1 / 37

Procesory

Procesory. CO je to procesor?. Procesor nebo také CPU (Central Precessing Unit) je křemíkový čip , který řídí všechno dění v počítači. Je to mozek celého počítače. Skládá se z mikroskopicky velkých tranzistorů , které svým zapínáním a vypínáním provádějí výpočty .

boone
Download Presentation

Procesory

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. Procesory tvy procesory

  2. CO je to procesor? • Procesor nebo také CPU (Central Precessing Unit) jekřemíkový čip, který řídí všechno dění v počítači. • Je to mozek celého počítače. • Skládá se z mikroskopicky velkých tranzistorů, které svým zapínáním a vypínáním provádějí výpočty. • Frekvence spínání tranzistorů je obecná jednotka, která měří rychlost procesoru. • Čím vyšší frekvence, tím vyšší výkon. • V dnešní době to však platí pouze už jen u architektonicky stejných procesorů, protože se procesory AMD a Intel architektonicky liší. Např. 2GHz Athlon 64 může být stejně výkonný jako 3,2GHz Pentium 4. tvy procesory

  3. tvy procesory

  4. Základní pojmy • Processor - procesor - čip CPU -Central processing unit • Jádro HW systému počítače • Výkonná jednotka - vykonává instrukce, ze kterých se skládá program • Instrukce - elementární příkaz, strojová instrukce • Užívá jich nízký programovací jazyk- assembler • Nižší - vyšší --> „vzdálenost od stroje“ tvy procesory

  5. Typy instrukcí • Aritmetické - ADD, INC, CPM, NEG, … • Logické - AND, OR, XOR,… • Bitové posuny a rotace - SHR, SHL • Přesun dat - MOV, IN, OUT, PUSH, POP,… • Řízení běhu programu - JMP, JCXZ, LOOP, INT,…. tvy procesory

  6. tvy procesory

  7. Ukázka programu v assembleru • .model small • .stack 100h • .data • max equ 200 ;max pocet znaku • retez db max dup(?) • .code • startupcode • mov ah,3fh ;DOS fce cteni ze soub • mov bx,0 ;odkud se cte - 0 je standartni vstup • mov cx,max ;max pocet ctenych byt tvy procesory

  8. Ukázka programu v assembleru • mov dx,offset retez ;kde zacit cist • int 21h ;preruseni pro DOS fci • and ax,ax ;test, zda bylo neco nacteno • jz konec ;neni co resit - skonci • mov cx,ax ;do cx pocet nactenych bytu • push cx ;ulozit cx do zasobniku • mov bx,offset retez ;do bx adresa zacatku retezce • upravuj: ;cyklus pro upravu textu • mov al,[bx] ;nacteni prvnihom znaku • cmp al,41h ;porovnani znaku s hodnotou 'A' tvy procesory

  9. Ukázka programu v assembleru • jb neres ;h. znaku je mensi nez h. 'A' • cmp al,5ah ;porovnani znaku s hodnotou 'Z' • ja neres ;h. znaku je vetsi nez h.'Z' • add al,20h ;znak patri mezi velka p. - zmenim ; ho na male • neres: • mov [bx],al ;znak ulozim zpet • inc bx ;posunu se o jeden do predu • loop upravuj ;smycka rizena citacem cx, v cx pcet ; nactenych bytu tvy procesory

  10. Ukázka programu v assembleru • pop cx ;do cx hodnota ze zasobniku • mov ah,40h ;DOS fce cteni do souboru • mov bx,1 ;kam se zapisuje: 1 standartni vystup • mov dx,offset retez ;do dx zacatek retezce • int 21h ;preruseni pro DOS fci • konec: ;ukonceni z duvodu nuloveho vstupu • exitcode • end tvy procesory

  11. Ukázka programu v VB 5 • program vykonává tutéž funkci: Private Sub Command1_Click() Text2.Text = LCase(Text1.Text) End Sub tvy procesory

  12. Vývoj procesorů • r.1971 I 4004 4-bitový • r.1974 8080 8-bitový5000 tranzistorů, f = 500Hz až 2Mhz, D=8b, A=16b • r. 1978 8086 16-bitový29000 tranzistorů, f=5 až 10 Mhz, D=16b, A=20b • r. 198? 80286 16-bitový 140000 tranzistorů, f=12,5 Mhz, D=16b, A=24b tvy procesory

  13. Vývoj procesorů • r. 1986 80386 275000 tranzistorů, f=33 Mhz, A=32b2 modely: DX 32-bitový, navenek D=32b, uvnitř také 32b SX vnitřně 32-bitový, D=16b • r. 198? 80486 1 200 000 tranzistorů, f=50 Mhz, A=32b, D=32b2 modely:DX s matematickým koprocesorem SX bez matematického koprocesoru (není připojen) tvy procesory

  14. Vývoj procesorů • r. 1993 Pentium 3 100 000 tranzistorů, A=32b, D=64bsuperskalární, 2 vyrovnávací paměti po 8kBjedna pro data, jedna pro instrukcekombinace technik CISC a RISC • Pozn.Všechny předchozí typy (Intel) byli čistě CISC • Domácí úkol: tvy procesory

  15. Architektura • Sekvenční – instrukce se zpracovávají jedna po druhé (starší typy do 486) • Superskalární –dokáže zpracovat několik instrukcí najednou. Lze docílit : • Zdvojením funkčních celků (pentia ) • Promyšleným návrhem mikroprocesoru (celky pracují nezávisle na sobě) • Zrychlujícím prvkem je pipelining • Mechanismus zpracování instrukce jako superskalární (rozložení instrukce do více fází) „jako pásová výroba“ tvy procesory

  16. O co jde? • instrukce je rozdělena do několika stupňů • každý je vykonáván v rozdílném hodinovém cyklu • příklad pětistupňové pipeline • stupně • 1) výběr instrukce (čtení operačního znaku) • 2) dekódování • 3) výběr operandů • 4) vykonávání (provedení operace) • 5) zápis výsledku tvy procesory

  17. Zpracování instrukce tvy procesory

  18. Pipelining • po pěti hodinových cyklech je instrukce č. 1 hotová, instrukce 2 má jeden cyklus do dokončení... instrukce 5 proběhla prvním stupněm • takto je možné snadno vyřešit problém s nedostatečnou rychlostí elektronů a zvýšit tak frekvenci čipu • výsledný výpočetní výkon je totiž stejný bez ohledu na to, kolik stupňů pipeline má - vždy v jednom cyklu dojde k dokončení jedné instrukce tvy procesory

  19. CISC a RISC • Jak vznikaly složité soubory instrukcí (CISC): • Požadavky programátorů • Požadavky z vyšších prg. jazyků • Snaha zachovat kompatibilitu (přidat nové, ale nezrušit staré) • Technologické možnosti - počet tranzistorů může prudce vzrůstat tvy procesory

  20. CISC a RISC • Negativní důsledky nárůstu počtu instrukcí: • Je třeba mít na mysli, že: • 1. Každá nová instrukce vyžaduje nový mikroprogram • 2. Pro značný počet instrukcí musí být dekodér několikaúrovňový -> zpomalení • 3. Instrukce mají proměnlivý formát ->složitý řadič • Proto již od počátku 80-tých let alternativní směr • RISC (Reduced Instruction Set Computer) tvy procesory

  21. CISC a RISC • Pentium už bylo kombinací RISC a CISC • Určit zda současný mikroprocesor je RISC nebo CISC není prakticky možné. Jedná se vždy o využití obou přístupů. Záleží na rozhodnutí výrobce či obchodní strategii kam procesor zařadí. tvy procesory

  22. Výčet parametrů procesorů • Sada instrukcí • Architektura • Šířka datové sběrnice [b] • Šířka adresové sběrnice [b] • Vyrovnávací paměti-počet, typy, velikosti [kB] • Registry - velikost, počet • Rychlost [MHz, GHz] • Velikost zpracovávaného slova [b] tvy procesory

  23. Výčet parametrů procesorů • Počet instrukčních kanálů - více než jeden - superskalární • Napájení [V] • Typ patice tvy procesory

  24. Architektura • Nejdříve používaná 16-bitová architektura x86. • Později se začala používat 32-bitová • Zpětně kompatibilní 64-bitová architektura X86-64. • U AMD použita technologie AMD64. • Využíval ji poprvé procesor Athlon 64 • U Intelu použita technologie EM64T. • Využíval ji poprvé procesor Pentium D tvy procesory

  25. Virtualizace • U AMD použita technologie AMD-V (AMD virtualizace). • U Intelu použita technologie Intel VT-x (Intel virtualizační technologie pro x86). tvy procesory

  26. Instrukční sada Musí obsahovat instrukce pro přesuny dat mezi pamětí a registry.(arit.Log.pro řízení programu a systém.i viceproc.prostředí) • MMX první nejčastěji opakující se funkce • 3DNow AMD • KNI pro 3d aplikace Platí pravidlo musí je umět používat programy !!! tvy procesory

