Co to jest procesor? Do czego służy i jak działa?

Co to jest procesor?

Procesor, czyli CPU (Central Processing Unit), to główny układ w komputerze odpowiedzialny za wykonywanie wszystkich zadań. Ale nie jako główny wykonawca, tylko koordynator. Przekazuje innym podzespołom (jak np. karta graficzna), co mają robić – zgodnie z instrukcjami, które otrzymuje od oprogramowania działającego na komputerze.

Inna odpowiedź na pytanie, co to jest procesor, brzmi: jest to mózg komputera. Odpowiada za prawidłowe przeprowadzanie procesów – od prostych, polegających na wykonywaniu matematycznych obliczeń w cyfrowym kalkulatorze, po skomplikowane, umożliwiające granie w grę komputerową.

Oczywiście w procesory wyposażonych jest wiele typów urządzeń, nie tylko komputery. Jeśli coś może uruchamiać programy, to (najprawdopodobniej) ma procesor. Na przykład wszystkie smartfony i tablety wyposażone są w CPU. W ich przypadku procesor może również obsługiwać połączenia telefoniczne, Wi-Fi, GPS i wiele innych rzeczy. Takie wielofunkcyjne układy nazywane są SoC (system-on-a-chip).

No dobrze, wiesz już, co to jest i za co odpowiada procesor, przejdźmy więc teraz do jego elementów.

Z czego składa się procesor?

Fizycznie procesor to, w większości przypadków, niewielki kwadrat. Odchodzą od niego metalowe nóżki, czyli piny, za pomocą których jest przymocowany do płyty głównej. Sercem procesora jest monokryształ krzemu, na którym znajdują się warstwy z półprzewodników. Natomiast obwody procesora wykonane są z miedzi lub aluminium. Umówmy się jednak – ważniejsza od wiedzy o jego budowie jest wiedza, jak działa procesor.

Jeśli zaś chodzi o działanie, to procesor w komputerze składa się z czterech elementów: ALU (jednostki arytmetyczno-logicznej, która pomaga w wykonywaniu wszystkich operacji arytmetycznych i logicznych), FPU (koprocesora matematycznego zdolnego do wykonywania operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych), rejestrów i pamięci cache. Rejestry przechowują instrukcje otrzymane od innych podzespołów komputera, przekazują ALU, jakie procesy należy wykonać, a także gromadzą ich rezultaty. Natomiast pamięć cache, czyli pamięć podręczna, pozwala procesorowi przechowywać dane lokalnie, bez konieczności pobierania ich z pamięci RAM. Dzięki temu komputer jest wydajniejszy i szybszy. Procesory mogą mieć nawet trzy poziomy pamięci cache – L1, L2 i L3.

Istotnym elementem towarzyszącym procesorowi jest chłodzenie – bez niego procesor, podczas intensywnej pracy, szybko przegrzałby się i uległ przepaleniu, a nawet stopieniu. Zazwyczaj za chłodzenie procesora odpowiada radiator, który odprowadza nagromadzone ciepło. W zaawansowanych układach, które służą do wytężonej pracy obliczeniowej, system chłodzenia może być oparty na wodzie, gazie czy suchym lodzie.

Co to jest procesor – istotne terminy

Pomiędzy różnymi modelami procesorów istnieją różnice w wydajności obliczeniowej. Producenci komputerów i laptopów w swoich materiałach marketingowych zazwyczaj podkreślają trzy cechy: prędkość zegara, a także liczbę rdzeni oraz wątków.

Częstotliwość taktowania

Częstotliwość taktowania, czyli prędkość zegara, jest wyrażana w gigahercach (GHz) i jest przybliżonym wskaźnikiem tego, ile obliczeń procesor może wykonać w każdej sekundzie – im wyższa jest ta liczba, tym więcej obliczeń może zostać wykonanych. Jest to jeden z najważniejszych czynników wpływających na wydajność w grach, przy czym wysoka prędkość zegara jest zazwyczaj ważniejsza niż liczba rdzeni.

Rdzenie

Na szybkość przetwarzania danych przez procesor wpływa również liczba rdzeni. Każdy rdzeń jest w zasadzie procesorem samym w sobie, a wiele programów jest napisanych w taki sposób, że kilka rdzeni może pracować nad przetwarzaniem danych wymaganych przez oprogramowanie w tym samym czasie – co znacznie zwiększa szybkość działania programu. Większa liczba rdzeni z pewnością zwiększa szybkość działania urządzenia, ale ta ostatnia jest też zależna od rodzaju uruchamianego programu: czterordzeniowy procesor może wykonywać niektóre zadania, jak np. edycja wideo, prawie dwa razy szybciej niż układ dwurdzeniowy, ale więcej niż cztery rdzenie niekoniecznie zwiększą wydajność w grach.

Wątki

Wątki to w zasadzie wirtualna wersja rdzenia procesora, która pomaga zwiększyć jego wydajność. Podobnie jak w przypadku rdzeni duża liczba wątków jest ważna, gdy komputer pracuje wielozadaniowo lub wykonuje duże obciążenia. Gdy jakieś części rdzenia nie są akurat wykorzystywane, to mogą wykonywać inne wątki. Im jest ich więcej, tym lepiej, a maksymalnie rdzeń może mieć 8 wątków.

Wyjaśniając, co to jest procesor, warto jeszcze wspomnieć o typach architektury. CPU może być wykonany w architekturze 32-bitowej lub 64-bitowej. Upraszczając, można powiedzieć, że wartość bitów określa, z jakich zasobów pamięci podręcznej może korzystać procesor – im jest jej więcej, tym szybciej będzie działał. Architektura 64-bitowa będzie więc lepsza od 32-bitowej.

