Процессор

Үҙәк проце́ссор (ЦП; шулай уҡ үҙәк эшкәртеү ҡоролмаһы (центра́льное проце́ссорное устро́йство) — ЦПУ; ингл. central processing unit, CPU, йыш ҡына процессор) — машина инструкцияларын (программа кодын) үтәүсе электрон берәмек йәки интеграцияланған схема, компьютер техникаһының төп өлөшө йәки программалы логика контролеры. Ҡайһы берҙә микропроцессор йәки процессор тип кенә телгә алына.

Тәүҙә үҙәк эшкәртеү ҡоролмаһы терминында ҡатмарлы компьютер программаларын үтәү өсөн тәғәйенләнгән логик машиналарҙың махсуслаштырылған класы тасуирлана. Был маҡсаттың ул ваҡытта булған компьютер процессорҙары функцияларына ярайһы уҡ теүәл тап килеүе арҡаһында ул тәбиғи рәүештә компьютерҙарға тапшырыла. Терминды ҡулланыу башлана һәм уны компьютер системаларына ҡарата ҡыҫҡартыу 1960-се йылдарҙа һалына. Шул ваҡыттан алып процессорҙарҙы проектлау, архитектуралау һәм тормошҡа ашырыу күп тапҡырҙар үҙгәрә, әммә уларҙың төп функциялары элекке кеүек булып ҡала.

ЦПУ-ның төп тасуирламаһы: эшләгән ваҡытты такт йышлығы, эшсәнлек, энергия ҡулланыу (микропроцессорҙар өсөн)һәм архитектура.

Тәүге процессорҙар уникаль һәм хатта бер төрлө компьютер системалары өсөн уникаль компоненттар булараҡ булдырылған. Һуңынан, бер йәки бер нисә юғары махсуслаштырылған программаны тормошҡа ашырыу өсөн тәғәйенләнгән процессорҙарҙы эшләүҙең ҡиммәтле ысулынан компьютер етештереүселәр күп маҡсатлы процессор ҡоролмаларының типик кластарын сериялы етештереүгә күсә. Компьютер компоненттарын стандартлаштырыу йүнәлеше ярымүткәргесле элементтарҙың, майнфреймдарҙың һәм мини-компьютерҙарҙың йылдам үҫеше дәүерендә барлыҡҡа килә, интеграль схемалар барлыҡҡа килеү менән ул тағы ла популярыраҡ булып китә. Чиптар эшләү КПУ-ның ҡатмарлылығын тағы ла арттырырға, шул уҡ ваҡытта уларҙың физик күләмен кәметергә мөмкинлек бирә. Процессорҙарҙы стандартлаштырыу һәм миниатюралау цифрлы ҡоролмаларҙың кешенең көндәлек тормошона тәрән үтеп инеүенә килтерә. Хәҙерге процессорҙарҙы компьютер кеүек юғары технологиялы ҡулайламаларҙа ғына түгел, автомобилдәрҙә, калькуляторҙарҙа, кеҫә телефондарында һәм хатта балалар өсөн дә осратырға мөмкин. Йышыраҡ микроконтроллерҙарҙан торалар, унда, иҫәпләү ҡоролмаларынан тыш, чипта өҫтәмә компоненттар урынлашҡан (программа һәм мәғлүмәттәр хәтере, интерфейстар, I/O порттары, таймерҙар һ.б.). Микроконтроллерҙың заманса иҫәпләү мөмкинлектәре персональ компьютерҙар эшкәртеүселәре менән ун йыл элек сағыштырыла, һәм йышыраҡ уларҙың эшсәнлегенән күпкә артығыраҡ була.

Тарихы

Процессор етештереүҙе үҫтереү тарихы тулыһынса башҡа электрон компоненттар һәм схемалар етештереү технологияһын эшләү тарихына тап килә.

1940-сы йылдарҙан алып 1950-се йылдар аҙағына тиклемге осорға ҡағылған беренсе этап булып электромеханик эстафеталар, феррит йәҙрәләре (хәтер ҡоролмалары) һәм вакуумлы лампалар ярҙамында процессорҙар булдырыу тора. Улар стеллаждарҙа йыйылған модулдәрҙә махсус тоташтырғыстарға ҡуйылған. Кондукторҙар тоташтырып торған бындай стеллаждарҙың күплеге процессорҙы кәүҙәләндерә. Айырмалы һыҙаттар булып түбән ышаныслылыҡ, түбән етештереүсәнлек һәм йылылыҡтың юғары тарҡалыуы тора.

1950-се йылдар уртаһынан алып 1960-сы йылдар уртаһына тиклем транзисторҙар индереү икенсе этап булып тора. Транзисторҙар хәҙерге таҡталарға яҡын, стеллаждарға ҡуйылған булған. Элекке кеүек үк, уртаса процессор бер нисә шундай стеллаждан торған. Етештереүсәнлектең артыуы, ышаныслылыҡтың артыуы, ҡеүәтте ҡулланыуҙы кәметеү.

1960-сы йылдар уртаһында чиптар ҡулланыу өсөнсө этап була. Тәүҙә ябай транзистор һәм резисторлы йыйынтыҡтарҙан торған түбән интеграциялы чиптар ҡулланыла башлай, артабан, технология үҫешкән һайын, цифрлы схеманың айырым элементтарын (беренсе элементар асҡыстарҙы һәм логик элементтарҙы, һуңынан ҡатмарлыраҡ элементтарҙы — элементар регистрҙарҙы, иҫәпләгестәрҙе, сумматорҙы) тормошҡа ашырыусы чиптар ҡулланыла башлайҙар.

Структура

Процессор (ингл. Central Processing Unit) һәр бер компьютерҙың мөһим өлөшө. Мейе кәүҙә менән идара иткән кеүек, процессор копьютерҙың башҡа өлөштәре менән идара итер өсөн сигналдар ебәрә.

