Mikroprocesor
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Mikroprocesor. Przetwarzanie informacji odbywa si ę przy u Ŝyciu systemu mikroprocesorowego. Najwa Ŝniejsz ą cz ęś ci ą takiego systemu jest układ przetwarzaj ący informacje, czyli procesor. Procesor przetwarza informacje wykonuj ąc na niej elementarne operacje zwane instrukcjami (rozkazami). Ci ąg takich instrukcji realizuj ący konkretne zadanie przetwarzania informacji nazywamy programem. Dlatego te Ŝ do systemu mikroprocesorowego oprócz danych nale Ŝy tak Ŝe dostarczy ć tak Ŝe program lub zestaw programów, czyli oprogramowanie (software). Procesor jest układem scalonym, którego działanie polega na wykonywaniu instrukcji programów, czyli jego rol ę mo Ŝna porówna ć do mózgu człowieka. Procesor nadzoruje i synchronizuj e prac wszystkich ę urz ądze ń w komputerze. Poszczególne rodzaje procesorów ró Ŝni ą si ę od siebie poprzez inn ą architektur ę (CISC lub RISC), liczb ę bitów przetwarzanych w jednym cyklu (mówimy np. o procesorze 16-, 32-, 64- bitowym), czy te Ŝ poprzez cz ęstotliwo ść taktowania podawan ą w MHz. Poj ęcie procesora jest cz ęsto uto Ŝsamiane z poj ęciem CPU (Central Processing Unit – główna jednostka przetwarzania danych). W przypadku komputera jednoprocesorowego CPU oraz procesor oznaczaj ą dokładnie to samo i cz ęś ciej u Ŝywa si ę wła śnie tego drugiego terminu. Kiedy jednak na płycie głównej znajduje si ę wi ęcej procesorów, to słowo CPU nabiera szerszego znaczenia - jest zbiorczym okre śleniem wszystkich procesorów (nie nale Ŝy wi ęc uŜywa ć sformułowania typu - ten komputer posiada 2 CPU"). W celu stworzenia efektywnie pracuj ącego systemu mikroprocesorowego procesor musi współpracowa ć z dodatkowymi układami, takimi jak pami ęć oraz układy wej ścia/wyj ścia. Znaczenie poszczególnych układów: • CPU - przetwarzanie informacji oraz sterowanie prac ą pozostałych układów systemu. W skład CPU wchodz ą: mikroprocesor, zegar, koprocesor arytmetyczny oraz opcjonalnie sterownik magistral. • mikroprocesor przetwarza informacje i steruje prac ą reszty układów, • zegar systemowy wytwarza tzw. przebiegi czasowe niezb ędne do pracy mikroprocesora i całego systemu, • sterownik magistral po średniczy w sterowaniu magistralami, wytwarzaj ąc na podstawie informacji z mikroprocesora sygnały steruj ące prac ą pami ęci i układów wej ścia/wyj ścia, • koprocesor arytmetyczny słu Ŝy do wykonywania numerycznych oblicze ń zmiennoprzecinkowych. • Pami ęć - przechowywanie programów (bloków instrukcji) w miejscu, sk ąd mikroprocesor mo Ŝe je szybko, bez zb ędnego oczekiwania, odczytywa ć. W bloku pami ęci systemu stosuje si ę pami ęci RAM (pami ęć operacyjna) oraz ROM (np. BIOS). • Uk łady wej ścia/wyj ścia I/O- po średniczenie w wymianie informacji pomi ędzy mikroprocesorem i pami ęci ą systemu a urz ądzeniami zewn ętrznymi w stosunku do systemu - drukarka, monitor, stacja dysków. • Magistrala danych DB - przesyłanie danych, wyników oraz kodów instrukcji. Jest to magistrala dwukierunkowa, tzn. informacje zarówno wypływaj ą do mikroprocesora, jak i s ą przez niego wysyłane do innych układów. • Magistrala adresowa AB - przesyłanie adresów komórek pami ęci lub układów wej ścia/wyj ścia, z którymi chce si ę