Svenska CPU-guiden – Sveriges största test av processorer (arkiv)

Vad är en CPU och vad gör den?

På den här sidan kommer vi gå igenom en fråga vars svar inte alltid är helt självklart; vad är en processor egentligen och vad gör den? Vi ska såklart redan här passa på och understryka att det är centralprocessorer vi syftar på med “processor” i den här artikeln, även om en processor kan vara betydligt mer än en CPU, exempelvis en grafikprocessor eller en ljudprocessor. Sistnämnda är skiljer sig dock på många sätt från en CPU, och vi kommer gå igenom skillnaderna mellan CPU och GPU längre fram.

Till det yttre ser de flesta processorer mångt och mycket likadana ut – de levereras på ett kretskort vars undersida har anslutningar (utstickande pins på AMD-processorer och kontaktpunkter på Intel-processorer) för kontakt med moderkortet och ovansidan har en värmespridare. Det finns såklart en hel del variationer i hur stora processorerna är eller hur kretsen under värmespridaren är designad, men på den här sidan kommer vi fokusera på de gemensamma faktorerna.

Processorkretsar byggs nästan uteslutande med kisel som utvinns ur sand och arbetas ut till tunna skivor, eller wafers. Dessa wafers behandlas sedan med lager av andra halvledarmaterial och jordarter, varpå transistorer “ristas” ut med hjälp av en teknik som kallas elektrolitografi, där ytan bestrålas med en laser med kort våglängd. En transistor kan i sin tur något trubbigt beskrivas som en liten strömbrytare som kan slås av och på med hjälp av elektrisk spänning istället för med en mekanisk knapp.

Logiska portar

Transistorer kan länkas samman till logiska portar, små elektriska kretsar som kan behandla en insignal för att ge en viss utsignal baserat på en logisk operation. Ett exempel är en “OR”-port, med två insignaler och en utsignal. Var och en av dessa signaler kan antingen ha en spänning eller inte ha en spänning, vilket motsvarar värdena 1 respektive 0 – “sant” eller “falskt”. En OR-operation innebär att utsignalen är sann om minst en av insignalerna är sann, men falsk om båda insignalerna är falska. Elektriskt innebär det att det räcker med att lägga en spänning över en av insignalerna för att få en utsignal, men att du även kommer få en utsignal genom att lägga en spänning över båda.

I och med att alla heltal kan skrivas om till binär form, det vill säga att de kan skrivas med endast 1:or och 0:or, kan man använda elektrisk spänning (av respektive på) för att representera tal.

Kopplingsschema för en binär adderare – en krets som kan addera två binära tal

Det finns flera andra logiska portar, såsom XOR (utsignal 1 endast om bara en av insignalerna är 1, men utsignal 0 om båda insignalerna är 0 eller 1) eller AND (utsignal 1 endast om båda insignalerna är 1), och genom att länka samman flera av dem i rätt ordning kan man konstruera kretsar som kan utföra beräkningar, exempelvis lägga ihop två tal. Ju fler och mer avancerade sådana kretsar som länkas samman, desto mer avancerade beräkningar kan du utföra. Det var så tidiga processorer konstruerades, och idag innehåller en modern processor många miljoner olika portar och operationer, och ju mindre transistorer som används desto fler får plats på samma yta.

Det är något trubbigt hur en processor fungerar nere på kiselnivå, men vad gör den faktiskt när den är på plats i din dator? En processor står för merparten av alla vardagliga beräkningar, och många av dem märker du antagligen inte ens av att de sker. Det kan exempelvis röra sig om att jämföra två värden, addera eller subtrahera dem eller använda beräkningar för att skapa nya värden och spara dem i minnet.

Den stora fördelen med en CPU är att den är så flexibel – grafikprocessorer är snabbare på många sysslor (främst då flera beräkningar behöver utföras parallellt), men en CPU har en betydligt större verktygslåda som utvecklare kan använda sig av. Hur mycket en processor faktiskt kan göra beror på vilket instruktionsset som används och hur många kärnor och transistorer som finns tillgängliga.