Transcript Procesor.

PROCESORY
Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing
Unit) – urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z
pamięci, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy. Wykonuje on ciąg
prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji
podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora
jako lista rozkazów procesora.
HISTORIA PROCESORÓW
Procesory przez wiele już lat swojego istnienia przeszły bardzo długą drogę, aż
zostały pokazane w takiej formie jak są teraz. Pierwsze procesory, to były
procesory x86 firmy Intel i była to w zasadzie jedyna wtedy firma produkującą
ten typ urządzeń, czyli prawdziwe serce każdego komputera. Pierwsze
procesory powstały w latach 70tych ubiegłego wieku, nie miały one nawet w
pełni obsługi 16 bitowych aplikacji, posiadały one taktowanie rzędu 5
megaherców. Później zaczęły się pojawiać coraz silniejsze jednostki, aż do
prawdziwego przełomu czyli ery Pentium 1, który był taktowany już z ponad 100
Megahercową częstotliwością. Wtedy też na rynku pojawiły się procesory firmy
AMD, które po dziś dzień rywalizują z Intelem na rynku procesorów i jest to
właściwie jedyny rywal Intela w tym segmencie rynku komputerowego. Obecnie
mamy już procesory wielordzeniowe, które są zdolne do nieprawdopodobnych
rzeczy, a technika idzie wciąż bardzo do przodu i niedługo nadejdzie zapewne
zupełnie nowa era procesorów.
Pierwszy procesor ( Intel 8086 )
przykładowy dzisiejszy procesor
( Intel Core 2 Quad Extreme )
WYKONANIE PROCESORA
Procesory (zwane mikroprocesorami) wykonywane są
zwykle jako układy scalone zamknięte w hermetycznej
obudowie, często posiadającej złocone wyprowadzenia
(stosowane ze względu na odporność na utlenianie).
Ich sercem jest monokryształ krzemu, na który
naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw
półprzewodnikowych, tworzących, w zależności od
zastosowania, sieć od kilku tysięcy do kilkuset
milionów tranzystorów. Połączenia wykonane są z
metalu (aluminium, miedź).
BUDOWA PROCESORA
W funkcjonalnej strukturze procesora można wyróżnić takie
elementy, jak:
* zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników,
rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia lub mają
specjalne przeznaczenie,
* jednostkę arytmetyczną (arytmometr) do wykonywania
operacji obliczeniowych na danych,
* układ sterujący przebiegiem wykonywania programu,
* inne układy, w które producent wyposaża procesor w celu
usprawnienia jego pracy.
ELEMENTY MIKROPROCESORA
1. układ sterowania i synchronizacji, który kontroluje pracę procesora i
wytwarza sygnały potrzebne do sterowania niektórymi elementami
komputera.
2. arytmometr, czyli układ, który wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne
(niektóre procesory mają kilka arytmometrów).
3. rejestry, tj. układy pamięci.
4. wbudowana pamięć podręczna cache, która działa podobnie do
zewnętrznej pamięci RAM. Zapewnia ona, że procesor nie jest zmuszony
czekać na dane potrzebne mu do pracy.
5. koprocesor matematyczny, który jest zestawem instrukcji przeznaczonych
do obsługi skomplikowanych operacji matematycznych.
6. wewnętrzne szyny łączące elementy procesora.
PODSTAWOWE REJESTRY
MIKROPROCESORA
Podstawowymi rejestrami, które znajdują się w każdym mikroprocesorze,
są:
1. licznik rozkazów - zawiera on adres następnego rozkazu do wykonania.
2. rejestr rozkazów - zawiera kod aktualnie wykonywanego rozkazu.
3. akumulator, jest używany w czasie wykonywania rozkazów arytmetycznych,
logicznych, I/O i in. niektóre procesory mają kilka takich rejestrów.
4. rejestr znaczników - zawiera dodatkowe informacje o wyniku operacji
arytmetyczno-logicznych, np. "wynik równy zeru".
SCHEMAT BLOKOWY PROCESORA
Oznaczenia:
RAM (Random Acces Memory) - pamięć operacyjna
BU (Bus Unit) - układ zarządzający magistralami
AU (Addresing Unit) - układ obliczania adresu połączony z
MMU (Memory Management Unit) układem zarządzania pamięcią
IU (Instruction Unit) - dekoder instrukcji
EU (Execution Unit) -moduł wykonawczy zawiera
ALU (Aritmetic-Logic Unit) jednostkę arytmetyczno-logiczną
FPU (Floating Point Unit) jednostkę zmiennoprzecinkową
REJESTRY
Zarówno jednostka artmetyczno-logiczna jak i układ
sterowania musi współpracować z określonym zestawem
rejestru. Zawartość pewnej części rejestru może być
zmieniona w wyniku wykonania przez procesor określonej
instrukcji. Rejestry takie nazywamy rejestrami dostępnymi
programowo. W grupie tych rejestrów występują takie typy
rejestrów, których odpowiedniki znajdują się praktycznie w
każdym mikroprocesorze. Ich pojemność lub ilość może się
zmieniać jednak zastosowanie i wykonywane zadania
pozostają takie same.
