•  Počítačové x86 procesory

      V článku sa budem zaoberať výlučne procesormi určenými pre osobné počítače, architektúre x86, známej skôr ako platforma IBM-PC. Ostatné architektúry a platformy spomeniem len okrajovo. (bolo by to na dlhý samostatný článok)
Mimo tejto dnes najpoužívanejšej, existujú ešte desiatky či už viac, alebo menej známych architektúr či typov mikroprocesorov, ktoré sa používajú na špecifické účely, napríklad v serveroch, výkonných pracovných staniciach, laboratóriách, rôznych prehrávačoch, moderných veľkoplošných obrazovkách a televíziách satelitných dekodéroch a podobne.
Uvediem časti z ktorých sa skladá moderný procesor, na čo tieto časti slúžia, ako sa procesory delia, a postup pri výrobe procesora. Opakujem, je to len obšírnejší pohľad na tematiku procesorov, tak nech tu skúsenejší nehľadajú nejaké nove informécie.

Zloženie moderných procesorov

Dnešné moderné procesory sú veľmi zložité a komplexné elektronické súčiastky, ktoré však majú veľa spoločných znakov a vychádzajú z jediného historického návrhu procesoru – Intel 8086. Z tohto procesoru sú odvodené s istými modifikáciami všetky dnešné procesory architektúry x86 (procesory pre všetky stolné počítače) a aj keď to nie je najlepší návrh procesoru a existujú mnohé lepšie a oveľa výkonnejšie architektúry, dôvodom prečo je táto konštrukcia zachovaná je kompatibilita. Na terajších procesoroch je totiž možné spustiť všetky aplikácie určené pre x86 architektúru. Ak to nejde, tak len kvôli operačnému systému.
Prejdime k jednotlivým častiam procesora.

Intel 8086

Schéma procesora.

• ALU

ALU – Aritmetic logic unit, je centrálna časť procesora ktorá vykonáva základné a logické operácie s celými číslami ako napríklad sčítanie, odčítanie, násobenie, delenie, logický posun, negáciu a ďalšie.

• RJ

RJ – Riadiaca jednotka, je to časť CPU, ktorá ovláda všetky operácie a činnosť procesora. Riadi aj komunikáciu CPU s jeho okolím (RAM, chipset atď.) a zabezpečuje rozdeľovanie úloh celému CPU.

• FPU

PFU – Floating-point unit, je časť procesora, ktorá vykonáva operácie s pohyblivou desatinnou čiarkou. Procesor bez FPU prakticky nevie spracovávať čísla s pohyblivou desatinnou čiarkou (iné ako celé čísla). Dá sa to emulovať a počítať aj pomocou ALU, ale je to zbytocne niekoľko sto krát pomalšie, a vyťažuje to CPU. Bez FPU by sme si nezahrali žiadnu 3D hru ;)

• Ďalšie časti

Jadro cpu má v závislosti od generácie, určenia a typu ešte ďalšie časti, ktoré sú špecifické pre danú rodinu CPU a nemusia byť prítomné v ostatných CPU.

b, Cache

Cache – nazývaná aj ako vyrovnávacia pamäť, je dočasná veľmi rýchla aj keď malá pamäť procesora, ktorá zabezpečuje neprerušený prísun dát na spracovanie CPU a slúži tiež ako odkladací priestor medzi jednotlivými operáciami CPU. Je tvorená veľmi rýchlym typom pamätí – SRAM, ktorý je ale náročný na výrobu a aj na počet tranzistorov procesora. Pre 1 bit informácie sa použije až šesť tranzistorov. Hlavným dôvodom existencie tejto pamäte je jej rýchlosť, keďže RAM počítača je pre potreby CPU priveľmi pomalá. Cache vyrovnáva časové rozdiely medzi spracovaním dát CPU a ich uložením či načítaním v RAM. Cache sa v moderných procesoroch skladá zo štyroch úrovní – levelov.

• L1 Cache

L1 (level 1)je najrýchlejšia a najmenšia časť cache. Tá sa ďalej delí na inštrukčnú a dátovú cache väčšinou v pomere 1:1 (napríklad 32 kB dátová časť a 32 kB inštrukčná časť). Od jej veľkosti veľmi závisí výkon CPU, pričom čím je väčšia, tým lepšie. Štandardne sa vyrábajú procesory s 32 kB až 128 kB L1 cache na jadro. Každé jadro procesora má vždy svoju vlastnú L1 cache. Je teda nezdieľaná.

• L2 Cache

L2 (level 2) je o niečo pomalšia ako L1, stále je ale veľmi rýchla. Táto úroveň cache sa už nedelí na dátovú a inštrukčnú, celá je dátová. Veľkosť tejto cache už nie je až tak kriticky dôležitá, ako L1, stále ale platí čím viac, tým lepšie. Typicky má veľkosť 256 kB až 3 MB na jadro. Väčšinou je nezdieľaná, ale existujú procesory so zdieľanou L2 cache.

• L3 Cache

L3 Cache sa nepoužíva v bežných procesoroch. Používa sa najmä v serverových a 4 a viacjadrových procesoroch (Intel Xeon, AMD Phenom a Opteron). V jednojadrových a dvojjadrových procesoroch nemajú takmer žiadny vplyv na výkon, keď sa L3 prejaví až vo veľmi náročných úlohách a špecifických prípadoch. V PC sa nepoužíva najmä pre cenu, keď vlastne nepotrebná cache zaberá veľa miesta v CPU, tým aj zvyšuje cenu procesoru. Veľkosť L3 sa pohybuje od 4 MB do 32 MB. Táto úroveň cache je spoločná pre všetky jadrá CPU.

• L4 Cache

V serveroch sa používa aj L4 cache, ale výroba procesora s veľkou L4 je cenovo aj technologicky náročná (väčšia náchylnosť na chyby vo väčšom kuse kremíku), a tak sú tieto procesory použité iba v špičkových serveroch, alebo superpočítačoch.

c, Radič operačnej pamäte

Radič operačnej pamäte integrovaný do CPU nie je bežný a je to vlastne integrovanie časti chipsetu kvôli zrýchleniu práce s RAM. Tento krok podstúpila firma AMD, spolu s prepracovaním komunikácie medzi časťami CPU, RAM a Chipsetom. Miesto FSB použila Hypertransport (HT), ktorý je rýchlejší. V budúcej generácii procesorov – Nehalem, integruje radič pamätí a použije rovnakú komunikáciu aj Intel.
Keďže sa použil radič v CPU miesto v chipsete, tak sa nahradila komunikácia cez FSB (front side bus) CPU>Chipset>RAM>Chipset>CPU oveľa efektívnejšou a rýchlejšou komunikáciou cez HT CPU>RAM>CPU.
Intel bude používať miesto HT svoju vlastnú zbernicu QuickPath (QP). Ide v podstate len o vylepšený HT.

d, GPU

Procesor môže obsahovať aj grafické jadro. Takéto procesory sa nepoužívajú v klasických PC, ale vo veľmi lacných počítačoch a špecializovaných zariadeniach. V súčasnosti je taký produkt OLPC notebook pre rozvojové krajiny s procesorom AMD Geode. V budúcnosti sa budú ale používať aj v lacných stolných PC s nízkym výkonom – projekt AMD Fusion a Intel Lincroft, určených najmä pre kancelárske použitie. Na trh prídu okolo roku 2009-2010.