PROCESORY (2).doc

PROCESORY

1.     Historia procesorów.

Procesory przez wiele już lat swojego istnienia przeszły bardzo długą drogę, aż zostały pokazane w takiej formie jak są teraz. Pierwsze procesory, to były procesory x86 firmy Intel i była to w zasadzie jedyna wtedy firma produkującą ten typ urządzeń, czyli prawdziwe serce każdego komputera. Pierwsze procesory powstały w latach 70tych ubiegłego wieku, nie miały one nawet w pełni obsługi 16 bitowych aplikacji, posiadały one taktowanie rzędu 5 megaherców. Później zaczęły się pojawiać coraz silniejsze jednostki, aż do prawdziwego przełomu czyli ery Pentium 1, który był taktowany już z ponad 100 Megahercową częstotliwością. Wtedy też na rynku pojawiły się procesory firmy AMD, które po dziś dzień rywalizują z Intelem na rynku procesorów i jest to właściwie jedyny rywal Intela w tym segmencie rynku komputerowego. Obecnie mamy już procesory wielordzeniowe, które są zdolne do nieprawdopodobnych rzeczy, a technika idzie wciąż bardzo do przodu i niedługo nadejdzie zapewne zupełnie nowa era procesorów.

2.     Co nazywamy procesorem?

Procesor- to główny element każdego komputera osobistego, który przetwarza większość poleceń wydawanych komputerowi. W większości komputerów osobistych, CPU jest pojedynczym mikroprocesorem składającym się z jednostki sterującej, jednostki arytmetyczno-logicznej i pamięci roboczej.

3.     Zasada działania procesora

                                Cykl działania procesora można podzielić na dwa cykle:

a)     w fazie pobrania rozkazu-  na magistralę adresową wysyłana jest zawartość licznika rozkazów. Licznik rozkazów zawiera adres komórki pamięci, która zawiera rozkaz, który ma być w danej chwili wykonany. Po odczytaniu z pamięci rozkaz wędruje magistralą danych do procesora i wpisuje się do rejestru rozkazów. Na końcu fazy pobrania rozkazów układ sterowania zwiększa zawartość licznika o 1.

b)     w fazie wykonania rozkazu- układ sterowania odczytuje z rejestru rozkazów rozkaz, dokonuje jego dekodowania i w zależności od rodzajów rozkazów generuje odpowiednie sygnały sterujące. We współczesnych procesorach oba te cykle wykonywane są jednocześnie. W czasie wykonywania rozkazu pobierany jest już następny. Zbiór wszystkich możliwych do wykonania przez procesor rozkazów nazywamy listą rozkazów.

     4. Montaż procesora.

              Ustawienie właściwej wartości napięcia jest niezwykle istotne w prawidłowym funkcjonowaniu komputera. Należy  Zachować szczególną uwagę. Ustawienie zbyt wysokiego napięcia może spowodować nadmierne nagrzanie się procesora, a w efekcie jego awarię lub awarię płyty głównej. Napięcie procesora ustawiamy najczęściej za pomocą zworek (jumperów) lub też (np. w płytach Gigabyte) za pomocą bloku przełączników DIP-Switch. Przy ustawieniu konieczne jest skorzystanie z instrukcji instalacji płyty głównej.
Należy także wiedzieć , czy nasz procesor jest zasilany napięciem DUAL (2,8 - 3,2 V), STD (3,3 V) czy też VRE(3,45 - 3,6 V.

                            Następnie należy ustawić prędkość zegara procesorowego. Analogicznie jak w przypadku pierwszy należy ustawić zworki odpowiedzialne za dopasowanie płyty głównej do prędkości procesora. Chodzi tu głównie o ustawienie częstotliwości szyny głównej (BUS); 60 lub 66 MHz oraz jej mnożnika (RATIO); 1,5, 2, 2,5 lub 3. Ustawienie właściwych ustawień jest proste jeśli np. instalujemy procesor Intel 166 to musimy stawić szynę = 66 i mnożnik = 2,5 ponieważ 66x2,5 = ~`166. Zwykle zworki odpowiedzialne za ustawienie procesora znajdują się w pobliżu gniazda procesora i są kolorowe. Błędne ustawienie zworek prędkości nie spowoduje uszkodzenie jakich kolbiek części komputera , jedynie może spowodować , że komputer po załączeniu będzie wolniej pracował lub będzie się "zawieszał".

