MiniRepetytorium Mikroprocesor

Pierwszy komercyjny mikroprocesor Intel 4004 (1971 rok)

CPU (ang. Central Processing Unit)  - układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim stopniu integracji zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonego ciągu instrukcji.
Tematy:
  1. Procesor i jego budowa
  2. Działanie i architektura
  3. Wydajność i tryby pracy
  4. Dodatkowe funkcje i pamięć cache
  5. Procesory 32-, 64-bitowe i wielordzeniowe
  6. Odprowadzanie ciepła

Procesor i jego budowa

Schemat mikroprocesora
RAM - Pamięć operacyjna
ALU - Jednostka arytmetyczno-logiczna
FPU - Koprocesor arytmetyczny, jednostka zmiennoprzecinkowa
ACC - (lub A) Akumulator
FLAG - Rejestr flagowy (stanu, statusu)
CU - Układ sterowania
IR - Rejestr instrukcji

Rejestry

komórki pamięci o niewielkich rozmiarach umieszczone wewnątrz procesora i służące do przechowywania tymczasowych wyników obliczeń, adresów lokacji w pamięci operacyjnej itd. Większość procesorów przeprowadza działania wyłącznie korzystając z wewnętrznych rejestrów, kopiując do nich dane z pamięci i po zakończeniu obliczeń odsyłając wynik do pamięci.

Magistrale

(ang. bus) – zespół linii przenoszących sygnały oraz układów wejścia-wyjścia służących do przesyłania sygnałów między połączonymi urządzeniami w systemach mikroprocesorowych. Wyróżniamy magistrale: danych, adresowa, pamięci, sterująca.

Pamięć podręczna

(ang. cache) – mechanizm, w którym część spośród danych zgromadzonych w źródłach o długim czasie dostępu i niższej przepustowości jest dodatkowo przechowywana w pamięci o lepszych parametrach. Ma to na celu poprawę szybkości dostępu do tych informacji, które przypuszczalnie będą potrzebne w najbliższej przyszłości.

Działanie i architektura

Schemat działania mikroprocesora
 Architektury wynikające ze złożoności wykonywanych instrukcji:
  • CISC (ang. Complex Instruction Set Computer) ma bogaty zestaw instrukcji o dużych możliwościach;
  • RISC  (ang.  Reduced Instruction Set Computer) ma prostszy i mniejszy zestaw instrukcji.

Wydajność i tryby pracy

Program CPU-Z

Dodatkowe funkcje i pamięć cache

Dodatkowe funkcje mikroprocesorów:
  • MMX (ang. Multimedia Extensions lub Matrix Math Extensions) - zestaw 57 instrukcji dla procesorów Intel Pentium i zgodnych.
  • SSE, SSE2, SSE3, SSE4 (HD Boost) (ang. Streaming SIMD Extensions) - jest nazwą zestawu instrukcji wprowadzonego w 1999 roku w procesorach Intel Pentium III.
    3DNow, Enhanced 3DNow!, 3DNow! Professional analogicznie dla procesorów AMD
  • HT Hyper-Threading Technology (technologia hiperwątkowości)
  • Przetwarzanie wielordzeniowe 
  • Dynamic Execution (dynamiczne wykonywanie)
  • Intel Turbo Boost
    AMD Turbo CORE
  • AMD PowerNow!
Pamięć podręczna procesora (ang. CPU cache) - jest pamięcią typu SRAM o krótkim czasie dostępu. Zlokalizowana jest często bezpośrednio w jądrze procesora.
Poziomy pamięci:
  • L1 - pamięć podręczna pierwszego poziomu, .lokalizowana we wnętrzu procesora przyspiesza dostęp do bloków pamięci wyższego poziomu.
  • L2 - pamięć podręczna drugiego poziomu, jest wykorzystywana jako bufor pomiędzy pamięcią RAM a jądrem procesora i pamięcią L1.
  • L3 - pamięć podręczna procesora trzeciego poziomu, jest wykorzystywana, gdy pamięć L2 jest niewystarczająca aby pomieścić potrzebne dane.

    Procesory 32-, 64-bitowe i wielordzeniowe

    • Określanie typu procesora
    • Prawo Moore’a
    • Architektury  wielordzeniowe
    Pierwsze mikroprocesory dwurdzeniowe IBM Power 4 z 2001,
    AMD Opteron i Intel Pentium Extreme Edition z 2005 roku.

    Odprowadzanie ciepła

    Metody:
    • Radiatory pasywne i aktywne
    • Alternatywne np. wodne, cieczą, ogniwo  Peltiera i inne

    Zadania:



    Więcej: