1 / 70

A processzor

A processzor. Az alaplap funkcionális egységei. Rendben, akkor most pontosan azt fogod csinálni, amit én mondok!. 58 291. A bemutató tartalma. A processzor feladata, fő részei A processzorok fejlesztéséről Processzor a PC-ben Riválisok processzorai Intel processzorok AMD processzorok.

solada
Download Presentation

A processzor

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. A processzor Az alaplapfunkcionális egységei

  2. Rendben, akkor most pontosan aztfogod csinálni, amit én mondok! 58291 A bemutató tartalma • A processzor feladata, fő részei • A processzorok fejlesztéséről • Processzor a PC-ben • Riválisok processzorai • Intel processzorok • AMD processzorok

  3. A processzor feladata,fő részei

  4. A processzor feladata, fő részei 58 A processzor fogalma • egy funkcionális egység, amely egy adott utasításkészletből az ember által előre rögzített utasításokat értelmezi, majd végrehajtja • címképzéssel utasításokat képes kiolvasni a memóriából, így képes a rendszert vezérelni • a rendszer működéséhez szükségesún. vezérlőjeleket állít elő • processzorok alatt többnyire mikroprocesszorokat értünk(bonyolult ún. VLSI félvezető eszközök) Pentium II processzor

  5. 6359 A processzor feladata, fő részei A mikroprocesszor feladata • fő feladata: a belső, elektronikus adattárban lévő programok utasításainak beolvasása, értelmezése és végrehajtása • a mikroprocesszor angol betűszóval: CPU.central processing unitközponti feldolgozó egység • fő részei a PC esetén: • központi vezérlőegység (CU) • aritmetikai és logikai egység (ALU) • regiszterek

  6. A processzor feladata, fő részei 63 A központi vezérlőegység fő feladata • (central) control unit (CU, CCU) • A rendszer egészének vezérlése: • a belső tárban tárolt program utasításait dekódolja, ez alapján • adatátviteli és/vagy aritmetikai és logikai műveletek végrehajtásához szükséges vezérlőjeleket állít elő, ezzel • biztosítja a számítógép egységeinek a vezérlését. • Figyelem!A processzort magát is szoktákközponti vezérlőegységnekfordítani.

  7. A processzor feladata, fő részei 63 Aritmetikai és logikai egység (ALE) • arithmetical and logical unit (ALU) • A központi vezérlőegység munkája során felmerülő aritmetikai (4 alapművelet a fixpontos operandusokkal korlátos nagyságú számokon)és logikai műveleteket hajtja végre. • Az összeadásra vezeti vissza atöbbi műveletet is, amelynekhelyességét az ilyen irányú,mélyebb matematikaiismerettel lehet belátni.

  8. A processzor feladata, fő részei 63 A regiszterek jellemzése • A központi vezérlőegység munkája közben szükséges adatokat tárolja. Egy processzor több regisztert tartalmaz. • A regiszterben lévő adatok elérésesokkal gyorsabb a központivezérlőegység számára, mintaz operatív tár esetén. • Statikus RAM-ok. • példa:utasítás-számláló regiszter

  9. A processzor feladata, fő részei Moore-szabály a processzorokra • a technológiai haladás jellemezhető vele(megfigyelés alapján) • 1965. Gordon Moore (Intel alapító tag) • eredeti szabály a memóriaáramkörre: • 3 évenként új generáció • generációnként négyszeres kapacitás növekedés • egy lapkán elhelyezhető tranzisztorok száma lineárisan nő • mai értelmezése: • tranzisztorok száma 18 hónaponként megkétszereződik (+60%/év), ami kb. 2020-ig lesz igaz (fizikai paraméterek miatt) • másik értelmezés: változatlan áron évről évre egyre nagyobb teljesítményű számítógépet kaphatunk

  10. A processzor feladata, fő részei 39 Moore-szabály diagramja (Intel CPU) Tranzisztorokszáma (db) 100 000 000 10 000 000 1 000 000 100 000 10 000 1 000

  11. A processzor feladata, fő részei Moore-szabály másképp... A legújabbszámítógép 16 színű,merev lemezes, sőt mégegér is van hozzá! Várjon Fennség!Fél év múlva már csak a felébe kerül!

  12. A processzorok fejlesztéséről

  13. A processzorok fejlesztéséről 58 A processzor fejlesztésének célja • A processzorok fejlesztése során az architektúrát érintő újításokat fejlesztettek ki, melyeket a teljesítmény fokozása érdekében az akkori újabb processzorokban már alkalmaztak.Tekintsük át a legfontosabbakat!

