Transcript Procesor
Procesor Co je procesor ? CPU je stroj, který může vykonat počítačový program. Základní pojmy: • Instrukce • Program • Proces • Stav procesu Procesor jako součástka Fyzické části procesoru • Wafer (o průměru 200 mm a 300 mm ) • Ukázka tranzistorů procesoru Úloha procesoru Neumannovo blokové schéma počítače : Logika procesoru • • • • • Strojový jazyk Instrukční pole Instrukční sady Základní architektury procesorů Doplňkové instrukční sady Strojový kód (jazyk) Příklad instrukce assembleru: mov al, 61h Která se přeloží na strojový kód: 10110000 01100001 Instrukce procesoru Instrukční pole se skládá: příklad instrukce mov al, 61h • Operační kód (operační znak) sčítání, odečítání, skok, přesun atp - mov • Operandy To, s čím se bude pracovat - al, 61h • Šířka instrukčního pole Velikost instrukce v bitech Instrukční sada je množina instrukcí, kterou je procesor vybaven Ukázka: Instruční sada procesoru Motorola 680 rozdělena do následujících kategorií • • • • • • • • • • • Načítání a podržení (Move.B, Move.W, Move.L) Aritmetické (Add, Sub, Mul, Div) Bitové operátory (pravé nebo levé, logické nebo aritmetické) Rotace bitů (ROR, ROL, ROXL, ROXR) Logické operace (And, Or, Not, EOr) Typová konverze Podmíněné a nepodmíněné skoky (Bra, BCS, BEq, BNE, BHI, BLO, BMI, BPL, etc.) Funkce vyvolání a navracení (BSR, RTS) Management zásobníků (push, pop) Práce s přerušením Zpracování výjimek Kompatibilita strojového kódu Základní architektura procesorů Základní dělení : • architektury RISC a CISC Complex Instruction Set Computer (CISC) Reduced Instruction Set Computer (RISC) RISC • redukovaná sada instrukcí obsahuje hlavně jednoduché instrukce, • délka provádění jedné instrukce je vždy jeden cyklus (tj. délka v bitech všech instrukcí je stejná), • mikroinstrukce jsou hardwarově implementovány na procesoru, čímž je velmi výrazně zvýšena rychlost jejich provádění, • registry jsou pouze víceúčelové (nezáleží, který z nich instrukce využije, což zjednodušuje návrh překladačů), • využívají řetězení instrukcí (pipelining). Pipelining = zřetězené zpracování, či překrývání instrukcí. • Fáze zpracování instrukce je rozdělena na 2 a více useků. => vytvoření procesoru složeného ze dvou spolupracujících subprocesorů (skalární architektura), kdy každá část realizuje danou fázi zpracování. • možno dokončit více, než 1 instrukci za 1 hodinový cyklus Za jakýsi standard je považována pipeline s pěti stupni : • Instruction fetch - vyzvednutí instrukce • Decode - dekódování instrukce, zároveň se načítají registry • Execute - provedení instrukce • Access - čtení z paměti • Writeback - zápis výsledku do registrů Kromě toho jsou procesory superskalární,které dokážou v jednom stupni pipeline zpracovávat paralelně více instrukcí. CISC • velká sadou procesorových instrukcí (řádově stovky) • malým počtem registrů (jejich počet obvykle nepřesahuje 30) • instrukce trvají různý počet taktů CISC / RISC Příklad vykonání stejné operace : „Nové“ architektury Další architektury • post-RISC • EPIC Explicitly Parallel Instruction Computing Instrukční sady a technologie • • • • • MMX (MultiMedia eXtensions ) 3DNow! SSE,SSE2,SSE3 AMD64 EMT64 … Součásti procesoru • řadič • sada registrů (v řadiči) k uchování operandů a mezivýsledků • jedna nebo více aritmeticko logických jednotek • některé procesory obsahují jednu nebo několik jednotek plovoucí čárky (FPUkoprocesor) Dělení procesorů • • • • Podle uplatnění Dělení podle délky operandu v bitech Dělení podle počtu jader Podle patic Podle uplatnění • MCU (Micro Controller Unit) • CPU (Central Processor Unit) • DSP (Digital Signal Processor) Dělení podle délky operandu v bitech Architektury procesorů: • x86 (16bitovou, registrovou, s CISCovou instrukční sadou) • IA-32 (Intel Architecture, 32-bit) • IA-64 (Intel Architecture, 64-bit) • AMD64 (dříve x86-64) je 64bitová architektura procesoru od firmy AMD Ukázka