Централна обработувачка единица

Централната обработувачка единица (ЦОЕ) (англ. ''Central Processing Unit'') или едноставно обработувач, е дел од сметачкиот систем кој ги обработува наредбите на сметачките програми, ја има главната задача во сметачот. ЦПЕ се состои од голем број електронски кола поврзани во функционални целини и спакувани во еден чип. Основни делови на ЦПЕ се аритметичко–логичка единица, управувачка единица и регистри.
Името на ''аритметичко-логичката единица'' кажува која е нејзината намена - да ги извршува сите аритметички операции и сите логички операции при обработка на податоците.
''Управувачката единица'' врши контрола и усогласување на работата на обработувачот со работата на другите единици на личниот сметач.
''Регистрите'' претставуваат електронски склопови кои можат да паметат повеќе битови. Тие служат за привремено чување на меѓурезултатите при извршување на програмите.
При работата ЦOE користи посебни електрични импулси што се создаваат со голема брзина од т.н. такт-генератор.
Брзината на создавањето на импулсите се нарекува честота. Честотата се изразува во единицата херци (''Hertz'')
Најчесто се користат поголеми единици од херц и тоа:
:килохерц (1KHz=1000Hz)
:мегахерц (1MHz=1000000Hz)
:гигахерц (1GHz=1000000000Hz)
На пример, честота на обработувачот од 2 GHz претставува брзина на создавање два милиона импулси во една секунда.
Обработувачи со мал обем на интеграција
Во овој период, бил развиен метод на производство на повеќе меѓусебно поврзани транзистори во еден компактен простор. Интегрираното коло дозволило голем број на транзистори да бидат произведени на еден полупроводник или чип. Како прво само многу основни неспецијализирани дигитални кола како Nor портите биле минајатурни во интегрираните кола. Обработувачи засновани на овој "bilding Block" шеми обично се нарекуваат SSI(мал обем на интеграција) уреди. IBM System /370, следбеник на System /360 употребува SSI интегрални кола наместо Solid Logic Technology. DEc's PDP-8/I и KI10 PDP -10 исто така се префрли од поединечните транзистори на SSI интегрални кола.
Обработувачи со голема интеграција
Lee Boysel објавил влијателни артикли, вклучувајќи и во 1967 година „manifesto“ , која опишува како да се изгради 32-битен супер компјутер од релативно мал број на кола со голема интеграција. Во тоа време единствен начин на да се изгради LSI (кола со голема интеграција ) чип, којшто чипови имаат по сто или повеќе порти бил да се изгради со помош на процесот на MOS. Сепак некои компании продолжиле да прават обработувачи од биполарни чипови, бидејќи биполарните транзистори биле многу побрзи од MOS-чипови.
Луѓето сакале изградбата на големобрзинските компјутери да биде брза, па во 1970 година изградиле обработувачи со мал обем на интеграција (SSI) и средна интеграција (MSI) . Во тоа врем MOS интегранлните кола биле толку бавни што се сметале за корисни само за неколку лажни апликации кои бараат мала мќност.
Како што напредна технологијата за микроелектроника, зголемувањето на бројот на транзистори беа поставени на интегрални кола, намалувајќи го квантитетот на поединечни интегрални кола потребни за централната обработувачкка единица. MSI i LSI интегрални кола го зголемуваат бројот до сто, а потоа и до илјадници транзистори. Првата имплементација на LSI од PDP-11 содрѓи централна обработувачкка единица од само четири LSI интегрирани кола.
Микрообработувачи
Во 1970 -тите основните пронајдоци на Федерико Фаџин ( Силициумската порта заедно со неговиот нов дизајн на методологија за случајна логика) го сменил дизајнот и имплементацијата на обработувачи засекогаш. Од воведувањето на првиот комерцијално достапен микрообработувач (Интел 4004) во 1970 година, а и првиот микрообработувач кој широко се
користи (Интел 8080) во 1974 година, оваа класа на обработувачи сосема ги претекна сите други имплементации и методо на централната обработувачкка единица.Во комбинација со доаѓањето и евентуалниот успех на сеприсутниот личен сметач, терминот обработувач се применува исклучиво во микрообработувачи. Повеќе обработувачи може да се комбинираат во еден единствен чип.