  14. A processzorok fejlesztéséről 58 Főbb fejlesztési irányok • beépített matematikai társprocesszor • új utasításkészlet • CISC és RISC architektúra • csővonal (pipeline) elv • csővonalra épülő új technológiák • pre-fetching • utasítás cache • adat cache • többszintű cache • órajel növelése

  15. 79109 A processzorok fejlesztéséről Fejlesztés 1. (matematikai társprocesszor) • Beépített matematikai társprocesszor (coprocessor). • Feladata: • A matematikai társprocesszor (coprocessor) képes önállóan végrehajtani bonyolult matematikai számításokat rövid idő alatt. • Animációs programok, vagy CAD programok gyorsabb végrehajtását szolgálja. • A korlátozott egész számokon túl szükséges a nagy egészek és a törtekkel való műveletek elvégzése is, amit a matematikai társprocesszor végez el. • Eleinte ezek az alaplapra helyezhető egységek mára már a processzor tokjában találhatók. Ma az aritmetikai és logikai egység foglalja magába a coprocessort. • az i80386 processzortól jelent meg, • az i80486DX-tól a CPU része. • A mai angol elnevezés fordítása:kiegészítő lebegőpontos egység (Floating Point Unit - FPU)

  16. A processzorok fejlesztéséről 68 Fejlesztés 2. (új utasításkészletek) • MMX utasítás-készlet, Pentium I 166 MHzMuItiMedia eXtension, az Intel által elsőként a Pentiumokban megvalósított multimédiás feladatokat segítő 57 új SIMD utasítást jelentő bővítés, mely fixpontos számokat használ. • 3D Now! Utasítás-készlet, AMD K6 -2Az AMD K6-2 és K6-III processzoraiban meglévő 24 processzorszintű SIMD utasítás, amelyeket multimédia alkalmazások támogatására terveztek, lebegőpontos számokat használ. • SSE utasítás-készlet, Pentium III70 db új SIMD utasítás a 3D video grafika és multimédia megjelenítéséhez, lebegőpontos számokat használ. • SSE2 utasításkészlet, Pentium 4(Streaming SIMD Extension 2) Ez 144 új SIMD utasítást jelent, amelyek segítségével lehetővé válik 128 bites egész SIMD és 128 bites kettős pontosságú lebegőpontos SIMD műveletek elvégzése is. Az SSE2 utasításkészlet a tervek szerint megtalálható lesz az AMD x86-64 (Clawhammer, Sledgehammer, stb.) processzoraiban is. • SSE3, SSE4 utasításkészletek SIMD (single instruction multiple data) : egyetlen utasítás egyszerre több adaton is végrehajtja ugyanazt a műveletet.

  17. A processzorok fejlesztéséről 64 Fejlesztés 3. (CISC és RISC architektúra) • CISCComplex Instruction Set Computer - teljes utasításkészletA processzoroknak az a családja, amelynek fejlesztése során a teljesítménynövelés mellett az utasításkészlet bővítését is fontosnak tekintik.pl.: i80486, Motorola 68040 • RISCReduced Intstruction Set Computer - csökkentett utasításkészletMindössze 1-2 tucat általános, egyszerű és gyorsan végrehajtható utasítással rendelkeznek.Az egymástól független feldolgozó egységek miatt a párhuzamos feldolgozás és gyorsabb adattovábbítás válik lehetővé.

  18. A processzorok fejlesztéséről 61 Fejlesztés 4. (csővonal elv - pipeline elv) • A szuperskalár felépítésnél a processzor egyszerre több utasítást is képes végrehajtani a csővonal elv (Pipeline) segítségével, a 80386-os processzortól kezdve használják. • Ha nincs szükségünk a párhuzamosan elvégzett utasításokra, mert pl. az utasításokat át kell ugrani, akkor a csővonalat ki kell üríteni. Ez időveszteség, ezért különböző technikákat dolgoztak ki ennek elkerülésére, pl. a spekulatív végrehajtás. • példák • a Pentium processzor 2 végrehajtó futószalaggal (pipeline) rendelkezik, így a szuperskalár szintje 2. • a Pentium Pro processzor 3 utasítást hajt végre órajel ciklusonként, így a szuperskalár szintje 3.

