Hardware

1. Hardware Mikroprocesory

2. Obsah přednášky • Historické a současné procesory osobních počítačů • Procesory výkonných počítačů • Významné charakteristiky procesorů

3. Zdroje informací • Muzeum procesorů: http://www.cpupages.com • http://www.tomshardware.com/cpu/ • Intel: http://www.intel.com/ • AMD: http://www.amd.com/ • http://www.top500.org/ • http://www.svethardware.cz/branch.jsp?name=Procesory

4. Řada Intel iAPX 86 • Procesor 8086 – rok 1978 • Použit v prvních PC v roce 1981 – IBM PC/XT (Extended Technology). • První 16bitový mikroprocesor • Pracuje s daty 16 nebo 8 bitů • Vytváří 20bitovou adresu pro adresaci 1 MB paměti • Je uzavřen v DIP se 40 vývody a napájecím napětím 5 V • Frekvence 4,77 MHz

5. 8086 • Procesor je rozdělen na 2 jednotky • sběrnicovou(Bus Unit)(vybírá instrukce z paměti a přenáší data po sběrnicích) • prováděcí(Execution Unit)– provádí instrukce • Obě jednotky pracují nezávisle, čímž šetří čas (zárodek proudového zpracování – pipeline)

6. 8086 • Procesor obsahuje 14 registrů o šířce16 b • Rozeznává 256 různých přerušení — podprogramů, vyvolávaných událostmi, V/V zařízeními nebo programově • 8088 má na rozdíl od 8086 vnější 8bitovou strukturu • Možnost doplnění o koprocesor 8087

7. 8086

8. 80286 • Opět 16bitový procesor – rok 1982 • Pracuje ve dvou režimech • reálný – jako 8086 • lze adresovat max. 1 MB paměti • chráněný – umožněn segmentací paměti • v tomto módu CPU poskytuje hardwarovou podporu pro multitasking (souběžné zpracování úloh), zabezpečení dat a virtuální paměť • lze adresovat max. 16 MB paměti

9. 80286 • Systém poskytuje 4 úrovně oprávnění (ochrany paměti) • K procesoru je připojena 16bitová datová sběrnice a 24bitová adresová sběrnice • Je umístěn v pouzdře PGA s 68 vývody • Ovládací napětí je 5 V, frekvence6–25 MHz • Počítače s tímto procesorem prodávala firma IBM jako IBM PC/AT (Advanced Technology).

10. 80286 • 80286 je složen ze 4 nezávislých paralelně pracujících jednotek • sběrnicová – zajišťuje přístup k hlavní paměti • instrukční – dekóduje vybrané instrukce • prováděcí – realizuje dekódované i. • adresovací – je správcem paměti (ochrana, virtuální paměť, …)

11. 80286

12. 80386(DX) • První 32bitový procesor – rok 1985 • 80386SX je kompatibilní, ale má vnější 16bitovou strukturu (r. 1988) • Vnější adresová i datová sběrnice mají šířku 32 bitů • Umí adresovat 4 GB reálné a 64 TB virtuální paměti • Složen ze 6 jednotek • Je v pouzdře PGA se 132 vývody

13. 80386 • Pracuje ve třech režimech • reálný — jako 8086 • chráněný (shora kompatibilní s chráněným 80286) • virtuální 8086 — v rámci chráněného režimu lze provozovat program pro reálný režim (tzn. spojuje výhody předch. režimů) • Registry jsou 32bitové

14. 80386

15. Koprocesory • Všechny uvedené předchozí typy mohly být doplněny matematickými koprocesorys označením 8087, 80287, resp. 80387

16. 80486 • Odlišnosti od 80386 • integrovaná jednotka FPU • poprvé integrována rychlá vyrovnávací paměť cache (8 kB) • PGA s 168–238 vývody (podle typu) • 80486SX – varianta bez FPU • DX – rok 1989, SX – rok 1991 • Od roku 1999 řídí Hubbleův kosmický teleskop (do té doby 386).

17. 80486

18. Pentium • Procesor se 64bitovou datovou a 32bitovou adresovou sběrnicí • 3 pipelines (2 v ALU, 1 ve FPU) –superskalární architektura, mnoho instrukcí je implementováno hardwarově • 2 vnitřní L1 cache po 8 kB – pro data a pro kód • Vyšší taktovací frekvence (60–200 MHz) • První verze uvedena v roce 1993

19. Intel Pentium

20. Pentium Pro • Používá spekulativní provádění instrukcí • Má čtyři 14stupňové pipeliny • Má L1 cache (8+8 kB), L2 cache256 kB až 1 MB • Kvůli oddělení CPU a cache – speciální komora pro každou část – MCM (Multi Cavity Module) – obdélníkové pouzdro. • Rok uvedení: 1995 • Frekvence: 150–200 MHz

