Procesor (CPU)

Procesor (zkratka CPU z anglického Central Processing Unit) je základní elektronická součástka v počítači, která vykonává strojové instrukce z počítačového programu. Často se označuje jako „mozek“ počítače, protože řídí ostatní komponenty a provádí veškeré výpočty.

1. Základní princip fungování

Procesor pracuje v cyklech, které jsou řízeny taktovací frekvencí (udávanou v GHz). Každý cyklus se skládá ze tří základních fází (tzv. Fetch-Decode-Execute):

Načtení (Fetch): Procesor si vyžádá instrukci z operační paměti (RAM) nebo Cache.
Dekódování (Decode): Řadič rozluští, co má daná instrukce vykonat.
Vykonání (Execute): Aritmeticko-logická jednotka (ALU) provede výpočet nebo přesun dat.

Vnitřní stavba CPU

Moderní procesor není jednolitý blok, ale komplexní systém skládající se z:

ALU (Arithmetic Logic Unit): Provádí matematické (+, -, *, /) a logické (AND, OR, NOT) operace.
FPU (Floating Point Unit): Specializovaná část pro výpočty s desetinou čárkou.
Řadič (Control Unit): Řídí tok dat a zajišťuje správné načasování instrukcí.
Registry: Extrémně rychlé paměťové buňky přímo v jádře procesoru pro uložení aktuálně zpracovávaných hodnot.
Cache (L1, L2, L3): Vyrovnávací paměť, která uchovává často používaná data blíže k jádru, aby se nečekalo na pomalou RAM.

—

2. Historie a vývoj

Vývoj procesorů se řídí (nebo dlouho řídil) tzv. Mooroovým zákonem, který praví, že počet tranzistorů v integrovaném obvodu se zdvojnásobí přibližně každé dva roky.

1971 – Intel 4004: První komerčně dostupný mikroprocesor. Byl 4-bitový a měl takt 740 kHz.
1978 – Intel 8086: Zrod architektury x86, která dominuje osobním počítačům dodnes.
90. léta – Válka GHz: Éra procesorů Pentium (Intel) a Athlon (AMD), honba za co nejvyšší frekvencí.
2005+ – Éra více jader: Narazilo se na fyzikální limity frekvence a tepla. Výkon se začal zvyšovat přidáváním jader (Dual-Core, Quad-Core).
Současnost – Heterogenní architektury: Kombinace silných a úsporných jader (např. big.LITTLE u ARMu nebo Intel Alder Lake).

3. Klíčové technologie a parametry

Při výběru a popisu procesoru jsou klíčové následující technologické aspekty:

Výrobní proces (Litografie)

Udává se v nanometrech (nm). Čím je číslo menší, tím jsou tranzistory menší.

Výhody menšího procesu: Nižší spotřeba, menší zahřívání, možnost nacpat více tranzistorů na stejnou plochu = vyšší výkon.
Aktuální stav: Pohybujeme se v řádech 3 nm až 7 nm (TSMC, Intel, Samsung).

Jádra a Vlákna (Cores & Threads)

Jádro (Core): Fyzická výpočetní jednotka. Více jader umožňuje paralelismus (dělat více věcí najednou).
Vlákno (Thread): Virtuální jádro. Technologie Hyper-Threading (Intel) nebo SMT (AMD) umožňuje jednomu fyzickému jádru zpracovávat dvě úlohy současně.

Architektura instrukční sady (ISA)

Definuje „jazyk“, kterému procesor rozumí. Existují dva hlavní směry:

Architektura	Typ	Popis a využití
x86 / x64	CISC (Complex Instruction Set Computing)	Složité instrukce. Dominantní v PC, noteboocích a serverech. Vysoký výkon, vyšší spotřeba. Hlavní výrobci: Intel, AMD.
ARM	RISC (Reduced Instruction Set Computing)	Jednoduché instrukce. Dominantní v mobilech, tabletech a nově i v laptopech (Apple). Vysoká efektivita, nízká spotřeba.

4. Hlavní výrobci procesorů

Trh s procesory je vysoce koncentrovaný, protože vývoj a výroba vyžadují miliardové investice.

Intel (USA)

Tradiční lídr trhu.

Série: Core (i3, i5, i7, i9) pro běžné uživatele, Xeon pro servery.
Vlastnost: Vlastní své továrny (tzv. „Fabs“), což je v dnešní době vzácné. Historicky silný jednovláknový výkon.

AMD (Advanced Micro Devices, USA)

Hlavní konkurent Intelu.

Série: Ryzen (3, 5, 7, 9) pro PC, EPYC pro servery.
Technologie: Zavedli Chiplet design (skládání procesoru z menších křemíkových kostiček), což zlevnilo výrobu vícejádrových monster.
Poznámka: Nemají vlastní továrny, výrobu pro ně zajišťuje TSMC.

Apple (USA)

S příchodem čipů Apple Silicon (M1, M2, M3) způsobili revoluci.

Přešli z architektury x86 (Intel) na ARM.
SoC (System on Chip): Integrují CPU, GPU i RAM do jednoho čipu, což zajišťuje extrémní rychlost a nízkou odezvu.

Ostatní hráči

NVIDIA: Vyrábí ARM procesory pro servery (Grace) a mobilní čipy (Tegra).
Qualcomm & MediaTek: Dominují světu mobilních telefonů (Snapdragon, Dimensity).
TSMC (Tchaj-wan): Ačkoliv procesory nenavrhuje, je to nejdůležitější firma na světě, protože fyzicky vyrábí čipy pro AMD, Apple, NVIDII a další.

Budoucnost procesorů

Vývoj směřuje k:

Specializaci: Procesory nově obsahují NPU (Neural Processing Unit) pro akceleraci umělé inteligence přímo na čipu.
Fotonice: Snaha nahradit elektrony fotony (světlem) pro přenos dat uvnitř čipu.
Kvantovým počítačům: Zcela odlišný princip fungování (Qubity), který zatím běžné CPU nenahradí, ale doplní v specifických úlohách.