Процессор инструкциялар тип аталған исемлек буйынса эшләгән электрон машина. Процессор инструкциялар яҙылған исемлекте уҡый, һәм уларҙы башҡара башлай; бер ваҡыт эсендә бер инструкция үтәлә, әммә процессор ҡаһы бер инстукцияларҙы сиратһыҙ башҡара ала. Процессор уҡый алған инструкциялар исемлеген компьютер программаһы тип әйтәләр. Үҙәк процерҙың эшен башҡара алған машиналарҙы йыш Тьюринг машинаһы тип йөрөтәләр, был атама математиканан килгән. Процессорҙың эшләү тиҙлеген герцтарҙа (Гц, Hz) үлсәйҙәр, әммә хәҙерге заман компьютерҙарының процессорҙары бик шәп булғанлыҡтан уларҙы гигагерцтарҙа (ГГц, GHz) үлсәйҙәр. Бер гигагерц – бер миллиард герц.

Функционаллек

Аҫта үҙәк процессор башҡара алған ҡайһы бер эштәр миҫалға килтерелгән:

Ике һанды бер-береһенә ҡушыу

Бирелгән һандан ҙурырыған табыу

Һанды бер ерҙән икенсе ергә урынлаштырыу

Хәтерҙән ханды күсереү

Инструкция исемлегендә икенсе урынға күсеү

Бик ҡатмарлы программаларҙы ошо әйтелеп киткән инструкцияларҙы берләштереп башҡарып була. Һәр бер инструкция бик аҙ ваҡыт эсендә башҡарылғас бындай мөмкинлек тыуа. Хәҙерге процессорҙар бер секунд эсендә 1 миллиардтан ашыу инструкциялар башҡара ала. Билдәле бер ваҡыт эсендә үҙәк процессор ни тиклеп күберәк эштәр башҡарһа ул шул тиклем шәберәк тигәнде аңлата. MIPS процессорҙың тиҙтеген үлсәү бер ысулдарҙың береһе. Шулай уҡ Flops һәм процессорҙын такт йышлығы (күбеһенсә ГГц тарҙа үлсәнелә) ысулдары тағы бер үҙәк процессорҙар билдәле бер ваҡыт экендә башҡарған эште үлсәу өсөн ҡулланыла.

Үҙәк процессор логик вентельдарҙан тора; процессорҙа ҡыбырлап торған өлөштәр юҡ. Компьютерҙың процессоры, видеокарта йәки BIOS һымаҡ, башҡа электрон өлөштәр менән тоташҡан була. Ошо периферия ҡоролмаларын, компьютер программаһы яҙыу һәм уҡыу үҙгәртеүҙәренән ҡурсалап махсус компьтер хәтере урынында тота.

Бер нисә ядролы процессорҙар

Ҡайһы бер үҙәк процессорҙар бер нисә ядронан торалар. Был бер чипта бер нисә процессор урынлашҡан тигәнде аңлата, бындай процессор бер үк ваҡытта күберәк эш башҡара ала.

Бер нисә ядролы процессорҙың айрым процессорҙары, шундай уҡ бер ядролы процессорҙар менән сағыштырғанда яйыраҡ булһа ла, процессорҙың тиҙлеге күпкә тиҙерәк була. Был киләһене аңлата: күп ядролы компьютерҙың такт йышлығы әҙерәк булһа ла, дөйөм процессор тиҙлеге күберәк була.

Такт йышлығы

Такт йышлығы – ул микроэштәре күрһәтмәләрҙе уҡыу тиҙлеге. Һәр бер компьютерҙа эске такт генераторы бар, ул күрһәтмәләрҙең башҡарылыу дәрәжәһе.

Үҙәк эшкәрткәс йайланмаған һәр бер күрһәтмәне бойомға ашырыу өсөн фиксацияланған таҡтылар (йәки сәғәт циклдары) кәрәк. Такт йышлығы бейек тау башына менергә кәрәк булған һайын, үҙәк эшкәрткәс ҡорал секундына күберәк күрһәтмәләр башҡара ала.

Күпселек үҙәк эшкәрткәс айланмалар һәм бик күп бер-бер артлы килеү мантиғы айланмалар табигате буйынса синхрон булып торалар. Ысынлыкта ә-ә, барлыҡ синхрон үҙәк эшкәрткәс айланмалар бер-бер артлы килеү мантиғы һәм комбинацион матайының ҡатнашыуын ҡулланалар. Шулай итеп, улар синхронизация сигналы тураһында ҡараштар нигеҙендә конструкциялаған һәм эшлиләр. Был такт сигналы булараҡ мәғлүм булған ғәҙәттә сигнал периодик турпаҡлы ел-дауыллы формаһын ала. Электр сигналдарының үҙәк эшкәрткәс йыйынманың схемаларҙың төрлө тармаҡтарында максималь ваҡытты уйлап эш итеүсән сығарып, конструкторҙар такт сигналы өсөн яраҡлы периодты һайлайҙар.

Һылтанмалар

Microprocessor designers

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 2009 йыл 16 март архивланған. - NEC Electronics 2009 йыл 16 март архивланған., developers of the 78K0 8-bit Architecture 2008 йыл 28 октябрь архивланған., 78K0R 16-bit Architecture 2009 йыл 10 март архивланған., and V850 32-bit Architecture 2009 йыл 16 март архивланған..
Sun Microsystems - Sun Microsystems, developers of the SPARC architecture, a RISC design.
Texas Instruments(недоступная ссылка) - 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.
25 Microchips that shook the world 2009 йыл 5 май архивланған. - an article by the Institute of Electrical and Electronics Engineers