Procesor. Hardware - komponenty počítačů Procesory

Procesory

Hardware - komponenty počítačů Procesory

Procesor  Jedna z nejdůležitějších součástek počítače = „mozek počítače“, bez něhož není počítač schopen vykonávat žádné operace.  Procesor v počítači plní funkci centrální jednotky (CPU Central Processing Unit), která řídí a koordinuje celý počítačový systém (vykonává prakticky vše co se v počítači děje - jednoduchý pohyb myši na pracovní ploše, zobrazování oken na monitoru, matematické výpočty, grafické operace).


Procesor  Dříve se označoval jako mikroprocesor a jeho uvedení na trh v 70. letech minulého století (4. generace počítačů) znamenalo průlom v konstrukci počítačů.

Prvním úspěšným a programovatelným mikroprocesorem byl Intel 4004 (rok 1971) – 4bitový, 2300 tranzistorů, maximální taktovací kmitočet 750kHZ, instrukční sada: 45 instrukcí, cca 70 000 operací za sekundu

Hardware - komponenty počítačů Procesory Procesor Intel 8080 • 8bitový • vyroben v roce 1974 • rychlost 2 MHz • 5 000 tranzistorů • pouzdro (49x13 mm) se 40 vývody • použit v počítači Altair • 0.64 MIPS

Moorův zákon – předpověď vývoje integrovaných obvodů • v roce 1965 spoluzakladatel společnosti Intel definoval princip zvyšování počtu tranzistorů •.Tvrdil, že každý jeden až dva roky se množství tranzistorů na počítačových čipech zdvojnásobí a to přispěje ke zvyšování výkonu počítačů • ??? kdy tato předpověď narazí na fyzikální limity je předmětem výzkumů a dohadů


Procesor – jak pracuje?  Procesor pracuje s daty prostřednictvím instrukcí.  Procesor zvládá samozřejmě omezenou množinu „jednoduchých“ instrukcí. Těmto instrukcím říkáme instrukční sada procesoru.  To znamená, že složité operace jsou pomocí matematického aparátu rozloženy na jednodušší, tzv. elementární operace, které již procesor zvládne pomocí své instrukční sady zpracovat.

 To že procesor zvládá pouze elementární instrukce nevadí, protože je schopen vykonávat miliardy jednoduchých operací za sekundu.

Hardware - komponenty počítačů Procesory Procesor – z čeho se skládá?  Procesor obsahuje milióny mikroskopických aktivních prvků (nejčastěji tranzistorů) např. procesor Intel Core I7 obsahuje cca 731 miliónu tranzistorů.

 Způsobu jakým jsou aktivní prvky procesoru propojeny se říká architektura procesoru.  Konstrukčním materiálem pro výrobu procesorů je super-čistý křemík a dnes obsahuje běžný procesor na ploše 1x1 cm stovky miliónů tranzistorů.  Vlastní procesor je umístěn v keramickém pouzdru o rozměrech cca 5 x 5 cm, které má na spodní straně stovky pozlacených nožiček – spojovacích vodičů (piny), které se zasouvají do speciálního konektoru, tzv. patice (socket) na základní desce.


Procesor Core 2 Duo


Procesor – jak se vyrábí?  Na křemíkový plátek (o průměru asi 15 cm) se laserem vykreslí (v několika vrstvách) struktura procesoru, vlastně více procesorů, protože se jich na jeden plátek vejde v tuto chvíli desítky.  Postupně se vytvářejí jednotlivé tranzistory a spoje mezi nimi.  Nakonec jsou procesory odděleny, vloženy do pouzdra a připevní se k nim vývody.


Procesor – jak se vyrábí?  Z jedné várky tedy vznikne několik desítek procesorů.  Měřícími přístroji se pak zjistí, jak rychle je procesor schopen pracovat.  I mikroskopická nečistota způsobí, že procesor nemůže pracovat na maximální možné frekvenci, ale musí být pomalejší.  Ty nejhorší jsou většinou vyřazeny a ty lepší a nejlepší pak zabaleny a prodány.


