Budowa komputera. Magistrala. Procesor Pamięć Układy I/O

Transkrypt

1 Budowa komputera Magistrala Procesor Pamięć Układy I/O 1

2 Procesor to CPU (Central Processing Unit) centralny układ elektroniczny realizujący przetwarzanie informacji Zmiana stanu tranzystorów wewnątrz procesora odbywa się w rytm taktów zegara Zegar systemowy wytwarza przebiegi czasowe, taktujące pracę całego systemu wolniejsze składniki korzystają z zegara systemowego poprzez odpowiedni dzielnik częstotliwości układ procesora powiela częstotliwość systemową (mnożnik częstotliwości) 2

3 Procesory Parametry określające wydajność procesora: wewnętrzna częstotliwość taktowania - liczba cykli realizowanych przez procesor w ciągu sekundy wielkość magistrali danych - liczba przesyłanych jednocześnie bitów (8, 16, 32, 64 b) zewnętrzna częstotliwość taktowania - szybkość z jaką procesor uzyskuje dostęp do danych wielkość pamięci Cache architektura - wewnętrzna konstrukcja oraz lista rozkazów procesora 3

4 Rozkaz [ instrukcja maszynowa ] to najprostsza operacja, której wykonania programista może zażądać od procesora Lista rozkazów procesora rozkazy przesłań rozkazy arytmetyczno-logiczne rozkazy sterujące inne, charakterystyczne dla danego procesora Lista rozkazów jest niezbędna dla programistów (korzystanie z procesora np. z poziomu asemblera) oraz twórców kompilatorów, debuggerów i innych narzędzi operujących na poziomie kodu maszynowego. 4

5 Rozkazy są przechowywane w postaci kodów binarnych. Kod rozkazu musi zawierać informacje niezbędne do jego poprawnej realizacji przykładowy format rozkazu kod operacji część adresowa numer polecenia na liście rozkazów procesora adres argumentu wykonywanej operacji, np. adres komórki pamięci, w której jest argument są rozkazy, w których nie ma części adresowej 5

6 Etapy wykonywania rozkazu (cykle) 6

7 Architektura procesora 7

8 Blok wstępnego pobierania i dekodowania instrukcji odpowiada za dostarczenie kolejnych poleceń z pamięci operacyjnej i przekazanie ich do odpowiedniej jednostki wykonawczej Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) przetwarza wszelkie dane stałoprzecinkowe. Jest wyposażona jest w niewielką zintegrowaną pamięć, nazywaną zestawem rejestrów. Każdy rejestr to pojedyncza komórka używana do chwilowego przechowywania danych i wyników Koprocesor (FPU) pozwala na wykonywanie wszelkich operacji zmiennoprzecinkowych Moduł wyjściowy - przekierowuje nadchodzące informacje np. do odpowiedniego adresu w pamięci operacyjnej lub urządzenia wejścia/wyjścia. 8

9 w chipie procesora maksymalna szybkość z jaką procesor może być taktowany ilość bitów, które może równocześnie przetwarzać jednostka ALU procesora rok, w którym dany procesor został wprowadzony na rynek po raz pierwszy szerokość pojedynczej ścieżki 9

10 Gordon Moore jeden z założycieli firmy Itnel Prawo Moore a 1965 r. Moc obliczeniowa komputerów podwaja się co 2 lata

11 Przyspieszanie działania procesora podkręcanie procesora zwiększanie częstotliwości zegara systemowego zwiększanie mnożnika częstotliwości wewnątrz procesora zwiększenie liczby jednostek wykonawczych (superskalarność) wielowątkowość - wykonywanie wielu wątków (zadań działających na tym samym obszarze pamięci) na pojedynczym procesorze (zaimplementowana przez Intela w 2002 r. procesory Xeon i P4 HT z Hiperwatkowością ) wielolordzeniowość realizacja kilku zadań na mnogich jednostkach obliczeniowych (Pentium Dual Core, AMD X2 i nowsze) 11

12 układ Dual-Core rdzeń CPU i pamięć podręczna L1 rdzeń CPU i pamięć podręczna L1 magistrala danych i pamięć podręczna L2 12

13 Procesory firmy INTEL (INTEgrated electronics) Celeron < Pentium < Core i3 < Core i5 < Core i7 najwolniejszy najszybszy Celeron Pentium Core i3 4. generacja Core i5 4. generacja Core i7 4. generacja liczba rdzeni / wątków 2 / 2 2 / 4 4 / 4 4 / 8 taktowanie 2,2 3,5 GHz 2,9 3,8 GHz 2,7 3,9 GHz 3,2 4 GHz pamięć podręczna L3 2 3 MB 3 4 MB 6 MB 8 MB cena zł zł zł zł.