Oznaczenia:
A - akumulatory
B,C,D,E,H,L - rejestry
robocze
SP - wskaźnik stosu
F - rejestr flagowy
PC - licznik rozkazów
Akumulator - jest to rejestr, który zawiera jeden z argumentów wykonywanej
operacji i do którego ładowany jest wynik wykonywanej operacji.
Rejestr flagowy - zawiera dodatkowe cechy wyniku wykonywanej operacji,
które potrzebne są do podjęcia decyzji o dalszym sposobie przetwarzania
informacji. Cechami tymi mogą być: znak wyniku, przekroczenie zakresu,
parzysta lub nieparzysta liczba jedynek. Wystąpienie określonej cechy
sygnalizowane jest ustawieniem lub wyzerowaniem określonego bitu w
rejestrze flagowym. Ustawione bity nazywane są znacznikami lub flagami.
Licznik rozkazów - jest jednym z istotniejszych rozkazów dzięki któremu
procesor potrafi pobierać kolejne rozkazy do wykonania. Licznik rozkazów
zawiera adresy komórki pamięci w której przechowywany jest kod rozkazu
przeznaczony do wykonania jako następny. Oprócz tego procesor ma kilka
(kilkanaście) rejestrów używanych w czasie wykonywania niektórych rozkazów
np. wskaźnik stosu służący do adresowania pamięci. Stosem nazywamy
wyróżniony obszar pamięci, używany według następujących reguł:
> Informacje zapisywane są na stos do kolejnych komórek przy czym żadnego
adresu nie wolno pominąć
> Informacje odczytuje się w kolejności odwrotnej do zapisu
> Informacje odczytujemy z ostatnio uzupełnianej komórki natomiast
zapisujemy do pierwszej wolnej
Stos jest wydzielonym miejscem w pamięci w którym obowiązuje zasada:
ostatni wchodzi pierwszy wychodzi.
Rozkazy procesora:
Do typowych rozkazów wykonywanych przez procesor należą:
1. kopiowanie danych
a) z pamięci do rejestru
b) z rejestru do pamięci
c) z pamięci do pamięci (niektóre procesory)
d) (podział ze względu na sposób adresowania danych)
2. działania arytmetyczne
a) dodawanie
b) odejmowanie
c) porównywanie dwóch liczb
d) dodawanie i odejmowanie jedności
e) zmiana znaku liczby
3. działania na bitach
a) iloczyn logiczny - AND
b) suma logiczna - OR
c) suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR
d) negacja - NOT
e) przesunięcie bitów w lewo lub prawo
4. skoki
a) bezwarunkowe
b) warunkowe
Procesor ma za zadanie przetwarzać i wykonywać typowe operacje arytmetyczno logiczne, jakie dochodzą do
niego poprzez pamięć operacyjną, a ilość takich operacji waha się w granicach od kilkuset do milionów na
sekundę. Powszechną miarą czasu działań, wykonywanych przez procesory są nanosekundy (1 ns =
0,000000001 s), czyli miliardowe części sekundy.
Najważniejsze cechy procesorów:
Rodzaj złącza wybór typu procesora determinuje architekturę płyty głównej oraz
późniejsze możliwości rozbudowy systemu. Tak zwany Slot1 przeznaczony jest dla
procesorów Pentium II/III lub wczesnych modeli Celeronów. Socket 370 dedykowany
jest dla Celeronów. Możliwe jest jednak umieszczenie tego typu procesora na płycie ze
złączem Slot 1 wykorzystując odpowiednią przejściówkę. Procesory AMD K62/III,
Winchip, Cyrix i Rise korzystają z gniazda typu Socket7, a najnowszy AMD Athlon ze
Slot A.(Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket 7, Super 7, Socket 370, Socket 8).
Nominalne napięcie(a) pracy procesory mogą pracować z różnym napięciem
zasilającym. O ile w przypadku procesorów Intel Celeron i Pentium II/III płyta
automatycznie wykrywa rodzaj CPU i dostarcza wymagane napięcie, o tyle dla
procesorów zgodnych ze standardem Socket 7 stosuje się wiele odmiennych napięć
zasilających. Warto więc się upewnić, czy posiadana płyta główna zapewni niezbędny
woltaż kupowanemu procesorowi.