Kiedy ustawimy zegar procesora następnie ustawiamy procesor na danym miejscu na płycie głównej – czyli w podstawe ZIF. Montaż procesora rozpoczynamy od zamontowania na nim radiatora z wentylatorem. Należy zwrócić uwagę na to, aby oba elementy ściśle do siebie przylegały,  podnieść dźwignie podstawki do pozycji pionowej. Przyjrzeć się procesorowi./ jeden z czterech rogów jest lekko ścięty lub oznaczony kropką, a układ nóżek jest inny niż w pozostałych narożnikach. Należy go zatem odpowiednio ułożyć wkładając w podstawkę . należy przy tym uważać , aby nie zgiąć nóżek procesora. Po dokładnym włożeniu CPU w podstawkę unieś dźwignię w pozycje poziomą do momentu zatrzaśnięcia się.

5.     Rodzaje procesorów na świecie.

a)procesor MMX( Pentium)- MMX rozszerza zbiór rozkazów x86 o 57 nowych. Chociaż nie dotyczą one wyłącznie multimediów, zostały opracowane z myślą o multimedialnych programach. Przykładowo: jeden z rozkazów umożliwia procesorowi wykonywanie funkcji szybkiego mnożenia z sumowaniem, czyli oblicza sumy szeregu iloczynów. Funkcja odgrywa zasadniczą rolę w podstawowych algorytmach cyfrowego przetwarzania sygnałów (DSP-digital signal processing)-na przykład w telefonii. Mówią ściślej MMX wykorzystuje technikę zwaną SIMD(single instruction, multiple data – jeden rozkaz ,wiele danych), umożliwiającą procesorowi wykonywanie jednego obliczenia równocześnie na dwóch, czterech a nawet ośmiu elementach danych bez żadnej utraty szybkości. MMX dokonuje tej sztuki umieszczając kilka argumentów w jednym rejestrze 64-bitowym i wykonując na nich działanie równocześnie. MMX nie używa niewygodnego, stosu mechanizmu dostępu do rejestrów zmiennopozycyjnych, wykorzystywanego przez jednostkę zmiennopozycyjna – rozkazy MMX mogą bezpośrednio adresować wszystkie rejestry MMX.
MMX oferuje również rozmaite funkcje pomagające programistom unikać rozgałęzień kodu. Ogranicza dzięki temu zatrzymywanie potoku, które występuje wówczas gdy procesor musi pobrać kod z nieoczekiwanego miejsca i które pogarsza wydajność przetwarzania. Na przykład arytmetyka MMX „z nasycaniem” ogranicza wartość funkcji matematycznych, wykluczając kłopotliwe przepełnienia numeryczne. MMX umożliwia także programistom korzystanie z masek dzięki którym rozkazy są wykonywane tylko na niektórych elementach umieszczonych w 64-bitowym rejestrze . Rozkazy MMX w większości są wykonywane w ciągu jednego cyklu zegara. W logice równoczesnego wykonywania przez PENTIUM dwóch rozkazów kwalifikują się zatem jako rozkazy proste i mogą w pełni wykorzystywać super sakalarne możliwości procesora.

b) procesor FPU- jednostka zmienno- przecinkowa wykonuje operacje arytmetyczne pomiędzy dwiema wartościami, jednak operuje na liczbach o reprezentacji zmienno-przecinkowej, co jest znacznie bardziej skomplikowane niż reprezentacja dopełnienia dwójki używana w typowej ALU. W celu wykonania takich kalkulacji, FPU posiada kilka wbudowanych, złożonych układów, takich jak wewnętrzne ALU. Zazwyczaj projektanci nazywają jednostkę ALU układem, który wykonuje operacje arytmetyczne w formatach liczby całkowitej , podczas gdy układy dokonujące obliczeń na bardziej złożonych formatach np. zmienno-przecinkowych, liczbach zespolonych itp. zwykle otrzymują bardziej szczegółowe nazwy.

c) procesor ALU- jest układem cyfrowym, służącym do wykonywania operacji arytmetycznych (takich jak dodawanie, odejmowanie itp.) oraz operacji logicznych (np. Ex-Or) pomiędzy dwiema liczbami. ALU jest podstawowym blokiem centralnej jednostki obliczeniowej komputera. Typowe ALU ma dwa wejścia odpowiadające parze argumentów i jedno wyjście na wynik.

