Οι περισσότερες ψηφιακές ηλεκτρονικές συσκευές (Η/Υ, smartphones, tablet, φωτογραφικές μηχανές) που χρησιμοποιούμε καθημερινά, διαθέτουν έναν ηλεκτρονικό εγκέφαλο που  οργανώνει και εκτελεί τις λειτουργίες τους. Αυτός ο ηλεκτρονικός εγκέφαλος, είναι η CPU. Τι είναι όμως ακριβώς αυτή η CPU και πως λειτουργεί;

Τι είναι η CPU και από τι αποτελείται

Τα αρχικά CPU προέρχονται από το Central Processing Unit ή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) στα ελληνικά. Η CPU είναι το κεντρικό εξάρτημα μίας ψηφιακής ηλεκτρονικής συσκευής και είναι αυτή που επεξεργάζεται δεδομένα και ελέγχει την λειτουργία της συσκευής. Επίσης η CPU είναι υπεύθυνη για την μεταβίβαση εντολών προς άλλα εξαρτήματα της συσκευής, καθώς επίσης και για την διασύνδεση αυτών των εντολών.

Η CPU αποτελείται από 3 κύρια τμήματα:

  1. Καταχωρητές (Registers): Χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση δεδομένων. Μέσα σε αυτούς υπάρχουν και καταχωρητές ειδικού σκοπού (οι άλλοι λέγονται γενικού σκοπού) όπως είναι για παράδειγμα ο program counter, ο οποίος αποθηκεύει την διεύθυνση μνήμης της επόμενης εντολής που πρόκειται να εκτελεστεί.
  2. Αριθμιτική και Λογική μονάδα (ALU): Εκτελεί αριθμιτικές και λογικές πράξεις.
  3. Μονάδα ελέγχου (Control Unit): ελέγχει την ροή δεδομένων από και προς την CPU, τους καταχωρητές, την μνήμη (RAM) και τις περιφερειακές μονάδες εισόδου/εξόδου (I/O).

Λειτουργία CPU

Βασική λειτουργία όλων των CPU ανεξάρτητα από την συσκευή στην οποία είναι ενσωματωμένοι, είναι η εκτέλεση μίας ακολουθίας από εντολές. Οι εντολές αυτές είναι αριθμοί ή ακολουθίες αριθμών, που αντιστοιχούν σε μία συγκεκριμένη ενέργεια.

Για την επεξεργασία και εκτέλεση μίας εντολής απαιτείται ένας κύκλος εντολής. Ο κύκλος εντολής αποτελείται από 4 στάδια:

  1. Ανάκληση εντολής (fetch): Η εντολή ανακτάται από την μνήμη.
  2. Αποκωδικοποίηση (decode): Η εντολή διασπάται και ερμηνεύεται από την CPU.
  3. Εκτέλεση (execute): Εκτελείται η λειτουργία που ζητήθηκε.
  4. Αποθήκευση (store/writeback): Η CPU στέλνει τα αποτελέσματα στην μνήμη για να αποθηκευτούν.

Δίαυλοι και Χρονισμός CPU

Οι δίαυλοι είναι αγωγοί που ομαδοποιούνται σύμφωνα με την λειτουργία τους και είναι απαραίτητοι για την λειτουργία της CPU. Αυτοί είναι:

  1. Ο δίαυλος διευθύνσεων: Παρέχει την διέυθυνση μνήμης στην οποία θα αποθηκευτούν τα δεδομένα.
  2. Ο δίαυλος δεδομένων: Μεταφέρει τα δεδομένα μεταξύ των εξαρτημάτων του συστήματος. Το μέγεθος του καθορίζει πόσα bit μπορούν να μεταφερθούν ταυτόχρονα αλλά και το εύρος των αριθμών που μπορεί να χειριστεί η CPU (αυτές είναι οι διαφορές των 32-bit και 64-bit CPU). Για παράδειγμα αν ο δίαυλος δεδομένων έχει μέγεθος 8-bit τότε το εύρος θα είναι 28 = 256 αριθμοί.
  3. Ο δίαυλος ελέγχου: Αποτελείται από ξεχωριστούς αγωγούς, οι οποίοι ελέγχουν τον τρόπο που επικοινωνεί η CPU με τα υπόλοιπα εξαρτήματα.

Οι CPU είναι σχεδιασμένες να λειτουργούν σύμφωνα με ένα ηλεκτρικό σήμα συγχρονισμού, το οποίο λέγεται σήμα ρολογιού. Το σήμα ρολογιού είναι ένας περιοδικός τετραγωνικός παλμός που εκπέμπεται από τον δίαυλο ελέγχου και εναλλάσσεται μεταξύ μηδέν και ένα. Η συχνότητα με την οποία γίνεται αυτή η εναλλαγή ονομάζεται συχνότητα ρολογιού και μετριέται σε Hertz (Hz). Τα ρολόγια των CPU είναι συνήθως χρονισμένα σε υψηλές συχνότητες. Για παράδειγμα οι σύγχονες CPU μπορούν να φτάσουν ακόμα και τα 3,5 και 4 GHz (1 GHz = 1.000.000.000 Hz).

SHARE