Charakterystyczne cechy, które odró niaj procesory od siebie to:

Transkrypt

1 Prcesr (CPU - centralna jednstka wyknawcza) t uk ad scalny, któreg dzia anie plega na wyknywaniu instrukcji prgramów. Nadzruje n i synchrnizuje prace wszystkich urz dzen w kmputerze. Charakterystyczne cechy, które dró niaj prcesry d siebie t: 1. Architektura (CISC lub RISC) 2. Liczba bitów przetwarzana w jednym takcie 3. Cz sttliw taktwania pdawana w MHz Wszystkie mikrprcesry zawieraj pdbne elementy: 1. Uk ad sterwania i synchrnizacji, który kntrluje prac prcesra i wytwarza sygna y ptrzebne d sterwania niektórymi elementami kmputera. 2. Arytmmetr, czyli uk ad, który wyknuje peracje arytmetyczne i lgiczne (niektóre prcesry maj kilka arytmmetrów). 3. Rejestry, tj. uk ady pami ci. 4. Wbudwana pami pdr czna cache,która dzia a pdbnie d zewn trznej pami ci RAM. Zapewnia na, e prcesr nie jest zmuszny czeka na dane ptrzebne mu d pracy. 5. Kprcesr matematyczny, który jest zestawem instrukcji przeznacznych d bs ugi skmplikwanych peracji matematycznych. 6. Wewn trzne szyny cz ce elementy prcesra. Pdstawwymi rejestrami, które znajduj si w ka dym mikrprcesrze, s : 1. Licznik rzkazów - zawiera n adres nast pneg rzkazu d wyknania. 2. Rejestr rzkazów - zawiera kd aktualnie wyknywaneg rzkazu. 3. Akumulatr, jest u ywany w czasie wyknywania rzkazów arytmetycznych, lgicznych, I/O i in. niektóre prcesry maj kilka takich rejestrów. 4. Rejestr znaczników - zawiera ddatkwe infrmacje wyniku peracji arytmetycznlgicznych, np. "wynik równy zeru". 5. Schemat blkwy prcesra: OZNACZENIA:

2 RAM (Randm Acces Memry) - pami peracyjna BU (Bus Unit) - uk ad zarz dzaj cy magistralami AU (Addresing Unit) - uk ad bliczania adresu pczny z MMU (Memry Management Unit) uk adem zarz dzania pami ci IU (Instructin Unit) - dekder instrukcji EU (Executin Unit) -mdu wyknawczy zawiera ALU (Aritmetic-Lgic Unit) jednstk arytmetyczn-lgiczn FPU (Flating Pint Unit) jednstk zmiennprzecinkw ALU - uk ad ten jest cz st nazywany uk adem wyknawczym prcesra, pniewa wyknuje n wi ksz rzkazów zlecanych prcesrwi. Blk ALU jest uk adem, który realizuje ró ne funkcje w zale n ci d zaprgramwanej peracji, tj. rzkazu umieszczneg w prgramie. Argumentami tych rzkazów s s wa binarne. Rzkazy te mg dtyczy peracji artmetycznych (ddawanie i dejmwanie) lub lgicznych (sumwanie, mn enie itp.). Rejestry: Zarówn jednstka artmetyczn-lgiczna jak i uk ad sterwania musi wspó pracwa z kre lnym zestawem rejestru. Zawart pewnej czci rejestru m e by zmienina w wyniku wyknania przez prcesr kre lnej instrukcji. Rejestry takie nazywamy rejestrami dst pnymi prgramw. W grupie tych rejestrów wyst puj takie typy rejestrów, których dpwiedniki znajduj si praktycznie w ka dym mikrprcesrze. Ich pjemn lub il m e si zmienia jednak zastswanie i wyknywane zadania pzstaj takie same. A - akumulatry B,C,D,E,H,L - rejestry rbcze SP - wska nik stsu F - rejestr flagwy PC - licznik rzkazów Akumulatr - jest t rejestr, który zawiera jeden z argumentów wyknywanej peracji i d któreg adwany jest wynik wyknywanej peracji. Rejestr flagwy - zawiera ddatkwe cechy wyniku wyknywanej peracji, które ptrzebne s d pdj cia decyzji dalszym spsbie przetwarzania infrmacji. Cechami tymi mg by : znak wyniku, przekrczenie zakresu, parzysta lub nieparzysta liczba jedynek. Wyst pienie kre lnej cechy sygnalizwane jest ustawieniem lub wyzerwaniem kre lneg bitu w rejestrze flagwym. Ustawine bity nazywane s znacznikami lub flagami. Licznik rzkazów jest jednym z isttniejszych rzkazów dzi ki któremu prcesr ptrafi pbiera klejne rzkazy d wyknania. Licznik rzkazów - zawiera adresy kmórki pami ci w której przechwywany jest kd rzkazu przeznaczny d wyknania jak nast pny. Oprócz teg prcesr ma kilka (kilkana cie) rejestrów u ywanych w czasie wyknywania niektórych rzkazów np. wska nik stsu s ucy d adreswania pami ci. Stsem nazywamy wyró niny bszar pami ci, u ywany wed ug nast puj cych regu : Infrmacje zapisywane s na sts d klejnych kmórek przy czym adneg adresu nie wln pmin Infrmacje dczytuje si w klejn ci dwrtnej d zapisu Infrmacje dczytujemy z statni uzupe nianej kmórki natmiast zapisujemy d pierwszej wlnej

