë bordet e qark. Microprocessors, në anën tjetër, janë të CPU prodhuar në një numër shumë i vogël i ICS, zakonisht vetëm një. Përgjithshëm të vogla të madhësisë CPU si rezultat i po zbatohet në një vdesin vetme do të thotë kohën më të shpejtë switching për shkak të faktorëve fizik si vëllim porta ulur parazitare. Kjo ka lejuar microprocessors sinkron të kenë norma të kohës duke filluar nga dhjetra megahertz të gigahertz disa. Përveç kësaj, si aftësi për të ndërtuar jashtëzakonisht transistorëve të vogël në një IC është rritur, kompleksiteti dhe numri i transistorëve në një CPU i vetëm ka rritur në mënyrë dramatike. Kjo gjerësisht trend vërehet është përshkruar nga ligji i Moore, i cili ka provuar të jetë një parashikues mjaft të sakta e rritjes së CPU (dhe IC tjera) kompleksiteti deri më sot.
Ndërsa, ndërtimi kompleksitetin madhësia,, dhe forma e përgjithshme e CPU kanë ndryshuar në mënyrë drastike gjatë viteve të gjashtëdhjetë të fundit, ajo është dukshëm që projektin kryesor dhe funksion nuk ka ndryshuar shumë në të gjitha. Pothuajse të gjithë e zakonshme sot CPU mund të jenë shumë të saktë përshkruhet si von Neumann ruajtur makinat-program. Si ligji Moore lartpërmendur vazhdon të mbajë të vërtetë, shqetësimet janë ngritur në lidhje me kufijtë e tranzitor teknologjisë qark të integruar. miniaturization ekstreme e portave elektronike është duke shkaktuar efektet e fenomeneve si electromigration dhe rrjedhje subthreshold të bëhet shumë më e rëndësishme. Këto shqetësime të reja, janë ndër faktorët që shkaktojnë shumë studiuesve për të hetuar metoda të reja të tilla si informatikë kuantike kompjuter, si dhe për zgjerimin e përdorimit të paralelizmi dhe metoda të tjera që shtrihen dobinë e modelit klasik von Neumann.

 Organizmi i përpunuesit 
Pjesët kryesore të një procesori janë regjistrat , njësia aritmetike dhe logjike (arithmetic and logic unit – ALU) dhe njësia kontrolluese (control unit - CU).

ALU bën llogaritjet dhe përpunimin e të dhënave. Njësia kontrolluese kontrollon lëvizjen e të dhënave dhe instruksioneve në dhe jashtë procesorit dhe kontrollon punën e ALUsë. Regjistrat janë memorie të brendshme të vogla.

Për të kuptuar organizimin e procesorit, të shohim kërkesat që i paraqiten një procesori, gjërat që duhet t’i bëjë patjetër:

 Fetch Instruction ( leximi i instruksionit ):   Procesori lexon nje instruksion nga memoria (regjistri , cache memoria ose memoria kryesore )
 Interpret instruction ( interpretimi i instruksionit ):   Instruksioni dekodet ne menyre qe te kuptohet per  çfarë veprimi nevojitet.
 Fetch Data ( leximi i të dhënave ):   Ekzekutimi i një instruksioni mund të kërkojë leximin e te dhenave nga memorijet ose nga modulet hyrese/dalese
 Process Data ( procesimi i të dhënave ):  Ekzekutimi i një instruksioni mund të kërkojë kryerjen e ndonjë operacioni aritmetik ose logjik mbi të dhëna.

 Write Data ( shkruarja e të dhënave ):   Rezultatet e një ekzekutimi mund të kërkojnë shkruarjen e të dhënave në memorie ose në një modul për H/D.

