VÝUKOVÝ MATERIÁL Identifikační údaje školy
Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony Autor Tematická oblast Číslo a název materiálu Anotace
Vytvořeno Určeno pro
Přílohy
Vyšší odborná škola a Střední škola, Varnsdorf, příspěvková organizace Bratislavská 2166, 407 47 Varnsdorf, IČO: 18383874 www.vosassvdf.cz, tel. +420412372632 CZ.1.07/1.5.00/34.1076 Pro vzdělanější Šluknovsko 32 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT 0305 Ing. Pavel Hroza Sekvenční logické obvody VY_32_INOVACE_0305_319 Další vývoj procesorů
1. 5. 2013 3. ročník učebního oboru Elektrikář bez příloh
Další vývoj procesorů Ing. Pavel Hroza
Další vývoj procesorů Vývoj procesorů: • zvyšování frekvence (okolo 4 GHz narážíme na fyzikální zákony) • zmenšování plochy čipu (nárůst hustoty integrace, zmenšení rozměrů součástek a vodivých cest – dnes až na úroveň cca 20 nm) • paralelní zpracování (více jader či procesorů)
Další vývoj procesorů • Vzhledem k tomu, že nelze frekvenci zvyšovat donekonečna (limitující jsou generování ztrátového tepla a rozměry atomu), je snaha zvyšovat výkon pomocí paralelního zpracování.
Paralelní zpracování 1 Existují tři základní přístupy k paralelnímu zpracování: • Clustering – propojím více samostatných počítačů a vytvořím jeden virtuální velmi výkonný. Každý počítač má svou fyzickou paměť a další periferie a komunikují prostřednictvím počítačové sítě.
Paralelní zpracování 2 • Multiprocessing – jeden počítač má více samostatných procesorů. Procesory i operační systém musí multiprocessing podporovat. Operační paměť je společná pro všechny procesory, stejně tak ostatní periferie. V osobních počítačích se dnes nepoužívá, používá se u superpočítačů a vědeckých počítačů.
Paralelní zpracování 3 • Multicore (vícejádrový procesor) – na jednom chipu je v jednom procesoru více jader (2 – 16). Každé jádro zpracovává samostatný program. Dnešní trend v osobních počítačích (procesory Core 2 Duo, Core i3, i5, i7, AMD Opteron…)
Další vývoj • Hyperthreading, multithreading – vícevláknovost, znamená to, že jedno jádro procesoru je schopno v jednom okamžiku provádět více vláken jednoho programu. To znamená, že zpracovává dva sledy instrukcí najednou. Nelze to vždy a stále, někdy na sebe musí vlákna „čekat“. Velmi častá vlastnost moderních procesorů.
Operační systém Základní programové vybavení univerzálního počítače (jednoúčelové počítače často nemají operační systém). Slouží k interakci mezi uživatelem a hardwarem a mezi aplikačním programovým vybavením a hardwarem.
Dělení OS • Podle uživatelského rozhraní – grafické (Windows, MacOS, Symbian…) – textové (Unix, Linux, MS-DOS…)
Dělení OS • Podle současně běžícího počtu úloh – jednoúlohové (single task) – v jednom okamžiku je zpracováván pouze jeden program, pro spuštění dalšího programu je nutné ten první ukončit (MS-DOS) – víceúlohové (multitasking) – v jednom okamžiku může běžet více než jeden program (ve skutečnosti může být v jednom okamžiku na jednom jádře jednoho procesoru vykonáván také pouze jeden program, ale programy se velmi rychle na procesoru střídají, takže uživatel má pocit, že běží souběžně).
Dělení OS • Podle počtu uživatelů (týká se síťových operačních systémů) – jednouživatelské – v jednu chvíli může na systému pracovat pouze jeden uživatel – víceuživatelské – v jednu chvíli může na systému pracovat více uživatelů (prostřednictvím vzdáleného přístupu, více terminálů a podobně). Víceuživatelské mají podporu pro přístupová práva a další bezpečnostní mechanismy.
Multitasking Multitasking dělíme na: – Kooperativní – programy „spolupracují“, uvolnění procesoru je zodpovědností každého programu, neexistuje správce procesů, který by program v případě zaseknutí ukončil – dojde k „zatuhnutí“ celého počítače
– Preemptivní – existuje správce procesů, který řídí přidělování procesoru jednotlivým programům, v případě, že program neodpovídá, je mu procesor odebrán a program ukončen (většina moderních víceúlohových systémů)
Real Time OS Real-time operační systém – operační systém pro práci v reálném čase. U běžného víceúlohového systému několik milisekund trvá, než se na procesor dostane správný proces. U kritických aplikací (řízení technologických procesů, sběr dat…) by to mohlo vadit, proto je real-time operační systém upraven tak, aby pro určité procesy byl přidělen procesor okamžitě po požadavku.
Úkoly operačního systému 1. Správa hardware – mimo jiné ovladače, umožňuje jednotné ovládání různých typů hardware (tisk z aplikace na různé druhy tiskáren) a zajišťuje, že v jednom okamžiku nebude k jednomu hardware přistupovat více procesů. 2. Správa dat – zajišťuje uložení dat na pevné disky, diskety a další úložiště, řeší souborové systémy (FAT, NTFS, EXT2/3/4 a podobně), přístupová práva k souborům a další…
Úkoly operačního systému 3. Správa paměti – hlídá, aby každá aplikace měla dostatečné množství paměti a aby nezasahovala do paměťového prostoru ostatních aplikací. V případě potřeby přiděluje a uvolňuje paměť aplikacím. 4. Správa procesů – řídí přidělování procesoru jednotlivým procesům, v případě potřeby procesům procesor odnímá (při preemptivním multitaskingu).
Úkoly operačního systému 5. Základní interakce mezi počítačem a uživatelem – poskytuje základní služby pro uživatele – ovládání systému, spouštění aplikací a podobně. K tomuto účelu se často s operačním systémem dodávají jednoduché základní aplikace (Průzkumník, Poznámkový blok, Kalkulačka…)
Procvičovací otázky • Popište některé moderní trendy ve vývoji procesorů. • Zjistěte, jaký procesor máte ve svém počítači. • Jaké operační systémy znáte?
Zdroje • ANTOŠOVÁ, M. Číslicová technika – učebnice. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 2003. ISBN 807232-206-0.
Metodický list • Po ukončení výukové prezentace žáci diskutují na téma procvičovacích ukázek. • Jednotlivé příklady jsou demonstrovány prakticky na věcech každodenní potřeby. • Odpovědi na procvičovací otázky jsou v textu. – Odpověď na druhou otázku je individuální. – Operační systémy: Windows (různé varianty), Linux, Android, IOS…