14 Przykładowe wydajności Osiągi Celerona przyjęto za 100 % 14

15 Intel Celeron, Intel Pentium Dla osób potrzebujących komputera: do prac biurowych do mniej wymagających narzędzi profesjonalnych można grać w większość gier (często w niższych ustawieniach szczegółowości obrazu) + bardzo niski pobór energii Intel Core i3 Dla osób potrzebujących komputera: do zadań domowych do pracy można grać w większość gier (często w wysokich lub najwyższych ustawieniach graficznych) 15

16 Intel Core i5 Dla użytkowników : narzędzi dobrze wykorzystujących wielordzeniowość graczy można grać w każdą grę w najwyższych ustawieniach graficznych Intel Core i7 Dla użytkowników: profesjonalistów miłośników najwyższej wydajności w każdym zastosowaniu graczy w grach są nieco szybsze od Core i5 16

17 Procesory firmy INTEL Intel Core i7 extreme edition Technologia produkcji: 22 nm Pamięć cache: do 20 MB, Częstotliwość: do 3,9 GHz 6-8 rdzeni wątków przetwarzania 17

18 Intel Atom processor Procesory firmy INTEL Technologia produkcji: 22 nm Pamięć cache: 2 MB Częstotliwość do 2,41 GHz 4 rdzenie 4 wątki przetwarzania 18

19 Procesory firmy INTEL Procesory do laptopów Core i3 (4th generation) (22 nm, 1,3-2,6 GHz, 3 MB cache, 2 rdzenie, 4 wątki) Core i5 (4th generation) (22 nm, 1,9 3,6 GHz, 3 MB cache, 2 rdzenie, 4 wątki) Core i7 (4th generation) (22 nm, 2,9 4 GHz, 4 8 MB cache, 2 lub 4 rdzenie, 4 lub 8 wątków) Core M vpro (14 nm, 2 2,6 GHz, 4 MB cache, 2 rdzenie, 4 wątki) Atom processor for Smartphone and Tablet (22 lub 32 nm, do 2,41 GHz, 2 MB cache, 2-4 rdzenie, 2-4 wątki) 19

20 Procesory firmy INTEL Procesory do serwerów Xeon z rodziny E7 Technologia produkcji: 22 nm Pamięć cache 12 do 37,5 MB Częstotliwość: do 3,4 GHz 6 do 15 rdzeni 12 do 30 wątków przetwarzania Xeon z rodziny E5 Technologia produkcji: 22 nm Pamięć cache 10 do 35 MB Częstotliwość: do 3,7 GHz 4 do 14 rdzenie 8 do 28 wątków przetwarzania

21 Procesory firmy INTEL Procesory do serwerów Xeon z rodziny E3 Itanium processor Technologia produkcji: 22 nm Pamięć cache 8 MB Częstotliwość: do 3,7 GHz 2 do 8 rdzeni 4 do 16 wątków przetwarzania Technologia produkcji: 32 nm Pamięć cache 20 do 32 MB Częstotliwość: do 2,53 GHz 4 do 8 rdzenie 8 do 16 wątków przetwarzania

22 Procesory firmy INTEL Procesory do mikroserwerów Atom processor for Server Technologia produkcji: 22 nm Pamięć cache 1-4 MB Częstotliwość: do 2,4 GHz 2 do 8 rdzeni 2 do 8 wątków przetwarzania

23 Procesory firmy AMD (Advanced Micro Devices) Athlon II X2 Pamięć cache L3: brak Pamięć cache L2: 1 MB na każdy rdzeń Częstotliwość do 3,4 GHz 2 rdzenie Athlon II X3, X4 Pamięć cache L3: brak Pamięć cache L2: 512 kb na każdy rdzeń Częstotliwość do 3,4 GHz lub 2,3 GHz 3 lub 4 rdzenie 23

24 Procesory firmy AMD Phenom II X2, X3, X4, X6 Pamięć cache L3: 6 MB Częstotliwość do 3,7 GHz 2, 3, 4 lub 6 rdzeni 24

25 Procesory firmy AMD AMD FX 4-Core, 6-Core, 8-Core Procesor składa się z modułów, każdy moduł ma dwie jednostki do obliczeń stałoprzecinkowych oraz jedną do obliczeń zmiennoprzecinkowych Pamięć cache L3: 4 lub 8 MB Częstotliwość do 4,2 GHz 2, 3 lub 4 moduły 4, 6 lub 8 wątków 25

26 Procesory firmy AMD Opteron serii 6000 do serwerów oraz klastrów obliczeniowych 12 lub 16 rdzeni System wbudowany (ang. embedded system) system komputerowy specjalnego przeznaczenia, który staje się integralną częścią obsługiwanego przez niego sprzętu komputerowego (hardware). 26

27 Procesory firmy AMD Sempron Pamięć cache L3: 1 MB lub Pamięć cache L2: 1 MB i brak L3 Częstotliwość do 2,8 GHz 1 lub 2 rdzenie 27