Wewnętrzna częstotliwość taktowania liczba cykli realizowanych przez procesor w
ciągu sekundy. Jej jednostką jest 1 MHz. Częstotliwość taktowania procesora jest
iloczynem częstotliwości magistrali systemowej i wartości mnożnika. Np. procesor 500
MHz pracuje z częstotliwością systemową 100 MHz i mnożnikiem 5x (100 MHz x 5 =
500 MHz).
Zewnętrzna częstotliwość taktowaniazwana również częstotliwością magistrali lub
systemu. Jest to szybkość z jaką procesor uzyskuje dostęp do danych w pamięci
roboczej, a w przypadku gniazd Socket 7 i Super 7, do danych w pamięci roboczej
drugiego poziomu cache L2. Im jest ona wyższa tym lepsza wydajność komputera.
Pamięć podręcznaprzyspiesza proces przesyłania danych pomiędzy procesorem a
pamięcią RAM. Istnieją dwa rodzaje pamięci podręcznej: pierwszego poziomu (Cache
L1) zintegrowana z procesorem z którym porozumiewa się z częstotliwością równą
częstotliwości wewnętrznej procesora, Tego typu pamięć ma zwykle pojemność od 16
do 64 KB. I drugiego poziomu (Cache L2) znajdująca się zwykle na płycie głównej gdzie
z procesorem porozumiewa się z częstotliwością taktowania zewnętrznego. W
nowoczesnych komputerach jej pojemność wynośi zwykle 512, a czasem nawet 1024
KB.
Jednostka zmiennoprzecinkowa FPUjednostka wykonująca działania
zmiennoprzecinkowe przydatna zwłaszcza gdy wykorzystujemy komputer do gier
trójwymiarowych, aplikacji graficznych (CAD) lub zastosowań multimedialnych.
Pierwotnie występował jako oddzielny układ scalony, obecnie często zintegrowany z
układem procesora.
Chłodzenieprocesor w trakcie pracy wydziela dużo ciepła. Nadmierny wzrost
temperatury może powodować "nie wyjaśnione" zawieszanie się komputera, a w
skrajnym przypadku nawet uszkodzenie CPU. Warto więc zadbać, aby oprócz solidnego
radiatora, "przyklejonego" za pomocą pasty przewodzącej ciepło, zamontować na
procesorze łożyskowany wentylator chłodzący.
RODZAJE
PROCESORÓW
Dwa procesory na wspólnej płytce.
Procesory 2-rdzeniowe
Procesory 2-rdzeniowe to po prostu 2 procesory zamknięte w jednej obudowie. Jest to korzystna
metoda zwiększania wydajności procesorów wtedy, kiedy nie można już zwiększyć częstotliwości
zegara, która decyduje o szybkości pracy procesora.
TECHNOLOGIA MACRO-FUSION. Dzięki niej procesor "klei" ciąg instrukcji w paczki i wykonuje je
w jednym cyklu zegara. Innym atutem Core jest ulepszony dostęp do pamięci. Mechanizm Smart
Memory Access eliminuje błędne odwołania do pamięci niemal do zera, przyspieszając działanie
programu nawet o 20%. Aby podwoić wydajność komputera, można zainstalować w nim 2 jednostki
centralne na płycie głównej 2-procesorowej. Jeśli wykorzysta się procesory 2-rdzeniowe, to można
uzyskać niemal 4-krotne zwiększenie wydajności. Systemy z procesorami 2-rdzeniowymi są tańsze
od tradycyjnych systemów 2-procesorowych. W większości testów system z 2-rdzeniowym
procesorem przewyższa nieco system złożony z 2 oddzielnych procesorów. Wynika to z faktu, że
synchronizacja między wątkami 2 odrębnych układów procesorowych jest bardziej czasochłonna
niż w układzie 2-rdzeniowym. Sygnały bowiem mają w nim o wiele krótszą drogę do przebycia niż
na płycie głównej z dwoma oddzielnymi procesorami. Pojawienie się procesorów 2-rdzeniowych
jest wynikiem m.in. rywalizacji między Intelem i AMD - największymi producentami procesorów. Ten
pierwszy jest najważniejszym uczestnikiem rynku procesorowego, lecz ostatnio notuje słabsze
wyniki w sprzedaży. W przeciwieństwie do Intela firma AMD może pochwalić się dużymi postępami
- opanowała już ponad 20% rynku procesorowego i nadal pnie się w górę. Dużym sukcesem dla
niej było przekonanie do swoich wyrobów największego producenta komputerów - firmę Dell.