Претходните генерации на обработувачи беа имплементирани како дискретни компоненти и бројни мали интегрирани кола (ICs). Микрообработувачите од друга страна се обработувачи произведени на многу мал број интегрални кола, обично само еден. Целокупната помала големина на обработувачот како разултат на имплементацијата на една матрица значи свичирање време (switching time ) поради физички фактори како што е намалување на паразитскиот капацитет на портата. Ова им овозможи синхроните микрообработувачи да имаат стапка на часовниk(clock rate) од десетици мегахерци до неколку гигахерци. Допочнително, како што е способноста да се конструираат многу мали транзистори на интегрално коло, комплексноста и бројот на транзистори во еден прцоесор е зголеман за многупати. Овој тренд е нашироко забележан и и опишан од страна на законот на МУР, кој се покажа како прилично точен показател за растот на обработувачоската комплексност.
Структура и имплементација
Во колата на обработувачот има сет од основни операции кои може да се извршат наречени инструкциски сет. Таквите операции може да вклучуваат на пример додавање или одземање на два броја, споредување на два броја или скокање во друг дел на програмата. Секоја основна операција е претставена од одредена комбинација на битови, познат како машински јазик. Додека се извршуваат инструкциите во програмата во машински јазик, обработувачот одлучува која операција да се извршни од страна на „декодирање“. Искачувањето по скалата на сложеност, програмата на машински јазик е збирка од инструкции на машински јазик кои обработувачот ги извршува.
Математичката операција за секоја инструкција се одвива од страна на комбинатрона логика во рамки на обработувачот позната како аритметича логичка единица (ALU). Во принцип обработувачот извршува инструкции кои ги зема од меморија користејќи го своето ALU да изврши операција, а потоа и чување на резултат во меморијата. Покрај инструкциите за целобројни математички и логички операции, постојат разни други машински инструкции, како што се оние за вчитување на податоци од меморијата и складирање назад, операции за разгранување и математички операции врз броеви со подвижна запирка извршени од обработувачксата единица за подвижна запирка(FPU).
Перформанси
Перформансите или брзината на обработувачот зависат од повеќе фактори, часовничата стапка(clock rate), најчесто дадена во херци и инструкциите на часовникот (IPC), кои заедно се фактори за инструкции во секунда(IPS) кои обработувачот може да ги исполни. Перформансите на мемориската хиерархија исто така имаа големо влијание врз обработувачкките перформанси, проблем кој едвај се смета во пресметките на МИПС(MIPS). Поради овие проблеми разни стандардни тестови често наречени „benchmarks" развиени за да се обидеда се измери вистинското делотворно работење на најчесто користените апликации.
Обработувачкките перформанси на компјутерите се зголемува со користење на повеќејадрени обработувачи(multi-core)што во суштина е приклучување на два или повеќе обработувачи (наречени јадра) во едно интегрирано коло. Во пракса достигнувањето на перформансите е далеку помала само за 50 % заради два несовршени софтверски алгоритми и имплементацијата. Зголемувањето на бројот на јадра во обработувачот се зголемува и обемот на работа која може да се држи под контрола. Ова значи дека обработувачот може да се справи со асинхрони бројни настани, прекини итн. Овие јадра може да се сметаат за различни катови во една фабрика, каде секој спрат може да се справува со различни задачи. Понекогаш овие јадра ќе се справат со исти задачи ако едно јадро не е доволно да се справи со информацијата.
Поради специфичните способности на модерните обработувачи hyper-threading and unicore кои вклучуваат размена на актуелни ресурси на обработувачот, со цел да се зголеми користењето, следење на нивото на перформанси и користењето на хардвер постепено стана повеќе комплексна задача. Како одговор на ова обработувачите имплементираат дополнителна хардверска логика која ги следи актуелните употреби на различни делови на обработувачот и обезбедува различни бројачи достапни до софтвер, на пример Intel's Performance Counter Monitor technology.
1 Поврзано
* Микрообработувач
* Обработувач на информации (или систем за обработка на информации, СОИ)
2 Наводи
* Д-р. Марјан Гушев "Архитектура и организација на компјутери" - ПМФ Скопје, УКИМ, 2004