  19. A processzorok fejlesztéséről 61 Fejlesztés 4. (spekulatív végrehajtás) • A korszerű processzorok több műveletvégző egységgel (pipeline) rendelkeznek, amelyek egyszerre több utasítás aritmetikai/logikai műveletét hajtják végre. • A dinamikus vagy spekulatív végrehajtásnál az utasítások sorrendjét optimálisan választja meg a processzor, azaz a spekulatív végrehajtás során bizonyos utasításokat a processzor előbb hajt végre, mint ahogyan ez a program szerinti sorrendből következne a műveletvégző egységek jobb kihasználása érdekében. A processzorok a fordítóprogram által generált utasítás sorrendet megváltoztathatják, megtartva a program soros konzisztenciáját (az eredmény ugyanaz, mintha az eredeti sorrendben lettek volna végrehajtva). • Az ilyen utasítások eredményét ideiglenesen egy regiszterben tárolja a processzor. • Ha később kiderül, hogy a programfolyam megváltozik, a processzor eldobja ezeket az eredményeket, egyébként véglegesíti őket.

  20. A processzorok fejlesztéséről 61 Fejlesztés 4. (csővonal elv ábrája) szuperskalár szint: 4 egyetlen órajelalatt eltelt idő példa (2000. február) Egy átlagos, 4-es szuperskalár szintű CPU lapka átlagosan 0,9-2,2 utasítást képes végrehajtani órajelenként. egy órajel alatt valóban végrehajtott utasítások vertikálisveszteség idő horizontális veszteség

  21. 9568 A processzorok fejlesztéséről Fejlesztés 5. Fejlettebb technológiák • az előző dián látható szuperskalár CPU időveszteségei az alábbi technológiai megoldásokkal csökenthető: • több mag elhelyezése 1 mikroprocesszorban> dual core (két mag) • 2005. május Intel Extreme Edition 840, Pentium D • több program vagy 1 program különböző részeinek (fonalának) párhuzamos végrehajtása> többfonalas vagy többszálú (multithreaded) processzorok • 2002. Intel HT (hyperthreading)

  22. A processzorok fejlesztéséről 68 Fejlesztés 5. HT technológia • Hyper-Threading technológia • a többszálas szoftveralkalmazások „párhuzamosan” két szoftver-utasításszálat képesek végrehajtani. • igényei: • HT technológiát támogató Intel CPU • HT technológia-képes lapkakészlet • HT-t támogató BIOS • HT-t támogató operációs rendszer

  23. A processzorok fejlesztéséről Fejlesztés 6. (a Pre-fetching technikáról) • Az utasítások előre beolvasása (pre-fetching)A program végrehajtása során a következő végrehajtandó utasítás nagy valószínűséggel az éppen végrehajtott utasítást követő utasítás a memóriában. • Az utasítás végrehajtása közben a következő utasítás már beolvasható és a gyorsító tárban (utasítás cache) tárolható.

  24. A processzorok fejlesztéséről 72 Fejlesztés 7. (utasítás cache - gyorsítótár) • Az utasítás cache a processzorban vagy közvetlen közelében lévő, kis kapacitású, gyors működésű memória, amely a végrehajtott utasításokat tárolja. • Ha a program végrehajtás során az utasítások ismételten végrehajtódnak (pl. ciklusok), a processzor az utasítást már az utasítás cache-ből veszi, nem a lassúbb működésű operatív tárból. A cache lehetővé teszi, hogy a processzor teljes sebességgel dolgozzon (zero wait state). • A jelentősen nagyobb tárolókapacitású operatív memóriát az utasítás cache-nél lassabban éri el a processzor, így a cache használatával a processzor munkavégzése egyenletesebb lehet, nem szükséges az operatív memóriából érkező adatokra várnia. • teljes neve angolul: cache memory

  25. A processzorok fejlesztéséről 72 Fejlesztés 7. (A cache elvi működése)

  26. A processzorok fejlesztéséről 72 Fejlesztés 8. (adat cache) • A gyorsítótár egy nagy sebességű memória a CPU és az operatív tár között (RAM) közötti adatmozgáshoz. • Az operatív memória (DRAM technológia) viszonylag lassú működésű (az elérési ideje nagy).A processzornak várakoznia kellene ("wait state") a memóriából érkező adatra vagy utasításra, vagy arra, hogy az eredmény beíródjon a memóriába, ha az adatokat nem tárolná az adat cache. • Létezett olyan processzor, ahol az adat és az utasítás azonos cache-ben van, de ez nem annyira hatékony.

