Central Processing Unit

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
För andra betydelser, se Processor (olika betydelser).
Processor med Motorola 680xx-arkitektur

En Central Processing Unit (engelskt akronym CPU) eller centralprocessor är enheten som exekverar (utför) program i en dator genom att hämta maskininstruktioner och utföra begärda operationer som beräkningar och datahantering. Denna term har använts inom datorindustrin åtminstone sedan början av 1960-talet [1]. Processorer finns i ett stort antal varianter och återfinns i moderna maskiner och apparater, från bilar till kaffebryggare. I dagligt tal avses ofta den typen av processor som sitter i en persondator.

Tidigare kunde processorer lätt uppdelas i kategorierna RISC och CISC. RISC står för engelskans Reduced Instruction Set Computing samt CISC för Complex Instruction Set Computing. En processor av typen RISC är konstruerad för att klara av enkla operationer väldigt snabbt. CISC däremot är konstruerad för att kunna göra komplicerade operationer men inte nödvändigtvis särskilt snabbt jämfört med RISC. Utvecklingen har sedan gjort så att dessa två varianter har lånat många tekniker från varandra. Dagens processorer kan inte med lätthet klassificeras i endera gruppen.

En viktig del i en processor är ALU:n (Arithmetic Logic Unit) en enhet som utför logiska och enklare aritmetiska operationer såsom addition och subtraktion. För beräkningar med flyttal krävs antingen en följd av enkla instruktioner eller en matematikprocessor (flyttalsprocessor). Den var ursprungligen en extra krets men ingår numera som standard i moderna processorer för PC-marknaden.

En processor utför instruktioner av maskinkod. Merparten av dagens datorer är von Neuman-datorer och läser därmed instruktioner från sitt arbetsminne.

Processorer är idag uppbyggda av tiotals miljoner transistorer på en yta av ett par cm². Antalet transistorer man kan få in på ett chip har hittills ökat exponentiellt enligt Moores lag.

Funktion[redigera | redigera wikitext]

Den grundläggande funktionen för de flesta processorer, oavsett vilken fysisk form de har, är att utföra en sekvens av lagrade instruktioner, som kallas för program. Programmet representeras av en serie tal som hålls i någon form av datorminne. Processorer arbetar i två- eller tretakt: hämta, adressberäkna och utföra.

Talsystem[redigera | redigera wikitext]

Ordet "Wikipedia" i binär ASCII-kod; läs från vänster till höger, topp till botten.

Det sätt en CPU representerar tal är ett designval som påverkar de mest grundläggande metoderna för hur den fungerar. Vissa tidiga digitala datorer använde en elektrisk modell av det vanliga decimala talsystemet (med basen tio) att representera tal internt. Några andra datorer har använt mer exotiska siffersystem som den ternära (med basen tre). Nästan[källa behövs] alla moderna processorer representerar tal i binär form (med basen två), där varje siffra representeras av en ungefärlig värdering av två fysiska storheter, som en "hög" eller "låg" spänning.[2]

Klockfrekvens[redigera | redigera wikitext]

Huvudartikel: Klockcykel

De flesta processorer, och faktiskt även de flesta sekventiellt logiska enheterna, är av synkronkaraktär.[3] Alltså, de är utformade och fungerar på antaganden om en synkronsignal. Denna signal, känd som klocksignal, sker vanligen i form av en periodisk fyrkantsvåg. Genom att beräkna den maximala tiden som elektriska signaler kan röra sig i olika grenar av en CPU:s många kretsar, kan formgivarna välja en lämplig period för klocksignalen.

Mikroprocessorer[redigera | redigera wikitext]

Intel 4004 (4-bit)
Intel 8086 (16-bit)
Mikroprocessor av typen IBM PowerPC 601 (32-bit)

Införandet av mikroprocessorn1970-talet påverkade i hög grad utformningen och funktionssättet hos bearbetningsenheten (processorer) i allmänhet. Sedan introduktionen 1970 av den första kommersiellt tillgängliga mikroprocessorn Intel 4004 som använder 4-bit och den första utbredda mikroprocessorn Intel 8080 som använder 8-bit och som släpptes 1974, och den första riktigt prisvärda processorn MOS 6502 8-bit som släpptes 1975 för 25 dollar[4] vid en tidpunkt då konkurrenter som Motorola 6800 och Intel 8080 såldes för 179 dollar som snabbt sänktes till 69 dollar[5][6] vilket legimitiserade MOS 6502 som började sälja i hundratals exemplar.[4] Sedan dessa introduktioner har denna typ av processorer nästan helt gått om alla andra konstruktionssätt. 16-bit processorer introducerades 1975 med HP BPC.[7]

Stor- och minidatortillverkare från denna tid lanserade egna program för att utveckla IC-kretsar för att uppgradera sina äldre datorarkitekturer, och så småningom producerades instruktionsuppsättningar kompatibla mikroprocessorer som var bakåtkompatibelt med äldre hårdvara och mjukvara. Den stora framgången med persondatorn kombinerat med dess tillkomst innebar att termen "CPU" numera nästan uteslutande används som benämning för mikroprocessorer.

