Suoritin

Wikipedia
Ohjattu sivulta Keskusprosessori
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Hakusana ”prosessori” ohjaa tänne. Prosessori oli myös elektroniikkaan ja tietokonetekniikkaan erikoistunut aikakauslehti.
Intel Pentium 100 MHz -suorittimen liitinpuoli.
Alkukantaisen tietokoneen suorittimeen kuuluvia kymmeniä elektroniputkia.

Suoritin tai prosessori (engl. Central Processing Unit eli CPU, keskusyksikkö) on tietokoneen osa, joka suorittaa tietokoneohjelman sisältämiä konekielisiä käskyjä. Se on tietokoneen keskeisimpiä osia. Nykyisissä suorittimissa kaikki osat on pakattu yhdelle mikropiirille, joten ne ovat mikroprosessoreita. Emolevy ja BIOS määrittelevät sopivat suoritintyypit.

Suoritin voi suorittaa kerrallaan vain yhtä ohjelmaa, mutta sen tehtäviä vaihdellaan nopeasti, jolloin suoritus näyttää rinnakkaiselta. Kuitenkin moniydinsuorittimessa on kaksi tai enemmän ytimiä, jolloin se periaatteessa vastaa useampaa suoritinta, mutta niihin verrattuna se käyttää vähemmän sähköä ja tuottaa vähemmän lämpöä.[1]

Ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tietokoneen yleisnopeus riippuu paljon juuri suorittimen nopeudesta.[2] Suorittimen nopeus riippuu sekä sen käyttämästä arkkitehtuurista että kellotaajuudesta. Kellotaajuus ilmoitetaan yleensä megahertseinä (MHz) tai gigahertseinä (GHz), ja suoritin toimii sen tahdissa. Nykyään kellotaajuuden merkitys suorittimen laskentatehon määrittämisessä on kuitenkin vähentynyt, ja suorittimen tehokkuuteen vaikuttavat monet tekniset ratkaisut, kuten kuinka pitkä sen käskyjä suorittava liukuhihna on, kuinka monta ja minkä tyyppisiä käskyjä suoritin kykenee suorittamaan samanaikaisesti, ja kuinka suuria välimuisteja suorittimessa on, ja miten tehokkaasti edellisiin liittyvät ongelmatilanteet on arkkitehtuurissa ratkaistu. Merkittäviä nopeusetuja saadaan myös kirjoittamalla tehokasta ohjelmakoodia. Prosessorin erikoiskäskyistä voi olla suurta hyötyä etenkin matemaattisissa sovelluksissa.

Suorittimissa voi olla kaksi tai useampia ytimiä. Moniytimellisyys mahdollistaa sen, että monia raskaita laskutehtäviä vaativia ohjelmia voidaan ajaa tietokoneella samanaikaisesti ilman, että muiden prosessien suoritus häiriintyy, ja että monisäikeisien yksittäisien prosessien suoritus voidaan jakaa usean ytimen kesken nostaen sen suoritustehoa. Ytimet voivat olla joko identtisiä, tai ne voivat olla erikoistuneita erilaisiin tehtäviin.

Mooren lain mukaan mikropiirien sisältämien transistorien määrä kaksinkertaistuu noin puolessatoista vuodessa. Suorittimien kohdalla tämä laki on toistaiseksi pitänyt melko hyvin paikkansa. Tämä on mahdollistanut yhä monimutkaisempien ja paremman suorituskyvyn mahdollistavien arkkitehtuurien toteuttamisen. Lisäksi on mahdollista integroida samalle piirille useita suoritinytimiä, suurempia ja monitasoisempia välimuisteja, sekä tukipiirejä kuten muistinhallintayksikkö, tai 3D-grafiikan käsittelyyn erikoistunut grafiikkasuoritin.

Suorittimessa on laskentayksikkö (engl Arithmetic Logical Unit = ALU)[2], valvontayksikkö [2] ja rekistereiksi kutsuttavia käsiteltävän yhden sanan tallentavia muistipaikkoja.[2]

Suorittimet tuottavat yleensä toimiessaan hukkalämpöä, joka saattaa vaikuttaa suorittimen toiminnan luotettavuuteen tai liiallisena jopa tuhota suorittimen. Hukkalämmön johtamiseksi pois suorittimesta voidaan käyttää esimerkiksi jäähdytyssiiliä tai nestejäähdytystä.

Suoritinperheitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suorittimet jaetaan perheisiin niiden yhteensopivuuden mukaan. Saman perheen uudempi suoritin pystyy suorittamaan ohjelmia, jotka on tehty saman perheen aikaisimmille suorittimille. Toisin päin tämä ei välttämättä ole mahdollista erilaisten käskykantalaajennusten vuoksi.

Suoritinperheet voidaan edelleen jakaa arkkitehtuureihin niiden iän ja sukupolven mukaan. Esimerkiksi SPARC-perheen aikaisemmat arkkitehtuurit, HyperSPARC ja SuperSPARC, toteuttavat SPARC v7 -käskykannan ja uudemmat arkkitehtuurit 64-bittisen SPARC v9 -käskykannan, jota käyttäviä malleja ovat Sun Microsystemsin UltraSPARCin eri mallit ja Fujitsun SPARC64.

PC-yhteensopivissa suorittimissa on useita kilpailevia valmistajia, joiden suorittimet käyttävät kaikki IA-32-käskykantaa (Intelin määrittelemä 32-bittinen käskykanta). Jokaisella valmistajalla on useita arkkitehtuureita, jotka jakaantuvat useisiin malleihin. Esimerkiksi AMD:n Athlon-suorittimen ensimmäinen malli on mallinumeroltaan K7, toinen malli on K75, ja myöhempi neljäs on "Thunderbird"-malli. Edelleen eri malleja on saatavilla eri kellotaajuuksilla.

Lähes jokainen valmistaja ja suoritinsukupolvi laajentaa suorittimen käskykantaa uusilla käskyillä. Tällaisia laajennuksia ovat mm. MMX, VIS, 3DNow!, SSE ja AltiVec, joista on kaikista lisäksi useampia versioita uusien arkkitehtuurien mukana. Jotkin uudemmat PC-yhteensopivat suorittimet määrittelevät myös oman käskykantansa IA-32 käskykannan lisäksi. Esimerkiksi AMD:n uudemmat suorittimet pystyvät ajamaan oman 64-bittisen käskykantansa, AMD64:n mukaisia ohjelmia IA-32 ohjelmien lisäksi, muodostaen siten tosiasiassa oman suoritinperheensä. Intelillä oli oma IA-64 käskykanta, jota yritys käytti Itanium-suoritinperheessä, mutta se ei ollut taaksepäin yhteensopiva IA-32 käskykantaan minkä vuoksi se ei menestynyt kuin palvelimissa, joskin heikosti. Intel lisensoi AMD:n AMD64 käskykannan ja täten Intelin ja AMD valmistamat suorittimet ovat yhteensopivia. Kyse oli lisenssien vaihdosta, AMD kun maksaa Intelille x86-arkkitehtuurista lisenssimaksuja.

Suoritinarkkitehtuurit voidaan jakaa ryhmiin esimerkiksi konekäskyjen perusrakenteen mukaan seuraavasti:

  • CISC (Complex Instruction Set Computer)
  • RISC (Reduced Instruction Set Computer)
  • VLIW (Very Long Instruction Word)
  • TTA (Transport Triggered Architecture)

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta mikroprosessori.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]