Jak działa procesor? Jak dokładnie przebiegają procesy?

Nowoczesne procesory komputerowe mogą przetwarzać miliony instrukcji w ciągu sekundy. O co dokładnie chodzi, jak działa procesor? Do swojego działania CPU wykorzystuje ten sam zestaw procesów. Procesy te nazywane są cyklem pobierania-wykonywania, choć składa się on z trzech kroków: pobierania, dekodowania i wykonywania.

Pierwszy krok w cyklu polega na otrzymaniu (pobraniu) instrukcji. Instrukcja ta jest wysyłana z pamięci RAM do procesora. Po otrzymaniu instrukcji procesor przetwarza ją za pomocą dekodera. Mówiąc inaczej, CPU zamienia instrukcję w serię sygnałów, które następnie zostaną odpowiednio zinterpretowane. Finalnie komputer wykonuje te zdekodowane instrukcje. Rejestry procesora zapiszą je po ich wykonaniu, co pomoże w szybszym działaniu komputera.

Producenci procesorów

Firmy Intel oraz AMD to obecnie jedyni liczący się gracze na rynku procesorów dla komputerów stacjonarnych. Najnowsza, 12. generacja procesorów Intel Core dla desktopów nazywa się Rocket Lake, natomiast najnowsza generacja układów AMD to Ryzen 7000. Różnice pomiędzy procesorami do komputerów stacjonarnych to temat na osobny artykuł. Ważne, aby pamiętać, że pomimo różnic w konstrukcji procesory Intel i AMD oferują zasadniczo podobną wydajność za podobną cenę. Obie firmy proponują także spory wybór procesorów do komputerów mobilnych.

Jeśli zaś chodzi o smartfony, to w przypadku urządzeń z systemem operacyjnym Android królują układy Qualcomm Snapdragon. Ostatnio zaczęły być także coraz bardziej powszechne w laptopach. W smartfonach Apple z kolei wykorzystywany jest autorski CPU firmy z Cupertino – jego najnowsza wersja nazywa się A16 Bionic. Apple od niedawno opracowuje także własne procesory do laptopów MacBook, zamiast używania tych dostarczonych przez Intel.

Overclocking, czyli przyśpieszanie działania procesora

Do czego służy procesor? Jeśli na tak zadane pytanie odpowiesz: Do grania w gry – to ten paragraf może być dla ciebie istotny. Częstotliwość taktowania, a tym samym szybkość działania procesora, który masz w komputerze, może być zwiększona. Istnieje jednak tutaj pewien warunek – model procesora musi być do tego odpowiedni. Mówiąc wprost – taki CPU musi mieć odblokowany mnożnik. W przypadku układów Intel wskazuje na to literka K, natomiast jeśli chodzi o AMD, będą to literki FX. Więc jeśli masz lub kupisz taki procesor, to możesz zwiększyć częstotliwość taktowania procesora (czyli zrobić tzw. overclocking) względem jego standardowej specyfikacji. Najłatwiej wykonać to z poziomu odpowiednich aplikacji.

Który procesor do komputera wybrać?

Jeśli chcesz zwiększyć moc obliczeniową swojego komputera stacjonarnego, a nie możesz wykonać jego overclockingu, to zakup nowego procesora będzie koniecznością. Oczywiście to, jaki konkretnie procesor powinieneś kupić, zależy od tego, do czego będziesz go wykorzystywać, a tym samym – jakim obciążeniom będzie poddawany. Skupmy się tutaj na urządzeniach dwóch wspomnianych wcześniej potentatów.

Biorąc pod uwagę stosunek ceny do jakości, do podstawowych zastosowań (takich jak przeglądanie stron internetowych, oglądanie filmów ze streamingu, praca z pakietem Microsoft Office) najlepszą opcją będzie wybór procesora Intel Core i3 lub AMD Ryzen 3. Do gier optymalnym wyborem będą procesory Intel Core i5/i7 lub AMD Ryzen 5/7, jeśli jednak zależy ci na graniu w najnowsze tytuły na najwyższych ustawieniach, to powinieneś się zainteresować procesorem Intel i9 lub AMD Ryzen 9. Te ostatnie będą także odpowiednie do edycji wideo 4K oraz animacji.

Istotna jest również generacja procesora. Jak wspominaliśmy, firma AMD wprowadziła właśnie na rynek generację Ryzen 7000, natomiast Intel niedawno zaprezentował swoją 12. generację procesorów Intel Core (Rocket Lake). Choć oczywiście znajdziesz też bardzo dobre CPU wśród układów z poprzednich generacji.

Co to jest procesor – podsumowanie

Mamy nadzieję, że dzięki naszemu poradnikowi wiesz już, co to jest procesor, do czego służy i jak działa. Te informacje będą przydatne nie tylko przy wymianie starego CPU na nowy, ale także w wyborze odpowiedniego laptopa (przeczytaj również nasz poradnik Jaki laptop kupić). Pamiętaj jednak, że wymienić procesor możesz tylko w przypadku komputera stacjonarnego, jeśli chodzi o laptop, to takie działanie nie wchodzi w grę. Przed zakupem nowego procesora warto się zapoznać nie tylko z jego specyfikacją, ale również opiniami użytkowników. Specyfikacja zapewni oczywiście wiele informacji na temat procesora, ale nie da ci pełnego obrazu, jeśli chodzi o jego wykorzystanie.