Tillverkare[redigera | redigera wikitext]

Mikroprocessor av typen Intel 80486DX2 (32-bit)

Bland processortillverkarna för persondatorer märks Intel, AMD, Cyrix och Motorola, även VIA[8] och Transmeta har gett sig in i denna marknad på senare tid.

ARM-arkitekturen, som främst används för portabla enheter, är tillståndspliktig. Företag som är licenstagare är exempelvis Alcatel, Atmel, Broadcom, Cirrus Logic, Digital Equipment Corporation, Freescale, Intel (genom DEC), LG, Marvell Technology Group, NEC, NVIDIA, NXP (tidigare Philips), Oki, Qualcomm, Samsung, Sharp, ST Microelectronics (samägt av Ericsson), Symbios Logic, Texas Instruments, VLSI Technology, Yamaha och ZiiLABS.

Arkitekturer[redigera | redigera wikitext]

Huvudartikel: Instruktionsuppsättning

Alla datorer använder instruktioner som utför grundläggande funktioner, som att läsa och skriva data och grundläggande aritmetik. Den fullständiga listan över instruktioner för en processor kallas instruktionsuppsättning.

Processorarkitekturer strävar efter mönster som är kompakta och effektiva, vilket tvingade många kompromisser att beaktas vid utformningarna av dessa. En 64-bitars arkitektur kan flytta mer data än en 32-bitars motsvarighet i varje cykel (vilket gör den snabbare), men databussen blir också dubbelt så bred, som då tar upp mer yta på den begränsade ytan av ett chip. Trots dessa utmaningar har kontinuerliga framsteg i VLSI-konstruktionen gjort det möjligt för datorprocessorer att stadigt bli exponentiellt mer kraftfulla under de senaste decennierna.

Följande är en lista över betydande arkitekturer:

För mikrodatorer[redigera | redigera wikitext]

För servrar[redigera | redigera wikitext]

Inbäddade[redigera | redigera wikitext]

Övriga[redigera | redigera wikitext]

Se även[redigera | redigera wikitext]

Referenser[redigera | redigera wikitext]

Noter[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Weik, Martin H. (1961). "A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems". Ballistic Research Laboratories.
  2. ^ Det fysiska begreppet spänning är analog till sin natur; som praktiskt kan anta en oändlig mängd möjliga värden. För att få fysisk representation av binära tal, anges intervaller av spänning, som definieras som antingen ettor eller nollor. Dessa områden är ofta påverkade av kopplingselementets kretsdesign och operativa parametrar, såsom en transistors tröskelspänning.
  3. ^ Faktum är att alla synkronprocessorer använder en kombination av sekventiell logik och kombinatorisk logik, se även booleansk logik.
  4. ^ [a b] Bagnall, Brian (2005). On the Edge: The Spectacular Rise and Fall of Commodore. Variant Press. Sid. 24. ISBN 9780973864960 
  5. ^ Motorola advertisement” (JPEG). Electronics (McGraw-Hill) "48" (22): sid. 11. 30 October 1975. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Motorola_MC6800_microprocessor_ad_1975.jpg.  The quantity one price for the MC6800 was reduced from Mall:USD to Mall:USD. The previous price for 50 to 99 units was Mall:USD.
  6. ^ ”Digi-Key Advertisement”. Popular Electronics "8" (6): sid. 124. December 1975.  The 8080A CPU was Mall:USD. A 2102 1K bit static RAM was Mall:USD. Digi-Key's price for a 8080A was Mall:USD in the June 1976 issue.
  7. ^ WP-en: 16-bit 2 sep 2011
  8. ^ ”VIA Nano Processor Platform Wins WinHEC Award 2008 for Green Technology” (på en). VIA Technologies, pressrelease. http://www.via.com.tw/en/resources/pressroom/pressrelease.jsp?press_release_no=2967. Läst 25 december 2008. 

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]