Procesor (CPU - Central Processing Unit)

Architektura i działanie CPU

CPU (Central Processing Unit – Centralna Jednostka Przetwarzająca) to 'mózg' komputera, który realizuje cykl rozkazowy (Fetch-Decode-Execute):

1. Pobranie instrukcji (Fetch): Pobranie kolejnego rozkazu z pamięci RAM do rejestru instrukcji pod adresem wskazywanym przez licznik rozkazów (Program Counter - PC).
2. Dekodowanie (Decode): Rozpoznanie kodu operacji (OpCode) przez układ sterowania.
3. Wykonanie (Execute): Przeprowadzenie operacji przez jednostkę arytmetyczno-logiczną (ALU).
4. Zapis wyniku (Writeback): Umieszczenie wyniku w rejestrze procesora lub komórce pamięci RAM.

Kluczowe bloki funkcjonalne CPU:

• ALU (Arithmetic Logic Unit): Jednostka wykonująca operacje matematyczne (dodawanie, odejmowanie, mnożenie) oraz operacje logiczne (AND, OR, NOT, XOR, przesunięcia bitowe).
• CU (Control Unit / Jednostka sterująca): Kieruje przepływem danych i synchronizuje pracę wszystkich podzespołów procesora.
• Rejestry procesora: Najszybsza pamięć w komputerze (czas dostępu < 1 cyklu zegara), przechowująca adresy, bieżące instrukcje i argumenty operacji (np. akumulator, rejestr flagowy).
• Pamięć podręczna (Cache L1, L2, L3): Szybka pamięć statyczna (SRAM) wbudowana bezpośrednio w strukturę procesora, minimalizująca opóźnienia odczytu z pamięci RAM.

Kluczowe parametry procesora:

• Częstotliwość taktowania (Clock Speed): Liczba cykli zegara na sekundę podawana w gigahercach (GHz, np. 3.5 GHz = 3.5 miliarda cykli na sekundę).
• Liczba rdzeni fizycznych i wątków logicznych: Wielordzeniowość umożliwia prawdziwie równoległe wykonywanie wielu procesów (wielowątkowość sprzętowa, np. Intel Hyper-Threading / AMD SMT).
• Litografia (Proces technologiczny): Rozmiar tranzystorów podawany w nanometrach (nm) – mniejszy proces oznacza wyższą energooszczędność i gęstość upakowania.

Pułapki na egzaminie INF.04:

• ALU vs CU: Na egzaminie często pada pytanie, który moduł odpowiada za dodawanie liczb (odpowiedź: ALU), a który za pobieranie instrukcji i sterowanie (odpowiedź: CU).
• Pamięć L1 vs RAM: Pamięć Cache L1 jest najszybszą i najdroższą pamięcią, ale o najmniejszej pojemności (kilkadziesiąt KB na rdzeń).