Cpu-יחידת העיבוד המרכזית מעבדים 486 ו386 של
אינטל מוחו של האדם, קולט נתונים מהסביבה בכל רגע ורגע. הנתונים נקלטים ומועברים דרך מרכזי העצבים למוח שם הם מעובדים. בהתאם לתוצאות הניתוח נשלחים אותות שליטה והפעלה אל איברי הגוף.
יחידת העיבוד המרכזית משולה למוחו של האדם.
יחידה זו עושה את כל פעולות ה"חשיבה" שעושה המחשב ותפקידן של שאר היחידות הוא לסייע לה. כאמור יחידה זו כוללת שתי יחידות עיקריות : יחידה אריתמטית- לוגית (ALU) ו יחידת בקרה (Control Unit).
מעבד, יחידת העיבוד המרכזית (CPU - Central Processing Unit), הוא החלק המרכזי במחשב,
מוחו של המחשב, שמבצע את הפקודות המאוחסנות בזכרון המחשב. פקודות אלה הן פקודות אלמנטריות ביותר, כשכל פקודה בנויה מרצף קצר של ביטים, שמשמעותו מובנת על-ידי המעבד. רצף זה קרוי שפת מכונה. כל דגם של מעבד מתאפיין בסט הפקודות שלו. המעבדים המודרניים (המכונים מיקרו-מעבדים) בנויים על גבי שבב אחד בודד. יכולותיו של המעבד כוללים קריאת מידע
מהזיכרון או מהתקנים שונים, ביצוע פעולות מתמטיות ולוגיות על מידע זה וכתיבת תוצאות החישוב בחזרה לזיכרון או לחלופין שליחתו להתקנים חיצוניים. יכולת זו מאפשרת למעבד גמישות רבה מספיק בכדי לשמש למגוון רחב ביותר של יישומים. מבחינה מספרית, הרוב המכריע של המעבדים המיוצרים כיום, משמשים כיחידות בקרה של מוצרי צריכה דוגמת: צגים, מדפסות, מכוניות,מכונות כביסה וכן הלאה. עם זאת, המעבדים בעלי החשיבות הרבה ביותר מבחינה טכנולוגית, בהם מתמקדים רוב מאמצי המחקר והפיתוח הם המעבדים המשמשים כיחידת עיבוד מרכזית במחשב. רקע היסטורי עד ראשית שנות השבעים היו מחשבים מורכבים ממספר רב של מעגלים מודפסים ותפסו נפח עצום, לעיתים אפילו קומות שלמות. נקודת המפנה החשובה ביותר היתה פיתוח המיקרו-מעבד, שהכיל את כל החומרה הדרושה על גבי שבב יחיד. כיום כל המעבדים הנמצאים בשימוש הם
מיקרו-מעבדים. המיקרו-מעבד הראשון היה ה-4004 שפותח בשנת 1971 על ידי חברת אינטל<חברה מובילה בייצור מעבדים ומוצרי מחשבים, פיתחה את המעבדים הראשונים למחשבי IBM. לאינטל שני מפעלים בישראל, האחד בירושלים והשני בקרית גת. כמו כן קיימים בארץ מרכזי פיתוח, אחד מהם בחיפה. מרכז הפיתוח בחיפה אחראי לפיתוח ליבות ה- Dothan, ה- Banias, ה- Merom וה- Y>, שעסקה עד אז בפיתוח ויצור שבבי זיכרון. במקור פותח ה-4004 עבור מחשבי כיס של חברת Busicom היפנית. שבב זה היה הראשון שגישר על הפער שבין שבבים יעודיים בעלי יכולת מוגבלת שנועדו לישום מסויים (לדוגמה מחשבי כיס) לבין יחידות עיבוד במחשבים שהיו קיימים אז, שהורכבו ממספר רב של מעגלים מודפסים שונים. יכולת החישוב של ה-4004 היתה מוגבלת למדי והוא התבסס על פעולות של 4 סיביות בלבד, כך