Dotychczas była ona stałym klientem Intela. Najbardziej na rywalizacji tych firm korzystają klienci,
gdyż ceny procesorów w ciągu roku spadły o 30%
Procesory 4-rdzeniowe
Czterordzeniowy procesor Intel Xeon z serii 5300 zapewni
przełomową wydajność – do 50% większą niż wiodący do tej
pory w branży dwurdzeniowy procesor Intel Xeon o takim
samym zapotrzebowaniu na energię1 oraz do 150% większą
w porównaniu z procesorem konkurencyjnym2 – oraz
rewolucyjne sposoby na większe możliwości przy mniejszym
obciążeniu. Oznacza to większą wydajność przy mniejszych
wyzwaniach stawianych systemom chłodzenia oraz zdolność
do wykonywania większej liczby aplikacji przy jednoczesnym
zachowaniu niewielkich rozmiarów obudowy. Korzystaj w pełni
z wyższej wydajności aplikacji i lepszej efektywności na
jednostkę zużywanej mocy – dzięki czterordzeniowemu
Cztery procesory na
procesorowi Intel Xeon z serii 5300 opartemu na
wspólnej płytce.
mikroarchitekturze Intel® Core™. Zyskasz na wydajności
pracy w dowolnym miejscu i korzyściach dla firmy, których
potrzebujesz korzystając z dużej wbudowanej pamięci
podręcznej o wielkości 8 MB, szybkiej magistrali systemowej
FSB oraz technologii pamięci FBDIMM (Fully Buffered DIMM).
Powtórzmy jeszcze raz, firma Intel odmieniła całkowicie
serwery ogólnego przeznaczenia, zapewniając wydajność,
której potrzebujesz do zmiany funkcjonalności centrum
danych z roli wspomagającej na napędową, umożliwiającą
osiągnięcie sukcesu.
Procesory 6-rdzeniowe
Według ostatnich doniesień, firma AMD na trzeci kwartał 2010 roku planuje
premierę swojego pierwszego sześciordzeniowego procesora dla desktopów. Jak
wiemy, w segmencie serwerowym AMD dotrzymuje kroku swojemu największemu
konkurentowi - firmie Intel - przygotowując na pierwszy kwartał 2010 roku premierę
8- i 12-rdzeniowych procesorów Magny-Cours. Teraz zamierza również nie
dopuścić do pełnej supremacji producenta z Santa Clara, który swoje
sześciordzeniowe procesory Core i9 "Gulftown" wprowadzi w pierwszym lub drugim
kwartale 2010 roku, w segmencie procesorów desktopowych. AMD przygotowuje
bowiem rodzinę procesorów o nazwie kodowej "Thuban" (z arabskiego "Smok"),
która na rynek trafić ma jednak w trzecim kwartale 2010 roku. Desktopowe smoki
zostaną wytworzone w technologii 45 nanometrów (Core i9 w 32-nanometrowym
procesie), będą kompatybilne z gniazdem AM3 i będą posiadać zintegrowane
kontrolery pamięci DDR3 oraz prawdopodobnie po 6 MB podręcznej pamięci L3
cache. Procesory Thuban mają być najmocniejszą częścią platformy o nazwie
kodowej Leo, która ponadto zawierać będzie serię chipsetów 800 Series oraz karty
graficzne Radeon HD 5000 z obsługą bibliotek DirectX 11.
Procesory 12-rdzeniowe
Pat Conway, członek zaplecza technicznego
AMD, potwierdził na konferencji Hot Chips, że
12-rdzeniowe, serwerowe procesory Opteron,
trafią na rynek w pierwszym kwartale 2010
roku. Firma AMD, ustami Pata Conwaya,
potwierdza na konferencji Hot Chips, że
pierwsze 12-rdzeniowe procesory Opteron o
nazwie kodowej Magny-Cours, zadebiutują na
rynku w pierwszym kwartale 2010 roku.
Serwerowe układy, wytworzone w technologii
45 nanometrów, oficjalnie będą nosić
oznaczenie Opteron 6000, zaś składać się
będą z dwóch sześciordzeniowych konstrukcji
Sao Paolo, czterech magistrali HyperTransport
3.0, zintegrowane, 4-kanałowe kontrolery
pamięci DDR3 oraz łącznie 12 MB podręcznej
pamięci L3 cache. Procesory Magny-Cours
korzystać będą z nowej podstawki - Socket
G34.
KONIEC