Úvod
Mikroprocesor Mikroprocesor je srdcem počítače. Provádí veškeré výpočty a operace. Je to složitý integrovaný obvod, uložený do vhodného pouzdra. Dnešní mikroprocesory vyžadují pro spolehlivou činnost dobré chlazení - to bývá zajištěno přídavnými chladícími žebry a ventilátorkem. Výkonnost mikroprocesoru ovlivňují nejvíce dvě hlediska - architektura mikroprocesoru a tzv. taktovací frekvence procesoru.
Architektura mikroprocesoru se neustále vyvíjí, vývoj donedávna určovala firma Intel, které dnes úspěšně konkuruje firma AMD. Mikroprocesory (a tím i osobní počítače) můžete rozdělit do několika kategorií (modelová řada mikroprocesorů firmy Intel): 286 Zastaralý typ, který už se nevyrábí a neprodává. Tyto počítače umožňují spouštět jednoduché programy, které většinou jsou vytvořeny pro operační systém DOS. Moderní větší programy (včetně nových her) a programy určené pro operační systém Microsoft Windows na těchto typech počítačů spustit nelze. 386 Zastaralý typ, který už se nevyrábí a neprodává. Tyto počítače umožňují spouštět větší jednoduché programy. Při dostatečné operační paměti (alespoň 8 MB RAM) lze použít i starší verze systému Microsoft Windows (3.1, 3.11). Rychlost zpracování náročnějších aplikací je však neuspokojivá. Tento typ počítače se vyskytuje ve dvou variantách SX (pomalejší – bez matematického koprocesoru) a DX (rychlejší – s matematickým koprocesorem). 486 Zastaralý typ, který je vhodný pro systém Microsoft Windows a středně náročné aplikace. Na těchto typech počítačů se dá provozovat většina staršího dostupného softwaru. Není vhodný pro zpracování a zobrazování multimediálních aplikací (audio, video). Většina dnešních her je právě multimediálních. Tento typ počítače se vyskytuje ve dvou základních variantách SX (pomalejší – 16 bit sběrnice) a DX (rychlejší – 32 bit sběrnice). Pentium Zastaralý typ, který je určen pro většinu dostupných aplikací. Na těchto typech počítačů lze velmi dobře využít operační systém Windows 95 a vyšší. Pentium Pro Zastaralý typ, který je určen pro aplikace v oblasti prostorové grafiky, modelovacích systémů a řídících síťových počítačů. Pentium MMX Zastaralý typ s účinnější podporou multimediálních aplikací. Na těchto typech počítačů lze provozovat všechny dostupné aplikace včetně multimediálních. Pentium II
Zastaralý typ, který je určen pro všechny typy aplikací včetně multimediálních.
Pentium Celeron II Obdobná a levnější varianta mikroprocesoru Pentium II. Tento typ má oproti mikroprocesoru Pentium II menší vyrovnávací paměť cache, takže je o trochu pomalejší.
