VY_32_INOVACE_VB07_K Jméno autora výukového materiálu Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen
Vítězslav Bártl březen 2013
Ročník, pro který je VM určen
8. – 9. ročník
Vzdělávací oblast, vzdělávací obor, tematický okruh, téma
Člověk a svět práce, Člověk a svět práce - práce s techn. mat., Elektronika kolem nás, Provoz a údržba domácnosti, čtení a kreslení jednoduchých el. schémat a značek el. součástky, výroba el. energie a elektrizační síť, elektronika v domácnosti, el. instalace a el. spotřebiče v domácnosti
Anotace
Mikroprocesor, jeho funkce, využití
Mikroprocesor Procesor též CPU (Central Processing Unit) je základní součástí počítače nebo elektronických zařízení. V současné době jde většinou o velmi složitý číslicový integrovaný obvod, který vykonává počítačový program uložený v operační paměti počítače. Do operační paměti (paměti RAM) je program nahrán většinou z harddisku, CD disku nebo flash disku. V současnosti se používají téměř výhradně mikroprocesory složené z několika integrovaných obvodů v jednom pouzdře s vysokou integrací. Jádro jednoduchých 8bitových mikroprocesorů se skládá z 5 až 10 tisíc součástek, současné 64bitové mikroprocesory pro smartphony a PC mohou obsahovat desítky i stovky milionů součástek. Velké počítače mohou obsahovat i celá procesorová pole. Takové počítače se většinou používají pro výzkum, různé 3D simulace a modelování. Některé superpočítače používají vektorové procesory, skládající se z většího počtu paralelních procesorových jader z nichž žádné není považován za hlavní.
Procesor, který by vykonával program zapsaný přímo ve „vyšším“ programovacím jazyce by byl příliš složitý, proto se i při návrhu moderních procesorů stále zůstává u strojového kódu, tedy u nevelké sady instrukcí, které více odpovídají způsobu práce procesoru. Přesto každá architektura procesorů definuje svůj vlastní strojový jazyk. Například architektura Intel používá jiný strojový kód než architektura AMD. Programy psané ve „vyšších“ jazycích musí být proto přeloženy do strojového kódu dané architektury. Procesory prvních počítačů se skládaly z obvodů obsahujících množství elektronek, tranzistorů, rezistorů a kondenzátorů a měli velikost několika skříní nebo místností. Počátkem 70. let 20. století se začali používat k výrobě procesorů integrované obvody a mikroprocesory a tím se výrazně zmenšila jejich velikost.
Schéma vnitřní struktury mikroprocesoru
Součásti procesoru - Řadič Řadič zajišťuje řízení součinnosti jednotlivých částí procesoru dle prováděných strojových instrukcí. - Registry Sada registrů slouží pro uchování operandů a mezivýsledků. Přístup k registrům je mnohem rychlejší než přístup do operační paměti připojené k procesoru pomocí sběrnice. Registry dělíme na obecné (pracovní, universální) a řídící (např. čítač instrukcí, stavové registry, registr vrcholu zásobníku, indexregistry). Bitová šířka pracovních registrů je jednou ze základních charakteristik procesoru. - Aritmetická jednotka (ALU) Jedna nebo více aritmeticko-logických jednotek provádí aritmetické a logické operace s daty, jde o jádro procesoru které určuje jeho výkon. - Vstupní a výstupní jednotka Vstupní a výstupní jednotka umožňují komunikaci s externími zařízeními a základní deskou počítače.
Procesory zpravidla obsahují i mnoho dalších rozsáhlých funkčních bloků jako například vyrovnávací paměť cache. Účelem cache je urychlit přístup k často používaným datům na „pomalých“ médiích jejich překopírováním na média rychlá. Příkladem „pomalého“ a rychlého média může být pevný disk a paměťový modul, kde rozdíl v rychlosti může činit až tři řády. Mezi další subsystémy, které mohou být integrované v procesoru jsou obvody pro zpracování grafiky, zvuku či připojení periferií. Takovéto procesory se používají většinou v PDA, herních konzolích, tenkých klientech, domácí elektronice, nebo v mobilních telefonech.
Dělení procesorů podle délky operandu v bitech Základní vlastností procesoru je délka slova (operandu). Délka slova vyjadřuje počet bitů, který je procesor schopen zpracovat v jednom kroku. T o znamená, že 8bitový procesor umí přímo počítat s čísly od 0 do 255, 16bitový s čísly od 0 do 65 535. 4bitové procesory se dnes používají pro bateriová zařízení s extrémně nízkou spotřebou (digitální teploměry, měřicí přístroje, hodinky, časovače, případně kalkulačky). Pro jednoduché aplikace se používají převážně 8bitové nebo 16bitové procesory. To platí například pro řídící systémy v mikrovlnných troubách, kalkulačkách, počítačových klávesnicích a infračervených dálkových ovládáních. Pro středně složité aplikace, jako jsou programovatelné automaty, mobilní telefony, PDA nebo přenosné videohry se používají 32bitové procesory. Současné počítače využívají 64bitové procesory.
Dělení procesoru podle počtu jader
Další dělení procesorů je podle počtu jader na jednojádrové a vícejádrové procesory. Zvyšování počtu jader je v podstatě vynuceno fyzikálními omezeními. Integrací většího počtu jednodušších jader je teoreticky možné dosáhnout při stejné výrobní technologii na stejné ploše křemíku mnohem vyšší výkon, než použitím jediného složitého jádra. Procesor IBM Cell používaný např. v Sony Playstation 3 obsahuje jádro založené na architektuře PowerPC, které rozděluje práci až 8 jednodušším matematický koprocesorům.
Použitá literatura http://cs.wikipedia.org/wiki/Integrovan%C3%BD_obvod http://www.newsoftware.pl/hardware.html http://jakilinux.org/linux/inne/trzeci-kwartal-2010-w-it/ http://www.zajtra.sk/technologie/355/zaklady-pocitacovych-sieti-2-cast http://wiki.sps-pi.com/index.php/Architektura_von_Neumann http://www.historiepocitacu.cz/zakladni-casti-samocinneho-pocitace.html