 Organizimi i regjistrave 
Sistemi kompjuterik përdorë një hierarki të memories. Në nivelet më të larta të hierarkisë, memoria është më e shpejtë, më e vogël dhe më e shtrenjtë (për bit). Brenda në procesor, ekziston një bashkësi e regjistrave që funksionojnë mbi memorien DRAM dhe memorien kesh në hierarki. Regjistrat në procesor luajnë dy role :

 User-visible registers (regjistrat që shihen nga shfrytëzuesi):Ia mundësojnë një programuesi në gjuhën e makinës ( machine language ) ose në gjuhën assembly ( assembly language ) të minimizojë qasjet në memorien DRAM ( Dynamic RAM ) duke optimizuar përdorimin e regjistrave.
 Control and status registers (regjistrat e kontrollit dhe statusit): Përdoren nga njësia kontrolluese për të kontrolluar punën e procesorit dhe nga programe të privilegjuara të sistemit operativ për të kontrolluar ekzekutimin e programeve

 Regjistrat që shihen nga shfrytëzuesi 
Një regjistër që shihet nga shfrytëzuesi është regjistër që mund të qaset nga programuesi përmes gjuhës së makinës që një procesor e ekzekuton. Ne mund t’i karakterizojmë këta regjistra në këto kategori:

 Me qëllime të përgjithshme (general purpose)
 Të dhëna (data) 
 Adresa (addresses)
 Kode të kushteve (condition codes)

 Regjistrat e kontrollit dhe statusit 
Janë disa regjistra që përdoren për të kontrolluar punën e procesorit. Shumica prej tyre, në shumicën e kompjuterëve nuk shihen nga shfrytëzuesi. Disa prej tyre mund të shihen nga instruksionet e kompjuterit kur ato ekzekutohen në mënyrën e kontrollit ose të sistemit operativ.

Me rëndësi për ekzekutimin e instruksionit janë katër regjistra:

 Program counter (PC) – numëruesi programor: Përmban adresën e një instruksioni që do të lexohet (merret) nga procesori.
 Instruction register (IR) – regjistri i instruksionit: Përmban instruksionin që është marrë herën e fundit. 
 Memory address register (MAR) – regjistri i adresës së memories: Përmban adresën e një vendi në memorie.
 Memory buffer register (MBR) – regjistri për ruajtje të përmbajtjeve të lexuara nga memoria: Përmban një fjalë me të dhëna që do të shkruhen në memorie ose fjalën e lexuar herën e fundit.

Zakonisht, procesori e ndryshon vlerën në regjistrin PC pas çdo marrje të instruksionit ashtu që regjistri PC çdo herë tregon adresën e instruksionit që do të ekzekutohet. Një instruksion për degëzim ose për anashkalim (skip) po ashtu mund të ndryshojë përmbajtjen e regjistrit PC. Instruksioni i marrë vendoset në regjistrin IR, ku kodi i operacionit (opcode) dhe adresat e operandëve analizohen. Të dhënat shkëmbehen me memorien përmes regjistrave MAR dhe MBR. Në një sistem të organizuar me bus, regjistri MAR lidhet drejtëpërdrejtë me busin për adresa dhe regjistri MBR lidhet drejtpërdrejtë me busin e të dhënave. Regjistrat që shihen nga shfrytëzuesi shkëmbejnë të dhëna me regjistrin MBR.

 Cikli i instruksionit 
Thelbi i operacioneve të CPU është ekzekutimi i instruksioneve të një programi.Instruksionet që pritet të ekzekutohen mbahen në njërin nga llojet e memories.Një cikël i instruksionit përmban këto faza :

 Fetch (merre – lexo): Lexo instruksionin e radhës nga memoria në procesor. 
 Execute (ekzekuto): Interpreto kodin e operacionit dhe realizo operacionin e përmendur. 
 Interrupt (ndërprerja): Nëse ndërprerjet janë aktivizuar dhe një ndërprerje është paraqitur, ruaje gjendjen e procesit aktual dhe shërbe ndërprerjen.

 Paralelizmi 
Paralelizmi (ang:Pipeline) është ekzekutimi i instruksioneve nga procesori në mënyre paralele.Procesori i ekzekuton instruksionet përgjatë një intervali të caktuar kohorë, metoda paralele mundëson qe brenda këtijë intervali kohorë të njejtë të ekzekutohen disa instruksione njëkohësisht.Ku dalja e një instruksioni është hyrje për instruksionin tjetër.
Fazat paralele të procesorit janë:

