Mikä on suoritin

Suoritin tai prosessori (engl. Central Processing Unit eli CPU) on tietokoneen osa, joka suorittaa tietokoneohjelman sisältämiä konekielisiä käskyjä. Se on tietokoneen keskeisimpiä osia. Nykyisissä suorittimissa kaikki osat on pakattu yhdelle mikropiirille, joten ne ovat mikroprosessoreita. Emolevy ja BIOS määrittelevät sopivat suoritintyypit.

Suoritin voi suorittaa kerrallaan vain yhtä ohjelmaa, mutta sen tehtäviä vaihdellaan nopeasti, jolloin suoritus näyttää rinnakkaiselta. Kuitenkin moniydinprosessorissa on kaksi tai enemmän ytimiä, jolloin se periaatteessa vastaa useampaa suoritinta, mutta niihin verrattuna se käyttää vähemmän sähköä ja tuottaa vähemmän lämpöä.

Ominaisuudet

Tietokoneen yleisnopeus riippuu paljon juuri suorittimen nopeudesta Suorittimen nopeus riippuu sekä sen käyttämästä arkkitehtuurista että kellotaajuudesta. Kellotaajuus ilmoitetaan yleensä megahertseinä (MHz) tai gigahertseinä (GHz), ja suoritin toimii sen tahdissa. Nykyään kellotaajuuden merkitys suorittimen laskentatehon määrittämisessä on kuitenkin vähentynyt, ja suorittimen tehokkuuteen vaikuttavat monet tekniset ratkaisut, kuten kuinka pitkä sen käskyjä suorittava liukuhihna on, kuinka monta ja minkä tyyppisiä käskyjä suoritin kykenee suorittamaan samanaikaisesti, ja kuinka suuria välimuisteja suorittimessa on, ja miten tehokkaasti edellisiin liittyvät ongelmatilanteet on arkkitehtuurissa ratkaistu. Merkittäviä nopeusetuja saadaan myös kirjoittamalla tehokasta ohjelmakoodia. Prosessorin erikoiskäskyistä voi olla suurta hyötyä etenkin matemaattisissa sovelluksissa.

Suorittimissa voi olla kaksi tai useampia ytimiä. Moniytimellisyys mahdollistaa sen, että monia raskaita laskutehtäviä vaativia ohjelmia voidaan ajaa tietokoneella samanaikaisesti ilman, että muiden prosessien suoritus häiriintyy, ja että monisäikeisien yksittäisien prosessien suoritus voidaan jakaa usean ytimen kesken nostaen sen suoritustehoa. Ytimet voivat olla joko identtisiä, tai ne voivat olla erikoistuneita erilaisiin tehtäviin.

Mooren lain mukaan mikropiirien sisältämien transistorien määrä kaksinkertaistuu noin puolessatoista vuodessa. Suorittimien kohdalla tämä laki on toistaiseksi pitänyt melko hyvin paikkansa. Tämä on mahdollistanut yhä monimutkaisempien ja paremman suorituskyvyn mahdollistavien arkkitehtuurien toteuttamisen. Lisäksi on mahdollista integroida samalle piirille useita suoritinytimiä, suurempia ja monitasoisempia välimuisteja, sekä tukipiirejä kuten muistinhallintayksikkö, tai 3D-grafiikan käsittelyyn erikoistunut grafiikkaprosessori.

Suorittimessa on laskentayksikkö (engl Arithmetic Logical Unit = ALU), valvontayksikkö ja rekistereiksi kutsuttavia käsiteltävän yhden sanan tallentavia muistipaikkoja.

Suorittimet tuottavat yleensä toimiessaan hukkalämpöä, joka saattaa vaikuttaa suorittimen toiminnan luotettavuuteen tai liiallisena jopa tuhota suorittimen. Hukkalämmön johtamiseksi pois suorittimesta voidaan käyttää esimerkiksi jäähdytyssiiliä tai nestejäähdytystä.

Suoritinperheitä

Suorittimet jaetaan perheisiin niiden yhteensopivuuden mukaan. Saman perheen uudempi suoritin pystyy suorittamaan ohjelmia, jotka on tehty saman perheen aikaisimmille suorittimille. Toisin päin tämä ei välttämättä ole mahdollista erilaisten käskykantalaajennusten vuoksi.

- Intelin IA-32 yhteensopivat suorittimet, mukaan lukien kloonit, kuten AMD:n suorittimet 
- Intelin IA-64-suorittimet. 
- AMD:n kehittämän AMD64-käskykannan suorittimet, ml. Intelin valmistamat yhteensopivat suorittimet 
- Zilog Z80 -suoritinperhe 
- Motorolan 68000-suoritinperhe 
- SPARC-suoritinperhe. 
- MIPS Technologiesin MIPS-suoritinperhe 
- Hewlett-Packardin PA-RISC 
- Digitalin Alpha-suoritinperhe 
- IBM:n POWER -suoritinperhe 
- Apple-IBM-Motorola -allianssin PowerPC-suoritinperhe 
- ARM/StrongARM/XScale -suorittimet 
- Tilera 64-120 ytimiset palvelimille tarkoitetut suorittimet

Suoritinarkkitehtuurit voidaan jakaa ryhmiin esimerkiksi konekäskyjen perusrakenteen mukaan seuraavasti:

- CISC (Complex Instruction Set Computer) 
- RISC (Reduced Instruction Set Computer) 
- VLIW (Very Long Instruction Word) 
- TTA (Transport Triggered Architecture)