وجود پردازنده برای یک کامپیوتر ضروری است ، زیرا این جزء از کامپیوتر است که در اجرای برنامه ها فعال است. این قطعه است که عملکرد های محاسباتی را انجام می دهد ، مقادیر متغیرها را با هم مقایسه می کند و و داده ها را بین موقعیت های مختلف جا به جا می کند. پردازنده ها از نوعی از حافظه بهره می برند که با نام کش شناخته می شود و مقادیر کمی از آن می تواند به شکل چشمگیری عملکرد پردازنده را بهبود بخشد.
پردازنده و حافظه
پردازنده مدار مجتمع پیچیده ای متشکل از میلیون ها ترانزیستور است و مجموعه ای از دستور العمل ها را برای جا به جایی ، مقایسه و انجام عملکردهای محاسباتی بر داده ها ، و تعداد کمی سلول های حافظه ویژه با نام رجیستر ( registers ) دارد. حافظه ای که خارج از پردازنده قرار دارد تمام برنامه ها و داده های فعال آن را در خود نگه می دارد.پردازنده پیش از آن که بتواند کارش را انجام دهد باید ابتدا داده ها را از حافظه بازیابی کند. این یک پروسه نسبتا آهسته است و پردازنده بخش مهمی از زمانش را در انتظار می گذراند.
کش ( Cache )
برای جبران مشکل زمان تلف شده پردازنده ، طراحان تراشه کامپیوتر حافظه ای را به خود پردازنده اضافه کردند که کش نام دارد. کش داده های بازیابی شده در طول دستورات پیشین را ذخیره می کند که پردازنده بتواند مجددا از آن استفاده کند. اگر داده های مورد نیاز پردازنده از قبل در حافظه کش وجود داشته باشد ، نیازی نخواهد داشت که برای بدست آوردن این داده ها از حافظه خارجی کارهای اضافی انجام دهد. مقدار کافی حافظه کش مراجعه پردازنده به حافظه را تا حدود ۹۰ درصد کاهش می دهد.
سرعت ساعتی ( Clock Rate ) و سرعت پردازنده
سیگنالی که ساعت نامیده می شود پردازنده را به پیش می راند. ساعت جریان مداومی از پالس های الکتریکی است که مدارهای پردازنده را فعال می کند.سرعت ساعتی کامپیوتر های معمولی در بازه ای از ۵۰۰MHz تا ۳GHz قرار دارد. از لحاظ تئوری هر چه سرعت ساعتی بیشتر باشد ، سرعت پردازنده بیشتر است. هر چند که پردازنده نمی تواند خیلی از سرعتی که برای آن طراحی شده سریع تر عمل کند. استفاده از کش ، بدون تغییر سرعت ساعتی عملکرد را تا چند برابر بهبود می بخشد.
مصرف انرژی
هر چه قدر پردازنده سریع تر پردازش کند ، انرژی بیشتری مصرف می کند و گرمای بیشتری تولید می کند. پردازنده هایی که کش دارند با سرعت های ساعتی متوسط عملکرد خوبی را ارائه می کنند که مصرف انرژی پردازنده را درحد قابل قبول نگه می دارد. این مصرف انرژی کم به ویژه برای ابزارهای ویژه حمل و نقل ( mobile ) اهمیت دارد ، زیرا عمر باطری در این دستگاه ها مسئله بسیار مهمی است. کش مصرف انرژی را کاهش می دهد زیرا میزان کاری که پردازنده برای انجام مجموعه ای از دستورات انجام می دهد را کاهش می دهد ، .
اندازه کش
کش حافظه گران قیمتی است و پردازنده ها آن را در مقادیر نسبتا کوچکی دارند. در سال ۲۰۱۱ پردازنده یک کامپیوتر رو میزی معمولی ۲ مگابایت کش داشت ، در مقایسه با ۴ گیگابایت RAM. سایزهای بزرگتر کش بهبود چشمگیری در عملکرد به وجود نمی آورد : اگر ۲ مگابایت کش مراجعات به حافظه خارجی را ۹۰ درصد کاهش دهد ، دو برابر کردن آن به ۴ مگابایت مراجعات را ۹۵ درصد کاهش می دهد.طراحان چیپ ( chip ) با دقت سایزهای کش را ارزیابی می کنند ، و مقداری را انتخاب می کنند که در مقابل قیمت افزوده شده بهترین بهبود در عملکرد را فراهم کند.