שלא היה מתאים לשימוש במחשב. ה-8008 שפותח בשנת 1972 הרחיב את יכולת המעבד לעבודה על 8 סיביות, ובשנת 1974 פיתחה אינטל גירסה משוכללת יותר, ה-8080, ששימשה מאוחר יותר כיחידת עיבוד מרכזית במחשבים ביתיים. במקביל ל-8080 פותחו גם מספר מעבדים מתחרים כגון Z80 של חברת זילוג (שהוקמה על ידי אחד המהנדסים שהיה אחראי על פיתוח ה-4004 באינטל), ה-6800 של חברת מוטורולה וה-6502 של חברת MOS Technology, שהיו כולם פופולריים במחשבים ביתיים בראשית שנות ה-80. בשנת 1981 בחרה חברת IBM ב-8086 של אינטל<חברה מובילה בייצור מעבדים ומוצרי מחשבים, פיתחה את המעבדים הראשונים למחשבי IBM. לאינטל שני מפעלים בישראל, האחד בירושלים והשני בקרית גת. כמו כן קיימים בארץ מרכזי פיתוח, אחד מהם בחיפה. מרכז הפיתוח בחיפה אחראי לפיתוח ליבות ה- Dothan, ה- Banias, ה- Merom וה- Yonah.>, יורשvoו של ה-8080, בתור יחידת העיבוד המרכזית עבוד מחשב האישי שלה והפכה בכך את משפחת ה-x86 של אינטל למעבדים הפופולאריים ביותר. מעט מאוחר יותר, בשנת 1984, בחרה חברת אפל במעבד מתחרה, ה-68000 של חברת מוטורולה עבור מחשבי המקינטוש, וכך סידרת המעבדים של מוטורולה הפכה לשניה בתפוצתה אחרי המעבדים של אינטל, עד שהוחלפה בשנת 1991 במעבד הpowerPC שפותח במשותף על ידי מוטורולה, IBM ואפל. פעולת ומבנה המעבד כל מעבד מורכב ממספר יחידות המבצעות פעולות שונות. במעבדים מודרניים המבוססים על שיטת
צינור עיבוד נתונים (Pipeline), כל אחת מיחידות אלו פועלת בנפרד. לצורך ביצוע פעולה בודדת צריכות להתבצע הפעולות הבאות: ·
חישוב הכתובת בה נמצאת
הפקודה הבאה. ·
קריאת הפקודה הבאה לביצוע מהזיכרון. ·
פיענוח הפקודה: בשלב זה המעבד מפענח מהי הפקודה שצריכה להתבצע, איזו יחידת ביצוע להפעיל ואילו משתנים מעורבים. במעבדים בעלי ארכיטקטורת CISC, פקודת אסמבלי בודדת עשויה להפוך בשלב הפיענוח למספר פקודות פנימיות של המעבד. ·
חישוב: בשלב זה קוראים ערכים מהזיכרון במידה וצריך (במעבדים מסויימים הקריאה מהזיכרון נחשבת לשלב נפרד), ובהתאם לסוג הפעולה מופעלת יחידת החישוב המתאימה של המעבד לביצוע הפעולות האריתמטיות והלוגיות הרלוונטיות. ·
כתיבה חזרה לזיכרון: הערך המחושב נכתב למקום בו אמורה להתאכסן התוצאה. יחידות המרכיבות את המעבד: יש לציין כי במיקרו-מעבד כל היחידות השונות יושבות על אותו השבב, והחלוקה ליחידות קיימת רק בשלב התכנון. החלוקה ושמות היחידות שונות במעט ממעבד אחד למשנהו, אבל מעבדים מודרניים מורכבים בדרך-כלל מהיחידות הבאות: ·
מטמון L0: זיכרון מהיר במיוחד, המשמש לאיכסון פקודות המיועדות לביצוע. במקום לפנות בכל פעם לזיכרון הכללי, פעולה הדורשת זמן רב, מאכסנים במטמון L0 את אוסף הפקודות הבאות בתור לביצוע. ·
