====== Architektura procesorů a registry ======

**Procesor (Central Processing Unit – CPU)** je hlavní řídicí jednotka počítače, která vykonává instrukce programu uložené v operační paměti. Aby mohl procesor pracovat extrémně rychle, obsahuje vlastní malá, ale blesková úložiště dat nazývaná **registry**.



===== 1. Základní komponenty procesoru =====

Moderní procesory vycházejí z **Von Neumannovy architektury** a skládají se z několika klíčových částí:

  * **ALU (Arithmetic Logic Unit):** Provádí veškeré matematické operace (sčítání, násobení) a logické operace (AND, OR, NOT).
  * **CU (Control Unit):** Řídicí jednotka, která dekóduje instrukce z paměti a řídí tok dat mezi ostatními komponentami.
  * **Registry:** Nejrychlejší paměťové buňky přímo uvnitř čipu, které drží data, se kterými se právě pracuje.
  * **Cache:** Rychlá vyrovnávací paměť (L1, L2, L3), která tvoří most mezi pomalou RAM a superrychlým procesorem.

----

===== 2. Co jsou to Registry? =====

Registry jsou v podstatě "pracovní stůl" procesoru. Kapacita registrů určuje tzv. **bitovou šířku procesoru** (dnes standardně 64-bit).



==== Typy registrů (Architektura x86-64): ====

^ Typ registru ^ Označení ^ Funkce ^
| **Akumulátor** | RAX | Používá se pro aritmetické operace a návratové hodnoty funkcí. |
| **Indexové registry** | RSI, RDI | Používají se pro operace s řetězci a poli dat. |
| **Stack Pointer** | RSP | Ukazuje na vrchol zásobníku (stack) v paměti. |
| **Instruction Pointer** | RIP | **Klíčový registr.** Obsahuje adresu příští instrukce, která se má vykonat. |
| **Flag Registry** | EFLAGS | Drží informaci o stavu systému (např. zda byl výsledek operace nula nebo došlo k přetečení). |

---

===== 3. Instrukční cyklus (Fetch-Decode-Execute) =====

Procesor pracuje v nekonečné smyčce, kterou řídí systémový takt (frekvence v GHz). Jeden cyklus má tři fáze:

  1. **Fetch (Načtení):** CU načte instrukci z paměti RAM na adrese uložené v registru RIP.
  2. **Decode (Dekódování):** Řídicí jednotka zjistí, co instrukce znamená (např. "sečti dvě čísla").
  3. **Execute (Vykonání):** ALU provede výpočet a výsledek uloží zpět do registru nebo paměti.



[Image of the Fetch-Decode-Execute cycle diagram]


----

===== 4. Architektury: CISC vs. RISC =====

Ve světě procesorů existují dva hlavní filozofické přístupy k návrhu instrukční sady:

==== CISC (Complex Instruction Set Computer) ====
  * Obsahuje velké množství komplexních instrukcí (jedna instrukce může vykonat několik operací najednou).
  * **Příklad:** Architektura **x86** (Intel, AMD) v PC a serverech.

==== RISC (Reduced Instruction Set Computer) ====
  * Obsahuje malou sadu jednoduchých, ale velmi rychlých instrukcí. Komplexní úkoly skládá z těchto malých kroků.
  * **Příklad:** Architektura **ARM** (Apple Silicon M1/M2, smartphony, [[it:net:iot|IoT]]). Výhodou je nižší spotřeba a menší zahřívání.

----

===== 5. Pipelining a Superskalární architektura =====

Aby procesory neztrácely čas, používají **Pipelining** (zřetězení). Zatímco se jedna instrukce vykonává, druhá se už dekóduje a třetí se načítá. Moderní procesory jsou navíc **vícejádrové**, což znamená, že mají více těchto jednotek vedle sebe a mohou pracovat na zcela odlišných úlohách současně.

----
//Související články://
  * [[it:dev:2gl|Druhá generace jazyků (Assembler)]]
  * [[it:dev:algorithms|Datové struktury a paměť]]
  * [[it:hw:virtualization|Virtualizace a hardwarová podpora]]

//Tagy: {{tag>hw cpu architecture registers x86 arm risc cisc}}//