  27. A processzorok fejlesztéséről 72 Fejlesztés 9. (többszintű cache - L1, L2, L3) • Az első, második és harmadik szintű cache jelölése a processzorokban: L1, L2, L3. • L1 jellemzői: • igen gyors működésű • a processzor várakozó állapot nélkül eléri a tartalmát • ma a processzorral egy tokban helyezkedik el • mérete 4/8/16/32 KB • költséges statikus RAM • L2 jellemzői: • nagyobb (128/512/256/1024/2048 KB), mint az L1 • lassúbb működésű, mint az L1 • ma a processzorral egy tokban, régen az alaplapra integrált • költséges statikus RAM

  28. A processzorok fejlesztéséről 72 Fejlesztés 9. (többszintű cache - L1/L2/L3) • A processzor először az 1. szintű cache-ben keres. Ha nem találja a keresett adatot, akkor fordul a 2. szintű cache-hez, ha létezik, akkor a 3. szintű cach-ben keres. • Ha a második (ha van, akkor harmadik) szintű cache-ben sincs meg a keresett című memória rekesz tartalma, akkor fordul a processzor az operatív memórához, aminek az adatelérése a cache-hez képest nagy.

  29. Riválisok processzorai 60 Fejlesztés 10. Mi az órajel frekvencia? • A processzor munkavégzési ütemét meghatározó, adott frekvenciájú rezgés. • Az órajelet az alaplapon található órajel-generátor állítja elő, számára ebből egy szorzóegységgel áll elő a a processzor által használt órajel. • A Hz a másodpercenkénti rezgésszámot mutatja meg. A GHz (gigahertz) mértékegység azt mutatja meg, hogymásodpercenként hánymilliárd műveletet kezdhetel a processzor.

  30. Processzor azIBM kompatibilis PC-ben

  31. 251262 Processzor az IBM kompatibilis PC-ben Az alaplapra szerelés • tokozás (lábkiosztás) - foglalat típusa • az alaplapfelhasználói kézikönyve (user guide)által meghatározott processzortípusokhoz kapcsolódó beállítások az alaplapon (rövidzár kapcsolók + CMOS Setup) • hűtés (hűtőbordák, ventillátor) a CPU-ra • hűtési paraméterek visszajelzéséhez szükséges alaplapi támogatás (csatlakozó)

  32. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben 110 A processzor helye az alaplapon socket: LGA775

  33. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben CPU tokozás (package) - DIP • Dual in Line Packageduplasoros csatlakozás • pin (tű): 24/28/32/36/40/42/48/64legfeljebb 68 lábig használható • példák: • DIP40: 8086, 8088 • 80286 • tok anyaga: kerámia vagy műanyag

  34. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben CPU tokozás (package) - LCC • Leadless Chip Carrier vezeték/láb nélküli chip keret • pin (tű): 18, 20, 22, 28, 32, 44, 68, 84 • példa • 80286 • tok anyaga • műanyag (plastic) – PLCCpin: bármelyik • kerámia (ceramic) – CLCCpin: csak 68

  35. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben CPU tokozás (package) - QFP • Quad Flat Packnégy tagú, lapos kiszerelés • példa: 80386 • tok: kerámia vagy műanyag • pin (tű): 44, 56, 64, 80, 100, 128,160, 208, 240, 272, 304 • a 80386-os az alábbi kivitel volt:

  36. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben CPU tokozás (package) – PGA, SPGA • Pin Grid Arraytömbös lábkiosztás (a tok alatti érintkezőrács) • példák: • PGA: 80286, 80386, 80486 • SPGA: Pentium / Pentium Pro / K6-2 / K6-3 / Anthlon / Duron (Staggered – lépcsős elrendezésű lábak) • PPGA: Celeron / Pentium III / Cyrix III • pin (tű): száznál több, egy típuson belül is változó • a tok anyaga: • CPGA (ceramics) - kerámia • PPGA (plastic) - műanyag

  37. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben PGA, SPGA, PPGA képek PGA SPGA PPGA

  38. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben A processzorok tokozásáról II. • SEC, SEC2(Single Edge Contact Cartridge)egy élű, reteszestípusú, kazettáspl.:Pentium II,Pentium III.Celeron • MMO(Mobile Modul – hordozhatóeszköz): a PC fizikai méretének csökkentése végett, pl. a hordozható számítógépeknél

  39. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben CPU tokozás (package) összefoglalása DIP PGA SPGA LCC SEC QFP