komunikowa ć mikroprocesor. Jest to magistrala jednokierunkowa, tzn. adresy s ą generowane przez mikroprocesor i s ą kierowane do pami ęci b ądź układów wej ścia/wyj ścia. • Magistrala steruj ąca CB - sterowanie prac ą układów współpracuj ących z mikroprocesorem oraz sygnalizowanie pewnych okre ślonych stanów tych układów. Budowa mikroprocesora Podstawowa budowa procesora sprowadza si ę do jednostki wykonawczej EU (Execution Unit), która przetwarza informacje wykonuj ąc wszelkie operacje arytmetyczne i logiczne oraz jednostki steruj ącej CU, która okre śla rodzaj wykonywanych operacji. W skład jednostki wykonawczej wchodz ą: jednostka arytmetyczno-logiczna ALU oraz zestaw współpracuj ących z ni ą rejestrów. Informacj ą wej ściow ą cz ęś ci wykonawczej s ą dane, za ś wyj ściow ą wyniki (liczby, tekst, sygnały steruj ące prac ą urz ądze ń, itp.). W skład jednostki steruj ącej CU wchodz ą: rejestr rozkazów IR, dekoder rozkazów i układ sterowania. W rejestrze rozkazów przechowywany jest kod aktualnie wykonywanego rozkazu. Kody rozkazów pobierane s ą do rejestru rozkazów z pami ęci. Ci ąg rozkazów tworzy program wykonywany przez system. Po pobraniu z pamięci kod rozkazu jest dekodowany w dekoderze rozkazów, czyli jest okre ślane, jakiego rozkazu kod znajduje si ę w dekoderze rozkazów. Na tej podstawie układ sterowania wytwarza odpowiedni sygnał steruj ący. Architektura procesora CISC (Complex Instruction Set Computing - obliczenia z rozbudowanym zestawem instrukcji) Według architektury CISC były tworzone ju Ŝ pierwsze procesory, które wyposa Ŝano w pełny zestaw instrukcji maj ący im zapewni ć wykonanie ka Ŝdego polecenia uŜytkownika (konkretnie programu). Z czasem okazało si ę jednak, Ŝe w 80 procentach wypadków było wykorzystywanych tylko 20 procent dost ępnych instrukcji, a pozostałe tylko sporadycznie. Zaowocowało to bardziej zaawansowan ą architektur ą o nazwie RISC. Procesory montowane w pecetach, np. procesor Pentium, bazuj ą na architekturze typu CISC. RISC (Reduced Instruction Set Computing - obliczenia ze zredukowanym zestawem instrukcji) Rodzaj architektury procesora, według której produkowane s ą najnowocze śniejsze i najbardziej wydajne procesory, takie jak Alpha czy PowerPC. Architektura RISC charakteryzuje si ę przede wszystkim: nieliczn ą list ą rozkazów (zawieraj ącą tylko proste rozkazy wykonywane typowo w czasie jednego cyklu maszynowego), wył ącznie prostymi trybami adresowania (zwykle tylko adresowanie natychmiastowe, adresowanie bezpo średnie, adresowanie za pomoc ą rejestrów), du Ŝą liczb ą rejestrów uniwersalnych, wykonywaniem operacji arytmetycznych i logicznych wył ącznie na argumentach umieszczonych w rejestrach uniwersalnych, wykorzystaniem mechanizmów przyspieszaj ących prac ę procesora (praca potokowa, pami ęć podr ęczna). Słowniczek MIPS (Million Instructions Per Second - milion instrukcji na sekund ę) Coraz rzadziej uŜywany współczynnik mierz ący moc obliczeniow ą procesorów. Okre śla on, ile milionów instrukcji mo Ŝe przetworzy ć dany procesor w ci ągu sekundy. Ró Ŝne instrukcje wymagaj ą ró Ŝnego zaanga Ŝowania si ę w nie procesora, a oprócz tego rzeczywista szybko ść komputera zale Ŝy j eszcze od innych czynników - takich jak szybko ść