1
Technické vybavení osobních počítačů Pentium III Zastaralý typ pro využití v aplikacích v oblasti prostorové grafiky, multimediálních aplikací a řídících síťových počítačů. V polovině roku 2005 byl tento typ procesoru prodáván pod označením Pentium Celeron (III). Pentium 4 Výprodejový typ, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, vyžadující vysoký výpočetní výkon ve třech základních výpočetních oblastech: celočíselné výpočty, výpočty v plovoucí řádové čárce a multimediální aplikace. Pentium Dual-Core Je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon (cca 291 milionů tranzistorů). Core2 Duo Dvou-jádrový mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Je vhodný pro běh více aplikací, které podporují rozdělování výpočetního výkonu mezi více jader (cca 350 milionů tranzistorů). Core2 Quad Čtyř-jádrový mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Je vhodný pro běh více aplikací, které podporují rozdělování výpočetního výkonu mezi více jader (cca 700 milionů tranzistorů). Intel Core i3 Dvou-jádrový (čtyř-jádrový) mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Tyto procesory byly představeny v roce 2010. Patří do nejnižší výkonové skupiny procesorů Core i. Těmto procesorům chybí technologie Turbo Boost (viz. níže). Existují varianty pro stolní počítače a pro notebooky. Některé verze mají vestavěné grafické jádro. Intel Core i5 Čtyř-jádrový (dvou-jádrový) mikroprocesor patří do skupiny střední úrovně výkonnosti. Některé tyto procesory obsahují grafické jádro a technologii Turbo Boost. Nabízí vhodné řešení pro výkonný a cenově dostupný moderní domácí počítač. Intel Core i7 Vyrábí se varianty dvou-jádrové, čtyř-jádrové a šesti-jádrové. Procesory podporují všechny technologie známé z Core 2 Duo a přidávají nové. Všechny procesory obsahují technologii Turbo Boost. Některé z nich obsahují grafické jádro. Pentium Itanium
Procesor určený pro servery.
Pentium Xeon
Procesor určený pro servery.
Pentium Itanium 2 Procesor určený pro servery. Pentium Dual Core Itanium
Procesor určený pro servery (cca 1,5 miliardy tranzistorů).
Firma AMD nejprve kopírovala procesory firmy Intel, tak jako spousta jiných výrobců. Od procesoru Pentium je však architektura procesoru chráněna patentem, AMD proto vyvinula vlastní procesory označené jako K5 (obdobné jako procesor Pentium - již se nevyrábí), následovaly typy K6, K6 - II, K6 - III, jejich rozšíření 3D Now (obdoba MMX u Pentia), Duron (obdoba mikroprocesoru Celeron II), modernější nese název Athlon (Pentium III-4). S tímto procesorem dokonce přišla na trh dříve než Intel s procesorem Pentium III - bylo to poprvé, co Intel neměl
2
Technické vybavení osobních počítačů nejvýkonnější procesor. Na trhu lze ještě objevit procesory firem IBM a IDT. Jejich výhodou je nižší cena, ta je bohužel vyvážena nižší výkonností. Modelová řada mikroprocesorů firmy AMD: K5, K6
Zastaralý typ.
Duron Zastaralý typ, který je určen pro většinu dostupných aplikací. Na těchto typech počítačů lze velmi dobře využít operační systém Windows 95 a vyšší. Sempron
Zastaralý typ, který je určen pro většinu dostupných aplikací.
Turion
Zastaralý typ určený pro levné notebooky nižší třídy.
Athlon
Zastaralý typ, který je určen pro všechny typy aplikací včetně multimediálních.
Opteron
Procesor určený pro servery.
Phenom Více-jádrový mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Je vhodný pro běh více aplikací, které podporují rozdělování výpočetního výkonu mezi více jader K8
Nižší výkonnostní třída mikroprocesorů. Dnes již zastaralé.
K10
Čtyř-jádrový mikroprocesor s podporou virtualizace.
Athlon II Tří-jádrový (čtyř-jádrový) mikroprocesor. Je zaměřen na střední výkonnostní třídu a patří mezi doplňkový produkt řady Phenom II. Phenom II Vyrábí se varianty dvou-jádrové, tří-jádrové, čtyř-jádrové a šesti-jádrové. Podporují virtualizaci a mají vylepšenou antivirovou ochranu.