  40. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben 110 A processzorok csatlakoztatásáról • DIL (Dual in Line) foglalatdupla soros, nehéz a cserepl.: 8086, 80888 • Alaplapra forrasztvapl.: 80386 • ZIF (Zero Insertion Force) foglalatAz erőszakmentes beszereléstteszi lehetővéProcesszoraljzat (Socket, LGA) • Slot1, SlotA foglalatProcesszorreteszpl.:slot1: Pentium II.CeleronslotA: AMD Athlon (K7) DIL alaplapon ZIF slot1

  41. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben 110 A processzorok foglalatairól • Socket1, lábszám: 169, 3 sor, pl.: 80486 SX, DX, DX2 • Socket2, lábszám: 238, 4 sor, pl.: 80486, Pentium (P) • Socket3, lábszám: 237, 4 sor, pl.: 80486, AMD 5x86 • Socket4, lábszám: 273, 4 sor, pl.: P60-66 MHz • Socket5, lábszám: 320, 5 sor, pl.: P75-133, PMMX, • Socket6, lábszám: 235, 4 sor, nem használt • Socket7, lábszám: 321, 5 sor, pl.: P75-200, PMMX, AMD K5, K6, Cyrix /x86MX • Socket8, lábszám: 387, 5 sor, pl.: Pentium Pro • Socket370, pl: Intel Celeron A • SocketA, lábszám: 462, 8 sor,pl.: AMD XP, Athlon, Barton, Duron • Socket478 (mPGA), pl.: P4, Celeron • Socket754, pl.: AMD Athlon 64, Sempron • Socket775 • Socket939, pl.: AMD Athlon64 • SocketAM2,pl.: Athlon 64/64/FX/X2/Sempron • LGA775: pl.: P4, Core2Duo szavak jelentése pin (angol) = lábszám = tű socket = foglalat, tok

  42. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben 111 Példa a foglalatra • Socket7 <> LGA775

  43. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben 183 A processzorok hűtéséről • A processzor működés közben jelentős hőt termel és felmelegszik, ezért hűtésre van szüksége. • A processzorokra hűtőbordát, arra hűtőventilátort szerelnek, hogy elvezesse a termelődő hőt. • A processzor magjának a felülete és a hűtőborda közé helyezett, speciális szilikonzsírral javítható a hőátadás.

  44. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben 183 Példa hűtésre (CPU cooler)

  45. 183 Hűteni lehet így is... Elhiszem, hogy erősen kell hűtened a processzort, de szeretnék még több ételt a hűtőbe tenni.

  46. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben Tulajdonságok felkutatása • Start menü/Programok/Kellékek/Rendszereszközök/Rendszerinformáció • A Sajátgép/ Tulajdonságok / Rendszertulajdonságok (kevés adat) • Indításkor a gép kiírja a processzoregy-két adatát. • Ha módunk van szemrevételeznimagát a processzort, akkor arrólolykor le lehet olvasni. • A processzorgyártó honlapja.

  47. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben A számítógép indítása után • A képernyőn megjelenik a CPU néhány adata

  48. Processzor az IBM kompatibilis PC-ben 58 Egy mai [2006] CPU főbb részei • Központi vezérlőegységek • Számolási műveletet végző egységek: • Aritmetikai és logikai egység (ALU) • Integrált matematikai társprocesszor (coprocessor), mai elnevezéssel: kiegészítő lebegőpontos egység(FPU - Floating Point Unit ) • Adattároló egységek: • Regiszterek, pl. utasításszámláló regiszter • Gyorsítótárak (cache) • Adatszállítás • belső busz (inside bus) • FSB – Front Side Bus (elülső busz) • külső busz (outside bus)

  49. Riválisok processzorai

  50. Riválisok processzorai 58 A processzor-gyártó cégek szerepe • Az Intel fejlesztette ki az első kereskedelmi forgalomba kerülő processzort, az i4004-et. Az IBM PC első CPU-ja az Intel egy nyolc bites 8088-as processzora volt, ami 1 MB-os belső tárat tudott kezelni, az ötödik generációs Pentium 1993-ban jelent meg, azóta is ezt a nevet használják. • Az AMD sokáig az Intel processzorok (286, 386, 486) másodgyártója volt, önállóan kifejlesztette a kevésbé sikeres K5-öt, majd a K6-ot. Az Athlon elkészítésével az Intel igazi versenytársává vált. • Hosszú ideig a Cyrix is másodgyártó volt, de a piaci versenyben - néhány más, kisebb gyártóval együtt -alulmaradt, mára megszűntette a gyártást.

More Related