A processzor (mikroprocesszor, Central Processing Unit, CPU, központi feldolgozó egység) feladata a programokban leírt utasítások végrehajtása, az adatforgalom és a feldolgozási folyamatok vezérlése.
A processzorok legfontosabb elemei:
- ALU (Arithmetic and Logical Unit, Aritmetikai és Logikai Egység): a matematikai és logikai műveletek végrehajtásáért felelős.
- AGU: (Address Generation Unit): a címzési rendszert irányító egység.
- CU: (Control Unit, vezérlőegység): a processzor munkáját szervező, ütemező, vezérlő egység.
- Regiszterek: A regiszter a CPU-ba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű (32/64 bites) memória egységek. Ideiglenesen tárolják az utasításokat és az adatokat, amíg a processzor dolgozik velük.
- Buszvezérlő: A regisztereket és más adattárolókat összekötő buszrendszert irányítja.
- Cache (gyorsítótár): A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált gyors elérésű memória. (Lásd később!)
A mikroprocesszorok megjelenését a félvezetős technológia és az integrált áramkörök kifejlesztése tette lehetővé.
A processzorokba épített, ma már több milliárd tranzisztort szilíciumlapokra integrálják. Innen ered a Szilícium-völgy elnevezés is, mely eredetileg a processzorgyártás egyik központját jelentette Kaliforniában.
A processzorgyártók jelenleg 10-14 nanométeres gyártási technológiával állítják elő lapkáikat, ami azt jelenti, hogy a CPU-n belül ilyen vastagságú vezetőkön zajlik a jelátvitel. A jelenlegi elképzelések szerint a szilícium a 3 nm-es szintig alkalmas a feladatra, csak később veheti át a helyét egy másik anyag, például a grafén. Egy erős túlzással azt mondhatjuk, hogy minél kisebb a gyártási technológia, annál energiatakarékosabb és gyorsabb processzor lesz a végeredmény.
A processzorok teljesítménye átlagosan kétévente megduplázódik („Moore törvénye”). Gordon Moore még 1965-ben fogalmazta meg híres előrejelzését, amely szerint a processzorokban a tranzisztorok száma évente meg fog duplázódni. Tíz évvel később ezt az időszakot két évre módosította, és ezt a gyakorlat egészen mostanáig igazolta.
17. ábra - A processzorokba épített tranzisztorok számának alakulása az elmúlt évtizedekben (Moore törvénye)
A processzorok órajele a működéshez szükséges ütemezést biztosítja. Sebességét Hertzben (Hz) mérjük. Az 1GHz sebesség például azt jelenti, hogy 1 másodperc alatt 1 milliárd (109) szabályos időközönként bekövetkezett órajel érkezik. Egy ilyen ütem bekövetkeztekor tudnak a processzorok 1 vagy több műveletet elvégezni. Természetesen minél nagyobb órajelű egy CPU, annál nagyobb sebességre képes az utasítások végrehajtásában.
A mikroprocesszorok története 1971-ben kezdődött, amikor egy pici ismeretlen cég, az Intel a világon először több tranzisztort épített egy foglalatba. Ez volt az első kereskedelmi forgalomba került mikroprocesszor, az i4004, mely 29.000 számítást volt képes elvégezni egyetlen másodperc alatt.
18. ábra - Az első mikroprocesszor, i4004 (1971) (forrás: Wikipédia)
Az Intel Corporation, melynek egyik alapítója a magyar származású Andrew Grove (Gróf András) volt, azóta a világ legnagyobb processzorgyártója lett.
Jelenleg a piacon két nagy processzorgyártó cég van versenyben egymással, az Intel és az AMD. Ez a fennálló éles konkurencia nagyban segíti a processzorok ilyen ütemű fejlődését, hiszen évről évre próbálják egymást túlszárnyalva kiadni az egyre gyorsabb és egyre kisebb gyártási technológiájú processzoraikat.
Az új generációs Intel és AMD processzorok nagyon sokféle kivitelben és széles árfekvésben vásárolhatók meg. A változatosságot szemléltetve a következőkben összefoglaljuk csak az Intel processzor brandjeit és jelöléseit. [6]
Brandek:
- Intel Core (M/i3/i5/i7/i9, általános célú processzorok a közép-, és felsőkategóriában)
- Intel Pentium (belépőszintnél valamivel erősebb desktop PC-kbe szánt processzorok 2 maggal)
- Intel Celeron (belépőszintű desktop processzorok)
- Intel Atom (tableteknél, gyengébb desktop eszközöknél használt processzor)
- Intel Xeon (szerverekbe szánt termékek)
Jelölések:
- K - szorzózár mentes, tuningolható asztali processzor
- T - gyengébb, kevesebbet fogyasztó asztali processzor
- H - erősebb grafikus képességekkel bíró mobil processzor
- HK - erősebb grafikus képességekkel bíró, szorzózár mentes mobil processzor
- HQ - erősebb grafikus képességekkel bíró, quad-core mobil processzor
- Y - erősen gyengített, energiatakarékos mobil processzor
- U - még jobban gyengített mobil processzor
- XE - Extreme, szerverekbe szánt processzor
Mintaként egy jelenlegi, 10. generációs csúcsprocesszor az Inteltől, az Intel Core i9-10980XE, ami 3 GHz-es sebességgel működik, 14nm-es gyártási technológiával készült, 18 processzor magot tartalmaz, 25 MB belső cache-sel rendelkezik stb.