Procesor – důležité parametry  Taktovací frekvence (Core I7: 2,6 – 3,2 GHz)  Frekvenci nelze zvyšovat donekonečna, příliš vysoká frekvence má za následek příliš mnoho tepelného vyzařování a vysokou spotřebu energie

 Počet bitů  Maximální počet bitů, který je procesor schopen zpracovat během jedné operace kroku (8bitový procesor dokáže počítat s čísly od 0 do 255, 16bitový s čísly od 0 do 65535 atd.)

 Počet jader procesoru (dnes 2, 4, 8)  V jednom fyzickém čipu (procesoru) jsou ukryty např. dva „méně výkonné procesory“ (dvě jádra), ale celkově má procesor jako jeden celek větší výkon

 Velikost vyrovnávací paměti - Cache paměť (řádově stovky kB až několik MB)


Procesor – důležité parametry  Výrobní proces (dnes 32 nm – Architektura Sandy Bridge)  postup výroby procesoru je obvykle nazýván pode nejmenšího prvku jaký jsme schopni vyrobit  U vývoje procesorů se počítá i s takovými faktory, jako je vzdálenost, kterou musí elektron překonat od jednoho tranzistoru k druhému  !!! Architektura procesoru je důležitější než jeho taktovací frekvence !!!  Výrobce procesoru  Dnes společnosti Intel, AMD, IBM pro Apple

 Poměr Cena/Výkon


Chlazení procesorů  Moderní procesory produkují nadměrné množství tepla, které je nutné nějakým způsobem odvádět  procesor je nutné chladit.  Procesor má vzhledem ke svým malým rozměrům tak velký tepelný výkon, že by se bez intenzivního chlazení přehřál a v krajním případě spálil.  Proto je nutné na každý procesor připevnit chladič (většinou s ventilátorem), který teplo rozptyluje po okolí. Mezi chladič a procesor se většinou aplikuje speciální teplo-vodivá pasta, které zajišťuje lepší odvádění tepla z procesoru.

 Ventilátor je kabelem připojen do konektoru na základní desce, která sleduje jeho otáčky a teplotu procesoru.  V případě přehřívání může dojít v závislosti na „inteligenci základní“ desky k vypnutí počítače, zvýšení otáček ventilátoru, snížení rychlosti procesoru.


Chlazení procesorů  Pasivní chlazení  pouze kovový žebrovaný chladič, bez ventilátoru

 dochází zde k prosté tepelné výměně  pouze u méně výkonných procesorů

 Aktivní chlazení  na pasivní chladič je připevněn ventilátor  nevýhodou je hluk, který chladič vydává

 Aktivní chlazení kombinované s vodním chlazením


Chlazení procesorů


Odkazy na videa  http://www.youtube.com/watch?v=PecKlm6VutU&feature=related  http://www.youtube.com/watch?v=XgOmMAasqto&feature=related

 http://www.youtube.com/watch?v=-Wfsl1eDim8&feature=related

Procesory

Zdroje • Roubal, Pavel. Informatika a výpočetní technika pro střední školy – teoretická učebnice. ISBN: 978-80-251-3228-9. • Navrátil, Pavel. S počítačem nejen k maturitě. ISBN: 978-80-7402-020-9.

jméno autora

Tomáš Žižka

název projektu

Informatika a digitální technika

číslo projektu

CZ.1.07/1.5.00/34.0158

číslo šablony

III/2 Inovace výuky pomocí ICT

předmět/ třída (ročník)

Informatika/kvarta

pořadové číslo DUM

7

datum

28. 1. 2013

název DUM

Procesory

metodická poznámka k využití

Výuková prezentace, která je zaměřena na popis funkcí mikroprocesoru. Určeno pro frontální výuku s celou třídou. Vhodné pro nižší gymnázium.

Procesor. Hardware - komponenty počítačů Procesory

Recommend Documents