21. Pentium Pro

22. Pentium MMX • Rozšíření MMX – nové speciální MMX instrukce (je jich 57) pro podporu multimédií • MMX nezrychluje všechny programy, ale pouze ty, které jsou napsané speciálně pro něj (obsahují tyto instrukce) • L1 cache má velikost 32 kB (16+16) • Vylepšené zřetězení instrukcí a předvídání skoku • 166–233 MHz, rok 1997

23. Pentium MMX

24. Pentium II, Pentium III • Pouzdro S. E. C. (do Slotu 1), později návrat k PGA • 512 kB L2 cache (až 2 MB u P III) • Celeron: P II bez L2 cache, později pro pomalost přidána alespoň malá (128 kB) • Frekvence až 450 MHz (PII) a 1,2 GHz (PIII) • Pentium III: nové SSE instrukce (70) pro podporu rozpoznávání řeči a 3D zobrazení (nutná podpora softwaru, jinak výkon podobný jako Pentium II) • SSE = Streaming SIMD Extensions • SIMD = Single Instruction Multiple Data

25. Pentium II, Celeron

26. Pentium III

27. Pentium 4 • Frekvence 1,3 až cca 3,8 GHz • 256–512 kB L2 cache • Nová sada 144 instrukcí SSE2 • Opět zdokonalené zpracování instrukcí: • Hyper-Pipelined technology – zvyšuje počet stupňů pipeline oproti Pentiu III na 20 • Rapid Execution Engine – dvě aritmeticko- logické jednotky (ALU) pracují na dvojnásobné frekvenci jádra

28. Pentium 4

29. Procesory firmy AMD • Vlastní varianty procesorů 386 a 486 • K5 – konkurent Pentia • K6 – konkurent Pentia MMX • K6-2 a K6-III – konkurenti P II (nové instrukce 3DNow!) • Athlon – konkurent Pentia III a Pentia4 (Enhanced 3DNow!) – až 1,4 GHz • Duron – konkurent Celeronu II • Athlon MP (2800+), Athlon XP (3000+) • Athlon, Sempron, …

30. Procesory Athlon, Sempron, Opteron • Obsahují sadu instrukcí 3DNow! Professional, která se skládá z 3DNow! a SSE instrukcí • Číslo modelu neudává skutečnou frekvenci, ale frekvenci, jakou by musela mít starší verze Athonu s jádrem Thunderbird, aby měla srovnatelný výkon.Např. Athlon 64 3000+ běží na frekvenci 1,8 GHz

31. Procesory firmy AMD

32. 64bitové procesory • Intel • jako první procesor Itanium2 – kvůli nové instrukční sadě IA-64 není zpětně kompatibilní, dnes např. Xeon • 8stupňová pipeline, 3–6 MB L3 cache na frekvenci jádra • připojení k paměti 128bitovou sběrnicí na frekvenci 400 MHz

33. 64bitové procesory • AMD • Procesory • Zpětně kompatibilní (16bitové i 32bitové instrukce)

34. Vícejádrové procesory • Intel: Core 2 Duo (2 jádra), Core 2 Quad (4 jádra) • AMD: Athlon 64 X2 (2 jádra), v prosinci uveden i 4jádrový procesor

35. Porovnání výkonu procesorů

36. Porovnání výkonu procesorů

37. Porovnání výkonu procesorů

38. Porovnání výkonu procesorů

39. Procesor Crusoe (minulost) • Výrobce: firma Transmeta • Hlavní výhoda: velmi nízká spotřeba energie • Použití: mobilní zařízení • Nižší výkon než Intel nebo AMD na stejné frekvenci • Instrukční sada VLIW • Tendence použitív mobilních zařízeních a periferiích • V roce 2005 firma výrobu procesorů ukončila.

40. Procesory VIA C3, C7 (minulost) • Firma VIA Technologies koupila firmy Cyrix a IDT, pův. výrobce CPU • Nízká spotřeba energie • Nižší frekvence (kolem 1,5 GHz) • Nižší výkon než Intel nebo AMD na stejné frekvenci • Nižší příkon a tepelný výkon, vhodnější do mobilních zařízení

41. Superpočítačeneboli výkonné počítače • Počítače především pro následující účely • počítače pro náročné vědecké výpočty • servery v počítačových sítích • počítače pro zpracování a zobrazování grafické informace • Soutěž TOP500 Supercomputer Sites je neoficiálním „mistrovstvím světa“ superpočítačů • Projekt univerzit v Mannheimu a v Tennessee • Počítače hodnotí pomocí programu Linpack • Hodnotí se dvakrát ročně • http://www.top500.org

42. Výkonové a kvalitativní parametry procesorů