  27. Šetřící funkce • Snižuje frekvenci a napětí procesoru a díky tomu i spotřebu. U notebooku i výdrž baterie. • U AMD PowerNow (spotřeba a teplo) • U AMD použita technologie Cool´n´Quite. • Poprvé použita u procesorů postavených na jádře AMD K8. • U Intelu použita technologie SpeedStep. • Použito u procesoru Pentium M. • U VIA použita technologie LongHaul. • U Transmeta použita technologie LongRun. tvy procesory

  28. Multimediální technologie Těchto technologií je mnoho. Některé z nich: SSE (Streaming SIMD Extensions) • SSE4 - přidala 47 nových instrukcí Verze: SSE4.1, SSE4.2 a SSE4a • Technologii začal částečně podporovat procesor postavený na jádru Core 2, plně až Core i7 od Intelu. • SSE5 - přidala 170 nových instrukcí Součásti XOP, FMA4 a CVT16. tvy procesory

  29. Sběrnice • BSB (Back Side Bus) • použita na propojení mezi CPU a L2/L3 cache • FSB (Front Side Bus) • HyperTransport • Sběrnice mezi procesorem a čipsetem (případně CPU - CPU), vytvořená firmou AMD. Má vyšší přenosové rychlosti než FSB. • Po prvé použita u AMD K8. • QPI • Sběrnice mezi procesorem a čipsetem (případně CPU - CPU), vytvořená firmou Intel. Má vyšší přenosové rychlosti než FSB.Po prvé použita u Core i7. tvy procesory

  30. Adresování • Je to mechanismus, kterým mikroprocesor specifikuje adresy v paměti na nichž leží zpracovaná data tvy procesory

  31. Formát instrukce • instrukce se skládá ze tří částí : • 1) operační znak (OZ) – definuje typ instrukce • 2) doplněk operačního znaku – podává doplňující informace (např. délka operandu, modifikace adresy apod.) • 3) adresní část – operandy nebo jejich adresy • u některých instrukcí mohou být doplněk OZ či adresní část vynechány • např. instrukce NOP (No Operation)

  32. Více jader • Více jader na jediném čipu reviduje jejich cache. Hitem je sdílená poslední úroveň cache všemi jádry. Díky tomu je maximálně využitá, umožňuje sdílení dat více jádry, případně i nesymetrické využití cache různými jádry. Všechna jádra z ní mohou číst i zapisovat. Sem spadají například Intel Core2 Duo, Core i7 nebo všechny varianty AMD Phenom.

  33. Vyšší počet jader a/nebo vláken sice zvyšuje teoretický výpočetní výkon, klade ale vyšší nároky na programy a jejich programátory. Ti musí úlohu mezi všechna jádra rozdělit. Navíc některé úkoly k tomu přímo vybízejí, pro jiné je to téměř nemožné. • Proto je více jader pro některé programy spásou, pro jiné naopak.

  34. malý čip s jedním či dvěma jádry. Multi-Chip Module (MCM). Intel Pentium D 900 nebo Core2 Quad, IBM POWER. • neumožňuje mít jedinou cache, společnou pro všechna jádra. To některé programy zpomaluje, hlavně při vyšším počtu procesorů či jader. • Tradiční způsob je prosté umisťování více jader na jediný čip. označení chip-level multiprocessor (CMP). • Velká ploch čipu

  35. Někteří výrobci došli do okamžiku, kdy ani více jader nestačí. Proto oživil multithreading. To je případ IBM POWER6, Intel Core i7, jejich jádra předstírají, že jsou dvojitá. Extrémem jsou procesory Sun UltraSPARC T2, kde každé jádro má 8 vláken. Protože jde o osmijádrový procesor, podporuje celkově 64 vláken. • Hitem je sdílená poslední úroveň cache všemi jádry. Díky tomu je maximálně využitá, umožňuje sdílení dat více jádry, Všechna jádra z ní mohou číst i zapisovat. Sem spadají například Intel Core2 Duo, Core i7 nebo všechny varianty AMD Phenom.

  36. Systém přerušení -interrupt systém • Co je přerušeno? • Práce CPU - vykonávání programu. • Průběh přerušení: • 1) ukončí se právě probíhající instrukce • 2) obsah čítače instrukcí se uloží do zásobníkové paměti • 3) čítač instrukcí se nastaví na pevně určenou adresu • 4) zablokuje se další přerušení tvy procesory

  37. Systém přerušení -interrupt systém • 5) proběhne obslužný programtzn. ten kdo žádal procesor o výpočty je obsloužen • 6) CPU naváže na přerušenou práci - viz adresy instrukcí dočasně v zásobníkové paměti Hlavní program Přerušení Obslužný program Pokračování hlavního programu tvy procesory

More Related