Suoritin

Intel Pentium 100 MHz -suorittimen liitinpuoli.

Alkukantaisen tietokoneen suorittimeen kuuluvia kymmeniä elektroniputkia.

Suoritin tai prosessori (engl. Central Processing Unit eli CPU) on tietokoneen osa, joka suorittaa tietokoneohjelman sisältämiä konekielisiä käskyjä. Se on tietokoneen keskeisimpiä osia. Mikäli suorittimen kaikki osat on pakattu yhdelle mikropiirille, kutsutaan sitä mikroprosessoriksi. Kaikki nykyiset suorittimet ovat mikroprosessoreja.

Tietokoneen yleisnopeus riippuu paljon juuri suorittimen nopeudesta. Suorittimen nopeus riippuu sekä sen käyttämästä arkkitehtuurista että kellotaajuudesta. Kellotaajuus ilmoitetaan nykyään yleensä megahertseinä (MHz) tai gigahertseinä (GHz). Kellotaajuuden lisäksi suorittimen tehokkuuteen vaikuttaa kuinka pitkä sen 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. Uusimmissa 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 sisältävien 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.

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.

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

Emolevy ja BIOS määrittelevät sopivat suoritintyypit.

Vuoden 2008 viimeisellä neljänneksellä prosessoreiden toimitusmäärä laski 8,8 prosenttia vuoden 2007 vastaavaan ajanjaksoon verrattuna. X86 yhteensopivia suorittimia toimitettiin viime vuoden viimeisellä neljänneksellä 75,4 miljoonaa kappaletta joista mobiilisuorittimia toimitettiin 37.1 miljoonaa kappaletta.

Suoritinperheitä

• Intelin i7-suorittimet.
• Intelin IA-32 yhteensopivat suorittimet, mukaan lukien AMD:n suorittimet.
• Intelin IA-64-suorittimet.
• AMD:n AMD64-suorittimet
• Zilog Z80 -suoritinperhe.
• Motorolan 68000-suoritinperhe.
• SPARC-suoritinperhe.
• MIPS Computer Systemsin MIPS-suoritinperhe.
• Hewlett-Packardin PA-RISC
• Digitalin Alpha-suoritinperhe
• IBM:n POWER -suoritinperhe
• Apple-IBM-Motorola -allianssin PowerPC-suoritinperhe.
• ARM/StrongARM/XScale -suorittimet
• Tilera 64-120 ytimiset palvelimille tarkoitetut suorittimet

Pyöritinperheet 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)

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.

Katso myös

• Nollavoimakanta
• Digitaalipiirit
• Boxed

Lähteet

IBM PC

Mallit	IBM PC 5150 IBM PC/XT IBM PCjr IBM PC/AT IBM PS/2 IBM PS/1 IBM Aptiva
Käyttöjärjestelmät	PC-DOS OS/2
Katso myös	IBM PC -yhteensopiva tietokone