dysków twardych, pami ęci RAM, magistrali danych, itp. FLOPS (Floating Point Operations Per Second - operacje zmiennopozycyjne na sekund ę) Jednostka wydajno ści obliczeniowej procesorów. Jeden FLOPS to jedna operacja zmiennopozycyjna wykonana w ci ągu jednej sekundy. Moc obliczeniow ą współczesnych procesorów mierzy si ę w gigaflopsach (GFLOP). Częstotliwo ść taktowania Jest to rytm pracy procesora w komputerze. Funkcj ę wyznaczaj ącego j ą metronomu pełni kryszta krzemowy, który podaje procesorowi tempo dzia ania (ł ł liczba cykli obliczeniowych na sekund ę). Pierwsze pecety IBM XT miały procesory działaj ące z cz ęstotliwo ści ą taktowania 4,77 MHz. Obecnie produkuje si ę procesory w zakresie do 4 GHz. Zwi ększanie cz ęstotliwo ści taktowania procesorów to nie jedyny sposób na wzrost ich szybko ści działania. Wa Ŝna jest tak Ŝe architektura, liczba przetwarzanych bitów w jednym cyklu, itd. Częstotliwo ść Parametr okre ślaj ący, jak cz ęsto w ci ągu sekundy powtarza si ę jakie ś cykliczne zjawisko, np. ruch wahadła. Warto ść cz ęstotliwo ści jest podawana w hercach (oznaczane Hz), gdzie 1 Hz to jedno drgnienie (wychylenie od stanu pocz ątkowego i powrót do niego) na sekund ę. Herc Jednostka miary cz ęstotliwo ści opisująca liczb ę drga ń sygnału na sekund ę. Sygnał 100 herców (Hz) drga wi ęc 100 razy na sekund ę. W kilohercach (kHz) mierzy si ę np. cz ęstotliwo ść próbkowania d źwi ęku, a w megahercach (MHz) cz ęstotliwo ść taktowania procesora. Jednostka herc pochodzi od nazwiska niemieckiego fizyka Heinricha Hertza, który zajmował si ę min. badaniem fal. Rodzaje gniazd, identyfikacja i układy chłodzenia procesorów Gniazda procesorów. Procesory na płycie głównej montowane s ą w tzw. gniazdach. Rodzaj gniazda zale Ŝy od generacji procesora, a tak Ŝe od producenta procesora. Najpopularniejszy rodzaj gniazda to gniazdo typu Socket, w którym procesor w postaci samodzielnego układu z wyprowadzeniami (pinami, nó Ŝkami, ko ńcówkami) jest montowany w odpowiadaj ącym mu kształtem gnie ździe. Inny rodzaj gniazda to gniazdo typu Slot, w którym procesor montowany jest w postaci karty rozszerzaj ącej. Tabela 1. Zestawienie gniazd procesorów Poni Ŝej znajduje si ę spis wszystkich dost ępnych gniazd i slotów procesorów z podziałem na producentów: Sockety firmy AMD • Super Socket 7 – AMD K6-2, AMD K6-III, Rise Technology, mP6 • Socket 563 – AMD Athlon, Mobile Athlon XP, XP-M (µ-PGA Scket) • Socket 754 – Athlon 64, Sempron, Turion 64 • Socket 939 – Athlon 64, Sempron • Socket 940 – Athlon 64, Opteron • Socket A (Socket 462) – Athlon, Duron, Sempron • Socket AM2 – (znany wcze śniej jako Socket M2) Athlon 64, Opteron 1xx; (PGA 940) • Socket AM2+ – (PGA 94) • Socket AM3 – • Socket AM3+ – • Socket F (Socket 1207) – nowa podstawka AMD do procesorów Opteron • Socket S1 – Athlon 64 Mobile • Socket FM1 - nowa podstawka dla APU • Socket FM2 - nowa podstawka dla APU 2 generacji Sockety firmy Intel • Socket 1 – 486 • Socket 2 – 486 • Socket 3 – 486, AMD 5x86, Cyrix Cx 5x86, Pentium OverDrive; 63-83 MHz • Socket 4 – Pentium P5 oraz Pentium OverDrive; 60/66 MHz • Socket 5 – Intel Pentium 75-133 MHz; AMD K5 • Socket 6 – 486 • Socket 7 – Pentium, MMX, AMD K5, AMD K6, AMD K6-2, AMD K6-III, Cyrix