Základné charakteristiky procesora

1. Základné charakteristiky procesora

2. Parametre procesora (1) • Rýchlosť vykonávania operácií- závisí od frekvencie hodinového signálu, dodávaného generátorom hodín na matičnej doske. Procesor je zložitý sekvenčný logický obvod a ako taký potrebuje pre svoju činnosť taktovací hodinový signál. Dnešné procesory majú taktovaciu frekvenciu do 4 GHz. Čím je taktovacia frekvencia vyššia, tým je procesor rýchlejší • Šírka slova – udáva počet bitov dvojkového čísla, ktoré dokáže procesor spracovať počas jednej operácie. Podľa šírky dátového slova hovoríme o 8-, 16-, 32- alebo 64-bitovom procesore. Čím je šírka slova väčšia, tým je procesor výkonnejší.

3. Parametre procesora (2) • Šírka prenosu dát - hovorí, aké najväčšie číslo ( dané počtom bitov ) môže byť behom jednej operácie do procesora dodané alebo z procesora odobrané. Je určená šírkou dátovej zbernice ( počet pinovdát.zbernice ) procesora a udáva sa v bitoch. Pozor !!! Šírka slova a šírka prenosu dát môžu byť rôzne hodnoty. Napr. procesor môže načítavať dáta o šírke 16-bit, pretože jeho dátová zbernica má šírku iba 16 bitov, ale vnútorne vie pracovať so šírkou slova 32-bitov, t.j. vykonáva operácie s 32-bitovými operandami. Ako príklad možno uviesť procesor Intel 8088, ktorého dátová zbernica bola 8-bitová, ale vnútorne pracoval ako 16-bitový procesor. Preto ho bolo možné použiť aj do 8-bitovej matičnej dosky ( dobrý obchodný manéver ). Podobne procesor Intel 80386SX mal 16-bitovú dátovú zbernicu, ale vnútorne pracoval ako 32-bitový procesor.

4. Parametre procesora (3) • Efektivita mikrokódu - jednotlivé inštrukcie procesora sú vykonávané ako mikroprogramy, t.j. ako postupnosť mikroinštrukcií. Čím sú tieto mikroprogramy kratšie a napísané pomocou menšej sady mikroinštrukcií, tým je efektivita mikrokódu vyššia. • Numerický koprocesor - je to špeciálna jednotka ( tiež samostatný číp ), určený na vykonávanie aritmetických operácií v pohyblivej rádovej čiarke ( floating point operations ). Staršie procesory ( 8086, 80268, 80386 ) túto jednotku nemali, takže sa tieto operácie museli emulovať softvérovo, čo veľmi znižovalo výpočtový výkon procesora. Tiež bolo možné doplniť do matičnej dosky samotný číp koprocesora ( 8087, 80287, 80387 ) ku stávajúcemu hlavnému procesoru.

5. Parametre procesora (4) • Spolupracovala teda vždy dvojica ( 8086 + 8087, 80286 + 80287, 80386 + 80387 ). Všetky nasledujúce procesory od Intel 80486 už mali matematický koprocesor integrovaný priamo na čípe. • Cache pamäť – vnútorná vyrovnávacia pamäť, jej veľkosť je udávaná v kB, resp. v MB, slúži na prispôsobenie rozdielných rýchlostí procesora a operačnej pamäte RAM. Existuje niekoľko úrovní pamäte cache L1, L2, L3, ktoré boli interné ( na čípe procesora ), aj externé. Líšili sa od seba veľkosťou ako aj rýchlosťou. • Rýchlosť pamäte L1 > L2 > L3 • Veľkosť pamäte L1 < L2 < L3