מטמון L1: זיכרון מהיר המשמש לצורך זירוז העבודה עם הזיכרון הראשי לצורך כתיבת נתונים. זיכרון זה מאכסן את האזורים האחרונים בזיכרון בהם השתמשו לצורך כתיבה או קריאה. במעבד פנטיום 4 לדוגמה, גודל
מטמון זה הוא 64K. ·
מטמון L2: זיכרון מעט איטי יותר מ-L1 אבל עדיין מהיר בהרבה מהזיכרון החיצוני. בעבר מטמון זה ישב בשבב נפרד מחוץ למעבד, אבל כאשר ניתן היה להכניס מספיק טרנזיסטורים בשבב אחד, הוכנס גם מטמון זה אל תוך המעבד. גודלו של מטמון L2 מגיע ל-1MB במעבדי פנטיום 4 חדשים. ·
מטמון L3: זיכרון איטי מהL2 שנמצא בחלק ממעבדי הXEON ומעבדי הEE של אינטל אבל לא נמצא ברוב המעבדים. ·
יחידת קריאה ופיענוח: יחידה האחראית על שלבי הקריאה והפיענוח של פקודות. ·
יחידת ניבוי קפיצות: בשפת האסמבלי ישנן פקודות קפיצה המורות למעבד לעבור לביצוע פקודה בכתובת מסויימת שאינה בהכרח הכתובת הבאה בזיכרון. פקודות קפיצה אלו הן ברובן מותנות, כלומר: הקפיצה תבוצע רק אם תנאי מסויים יתקיים. בכדי שניתן לקרוא ולפענח את הפקודה הבאה לפני שידוע אם התנאי אכן מתקיים או לא, המעבד מנסה לנחש האם הקפיצה תבוצע על סמך ניסיון העבר. ·
יחידה לוגית אריתמטית: יחידה זו מבצעת פעולות במספרים שלמים ופעולות לוגיות שונות. ·
יחידת חישוב בנקודה צפה: יחידה זו מבצעת פעולות במספרים ממשיים. במעבדים ישנים (לדוגמה 80386), לא היתה במעבד יחידה כזו והיה צורך בשבב חיצוני שיבצע את הפעולות במספרים ממשיים. כיום זהו חלק אינטגרלי מהמעבד עצמו. ·
בקר BUS: ה-BUS הוא האמצעי המקשר בין המעבד לבין הזיכרון וההתקנים החיצוניים במחשב. לצורך סינכרון התקשורת ב-BUS יש צורך בבקר (controller) שתפקידו לווסת ולפקח על התעבורה ב-BUS. בעבר גם יחידה זו היתה בשבב נפרד וכיום זהו חלק מהמעבד עצמו. יחידה זו היתה צואר הבקבוק של המעבד, בגלל שהקריאה והכתיבה לזכרון היו נמוכים באופו משמעותי ממהירות המעבד עצמו, והוא היה צריך להמתין מחזורי שעון על מנת לבצע את הקריאה. עם ההתקדמות הועלתה מהירותו ובמעבדי פנטיום 4 החדישים היא עומדת על 1066MHz. שהיא כשליש ממהירות המעבד עצמו. תפקידו של זכרון מטמון L2 הוא לגשר על הפער בין מהירות המעבד למהירות הערוץ. מושגים בסיסיים במיקרו-מעבדים ·
מהירות שעון או תדר עבודה: בכל מעבד ישנו שבב הפולט פולסים. פולסים אלו מווסתים את קצב פעולת המעבד. ככלל, ככל שמהירות השעון גבוהה יותר כך המעבד מהיר יותר, אם כי אין זה הפרמטר היחיד הקובע את מהירות המעבד. במחשב הIBM-PC הראשון היה מעבד 8086 היתה מהירות שעון של 4.77MHz, כלומר 4.77 מיליון פולסים לשניה. במעבדי פנטיום 4 הנמכרים בשנת 2004 מהירות שעון של עד 3.8GHz, כלומר 3.8 מיליארד פולסים לשניה. ·
סקירות נוספות אודות cpu כל מה שרצית לדעת