Každý typ mikroprocesoru je vyráběn v řadě verzí, lišících se maximální rychlosti, kterou je mikroprocesor schopen pracovat. Tato rychlost je udávána jako takzvaná taktovací frekvence. Čím je toto číslo vyšší, tím výkonnější je mikroprocesor. Je snad zbytečné dodávat, že současně musíte očekávat i jeho vyšší cenu. Taktovací frekvence určuje počet pracovních stavů mikroprocesoru za jednu sekundu. První mikroprocesory byly taktovány frekvencí 4,77 MHz (tj. 4 770 000 změn za sekundu), dnešní maximum je více než 3,2 GHz. Taktovací kmitočet se odvozuje od kmitočtu generátoru časových pulsů (GČP – hodiny). Každý procesor v osobním počítači pracuje s určitou frekvencí (vnitřní – interní frekvence). Od procesorů 486 DX/2 (viz. obr. výše) se však vnitřní frekvence oproti frekvenci vnější (externí) odlišuje. Proto se v označení procesoru udává interní takt procesoru. Externí takt se označuje jako FSB (Front Side Bus). Dnešní procesory mají velmi velký výkon, který ale způsobuje velký odběr elektrické energie a tím i zahřívání procesoru. 3
Technické vybavení osobních počítačů
Stejně jako v jiných oblastech počítačové techniky, i v oblasti mikroprocesorů panuje překotný vývoj. Každý rok jsou uváděny nové procesory o vyšším výkonu. Velmi rychle proto zastarávají nejen technické informace, ale i počítače samotné.
Turbo Boost Turbo Boost je funkce, která umožňuje zvýšení násobiče (a spolu s tím i frekvence) procesoru v případě, že jej zatěžují aplikace neoptimalizované pro vícejádrové procesory a část procesoru není vytížena. V takovém případě procesor automaticky zvýší násobič u jednoho či více jader tak, aby nepřekročil stanovené limity maximální spotřeby, čímž může dojít k významnému navýšení výkonu. Hlavní použití má v případě, kdy procesor má vytížené jedno jádro, některou aplikací používající jedno jádro. V takovém případě je možno automaticky zvednout frekvenci využívaného jádra a to tak, že zvedneme násobič až o 5, ovšem za podmínky, že ostatní jádra mají minimální vytížení. Hlavním důvodem tohoto pravidla je to, že nesmíme překročit doporučenou pracovní teplotu procesoru. Pokud jsou 2 jádra plně vytížena a zbylá dvě jsou v minimálním zatížení, pak je možno zvednout násobič o 2-3. Pokud jsou všechna jádra maximálně zatížena, pak lze zvednout násobič o 1-2. Zvyšování výkonu procesoru pomocí technologie Turbo Boost je zobrazeno na obrázku.
Grafy parametrů procesorů Intel Procesory do roku 2008
4
25 33 25 66 100 120 200 180
Intel 80386 SL
Intel 80486 DX
Intel 80486 SX
Intel 80486 DX2
Intel 80486 DX4
Intel Pentium
Intel Pentium MMX
Intel Pentium Pro
Intel Itanium
Intel Pentium D
2 666 2 600
Intel Core 2 Quad
1 600
3 000
Intel Core 2 Duo
Intel Celeron Dual-Core
2 000
2 400
Intel Pentium Dual-Core
2 400
Intel Core 2 Duo
Intel Core 2 Quad
2 540
3 500
Dual-Core Intel Itanium 2 9000 1 400
1 730
3 000
Intel Celeron D
1 700
Intel Celeron
1 730
2 000
Intel Celeron M
800
2 000
2 500
Intel Pentium M
1 300
15,7
Intel Pentium II