6. Parametre procesora (5) • Paralelné spracovanie inštrukcií – procesory postavené na tejto báze sa nazývajú tzv. superskalárnymi procesormi. Procesory až do Intel 80486 mali len jeden inštrukčný kanál, t.j. v danom okamihu mohli vykonávať iba jednu operáciu. Počnúc procesorom Pentium boli k dispozícii dva inštrukčné kanály, ktoré procesor využíva automaticky, resp. programy sú písané pre použitie oboch kanálov súčasne. • Príklad 1 : Majme tri nasledujúce príkazy : A=3, B=2, C= A+B Prvé dva príkazy sú na sebe nezávislé, takže A=3 ide prvým kanálom a súčasne B=2 ide druhým kanálom. Po ich ukončení sa vykoná tretí príkaz C=A+B prvým , resp. druhým kanálom. Príklad 2 : Majme príkazy A=1, A=A+2. Druhý príkaz sa nedá vykonať, pokiaľ sa nevykoná prvý príkaz. Pentium bude nútené čakať na skončenie 1.príkazu, takže celý výpočet sa uskutoční cez inštrukčný kanál 1. Inštrukčný kanál 2 zostáva nevyužitý.

7. Parametre procesora (6) • Samozrejme, programy napísané pre procesor Pentium pobežia aj na nižších procesoroch ako Intel 80486, 80386, ale pobežia pomalšie, pretože tieto procesory majú iba jeden inštrukčný kanál. • Veľkosť adresovateľnej pamäte – jedine procesor je zdrojom adresovania pamäte, resp, I/O obvodov. Šírka adresovej zbernice procesora udáva veľkosť operačnej pamäte, ktorú procesor „ vidí „. V tejto pamäti sa nachádzajú dáta a inštrukcie, ktoré procesor vykonáva. Procesor okrem adresovania operačnej RAM pamäte má ešte internú pamäť , organizovanú v podobe sady pracovných registrov. • Veľkosť adresovateľnej pamäte v bajtoch je 2n , kde n – počet bitov adresovej zbernice, takže napr. 232 = 4 GB

8. Procesory CISC a RISC (1) Dve súperiace koncepcie procesorov : Procesory CISC – ComplexInstruction Set Computer • Objavili sa ako prvé • Rozsiahlá inštrukčná sada • Inštrukcie realizované ako mikroprogramy • Krátke inštrukcie so zložitou funkcionalitou • Pomalšie vykonávanie inštrukcií • Zložitá architektúra, náročný návrh systému • Komfortné programovanie aplikácií • Inštrukcia obsahovala až do 300 strojových cyklov • Intel ( x86... P4, DualCore, QuadCore – PC, pracovné stanice, viacprocesorové systémy ) • AMD ( K7 Athlon, Sempron, Opteron, AMD Quad FX platforma )

9. Procesory CISC a RISC (2) • Procesory RISC - Reduced Instruction Set Computer • Objavili sa v čase vzniku 32-bitovýh procesorov • Boli to špecializované procesory pre rôzne HW aplikácie • Program tvoria jednoduché inštrukcie • Jednoduchá architektúra a jednoduchší návrh systému • Rýchlejší beh programu aj pri nižšej taktovacej frekvencii • Obsahujú veľký počet ( 100 a viac ) registrov • Jednotná dĺžka inštrukcií • Spracovanie inštrukcie v jednom strojovom cykle • PowerPC( Motorola, IBM, Apple ), PA-RISC (Hewlett Packard ) • MIPS ( Silicon Graphics ), SPARC ( Sun Microsystem ), ARM ( Intel )

10. Procesory CISC a RISC (3) • V súčasnosti sa obidve architektúry procesorov približujú, t.j. majú črty CISC, aj RISC. • RISC prevládajú v špeciálnych hardverových aplikáciách ako sú napr. technologické počítače, smerovače, komunikačné zariadenia, meracie ústredne • CISC procesory sú preferované na použitie v osobných počítačoch, v pracovných staniciach a serveroch. Procesory ZISC - Zero Instruction Set Computer • Procesor nepozná žiadnu „ klasickú „ inštrukciu • Technológia založená na umelých neurónových sietiach