Tots els dispositius informàtics, des de joguines simples fins a sistemes de grans empreses, tenen un component essencial anomenat unitat de processament central. La CPU realitza càlculs, fa comparacions lògiques i mou dades fins a milers de milions de vegades per segon. Funciona executant instruccions simples una a la vegada, desencadenades per un senyal de cronometratge mestre que executa tot l’ordinador.
Descripció
Un processador de CPU és un xip d’ordinador de la mida d’una llibreta. Dins del paquet hi ha un rectangle de silici que conté milions de circuits transistoritzats. Del dispositiu sobresurten dotzenes de pins metàl·lics, cadascun dels quals porta senyals electrònics dins i fora del xip. El xip es connecta a un endoll de la placa de circuit de l’ordinador i es comunica amb memòria, discs durs, pantalles de visualització i altres dispositius externs a la CPU.
Rellotge
Un circuit de cronometratge anomenat rellotge envia impulsos elèctrics a la CPU. Depenent del processador, el rellotge pot funcionar a velocitats que oscil·len entre centenars de milers i milers de milions de cicles per segon. Els impulsos impulsen l'activitat a l'interior de la CPU; atès que altres circuits depenen del mateix rellotge, manté sincronitzats esdeveniments complexos a l’ordinador.
Instruccions
Totes les CPU tenen un conjunt d’instruccions: una llista d’accions que realitza el processador, inclosa l’addició de números, la comparació de dues dades i el trasllat de dades a la CPU. El programari que executeu a l'ordinador consta de milions d'instruccions de la CPU distribuïdes en una seqüència; les instruccions són operacions molt senzilles, de manera que la CPU realitza moltes d'elles per realitzar tasques significatives. Algunes famílies de CPU, com les que s’utilitzen en ordinadors de sobretaula, utilitzen el mateix conjunt d’instruccions, cosa que els permet executar el mateix programari. Les CPU alienes a una família de productes poden utilitzar instruccions diferents; la CPU d'un iPad, per exemple, té instruccions diferents que les d'un ordinador portàtil basat en Windows.
ALU
Els processadors tenen un circuit anomenat unitat aritmètica i lògica que realitza càlculs i comparacions. L’aritmètica que realitzen la majoria de CPU és la multiplicació, suma, divisió i resta bàsiques; les matemàtiques complexes com les funcions estadístiques són combinacions de moltes operacions senzilles realitzades a gran velocitat. L’ALU també realitza comparacions lògiques entre dos elements de dades per determinar si són iguals o si un té un valor superior a l’altre.
Unitat de control
La CPU conté una unitat de control que coordina les activitats entre les altres parts de treball del processador. La unitat de control descompon cada instrucció en un conjunt d’accions i dirigeix els diferents subsistemes de la CPU a dur a terme les accions. Per exemple, la unitat de control podria dirigir l'ALU a multiplicar dos números junts i després afegir un tercer número al resultat.
Memòria
El xip de la CPU té una quantitat limitada de memòria molt ràpida. Té un conjunt d'àrees d'emmagatzematge anomenades registres sobre els quals l'ALU actua directament. Per exemple, l'ALU pot afegir ràpidament el número del registre 2 al contingut del registre 1. La CPU també guarda les instruccions i les dades utilitzades recentment en una àrea anomenada memòria cau que millora l'eficiència de l'ordinador. En un programa que multiplica un preu per una quantitat, per exemple, la CPU busca aquests números a la memòria cau. Si els troba, això estalvia al processador la feina extra de recuperar els números dels xips de memòria fora de la CPU.
