Oblíbená analogie popisuje proceosr jako mozek celého počítače (ne nutně počítače, samozžejmě procesor nalezneme i v jiných zařízeních jako jsou telefony nebo herní konzole). Procesor se označuje zkratkou CPU, z anglického Central Processing Unit.

Nejznámější výrobci procesorů do osobních počítačů jsou Intel a AMD. V neposlední řadě je potřeba zmínit ještě jednoho výrobve a tím je kalifornský gigant Apple, který si pro vlastní hardware vyvinul procesor M1, resp. novější M2 (v různých verzích).

Princip fungování a konstrukce

Hlavní myšlenkou na které dnešní moderní procesory pracují je vykonávání strojových instrukcí. Strojové instrukce jsou elementární (základní) operace. Například sčítání, odečítání, násobení, porovnávání, logické operace, nebo ukládání hodnot do paměti. [a]

Základní konstrukce procesoru je znázorněna na obrázku níže: [d]

Aritmeticko Logická jednotka (ALU) je zodpovědná za všechny výpočty. Control unit je část procesoru, která organizuje chod, synchronizuje časování a vykonávání operací a řídí například i informace, které do procesoru putují ze vstupních periferii. Registry jsou pak drobné paměťové bloky, které slouží procesoru a řídící jednotce pro ukládání dočasných informací. [e]

Na schématu nejsou zobrazeny ještě Cache paměti L1, L2 případně i L3. Někdy označovány jako mezipaměť. Jedná se o dočasné úložiště (typu SRAM) informací , u kterých se předpokládá, že by je procesor ještě mohl využít. Cache paměti fungují až 100x rychleji než paměti RAM. Tyto pěmťi slouží pro vyrovnávání rychlostí mezi RAM a CPU. Proto je velikost ve srovnání s RAM velmi nízká (i podle úrovně cache paměti). [e; f]

1. L1 - primární cache paměť, která ej extrémně rychlá ale velmi malá. Velikostí se pohybujeme v rozmezí od 8KB a 64KB. Pro každé fyzické jádro je vždy vyhrazena samostatně. Nachází se fyzicky velmi blízko CPU[f]
2. L2 - sekundární cahce paměť. Je pomalejší než L1 cache paměť na druhou stranu má větší paměťovou kapacitu cca 256KB to 8MB. Může být sdílená mezi fyzickými jádry. [g]
3. L3 - je standardně sdílena mezi všemi jádry. nejpomalejší, ale paměťově největší. Velikost se může pohybovat od 4 do 64 MB, rychlost až 200GB/s. [h]

Každý procesor pracuje v několika krocích, které jsou opakovány stále dokola. Jedná se o posloupnost příkazů Fetch → Decode → Execute. Názorně uvedeno na následujícím obrázku [d]

Při vykonávání programu jsou instrukce nejprve převedeny ze sekundární paměti (HDD, SSD) do operační paměti RAM. Uvnitř procesoru se nachází registr ve kterém je uložena adresa první instrukce - tento registr se označuje jako Program Counter. [d]

Procesor ověří adresu z Program Counteru. Následné procesor načte instrukci na odpovídající adrese v paměti RAM. Následně je instrukce “dekódována” a “provedena”. Instrukce se obvykle skládá ze dvou částí Opcode a Operand. Opcode je číslo instrukce a Operand pak konkrétní data, které instrukce vyžaduje pro správnou činnost. Každý procesor má jinou sadu instrukcí. Viz kapitola níže.

Poté je celý cyklus opakován, je provedena další instrukce z Program Counteru. [d]

Architektura

Moderní procesory se dělí na dvě základní skupiny a to CISC a RISC

RISC - Reduced Instruction Set Computer, volně přeloženo jako procesory s redukovanou instrukřní sadou. Jedná se o návrh, kdy je využito pouze základních velmi jednoduchých instrukcí. Vykonávání těchto instrukcí je velmi rychlé, vždy zabírá jeden takt procesoru. Komplexnější operace se realizují postupným skládáním základních kroků. Například násobení lze nahradit postupným sčítáním. [k]

CISC - z Anglického Complex Instruction Set Computers, tedy procesory s kompletní instrukční sadou. Tyto procesory mají instrukřní sadu, která pokrývá široké spektrum potřebných funkcí které je procesor schopen vykonávat přímo z výroby. [j]