registrů x86 • aritmetické – – – – – – – AX - akumulátor (řada instrukcí ho má jako implicitní operand) BX - bázový registr (tj. určený pro adresaci) CX - čítač (tj. určený pro počítání cyklů) DX - rozšíření akumulátoru SI - source index - index pro zdroj (tj. pro čtení) DI - destination index - index pro cíl (tj. pro zápis) BP - base pointer - určen jako ukazatel na záznam aktivní procedury na zásobníku (tím, že se implicitně spojoval s SS) – SP - stack pointer - ukazatel vrcholu zásobníku • segmentové – – – – • • CS - segment kódu DS - datový segment ES - extra segment SS - zásobníkový (stack) segment registr IP (instrukční pointer neboli čítač instrukcí), vždy odkazovaný implicitně registr FLAGS (příznaky) Patice Procesoru Dělení podle patic • Socket 462 (Socket A, AMD Athlon, Duron, výběhový) • Socket 478 (Intel Pentium III, Pentium 4 (Northwood), Celeron Pentium 4, výběhový) • Socket 479 (Intel, původně pro mobily, výběhový) • Socket 604 (Intel pro servery, výběhový) • Socket 754 (AMD, výběhový) • Socket 771 (Intel pro servery) • Socket 775 (Intel) • Socket 939 (AMD, výběhový) • Socket 940 (AMD pro servery, výběhový) • Socket AM2 (AMD) • Socket F (AMD pro servery) Základní parametry procesorů Pojmy: • Core clock (externí takt procesoru – generátor taktu ) • Násobič(multiplier) procesoru Parametry: takt procesoru Ext.takt + multiplier = výsledný takt Základní parametry procesorů Velikost hardwarové paměti cache : Level : Cache L1 (zásobování procesoru daty, které přichází po sběrnici) Cache L2 (zrychlení komunikace mezi procesorem a pamětí ) Cache L3 (využívána prosnížení latence samotných ) Další uváděné parametry • frekvence sběrnice FSB nebo HT FSB(externí takt) x násobič HT = frekvence HT • napětí a TDP procesoru TDP (Thermal Design Power )označuje maximální možný příkon (spotřebu), kterého mohou čipy dosáhnout při maximálním vytížení. Identifikace procesoru Zjištění informací a různých nastavení procesoru lze provést dvěma způsoby. 1) softwarově pomocí CPUID instrukce například programy CPU-Z nebo Everest. 2) "mechanicky" - resp. pohledem na samotný procesor a jeho identifikační znaky. CPU-Z Štítek procesoru - AMD Socket AM2 Pro socket A Oficiálních materiály AMD Štítek procesoru - INTEL identifikace procesorů společnosti Intel není za pomoci P/N, ale za pomoci kódu sSpec Number Sběrnice procesoru Dělení: • Datová • Adresová • Řídící Významné architektury procesorů shrnutí Architektury mikropočítačů a osobních počítačů • Intel: x86 • AMD: x86-64 • Motorola: 6800, 6809 a 68000 • MOS Technology 6502 • Zilog Z80 • IBM a později AIM alliance: PowerPC Architektury mikročipů • PowerPC 440 firmy IBM • 8051 • Atmel AVR • PIC firmy Microchip • ARM Významné architektury procesorů shrnutí Architektury procesorů pracovních stanic a serverů • SPARC firmy Sun Microsystems • POWER firmy IBM • Architektura MIPS od MIPS Computer Systems Inc. a její instrukční sada je nosnou částí knihy Davida A. Pattersona a Johna L. Hennessyho Computer Organization and Design ISBN 155860-428-6 1998 (2. vydání) • PA-RISC od HP • Alpha od DEC • Advanced RISC Machines (původně Acorn) architektury ARM a StrongARM/XScale • Procesor LEON2 Malé/střední/velké architektury procesorů • System/360 od IBM • PDP-11 od DEC a jeho následníci, architektura VAX • SuperH od SuperH • UNIVAC série 1100/2200 (momentálně používaná v počítačích ClearPath IX od Unisysu) • AP-101 – počítač raketoplánu Nadcházející architektury procesorů • Cell od IBM (Sony/IBM/Toshiba) Historicky významné procesory • EDSAC – první praktický počítač s uloženým programem • Navigační počítač Apollo použitý při letech na měsíc • MIPS R4000 – první 64-bitový mikroprocesor • Intel 4004 – první mikroprocesor Zdroje http://cs.wikipedia.org/wiki/CPU http://en.wikipedia.org/wiki/Central_processi ng_unit http://www.svethardware.cz/art_doc67186A42FE81D194C12571DF0040BFB6.html Scripta Teorie počítačů