A processzor
feladata és története
A CPU (angol: Central Processing Unit – központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép „agya”, azon egysége, amely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. Egy szilícium kristályra integrált, sok tízmillió tranzisztort tartalmazó digitális egység. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza. A PC-be helyezett processzort az Intel fejlesztette ki. A processzor alatt általában mikroprocesszort értünk, régebben a processzor sok különálló áramkör volt, ám a mikroprocesszorral sikerült a legfontosabb komponenseket egyetlen szilíciumlapkára integrálni.
Az első mikroprocesszor az 1971-ben megjelent 4 bites szóhosszúságú Intel 4004 volt. Később több sikeres 8 bites sorozat jelent meg több gyártó részéről (Intel 8008, 8080, 8085, Zilog Z80, Motorola 6800, MOS Technology 6502). A 80-as évektől kezdve megnőtt a processzorok szóhossza (Intel 8086 (az IBM PC és PC/XT processzora): 16 bit (20-bites címtartomány), Intel 80286 (a PC/AT processzora): 16 bit (24 bites címtartomány) – 1982, Intel 80386: 32 bit – 1985) az órajel folyamatos növekedése mellett. Az x86-64 a x86-os architektúra 64 bites leszármazottja. Az x86-64 utasításkészlet támogatja Intel x86-os architektúráját, és az Advanced Micro Devices (AMD) tervezte, majd átnevezte AMD64-re. Ezt az architektúrát az Intel lemásolta és Intel 64-nek nevezte el (régebben Yamhill, Clackamas Technológia, CT, IA-32e és EM64T neveken volt ismert). Ez vezetett a hétköznapi nyelvben az x86-64 vagy x64 elnevezések használatához, mint gyártó-független fogalmakhoz, amikor a két közel azonos kivitelezésű architektúrára hivatkozunk.
AGU: (Address Generation Unit) - a címszámító egység, feladata a programutasításokban található címek leképezése a főtár fizikai címeire és a tárolóvédelmi hibák felismerése.
CU: (Control Unit a.m. vezérlőegység vagy vezérlőáramkör). Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következő utasítást, értelmezi és végrehajtatja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét.
Regiszter (Register): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű memória. A regiszterek addig (ideiglenesen) tárolják az információkat, utasításokat, amíg a processzor dolgozik velük. A mai gépekben 32/64 bit méretű regiszterek vannak. A processzor adatbuszai mindig akkorák, amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. Például egy 32 bites regisztert egy 32 bites busz kapcsol össze a RAM-mal. A regiszterek között nem csak adattároló elemek vannak (bár végső soron mindegyik az), hanem a processzor működéséhez elengedhetetlenül szükséges számlálók, és jelzők is. Ilyen például :
utasításszámláló, (PC=program counter, IP=instruction pointer) ami mindig a következő végrehajtandó utasítás címét,
utasításregiszter (IR=instruction register), mely a memóriából kiolvasott utasítást tárolja. E kód alapján határozza meg a vezérlőegység az elvégzendő műveletet
flagregiszter, amely a processzor működése közben létrejött állapotok jelzőit (igaz, vagy hamis),
veremmutató (SP = Stack Pointer) ,
és az akkumulátor, (AC) amely pedig a logikai és aritmetikai műveletek egyik operandusát, majd az utasítás végrehajtása után az eredményt tartalmazza.
Buszvezérlő: A regisztert és más adattárolókat összekötő buszrendszert irányítja. A busz továbbítja az adatokat.
Cache: A modern processzorok fontos része a cache (gyorsítótár). A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált memória, ami a viszonylag lassú rendszermemória-elérést hivatott kiváltani azoknak a programrészeknek és adatoknak előzetes beolvasásával, amikre a végrehajtásnak közvetlenül szüksége lehet. A mai PC processzorok általában két gyorsítótárat használnak, egy kisebb (és gyorsabb) első szintű (L1) és egy nagyobb másodszintű (L2) cache-t. A gyorsítótár mérete ma már megabyte-os nagyságrendű.
A CPU (angol: Central Processing Unit – központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép „agya”, azon egysége, amely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. Egy szilícium kristályra integrált, sok tízmillió tranzisztort tartalmazó digitális egység. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza. A PC-be helyezett processzort az Intel fejlesztette ki. A processzor alatt általában mikroprocesszort értünk, régebben a processzor sok különálló áramkör volt, ám a mikroprocesszorral sikerült a legfontosabb komponenseket egyetlen szilíciumlapkára integrálni.
