VY_32_INOVACE_31_06
Škola
Střední průmyslová škola Zlín
Název projektu, reg. č.
Inovace výuky prostřednictvím ICT v SPŠ Zlín, CZ.1.07/1.5.00/34.0333
Vzdělávací oblast
Vzdělávání v informačních a komunikačních technologií
Vzdělávací obor
Informatika
Tematický okruh
Teorie
Téma
Teorie
Tematická oblast
Teorie
Název
Mikroprocesor
Autor
Ing. Petr Vilímek
Vytvořeno, pro obor, ročník
Srpen 2012, technické lyceum 1. roč.
Anotace
Prezentace se věnuje základním informacím o mikroprocesoru.
Přínos/cílové kompetence
Žák vysvětlí a popíše mikroprocesor a jeho parametry.
www.zlinskedumy.cz
Mikroprocesor - Úvod Prezentace se věnuje mikroprocesorům, jejich typům a základním parametrům. Navazuje na základní strukturu počítače. Své uplatnění najde v teoretických hodinách předmětu Informatika. Je určena pro žáky 1. ročníku Technického lycea. Slouží jako doprovodný materiál při výkladu učitele a taky jako výukový materiál pro žáky.
Mikroprocesor • Ústřední výkonná jednotka počítače • Označován zkratkou CPU (Central Processing Unit) • Čte z paměti instrukce a na jejich základě vykonává program • Často charakterizován jako „mozek počítače“ • Počítá prakticky vše, co se v počítači děje • Součástka (elektronický integrovaný obvod) velká jen několik cm²
Základní pojmy • Výkonnost procesoru ovlivňuje: – Taktovací frekvence - počet cyklů zpracování, které provede procesor za 1 sekundu – Délka slova - počet bitů, které může procesor v daném okamžiku zpracovat – Soubor instrukcí - soubor příkazů vykonávající určitou, danou činnost
Taktovací frekvence • Počet operací provedených za jednu sekundu • Udávána v jednotkách GHz [Gigahertz] – např. 3,2 GHz. Např.: 3,2 GHz • Je-li základní deska navržena pro různé frekvence procesoru, je možné frekvenci na ní nastavit, např. pomocí: – Propojek – jumpers – Přepínačů – DIP, switches – BIOSu (programu SETUP)
Délka slova • Určuje maximální počet bitů, které je možné zpracovat během jediné operace (např.: 8, 16, 32, 64 bitů) • Procesor, který má délku slova 8 bitů, dokáže v jediné instrukci manipulovat s číslem uloženým maximálně na 8 bitech (tj. číslem z intervalu 0 – 255) • Šířka přenosu dat – Maximální počet bitů, které je možné během jediné operace přenést z (do) čipu procesoru – Nezávisí na šířce slova – Např.: 8, 16, 32, 64 bitů
Princip procesoru • Na vstupy procesoru je přiváděno napětí (0 nebo 1). Procesor sled 1 a 0 vyhodnocuje • Záleží kolik takových vodičů (resp. 1 a 0) dokáže zpracovat v jednom okamžiku 32-bit, 64-bitový
Shrnutí základních pojmů • Důležitým parametrem je taktovací frekvence • Např. 2 Ghz znamená, že zvládne 2 000 000 000 instrukcí za vteřinu • Pozor! Podle taktovací frekvence nelze posuzovat rychlost počítače. Skutečná rychlost a výkonnost PC je ovlivněna ještě dalšími parametry (např. velikostí paměti apod.)
