PROCESORY Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) – urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z pamięci, interpretuje.

Prezentacja na temat: "PROCESORY Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) – urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z pamięci, interpretuje."— Zapis prezentacji:

1 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.

2 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.

3 przykładowy dzisiejszy procesor
( Intel Core 2 Quad Extreme ) Pierwszy procesor ( Intel 8086 )

4 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).

5 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.

6 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.

7 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".

8 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

9 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 

10 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.

11 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, s), czyli miliardowe części sekundy.

12 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).

13 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.

14 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%

15 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 procesorowi Intel Xeon z serii 5300 opartemu na 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. Cztery procesory na wspólnej płytce.

16 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.

17 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.

18 KONIEC