A processzorok története
Az első mikroprocesszor az 1971-ben megjelent 4 bites szóhosszúságú Intel 4004 volt. Később több sikeres 8 bites sorozat jelent meg több gyártó részéről (Intel 8008, 8080, 8085, Zilog Z80, Motorola 6800, MOS Technology 6502). A 80-as évektől kezdve megnőtt a processzorok szóhossza (Intel 8086 (az IBM PC és PC/XT processzora): 16 bit (20-bites címtartomány), Intel 80286 (a PC/AT processzora): 16 bit (24 bites címtartomány) – 1982, Intel 80386: 32 bit – 1985) az órajel folyamatos növekedése mellett. Az x86-64 a x86-os architektúra 64 bites leszármazottja. Az x86-64 utasításkészlet támogatja Intel x86-os architektúráját, és az Advanced Micro Devices (AMD) tervezte, majd átnevezte AMD64-re. Ezt az architektúrát az Intel lemásolta és Intel 64-nek nevezte el (régebben Yamhill, Clackamas Technológia, CT, IA-32e és EM64T neveken volt ismert). Ez vezetett a hétköznapi nyelvben az x86-64 vagy x64 elnevezések használatához, mint gyártó-független fogalmakhoz, amikor a két közel azonos kivitelezésű architektúrára hivatkozunk.
A processzor főbb részei
ALU: (Arithmetic and Logical Unit – Aritmetikai és Logikai Egység). A processzor alapvető alkotórésze, ami alapvető matematikai és logikai műveleteket hajt végre. Sebessége növelhető egy koprocesszor (FPU, Floating Point Unit, lebegőpontos műveleteket végző egység) beépítésével. Az FPU korábban külön részegység volt, manapság a processzorok mindegyike beépítve tartalmazza.AGU: (Address Generation Unit) - a címszámító egység, feladata a programutasításokban található címek leképezése a főtár fizikai címeire és a tárolóvédelmi hibák felismerése.
CU: (Control Unit a.m. vezérlőegység vagy vezérlőáramkör). Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következő utasítást, értelmezi és végrehajtatja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét.
Regiszter (Register): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű memória. A regiszterek addig (ideiglenesen) tárolják az információkat, utasításokat, amíg a processzor dolgozik velük. A mai gépekben 32/64 bit méretű regiszterek vannak. A processzor adatbuszai mindig akkorák, amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. Például egy 32 bites regisztert egy 32 bites busz kapcsol össze a RAM-mal. A regiszterek között nem csak adattároló elemek vannak (bár végső soron mindegyik az), hanem a processzor működéséhez elengedhetetlenül szükséges számlálók, és jelzők is. Ilyen például :
utasításszámláló, (PC=program counter, IP=instruction pointer) ami mindig a következő végrehajtandó utasítás címét,
utasításregiszter (IR=instruction register), mely a memóriából kiolvasott utasítást tárolja. E kód alapján határozza meg a vezérlőegység az elvégzendő műveletet
flagregiszter, amely a processzor működése közben létrejött állapotok jelzőit (igaz, vagy hamis),
veremmutató (SP = Stack Pointer) ,
és az akkumulátor, (AC) amely pedig a logikai és aritmetikai műveletek egyik operandusát, majd az utasítás végrehajtása után az eredményt tartalmazza.
Buszvezérlő: A regisztert és más adattárolókat összekötő buszrendszert irányítja. A busz továbbítja az adatokat.
Cache: A modern processzorok fontos része a cache (gyorsítótár). A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált memória, ami a viszonylag lassú rendszermemória-elérést hivatott kiváltani azoknak a programrészeknek és adatoknak előzetes beolvasásával, amikre a végrehajtásnak közvetlenül szüksége lehet. A mai PC processzorok általában két gyorsítótárat használnak, egy kisebb (és gyorsabb) első szintű (L1) és egy nagyobb másodszintű (L2) cache-t. A gyorsítótár mérete ma már megabyte-os nagyságrendű.
A processzor működése
- Az utasítás beolvasása a memóriából a processzorba: A memória címtárólójából, az AR-ból (address register - címregiszter) kerül át a processzor címtárolójába az IP-be (instruction pointer). Ezek után a memória adattároló regiszteréből, a DR-ből (data register - adatregiszter) kerülnek át az adatok a processzor adattárolójába, az IR (instruction register)-be.
