Prosessoren

Prosessoren styrer datamaskina

Prosessoren, som vi òg kallar CPU (Central Processing Unit), er hjernen til datamaskina. Han hentar, tolkar og utfører instruksjonar frå arbeidsminnet (RAM) og omarbeider dei for å produsere eit resultat. Dette resultatet kan lagrast tilbake i RAM eller sendast til andre einingar, som til dømes grafikkortet.

Prosessoren styrer dermed i stor grad kva dei andre delane av datamaskina skal gjere til kvar ei tid. Han er sentralt plassert på hovudkortet, som oftast under ei kjøleribbe og kjølevifte for å hjelpe med å spreie varmen han lagar.

Oppbygginga av prosessoren

Kjerne (core)

Ein kjerne er ei samling av mindre delar som saman kan hente inn instruksjonar og gjere dei utrekningane som trengst. Sidan kjernen er bygd opp av fleire mindre delar, er det viktig at delane jobbar i takt. Ein felles klokkefrekvens for kvar kjerne er derfor nødvendig.

Fleirkjerna prosessor

Tidlegare hadde kvar prosessor berre éin kjerne. Det vart etter kvart vanskelegare å auke hastigheita kjernen kunne arbeide i. For å fortsetje å gjere datamaskinene raskare var det derfor nødvendig å gå over til prosessordesign med fleire kjernar.

Av praktiske årsaker blir ofte fleire prosessorkjernar produserte saman i det vi kallar ein chiplet, og ein prosessor kan ha fleire chiplets. Dermed kan ein moderne prosessor ha mellom fire og sekstifire kjernar totalt.

Nevral prosesseringseining (NPU)

Nokre prosessorar har ei eiga nevral prosesseringseining (Nevral prosessing unit – NPU) for å hjelpe til med å handtere lokal KI-funksjonalitet som bilettolking, stemmeattkjenning og køyring av praterobotar.

Ein NPU er meir effektiv og bruker mindre straum når han gjer KI-oppgåver samanlikna med dei ordinære prosessorkjernane eller skjermkortet til maskina. Dette gjer NPU-en spesielt nyttig for mobile einingar som mobiltelefonar og berbare datamaskiner.

NPU-kapasitet er gitt i talet på billionar operasjonar som kan gjerast per sekund (TOPS). Til dømes kan ein prosessor ha innebygd ei NPU-eining med kapasitet på 50 TOPS.

Tidlegare vart namnet KI-akselerator ofte brukt for å beskrive ei nevral prosesseringseining (NPU).

I/O-kontrollar (brikkesett)

For å kople saman prosessorkjernane og gjere det mogleg for prosessoren å nå dei andre komponentane i datamaskina treng vi ein I/O-kontrollar (brikkesett). Denne finn vi innebygd i prosessoren.

I/O-kontrollarar fungerer som kommunikasjonssentral mellom prosessorkjernar. Dei styrer tilgang til arbeidsminnet (RAM) og gir tilgang til eit felles hurtigminne for alle kjernane (L3). I/O-kontrollarane lagar òg PCI Express-baner (lanes) som går ut til andre komponentar i datamaskina.

Prosessor-I/O-kontrollarar har ofte innebygd USB-kontrollar og skjermkort (dette er spesielt relevant på berbare datamaskiner, tablets og mobiltelefonar). Dei kan òg ha radiosendarar for trådlause og mobile nettverk.

I tillegg til brikkesettet i prosessoren er det eit brikkesett montert på hovudkortet. Brikkesettet på hovudkortet tek seg av kommunikasjon mot langsamare innebygde einingar som lydkort, UEFI/BIOS og USB-portar.

Film: Oppbygging av datamaskin

I animasjonen under (lengde 0:21) kan du sjå korleis prosessoren får kontakt med alle dei forskjellige komponentane av datamaskina gjennom brikkesettet.

Prosessoren bruker I/O-kontrollaren sin til å kople seg til RAM og andre einingar på hovudkortet (som skjermkort, USB-einingar, nettverk og så vidare). På hovudkortet er det som regel eit eige litt mindre brikkesett som koplar saman tregare einingar og einingar som er spesifikke for dette hovudkortet. I/O-kontrollaren til hovudkortet koplar seg til I/O-kontrollaren til prosessoren slik at prosessoren får tilgang til alle ressursane i datamaskina.

Animasjonen har ikke lyd.

Instruksjonssett

Ein instruksjon er ein type omarbeiding av data som en prosessor kan gjere. Dette kan vere enkle instruksjonar som å hente inn data frå arbeidsminne, legge saman to tal eller samanlikne to forskjellige tal. Det finst òg meir avanserte instruksjonar, nokre av desse er ein kombinasjon av to enklare. Eit instruksjonssett er ei liste over instruksjonar som ein prosessor kan bruke.

Nokre instruksjonssett har mange moglege instruksjonar, og andre har få. Avhengig av typen utrekningar prosessoren skal gjere, vil forskjellige instruksjonssett vere å føretrekke. Det viktige her er at operativsystem, programvare og drivarar må vere tilpassa prosessoren sine instruksjonssett.

X86-64

X86-64 er 64-bit-versjonen av x86, et instruksjonssett laga av Intel. Dette er det mest brukte instruksjonssettet for vanlege stasjonære og berbare datamaskiner. Ei maskin som køyrer Windows eller macOS-operativsystem vil som oftast vere X86 eller X86-64. X86-64 har eit ganske stort instruksjonssett, noko som gjer det veldig fleksibelt, men lite effektivt for enkle oppgåver. Eit stort instruksjonssett er derfor mindre nyttig der kor straumsparing er viktig.

ARM

ARM er ei gruppe med forskjellige instruksjonssett utvikla av bedrifta ARM. Så å seie alle mobiltelefonar, tablets og annan småelektronikk med ein prosessor bruker eit av desse reduserte instruksjonsetta. Ein ARM-prosessor vil bruke mindre straum på å gjennomføre enkle oppgåver enn ein X86-prosessor, men vil bruke fleire prosessorsyklusar på meir avanserte oppgåver. Det betyr treigare hastigheit og potensielt større straumforbruk.

I framtida er det ikkje umogleg at datamaskiner og anna utstyr med prosessorar kan få støtte for fleire samtidige prosessorar og instruksjonssett. På denne måten kan vi bruke ein ARM-prosessor på enkle oppgåver og ein X86-prosessor eller liknande på meir avanserte oppgåver.