Vnitřní struktura mikroprocesoru • Řadič – Nebo taky řídicí jednotka – Zajišťuje řízení činnosti procesoru v návaznosti na povely programu, tj. načítání instrukcí, jejich dekódování, načítání operandů instrukcí z operační paměti a ukládání výsledků, zpracování instrukcí – Vysílá do ostatních částí počítače řídící signály potřebné k provádění instrukcí
Vnitřní struktura mikroprocesoru • Registry – K uchovávání mezivýsledků – Rychlé pracovní paměti malé kapacity • ALU – Arithmetic-Logic Unit – Provádí s daty aritmetické a logické operace
Cache paměť • Vyrovnávací paměť nacházející se mezi dvěma subsystémy s rozdílnou přenosovou rychlostí • Paměť mezi procesorem a vlastní operační pamětí • Tato vysokorychlostní paměť si pamatuje již přečtené adresy z operační paměti, a když procesor potřebuje stejná data, nemusí si pro ně sahat až do RAM • Díky cache pamětem je procesor schopen načíst data podstatně rychleji než přímo z hlavní paměti RAM • V současnosti se v počítačích používají dvě až tři úrovně mezipamětí označované L1, L2 a L3
Cache paměť • L1 cache • Integrována do procesoru pro ukládání právě využívané či potřebné pracovní sady dat • Pracuje se stejnou rychlostí jako procesor • L2 cache, L3 cache • Součástí procesoru nebo základní desky • Mezistupeň mezi L1 a hlavní pamětí, obsahuje data, která procesor přímo nepoužívá, ale pravděpodobně bude potřebovat • Pracuje stejnou rychlostí jako procesor nebo základní deska, což je stále rychlejší než čtení přímo z hlavní paměti
Dělení podle počtu jader • V současnosti jde vývoj směrem k integraci více jader - tedy více procesorů - na jednom čipu • Nově se procesory začínají dělit na: – jednojádrové – vícejádrové • Zvyšování počtu jader je v podstatě vynuceno fyzikálními omezeními, jako jsou rychlost světla a omezení výkonu dané potřebou procesor uchladit • V dnešní době se běžně setkáme s mikroprocesory 4jádrovými, 8-jádrovými, …
Dělení podle výrobce • Dva hlavní výrobci procesorů: Intel, AMD • Dlouhou dobu (do roku 1997) byly procesory osazovány do identických patic, označovaných též jako sockety • Sockety se označují často podle počtu pinů nebo kódovým označením, dnes jsou na trhu pro PC například: – Socket 775, Socket 478 (Intel) – Socket AM2+, Socket A, Socket 939 (AMD)
Ukázka socketů
Historie • • • • • •
1971 - Intel 4004 - první mikroprocesor - čtyřbitový 1972 - Intel 8008 - osmibitový 1978 - Intel 8086 - 16bitový, první z architektury x86 1982 - Intel 80286 - 16bitový 1985 - Intel 80386 - 32bitový, (275 000 tranzistorů) 1989 - Intel 80486 - 32bitový s integrovaným matematickým koprocesorem • 1993 - Intel Pentium - 32bitový nové generace (3,3 milionu tranzistorů)
Historie • 1999 - Intel Celeron - 32bitový, odvozený původně od Intel Pentium II pro nejlevnější PC • 1999 - Intel Pentium III - 32bitový, 9,5 mil. tranz. • 2001 - Intel Itanium - 64bitový, nové generace pro servery • 2006 - Core – 64bitová architektura, na které jsou postaveny procesory Core Duo, Core 2 Duo, Core Solo, Core 2 Quad • 2008 - Core i – procesory postavené na architektuře Nehalem s názvy i3, i5, i7
Otázky na závěr 1. 2. 3. 4. 5.
Definuj pojem procesor a vysvětli k čemu je v počítači dobrý. Vyjmenuj základní parametry procesoru a popiš je. Vysvětli rozdělení procesoru dle výrobce a počtu jader. Co je to cache paměť? K čemu slouží řadič procesoru?
Zdroje a prameny Webové stránky: 1. Procesor. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-2012 [cit. 2012-08-03]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Procesor 2. Cache. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-2012 [cit. 2012-08-03]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Cache Obrázky: 1. Dostupný pod licencí GNU Free Documentation License na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:IC_SMD16SQ_filled.svg 2. Dostupný pod licencí GNU Free Documentation License na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sockel-939.jpg?uselang=cs
