Procesor – charakterystyka elementów systemu. Parametry procesora.

Czym jest procesor CPU - Central Processing Unit (centralna jednostka przetwarzająca) – element półprzewodnikowy wykonany w postaci układu scalonego wielkiej skali integracji. Podstawowymi elementami każdego układu scalonego są TRANZYSTORY pełniące tutaj rolę elementów przełączających. Procesor może zawierać do kilkunastu milionów tranzystorów.

Cykle pracy procesora 3 1 2 POBRANIE ROZKAZU DEKODOWANIE ROZKAZU WYKONANIE ROZKAZU (C) Wiesław Sornat

Współpraca procesora z pamięcią RAM PROGRAM DANE WOLNE PROCESOR PAMIĘĆ RAM (C) Wiesław Sornat

Parametry charakteryzujące procesor Podstawowymi parametrami wpływającymi na wydajność procesora (szybkość wykonywania operacji przez procesor) są: Szybkość – (częstotliwość taktowania) określana częstotliwością zegara ( mierzona w MHz) Wielkość magistrali danych (liczba przesyłanych jednocześnie bitów), (8, 16, 32, 64 bity) Częstotliwość taktowania magistrali danych (Szybkość przekazywania danych do urządzeń wejściowych i wyjściowych) Wielkość pamięci CACHE pierwszego poziomu (L1) i drugiego poziomu (L2) Wewnętrzna konstrukcja oraz lista rozpoznawanych i wykonywanych instrukcji elementarnych

Zegar jest układem elektronicznym wytwarzającym impulsy Częstotliwość zegara 1 f=1/T Zegar jest układem elektronicznym wytwarzającym impulsy 0 i 1 Czas [sek] T Częstotliwość taktowania f jest odwrotnością czasu trwania jednego okresu drgań zegara i mierzymy ją w MHz (1MHz=106 Hz) . 1 Hz to drgania o okresie 1 sek.

Wielkość magistrali (szyny) danych Wielkość szyny danych wyrażona w bitach określa ile znaków może być przesyłanych jednocześnie. Ośmiobitowa szyna danych przenosi jeden znak, 16 bitowa przenosi 2 znaki, zaś 32 bitowa przenosi 4 znaki jednocześnie (w czasie trwania jednego taktu zegara). Potocznie mówimy o procesorze 8-bitowym, 16-bitowym itd.. Procesor używa szyny danych do komunikacji pomiędzy pamięcią i urządzeniami peryferyjnymi, stąd jej wielkość jest istotnym czynnikiem wpływającym na szybkość przetwarzania informacji przez procesor (a także przez komputer jako całość). Kolejne produkowane procesory podwajały wielkość szyny danych, a najpopularniejsze obecnie procesory Intel mają szynę danych o wielkości 64 bity

Częstotliwość taktowania magistrali danych Szybkość komunikowania się (przepływu danych) pomiędzy podzespołami komputera zależy od wyboru magistrali, za pośrednictwem której dane urządzenie lub karta rozszerzająca komunikuje się z procesorem i pamięcią. Uwaga: konstrukcja karty rozszerzającej determinuje typ magistrali jakiej będzie ona używać. Standaryzacja obejmuje parametry mechaniczne i elektryczne konstrukcji (rozmieszczenie i wymiary wyprowadzeń, przyporządkowanie poszczególnym wyprowadzeniom sygnałów elektrycznych)

Współpraca procesora z pamięcią CACHE Zależność wydajności systemu od wielkości pamięci Cache Wydajność Wielkość pamięci CACHE PROCESOR C A H E L1 C A H E L2 RAM (C) Wiesław Sornat

Architektura procesora Pojęcie architektura odnosi się do wewnętrznej budowy oraz sposobu komunikacji mikroprocesora z pamięcią i urządzeniami.

W zależności od sposobu przechowywania danych i rozkazów przez mikroprocesor możemy wyróżnić następujące architektury: Architektura z Princeton – zarówno dane jak i programy są przechowywane w tym samym bloku pamięci Architektura Harwardzka – rozkazy i dane przechowywane są w oddzielnych pamięciach Architektura Mieszana – połączenie dwóch poprzednich, rozdzielono pamięć rozkazów i danych, jednak wykorzystują one wspólne magistrale

Kolejny podział wynika ze złożoności wykonywanych instrukcji: Mikroprocesory CISC – komputer z pełną listą instrukcji, mają bogaty zestaw instrukcji o dużych możliwościach Mikroprocesory RISC – komputery o zredukowanej liczbie instrukcji, mają prostszy i mniejszy zestaw instrukcji niż CISC

Procesory 32 i 64 bitowe W celu jednoznacznego stwierdzenia jaką architekturę ma procesor należy określić szerokości: Magistrali danych Rejestrów wewnętrznych Procesor jest 32-bitowy jeśli wyżej wymienione komponenty umożliwiają przesył i przetwarzanie 32 bitów jednocześnie. Podobnie rzecz wygląda z procesorami 64- bitowymi

Procesory Wielordzeniowe Gordon Moore(Intel) –Prawo Moore liczba tranzystorów zastosowana do budowy mikroprocesorów rożnie w ciągu kolejnych lat w sposób wykładniczy (co 12 mieś podwaja się) Procesory wielordzeniowe złożone są z 2 lub więcej rdzeni zamkniętych w jednej obudowie. Architektura wielordzeniowe pozwala zwiększyć wydajność jednak oprogramowanie musi mieć zdolność przetwarzania równoległego.

Praca domowa – opisz zdefiniuj Architektura x86 Architektura IA-32 Tryb chroniony; Wirtualny tryb rzeczywisty Architektura IA-32e, x86-64, AMD64, EM64T Dodatkowe funkcje: MMX SSE,SSE2,SSE3,SSE4 3DNow, Enhanced 3DNow!, 3D! Professional Hyper-Threading Technology Przetwarzanie dwurdzeniowe Dynamic Execution