Faktori brzine procesora

Već smo naveli da brzina procesora zavisi od više faktora. Pogledajmo najvažnije od njih.

Konstrukcija procesora

Konstrukcija i tehnologija izrade je svakako veoma značajan faktor brzine procesora, pogotovu kada se uzme u obzir Murov zakon, koji kaže da se procesorska snaga udvostručuje na svake dve godine. Iako je suosnivač Intela, Gordon Mur (Gordon E. Moore), ovu tvrdnju izneo kao predviđanje, danas se proizvođači procesora trude da održe korak i da je zaista ostvare.

Tokom godina konstruisanja, razvile su se dve različite „filozofije“ pravca razvoja procesora. Prva ideja je da procesore treba usavršavati tako što im se dodaje sve veći broj naredbi koje mogu da izvrše. Tako nastaju tzv. procesori kompleksnog seta naredbi (CISC – Complex Instruction Set Computer). Sa druge strane nalaze se procesori redukovanog seta naredbi (RISC – Reduced Instruction Set Computer), kod kojih je ideja da procesor treba da poznaje mali broj naredbi, ali koje se izvršavaju veoma brzo. Intel i AMD, koji proizvode x86 procesore kakve koristimo u našim kućnim kompjuterima, slede CISC filozofiju, dok RISC procesore kreiraju Sun Microsystems (SPARC procesor), MIPS (procesor za PlayStation konzolu), IBM (PowerPC procesori). Danas se razlika između ove dve filozofije praktično izgubila, pošto i x86 procesori implementiraju RISC elemente (npr. interno razbijanje instrukcija na mikrooperacije).

Moderni procesori danas u sebi imaju ugrađenu jedinicu za računanje sa decimalnim brojevima (FPU – Floating Point Unit), mehanizme predviđanja grananja u programu (branch prediction), imaju mogućnost paralelnog izvršavanja više instrukcija istovremeno (instruction pipelining), imaju dva ili više procesorskih jezgara, rade na višoj frekvenciji u odnosu na ostatak računara itd.

Tokom godina se stalno poboljšavala i tehnologija izrade procesora, koja se danas sprovodi tzv. foto-litografijom, metodom koja omogućava smeštanje desetina miliona tranzistora na glavu čiode. Veličina integrisanih kola u procesoru meri se nanometrima (prvi procesor, Intel 4004, bio je proizveden u tehnologiji koja je dozvoljavala veličinu kola od danas ogromnih 10 mikrona (mikron je hiljaditi deo milimetra, a nanometar hiljaditi deo mikrona). Ovako mali elementi omogućuju da procesori zahtevaju manje električnog napajanja i manje zagrevanje, zahvaljujući čemu se ostvaruju viši radni taktovi.

Radni takt

Radni takt predstavlja „ritam“ po kome radi procesor. Intelov 4004 procesor je radio na 108KHz, ZX Spectrum na 3.5MHz, PC sa 386 procesorom je radio na 16MHz, prvi Pentium na 66MHz, dok današnji procesori rade na 3 ili više GHz.

Što je radni takt veći, veća je i brzina procesora. Overkloking (overclocking) predstavlja povećanje radnog takta na vrednost koja nije inicijalno predviđena za procesor. Loša strana preteranog povećavanja radnog takta je pregrevanje procesora, što uzrokuje smanjenje stabilnosti računara, pojavu grešaka i blokiranja pri radu, kao i skraćenje njegovog radnog veka.

Krajem 2014. godine, DARPA (odeljenje za istraživanje i razvoj američke vojske), uspeva da konstruiše čip koji radi na radnom taktu od 1 teraherca (1THz = 1000GHz). Iako je u pitanju važno tehnološko dostignuće, proći će još dosta vremena dok se ne pojave procesori koji rade na frekvencijama u ovom rangu - potrošnja električne energije i temperatura koja se stvara tokom rada su ogromne.

Širina procesorske reči

Širina procesorske reči predstavlja broj bitova koje procesor može da prihvati u jednom trenutku sa magistrale podataka (iz memorije). Prema tom broju, razlikujemo 8-bitne, 16-bitne, 32-bitne ili 64-bitne procesore. Veći broj bitova znači da procesor može da radi sa većom količinom podataka. Na primer, ukoliko bi bilo potrebno izvršiti neku operaciju na podatku koji se sastoji od 4 bajta (32 bita), 8-bitni procesor bi mogao da radi samo sa pojedinačnim bajtovima, što bi zahtevalo više operacija i vremena, dok bi 32-bitni procesor to mogao da obavi znatno efikasnije.

Druga bitna veličina vezana za broj bitova procesora jeste širina adresne magistrale koja, u stvari, označava količinu memorije kojoj procesor može da pristupi. Širina od 16 bitova znači da procesor može da adresira samo 64KB memorije, dok širina od 32 bita označava mogućnost adresiranja 4GB memorije. Širina adresne magistrale i širina procesorske reči ne moraju biti jednake.

Keš memorija

Keš predstavlja „priručnu“ memoriju koja služi da se premosti razlika u brzini između brzog procesora i sporije RAM memorije. Ova memorija je veoma brza, ali i skupa, zbog čega je njen kapacitet mnogo manji od kapaciteta osnovne memorije. Umesto da jedne iste podatke stalno čita i beleži u RAM memoriji, procesor može raditi sa keš memorijom i tako uštedeti vreme.

Keš se deli na interni L1 keš i eksterni L2 keš. L1 keš je brži, veoma malog kapaciteta i nalazi se u samom procesoru, dok se L2 keš ugrađuje kao izdvojena komponenta, ima veći kapacitet od internog keša ali i veće vreme pristupa. Veličine keš memorije se povećavaju u novim procesorima, pa je tako za Intel Core 2 familiju procesora kapacitet L1 keša u rangu 64KB (za svako procesorsko jezgro), a L2 keša 6MB.