Keskprotsessor (CPU) on iga arvuti oluline osa. Keskprotsessor saadab signaale, et juhtida teisi arvuti osi, peaaegu nagu aju juhib keha.

Protsessor on elektrooniline masin, mis töötab arvutis tehtavate asjade, nn käskude, nimekirja alusel. Ta loeb käskude nimekirja ja täidab (täidab) iga käsku järjekorras. Juhiste loetelu, mida protsessor saab käivitada, on arvutiprogramm.

Taktimäära ehk protsessori sisemiste osade kiirust mõõdetakse hertsides (Hz). Kaasaegsed protsessorid töötavad sageli nii kiiresti, et selle asemel kasutatakse gigahertsi (GHz). Üks GHz on 1 000 000 000 tsüklit sekundis.

Enamik lauaarvutites (koduarvutites) kasutatavatest protsessoritest on kas Inteli või Advanced Micro Devices'i (tavaliselt lühendatult AMD) mikroprotsessorid. Mõned teised ettevõtted, kes valmistavad protsessoreid, on ARM, IBM ja AMD ATI Technologiesi all, mis on praegu juhtival kohal. Enamik nende protsessoreid kasutatakse manussüsteemides, mis on mõeldud spetsiifilisemateks asjadeks, näiteks mobiiltelefonides, autodes, mängukonsoolides või sõjaväes.

Kuidas CPU töötab?

Keskprotsessor täidab programmi käskusid kordamööda läbi kolme põhilise etapi: toomine (fetch) — võtab mälust järgmise käsu, dešifreerimine (decode) — tõlgib käsu protsessori mõistetavasse vormi, ja täitmine (execute) — sooritab käsu (näiteks liitmine, loogiline võrdlus või mälust lugemine/kirjutamine). Tänapäevased protsessorid kasutavad disaini, mis võimaldab samaaegselt töödelda mitut käsku (pipelining), ning neil on mitmed tuumad (cores), mis suurendavad samaaegselt täidetavate ülesannete hulka.

Olulised mõisted

  • Tuumad (cores) — iga tuum suudab iseseisvalt käskusid täita. Kahe- või neljatuumaline protsessor suudab käidelda rohkem ülesandeid korraga kui ühetuumaline.
  • Lõngad (threads) — mõnel protsessoril on igal tuumal mitu lõnga (nt Intel Hyper-Threading), mis võimaldab tuumal hallata mitut täitmisvoogu efektiivsemalt.
  • Cache (L1, L2, L3) — kiire mälu protsessori sees, mis vähendab ootamist mälule juurdepääsuks. Suurem ja kiiremate tasemetega cache parandab jõudlust.
  • Taktisagedus (clock, GHz) — mõõdab, mitu südamikkutsüklit protsessor suudab sekundis teha; ei ole aga ainus jõudluse näitaja, olulised on ka arhitektuur ja IPC (instructions per cycle).
  • TDP (Thermal Design Power) — näitab maksimaalset soojusvoogu, mille jahutussüsteem peab ära kandma; aitab valida sobivat jahutust.
  • Socket ja emaplaadi ühilduvus — protsessor peab füüsiliselt ja elektriliselt sobima emaplaadiga (pesa tüüp ja kiibistik).

Tüübid ja arhitektuurid

Protsessorid jagunevad arhitektuuri ja kasutusotstarbe järgi. Peamised arhitektuurid on:

  • x86 / x86-64 (x64) — laialdaselt kasutusel lauaarvutites ja serverites; sealhulgas Intel ja AMD protsessorid.
  • ARM — energiatõhus RISC-arhitektuur, domineerib mobiilseadmetes, tahvelarvutites ja järjest enam ka sülearvutites ning serverites.
  • Spetsiaalsed kiibid — näiteks digitaalne signaallitöötlus (DSP), graafikaprotsessorid (GPU) ja kinnitatud süsteemide (embedded) protsessorid.

Mõjutavad tegurid ja jõudlus

CPU jõudlust ei määrata ainult GHz-ide järgi. Mõned olulised tegurid:

  • Arhitektuuri efektiivsus (IPC) — mitu käsku protsessor täidab ühe tsükliga.
  • Tuumade ja lõngade arv — rohkem tuumasid aitab paralleelseid ülesandeid kiiremini töödelda.
  • Cache'i suurus ja hierarhia — kiire ning suur cache parandab andmete kättesaadavust.
  • Memory bandwidth — RAMi kiirus ja kanalite arv mõjutavad andmete liikumist, mis võib piirata CPU potentsiaali.

Kus ja milleks erinevaid CPU-sid kasutatakse?

  • Lauaarvutites ja mänguarvutites kasutatakse sageli võimsaid mitu tuuma ja kõrge taktsagedusega protsessoreid.
  • Sülearvutites ja mobiilseadmetes pannakse rõhku energiatõhususele ja väiksemale soojusele — siin domineerib ARM ja energiasäästlik Intel/AMD disain.
  • Serverites ja tööjaamades on olulised mitmetuumalisus, suur vahemälu ja võimekus samaaegselt teenindada palju ülesandeid.
  • Kinnitatud süsteemid (IoT, autod, koduelektroonika) kasutavad tihti spetsialiseeritud ja vähese energiatarbega protsessoreid.

Kuidas valida sobivat protsessorit?

Valik sõltub kasutusotstarbest:

  • Igapäevane kasutus (veeb, kontoritarkvara): keskklassi protsessor piisab, integreeritud graafika võib olla piisav.
  • Mängimine: oluline on tugev üksiktuumajõudlus ja piisavalt tuumasid taustaprotsesside jaoks; sageli on tähtis ka graafikakaart.
  • Sisu loomine ja renderdamine: kasulikud on rohkem tuumad ja suur vahemälu parima paralleelse töötlemise jaoks.
  • Reisimiseks ja mobiilseks tööks: eelistada energiatõhusaid ja jahutuse poolest tagasihoidlikke lahendusi.

Hooldus ja jahutus

Protsessor töötab hästi ainult siis, kui teda hoitakse piisavalt jahtununa. Olulised punktid:

  • Veendu, et jahutus (ventilaator, radiaator või vedeljahutus) sobib TDP-ga.
  • Puhasta arvuti tolmust regulaarselt, et õhuvool ei takistuks.
  • Jälgi temperatuure tööriistadega: ülemäärane kuumenemine võib põhjustada aeglustamist (thermal throttling) või riistvarakahjustust.

Lõppsõna

Keskprotsessor on arvuti "aju" — see määrab paljuski, kuidas ja kui kiiresti sinu masin töötab. Mõistes põhikontseptsioone (tuumad, taktsagedus, cache, TDP ja arhitektuur), oskad paremini valida sobiva protsessori ning hoolitseda selle efektiivse töö eest.