3 Sts jest wydzielnym miejscem w pami ci w którym bwi zuje zasada: statni wchdzi pierwszy wychdzi. Zegar Najbardziej charakterystycznym parametrem pisuj cym ka dy prcesr jest cz sttliw pracy zegara. Zegar pe ni rl dyrygenta krdynuj ceg prac elementów prcesra. Wszystkie peracje s synchrnizwane zegarem kre lnej, sta ej cz sttliw ci. Im cz sttliw jest wi ksza, tym praca prcesra jest wydajniejsza, gdy m e n wykna wi cej instrukcji w ci gu jednej sekundy. Nwe prcesry maj craz szybsze zegary, jednak cz sttliw ci taktwania nie m na zwi ksza w niesk czn. Maksymalna jej wart jest uwarunkwana zastswan technlgi prdukcji prcesra. Im mniejsze szerk ci cie ek twrz cych struktur prcesra, tym wi ksza maksymalna cz sttliw taktwania. Efektem ubcznym zwi kszania cz sttliw ci jest wi ksze zu ycie energii, wydzielanej w pstaci ciep a. Czciw m na temu przeciwdzia a, stsuj c technlgie um liwiaj ce zasilanie prcesrów ni szym napi ciem. Pami pdr czna Mdele prcesrów ró ni si d siebie tak e il ci pami ci pdr cznej (ang. cache) wbudwanej w prcesr. Taka pami jest niezb dna. Jest znacznie szybsza d RAM-u i usprawnia dzia anie prcesra. Prcesry maj d kilkunastu d kilkuset kilbajtów pami ci pdr cznej. Ile bitów? Bardz cz st sptykamy si z kre leniem prcesr 32-bitwy. Ma n zwi zek z maksymalnym rzmiarem danych, na których prcesr ptrafi wykna elementarne peracje arytmetyczn--lgiczne, i rzmiarem rejestrów gólneg przeznaczenia. Rejestry te t specjalne struktury w prcesrze, które s u d przechwywania tymczaswych wyników. Rzmiar rejestru kre la si w bitach. W bitach kre la si tak e szerk magistrali systemwej, za p rednictwem której prcesr przumiewa si z tczeniem. T ni przesy ane s dane z i d pami ci RAM, jak i pzsta ych urz dze. Magistral twrzy szyna danych i szyna adreswa. Od szerk ci szyny adreswej zale y m liw adreswania maksymalneg rzmiaru pami ci RAM.