- A beolvasott utasítás dekódolása, elemzése: Az ALU az utasítás kódját értelmezi, melyből kiderül milyen műveletet kell elvégeznie, és hogy mennyi adatot kell beolvasni még ahhoz, hogy meghatározhatóak legyenek az operandusok, amelyeken a műveleteket végzi.
- A művelet végrehajtása, mely eredménye az LR3 segédregiszterbe kerül.
- Eredmény tárolása: az LR3 segédregiszterből vagy egy másik regiszterbe, vagy a DR-en keresztül a memóriacímre kerül.
- A következő utasítás címének meghatározása: A szekvenciális program esetében az IP értékének megnövelésével jut el az ALU a következő utasítás címéhez. Ellenkező esetben egy regiszter tartalmazza a következő utasítás címét, melyet a processzor az IP-be ír.
Intel 4004 (1971):
Hogyan készül a processzor:
- 4 bites
- 2300 tranzisztor
- címezhető memória 640 byte
- felhasználási terület Japán - kijelző nélküli számológép
Intel 8008 (1972):
- 8 bites előrelépés
- órajel: 200 kHz később 800 kHz
- Tranzisztorok száma 3500
- Címezhető memória 16 Kbyte
- CTC-nek készült, de nem érte el az eredményt
Intel 8080 (1974):
- 4500 tranzisztor
- 2 MHz
- Címezhető memória 634 Kbyte
- Altari 8800, az első széles körben elterjedt számítógép (1975)
Intel 8086 (1978):
- Órajel 4,77 MHz
- 29000 tranzisztor
- 1 Mbyte címezhető memória
Intel 8088 (1981)
- IBM számára készül
- 16 bites belső adatbusz
- 29000 tranzisztor
- 40 tűs láb
- Az előző olcsóbbá tett verziója
- 1981 az első IBM pc asztalra kerül
- Az IBM és Intel nyer, de a már érkezik Lisa
Intel 80286 (1982)
- 134000 tranzisztor
- Címezhető memória 16 Mbyte
- AMD probléma
- Felülről kompatibilis
- 15 millió eladott
- Védett programozás kontra Valós programozás
- 1985 első windows / xerox ellen
- 1983 chmos technika fogyasztás csökkenés
Intel 80386 (1985)
- 275000 tranzisztor
- 16-33 MHz-es
- teljesen 32 bites
- Valós, védett, és 386-os módban történő futtatás, több program egyidejű futtatása
- 1988 SX, 1990 SL
- 1991 érkezik Linus Towards, aki 386-ra fejleszt
Intel 80486 (1989)
- 1,2 millió tranzisztor
- 4 GByte címezhető memória
- DX a üzleti szféra a közönség és SX az otthoni felsználó
- teljes siker újra 1992 DX2, 1994 DX4.
- Overdrive hely
Intel 586 - Pentium (1993)
- 2 utasítás végrehajtó egység
- 3,1 millió tranzisztor
- tejesen 32 bites mikroprocesszor
- 60 MHz
- Folyamatos gyorsulás 75-MHz-ről 200 MHz-re
- Cyrix és AMD versenybe száll
Pentium Pro (1995)
- 200 MHz
- 5,5 millió tranzisztor
Pentium MMX (1997)
- cél a multimédia
- 4,5 millió tranzisztor
- 200/233 MHz
Pentium II. (1997)
- a Pro és az MMX ötvözete
- 7,5 millió tranzisztor
- 300 MHz
- cache memória már nem bírja a sebességet, ezért a processzor találgat
- 2 darab egymástól független számolás
- Mobile Pentium II. család a notebook piacot letarolja
- Celeron az olcsó Xeon a gyorsabb (1988)
Pentium III. (1999)
- 450-600 MHz
- 9,5 millió tranzisztor
1 GHz-es álomhatárt az AMD lépi át.
Megjelenik a Hyper Pipeline technika a Pentium IV-ben(42 millió tranzisztor). De ennek ellenére az Intel vereséget szenved.
AMD processzorok sorozata: Duron, Sempron, Athlon XP, Mobile Athlon XP.
Intel Itanium
megjelenik benne a HyperTreading technika. Ez a processzor fajta főként a szerverek környékén terjedt el.
Mivel a HT technika túl drága és sikerült megoldani a több magos processzor gyártását, így az új irány utóbbi lesz.
Mivel a processzorok fejlesztése annyira sok irányú lett, így most már nincs igazán értelme elemezni egyes processzorok erejét.
És egy videó a processzorok fejlődésének összefoglalására:
Hogyan készül a processzor:
Hyperthreading technika:
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése