Prosessoreita on monissa nykyaikaisissa elektroniikkalaitteissa, kuten tietokoneissa, älypuhelimissa, tableteissa ja muissa kannettavissa laitteissa. Niiden tehtävänä on vastaanottaa syötettä ohjelmaohjeiden muodossa ja suorittaa triljoonia laskutoimituksia tuottaakseen tulosteen, jota käyttäjä käyttää käyttöliittymässä.
Prosessori sisältää aritmeettisen logiikan ja ohjausyksikön (CU), joka mittaa kyvykkyyttä seuraavilla mittareilla:
- Kyky käsitellä ohjeita tiettynä ajankohtana.
- Maksimaalinen bittien/ohjeiden määrä.
- Relatiivinen kellotaajuus.
Joka kerta, kun tietokoneella suoritetaan toiminto, esimerkiksi kun tiedostoa muutetaan tai sovellus avataan, prosessorin on tulkittava käyttöjärjestelmän tai ohjelmiston ohjeita. Prosessorin kyvyistä riippuen käsittelyoperaatiot voivat olla nopeampia tai hitaampia, ja niillä on suuri vaikutus siihen, mitä kutsutaan suorittimen ”prosessointinopeudeksi”.
Kukin prosessori koostuu yhdestä tai useammasta yksittäisestä prosessoriyksiköstä, joita kutsutaan ”ytimiksi”. Kukin ydin käsittelee yhden laskentatehtävän ohjeita tietyllä nopeudella, joka määritellään ”kellotaajuudeksi” ja mitataan gigahertseinä (GHz). Koska kellotaajuuden kasvattaminen yli tietyn rajan kävi teknisesti liian vaikeaksi, nykyaikaisissa tietokoneissa on nykyään useita prosessoriytimiä (kaksoisydin, neliydin jne.). Ne työskentelevät yhdessä käskyjen käsittelemiseksi ja useiden tehtävien suorittamiseksi samanaikaisesti.
Nykyaikaisissa pöytätietokoneissa ja kannettavissa tietokoneissa on nykyään erillinen prosessori, joka huolehtii graafisesta renderöinnistä ja lähettää tulosteen näyttölaitteelle. Koska tämä prosessori, GPU, on suunniteltu erityisesti tätä tehtävää varten, tietokoneet pystyvät käsittelemään tehokkaammin kaikkia erityisen grafiikkavaltaisia sovelluksia, kuten videopelejä.
Prosessori koostuu neljästä peruselementistä: aritmeettisesta logiikkayksiköstä (Arithmetic Logic Unit, ALU), liukulukuyksiköstä (Floating Point Unit, FPU), rekistereistä (Registers) ja välimuisteista. ALU ja FPU suorittavat luvuille perus- ja kehittyneitä aritmeettisia ja loogisia operaatioita, minkä jälkeen tulokset lähetetään rekistereihin, jotka myös tallentavat ohjeita. Välimuistit ovat pieniä ja nopeita muistoja, jotka tallentavat kopioita datasta usein käytettäväksi, ja ne toimivat samalla tavalla kuin satunnaiskäyttömuisti (RAM).
Prosessori suorittaa operaationsa käskysyklin kolmen päävaiheen kautta: nouto, dekoodaus ja suoritus.
-
Nouto: prosessori noutaa käskyjä tavallisesti RAM-muistista.
-
Dekoodaus: dekooderi muuntaa käskyn signaaleiksi tietokoneen muille komponenteille.
-
Toteutus: nyt dekoodatut käskyt lähetetään kullekin komponentille, jotta haluttu toiminto voidaan suorittaa.