4 RISC, CISC, MMX Opisuj ne pewne cechy prcesra zwi zane z jeg budw i m liw ciami. Prcesry m emy pdzieli na dwa typy CISC (ang. Cmplex Instructin Set Cmputer - kmputer rzbudwanym zestawie rzkazów) i RISC (ang. Reduced Instructin Set Cmputer kmputer zredukwanym zestawie rzkazów). Klasyczny CISC ptrafi interpretwa setki dmiennych rzkazów, które mg mie ró ny rzmiar. Rzkazy prcesra CISC s zazwyczaj d u sze ni RISC-a ptrzeba wi cej bitów, aby rzró ni pszczególne kmendy, których jest wi cej. Prcesr typu RISC charakteryzuje si zminimalizwanym zbirem rzkazów i zazwyczaj sta d ug ci instrukcji. Zalet prcesrów typu RISC jest prstsza budwa i wi ksza pr dk dzia ania. atwiej jest równie wypsa y je w m liw równleg eg wyknywania kilku rzkazów. Wad jest ma y zbiór instrukcji. Cz st jednemu, z nemu rzkazwi prcesra typu CISC dpwiada kilka instrukcji prcesra typu RISC. Nwsze prcesry z rdziny x86 s tylk zewn trznie typu CISC. Tak naprawd w rdku znajduje si prcesr RISC. Dzi ki temu zachwuj c zalety prcesra CISC w prsty spsób zwi kszn wydajn wspó czesnych prcesrów. Wraz z nadej ciem Pentium MMX w wiecie prcesrów pjawi si znacznie wi cej skrótów MMX, SSE, 3D Nw! Oznaczaj, e prducent nauczy dany prcesr rzpznawa ddatkwe instrukcje. Ma t na celu zwi kszenie jeg wydajn ci w specyficznych zastswaniach i nsi góln nazw SIMD (ang. single-instructin, multiple-data technlgy technlgia przetwarzania wielu danych za pmc pjedynczej instrukcji). Jak dzia a prcesr? Jak przyk ad ps u y flagwy mdel Intela Pentium 4. Zastswan w nim architektur NetBurst. Oznacza t, e przetwarzanie instrukcji nast puje w trzech etapach. Pcz tkw instrukcja jest pbierana i rzk adana na tak zwane mikrperacje. Ostatni faz przetwarzania jest uprz dkwanie klejn ci wyników mikrperacji. Nast pnie ka da instrukcja jest pbierana i dekdwana pprzez jednstk Fetach/Decde na jedn lub wi cej mikrperacji. Mikrperacje s przechwywane w Executin Trace Cache. Mikrperacje wyknywane s przez jednstki wyknawcze. Jedncze nie m e by przetwrznych kilka mikrperacji, przez c prcesr pracuje znacznie szybciej. Prcesr stara si wykrzystywa swje zasby m liwie efektywnie i czasami zaburza klejn wyknania mikrperacji. M e si zdarzy, e wynik peracji, która wyst puje w prgramie pó niej, zstanie bliczny wcze niej ni wynik pprzedniej peracji. Dlateg wyniki musz zsta uprz dkwane przez jednstk Retirement. Gdyby nie zsta y uprz dkwane, wynik dzia ania prgramu by by niezgdny z tym, c chcia si gn prgramista. Niemal ka dy prgram w du ej czci sk ada si z fragmentów, które