Intel Core 2 Quad
Intel Core 2 Duo
Intel Celeron Dual-Core
Intel Pentium Dual-Core
Intel Core 2 Quad
Intel Core 2 Duo
Dual-Core Intel Itanium 2 9000
Intel Pentium D
Intel Celeron D
Intel Celeron M
Intel Celeron
Intel Pentium M
Intel Itanium
Intel Celeron
Intel Pentium 4
Intel Celeron
Intel Pentium III Xeon
27,0
27,0
65,0
65,0
65,0
95,0
130,0
116,0
105,0
91,0
84,0
70,0
75,3
65,0
50,0
35,0
25,2
37,5
22,0
Intel Pentium III
Intel Celeron A
30,8 17,8
Intel Celeron
Intel Pentium II Xeon
120,0
Intel Celeron
12,8
Intel Pentium Intel Pentium MMX
140,0
Intel Pentium 4
800
1 000
Intel Celeron
1 000
10,0
80,0
733
6,1
Intel 80486 DX4
100,0
Intel Pentium III Xeon
433
1 500
Intel Pentium III
Intel Celeron A
400 266
5,0
Intel 80486 DX2
21,2
5,0
Intel 80486 SX
8,0
3,0
Intel 80486 DX
Intel Pentium Pro
3,0
Intel 80386 SL
60,0
Intel Celeron
Intel Pentium II Xeon
300
25
Intel 80386 SX
3,2
Intel 80386 SX
0,0 Intel 80386 DX
40,0
Intel Pentium II
25
8
Intel 80386 DX
Intel 80286
4,77
0
2
500
Intel 8086
20,0
Intel 8080
Technické vybavení osobních počítačů
Ztrátový výkon [W] Ztrátový výkon [W]
Frekvencí [MHz]
Frekvence [MHz]
5
6
27
20
54
71
Intel 80486 DX
Intel 80486 SX
Intel 80486 DX2
Intel 80486 DX4
1 400
2 700 2 500
Intel Celeron
9 000
11 000 24 500 48 100
44 400
60 000
Intel Core 2 Quad
Intel Core 2 Duo
Intel Celeron Dual-Core
Intel Pentium Dual-Core
22 000
20 000
50 000
Intel Core 2 Quad
Intel Core 2 Duo
Dual-Core Intel Itanium 2 9000
15 000
7 750
30 000
Intel Pentium D
7 400
Intel Celeron D
5 500
Intel Celeron M
Intel Celeron
7 400
Intel Itanium
20 000
Intel Pentium M
4 000 2 500
Intel Celeron
6 000
2 700
Intel Pentium III
Intel Pentium III Xeon
Intel Pentium 4
1 600
Intel Celeron A
900
Intel Pentium II Xeon
Intel Celeron
1 025
Intel Pentium II
290
5
Intel 80386 SL
Intel Pentium Pro
3
Intel 80386 SX
250
9
10 000
140
1
Intel 80286
Intel 80386 DX
0,065 0,045 0,045
Intel Core 2 Quad
0,065
Intel Core 2 Duo
0,065
Intel Core 2 Quad Intel Pentium Dual-Core Intel Celeron Dual-Core
0,090 0,065
0,090
Intel Core 2 Duo
0,090
Intel Celeron D Intel Pentium D Dual-Core Intel Itanium 2
0,180 0,065
Intel Celeron
0,090
0,180
0,130
0,180
0,180
0,180
0,180
Intel Celeron M
Intel Pentium M
Intel Itanium
Intel Celeron
Intel Pentium 4
Intel Celeron
Intel Pentium III Xeon
Intel Pentium III
0,250
0,250
Intel Celeron Intel Celeron A
0,350 0,250
0,350
Intel Pentium Pro Intel Pentium II Xeon
0,350
Intel Pentium MMX Intel Pentium II
0,350
Intel Pentium
0,600
1,000
Intel 80486 DX4
1,000
Intel 80486 SX 0,800
1,000
Intel 80486 DX Intel 80486 DX2
1,000
Intel 80386 SL
1,500
Intel 80386 SX
0 1,000
1
Intel 80386 DX
Intel 80286
2
Intel Pentium
1
3
Intel Pentium MMX
1
Intel 8086
0
Intel 8080
4 3,000
6,000
7
Intel 8086
Intel 8080
Technické vybavení osobních počítačů
Velikost tranzistoru [µm] Velikost tranzistoru [µm]
6
5
Operace [mil./sec.]
Operace [mil./sec.]
40 000
Technické vybavení osobních počítačů Procesory od roku 2008 do roku 2011
7
Technické vybavení osobních počítačů
8