-Marrja e Instruksionit,pjesa e parë(anglisht:Instruction Fetch,First Half)
-Marrja e Instruksionit,pjesa e dytë(anglisht:Instruction Fetch,Second Half)
-Marrja nga Regjistri (anglisht:Register Fetch)
-Ekzekutimi (anglisht:Execution)
-Marrja e të Dhënave,pjesa e parë(anglisht:Data Fetch,First Half)
-Marrja e të Dhënava,pjesa e dytë(anglisht:Data Fetch,Second Half)
-Kontrolli i etiketes (anglisht:Tag check)
-Shkrimi pas,përditësimi i regjistrave (anglisht:Write Back)

 MI,Pjesa e parë
  Gjatë kësaj faze ndodh:
   Caktohet adresa e instruksionit,dhe instruksioni fillon të mirret nga memoria kesh(anglisht:cache)
   Fillon dekodimi ose perkthimi i instruksionit të marrur nga memoria kesh

  MI,Pjesa e dytë
   Në këtë faze përfundon marrja e instruksionit komplet dhe dekodimi i instruksionit.

  MR(Marrja nga regjistri)
  Instruksioni për dekodim e dekodon instruksionin dhe pastaj e kontrollon kushtet e instruksionit.

  Ekzekutimi
  Gjatë kësaj faze njesia aritmetike dhe logjike (anglisht:ALU) kryen operacionet aritmetike dhe logjike
   me instruksionet regjistër-regjistër.
  Njesia aritmetike dhe logjike llogarit adresat e instruksioneve për ngarkim dhe deponim.

  MDH(Marrja e të dhënave),Pjesa e parë
  Mirren të dhënat nga memoria kesh,gjatë këtijë operacioni nuk kryhet asnjë operacion tjetër.

  MDH,Pjesa e dytë
   Të dhënat janë marrur nga keshi,si he instruksionet për ngarkim dhe deponim përfundohen.

  "Kontrolli i Etiketës"
   Për instruksionet ngarkim dhe deponim procesori kontrollon gjithmonë etiketat e këtyre instruksioneve gjatë kësaj faze.

  Shkrimi Pas
   Për instruksionet regjistër-regjistër rezultati i instruksionit shkruhet në regjistër,regjistrat përditësohen 
    dhe gjatë kësaj faze nuk kryhet asnjë operacion tjetër.
Stallings - Computer Organization and Architecture-8th

 Kryerja 
Kryerja e kompjuterit varet drejtpërdrejtë nga kryerja e përpunuesit.
Nëse shpejtësia e përpunuesit është e madhe ateherë shpejtesia e kompjuterit do të jetë marramendëse.

 Burimi 

 Lidhje të jashtme 
Projektuesit e Mikroprocesorëve
 Advanced Micro Devices - Advanced Micro Devices, a designer of primarily x86-compatible personal computer CPUs.
 ARM Ltd - ARM Ltd, one of the few CPU designers that profits solely by licensing their designs rather than manufacturing them.  ARM architecture microprocessors are among the most popular in the world for embedded applications.
 Freescale Semiconductor (formerly of Motorola) - Freescale Semiconductor, designer of several embedded and SoC PowerPC based processors.
 IBM Microelectronics  - Microelectronics division of IBM, which is responsible for many POWER and PowerPC based designs, including many of the CPUs utilized in late video game consoles.
 Intel Corp - Intel, a maker of several notable CPU lines, including IA-32 and IA-64.  Also a producer of various peripheral chips for use with their CPUs.
 Microchip Technology Inc. -  Microchip, developers of the 8 and 16-bit short pipleine RISC and  DSP microcontrollers.
 MIPS Technologies - MIPS Technologies, developers of the MIPS architecture, a pioneer in RISC designs.
 NEC Electronics - NEC Electronics, developers of the 78K0 8-bit Architecture, 78K0R 16-bit Architecture, and V850 32-bit Architecture.
 Sun Microsystems - Sun Microsystems, developers of the SPARC architecture, a RISC design.
 Texas Instruments - Texas Instruments semiconductor division.  Designs and manufactures several types of low-power microcontrollers among their many other semiconductor products.
 Transmeta - Transmeta Corporation. Creators of low-power x86 compatibles like Crusoe and Efficeon.
 VIA Technologies - Taiwanese maker of low-power x86-compatible CPUs.

Kategoria:Shkencë kompjuterike
Kategoria:Komponentet themelore të kompjuterit
Kategoria:Njësi qendrore e përpunimit