5 musz by wielkrtnie wyknane. Dlateg statni wyknane instrukcje s przechwywane w pstaci ci gu mikrperacji Executin Trace Cache. Dzi ki temu istnieje du e prawdpdbie stw, e wyknanie jeszcze raz tej samej instrukcji nie b dzie wymaga pnwneg jej pbrania i zdekdwania. Pdbna sytuacja wyst puje w wypadku danych. Najczciej wykrzystywane dane s tymczasw pami tane w pami ci pdr cznej. C jest w rdku Pentium 4? System Bus (magistrala systemwa) kana kmunikacyjny pmi dzy pami ci i urz dzeniami wej cia/wyj cia a prcesrem. Szyna danych ma rzmiar 64 bitów (8 bajtów), szyna adreswa 36 bitów, przestrze adreswa 236 = 64 GB. Magistrala jest synchrnizwana cz sttliw ci 100 MHz. Bus Unit blk dpwiedzialny za pprawn wspó prac wewn trznych mechanizmów prcesra z szyn systemw. L2 Cache + L2 Cntrl Unit pami pdr czna drugieg pzimu wraz z jednstk zarz dzaj c, rzmiar zale nie d wersji prcesra 256 lub 512 kb. Fetach/Decde jednstka pbierania i dekdwania instrukcji. Jej zadaniem jest pbieranie instrukcji i dekdwanie ich na tak zwane mikrperacje ( ps). Executin Trace Ciche bufr ledzenia wyknywania rzkazów, dpwiednik pami ci pdr cznej pierwszeg pzimu. Micrcde ROM pami mikrkku niemdyfikwalna pami zapisana na etapie prdukcji uk adu, zawiera t umaczenie bardziej skmplikwanych instrukcji na ps. L1 Cache pami pdr czna pierwszeg pzimu rzmiarze 8 kb. Executin mdu wyknawczy, interpretuje mikrperacje. Sk ada si z kilku jednstek wyknawczych, które jedncze nie mg wyknywa kilka ps. Retirement mdu przywracaj cy prawid w klejn wyników mikrperacji. BTB (Branch Target Buffet)/ Branch Predictin jednstka przewidywania skków. Branch Histry Update uaktualnienie histrii skków.

6 Pdkr canie prcesra Pdkr canie czyli tzw verlcking plega na mdyfikacji ustawie systemwych w tym g ównie cz sttliw ci taktwania magistral i napi cia zasilaj ceg w celu zwi kszenia wydajn ci kmputera.wi ksz tych ustawie mdyfikwana b dzie pprzez BIOS Przy uruchamianiu kmputera pjawia si ekran z infrmacjami dt. urz dze, jakie psiadamy (dyski, nap dy, prcesry). W tym mmencie nale y wcisn klawisz DELETE, pniewa dzi ki niemu pdczas btwania m na wej d Bisu (czywi cie m e t by inny klawisz, który za yczy sbie prducent p yty g ównej). P wej ciu d Bisu naszym czm uka e si mniej wi cej taki ekran:

7 Intereswa nas b dzie tylk sekcja Frequency Cntrl (zaznaczna w czerwnej ramce). W sekcji tej znajduj si pcje, dzi ki którym m na pdkr ci prcesr. Aby dalszy ci g instrukcji by zrzumia y nale y wyja ni jeszcze kilka terminów: FSB - (z ang. Frnt Side Bus) inaczej magistrala lub szyna danych, pprzez któr dbywa si kmunikacja mi dzy chipsetem, prcesrem a pami ci. Od jej taktwania zale y szybk i efektywn przekazywania danych mi dzy prcesrem a pami ci. Jej wielkrtn (kre lana przez mn niki) kre la taktwanie prcesra raz PCI i dysków Rati (mn nik) - kre la taktwanie. Dknuj c atweg dzia ania matematyczne m emy dwiedzie si, z jak szybk ci pracuje nasz prcesr. Nale y pdstawi dane d wzru: FSB * Mn nik = taktwanie prcesra (w MHz) V-md - jest t mdyfikacja, która wie si ze zmianami napi. M e by na dknywana na pami ciach, prcesrze itp. V-cre - jedna z mdyfikacji zmian napi cia na j drze prcesra V-mem - mdyfikacja wyknywana na napi ciach pami ci V-agp - mdyfikacja dknywana na napi ciu AGP Taktwanie PCI/AGP - kre la z jak szybk ci pracuj urz dzenia pd interfejsem PCI/AGP. S t mi dzy innymi dyski, karty rzszerze PCI, karty graficzne, nap dy itp. Dmy lne taktwanie dla PCI wynsi 33MHz a dla AGP 66MHz Tak wi c b d c w Bisie wchdzimy d sekcji Frequency Cntrl i ukazuje si naszym czm taki ekran:

8 Na pcz tek najbezpieczniej b dzie pdkr ca prcesr pprzez mn nik (rati). Ot zrzut ekranu z bisu: Na brazku wida menu kntekstwe zmiany mn nika. I na pcz tek dbrze jest stpniw zwi ksza mn nik c 0.5, pniewa b dzie t bardziej bezpieczne. M e si równie zdarzy tak, e p zmianie mn nika, b dziemy mieli tak sam cz sttliw, jak mieli my na pcz tku. Przyczyn teg jest zablkwany mn nik. P wybranie mn nika np. 11,5 zapisujemy zmiany, których dknali my w Bisie i sprawdzamy czy kmputer wstaje p zmianie. Je eli wstaje t wchdzimy pnwnie d Bisu i zwi kszamy mn nik d teg mmentu, a kmputer przestanie reagwa i nie uruchmi si. Jedynym wyj ciem jest wtedy zresetwanie ustawie BIOS pprzez wyj cie baterii CMOS z p yty g ównej i dczekanie kilku gdzin.

9 Prcesr m na pdkr ca równie pprzez FSB, czyli magistral. Zmiany cz sttliw ci magistrali bardziej wp ywaj na wydajn ca eg kmputera, ani eli sam mn nik, który dzia a na sam prcesr. Nale y równie pami ta jednej bardz wa nej rzeczy. Pdnszenie taktwania prcesra zwi ksza równie taktwania dla urz dze PCI/AGP, c m e le na nie wp yn. Jedyne ustawienia FSB, która NIE wp ywaj na taktwania PCI/AGP t: 100MHz, 133MHz, 166MHz i 200MHz. Inne ustawienia s niebezpieczne i nie wart z nich krzysta (szczególnie psiadacze p yt z chipsetami VIA KT266, KT333, KT400, KT600...). W wiele lepszej sytuacji s psiadacze p yt g ównych z chipsetem nvidia nfrce 2. Chipset ten blkuje taktwanie PCI/AGP i ka de ustawienie FSB jest bezpieczne, nie zmienia taktwania PCI/AGP. Wró my jednak d BIOSU. Tak wygl da ekran z pcjami d zmiany FSB: Dbrze by równie by, gdyby p yta bs ugiwa a FSB c 1MHz (tak jak na brazku). Pdkr caj c prcesr m na ustawi wy sze FSB, a ni szy mn nik. Daje t nam pewn, e kmputer wstanie i b dzie dzia a szybciej ni na samym ustawieniu mn nika. Klejna rzecz, która jest wa na w pdkr caniu t napi cia. Bez dpwiednieg napi cia s ma e szanse, e prcesr b dzie pracwa na magistrali, np. 166MHz. Dmy lne ustawienie napi d 1,75V. Przy pdkr caniu pami tajmy, eby pdnie napi cie 0,025 lub 0,05V.

10 Je li kmputer wstanie, m na zmniejsza napi cie d jak najni szeg. Wyskie napi cie m e dprwadzi d du ej temperatury, a w rezultacie przegrzanie si prcesra. Przy pdkr caniu wa na jest temperatura. Nale y j kntrlwa przed pdkr caniem i p pdkr caniu. Zbyt wyska temperatura m e dprwadzi d zawiesze systemu lub niestabiln ci. D kntrlwania temperatury m na wykrzysta dbry prgram AIDA32 ( Mg by si wydawa, e pdkr cenie prcesra tyczy si jeg sameg. Otó tak nie jest. W pdkr canie zaanga wane s równie pami ci RAM. Przy FSB 133 pami ci pwinny pracwa synchrnicznie, czyli przy pr dk ci 266MHz (133). Je li natmiast uda nam si ustawi prcesr na FSB 166, pami ci nale y równie przestawi w tryb 333MHz (166). Praca ta pmi dzy prcesrem i pami ciami nazywa si synchrniczn. Zapewnia najlepsz wydajn systemu. Jest jeszcze drugie ustawienie, nazywany asynchrniczne. Ustawienie asynchrnicznie plega na ustawieniu prcesra np. na FSB 133 a pami ci np. na 333Mhz. Takie ustawienie pwduje zmniejszn wydajn systemu i nie pwinn si g stswa.