- funkcje - Wiele typów układów elektronicznych musi wykonywać pewne operacje arytmetyczne, zatem nawet układ wewnątrz zegarka cyfrowego zawiera miniaturową ALU, która wciąż dodaje 1 do aktualnego czasu oraz sprawdza czy powinien wystąpić dźwięk o pełnej godzinie, itp. Dotychczas, najbardziej złożonymi obwodami elektronicznymi są te wbudowane wewnątrz układów współczesnych mikroprocesorów. Dlatego też, takie procesory zawierają w sobie potężne i bardzo złożone ALU. W rzeczywistości, nowoczesny mikroprocesor (bądź komputer główny) może posiadać wielokrotne rdzenie, każdy rdzeń z wielokrotnymi jednostkami wykonawczymi, każda jednostka wykonawcza z wielokrotnymi ALU.

-systemy numeryczne- ALU musi wykonywać działania na liczbach używając tego samego formatu co reszta układu cyfrowego. Dla współczesnych procesorów jest to zazwyczaj dopełnienie dwójki reprezentowanej w kodzie binarnym. Wcześniejsze komputery używały szerokiej gamy systemów numerycznych, włącznie z dopełnieniem jedynki, formatem ze znaczeniem znaku, a nawet rzeczywistymi systemami dziesiętnymi, z dziesięcioma miejscami po przecinku. Jednostki ALU dla każdego z tych systemów numerycznych były różnie projektowane i to przyczyniło się do wprowadzenia systemu dopełnienia dwójki, jako że ten sposób ułatwia ALU wykonywanie operacji dodawania i odejmowania.

d) Pentium- mikroprocesor zaprojektowany i wytwarzany przez firmę Intel, ukazał się na rynku 22 marca1993 jako następca serii 486. Pentium miał się oryginalnie nazywać 80586 lub i586, jednak ponieważ Intel nie mógł zarejestrować samych cyfr jako znaku towarowego, wybrano nazwę "Pentium". Niemniej w pierwszych programach powstałych w tym czasie i w ich dokumentacji używano często nazwy "i586". Nazwa wzięła się z greckiej cyfry pięć - Pente, gdyż była to piąta generacja procesorów, i końcówki łacińskiej -ium.Nowa architektura Pentium oferowała mniej więcej dwukrotnie większą moc obliczeniową w porównaniu z intelowskimi 486. Najszybsze modele 486 produkowane później miały prawie taką samą wydajność jak Pentium pierwszej generacji, a niektóre zaawansowane klony 486 produkowane przez AMD równały się wydajnością z Pentium 75. Pierwsze Pentium (nazwa kodowa P5) były produkowane używając technologii 0,8 mikrometra. Następny model, P54, używał już technologii 0,6 µm i prędkość rdzenia procesora różniła się od szybkości magistrali FSB. Kolejna generacja, P54C, zbudowany był przy użyciu technologii 0.35 µm i całkowicie przy użyciu procesu produkcji CMOS (do tej pory używana była technologia Bipolar CMOS).P55C, jak się nazywała następna wersja Pentium, została nazwana "Pentium with MMX Technology" (zazwyczaj nazywane po prostu "Pentium MMX") i bazowała na rdzeniu P5 zbudowanym z użyciem technologii 0.35 µm, ale z dodatkowymi 57 nowymi instrukcjami MMX. Jednak aby procesor mógł skorzystać z tych instrukcji, potrzebne były programy specjalnie dla nich napisane i niewielka różnica w wydajności w porównaniu z rdzeniem P5 spowodowana była powiększeniem wielkości cache z 16 kiB na 32 kiB, zastosowaniem jednostki przewidywania skoków z Pentium Pro i zwiększeniem (z 2 do 4) buforów zapisu do pamięci, a nie dodatkowymi instrukcjami.Wczesne wersje Pentium taktowane 60, 66 i 90 MHz (P5 5V) miały problem z jednostką zmiennoprzecinkową, co w rzadkich okolicznościach zmniejszało dokładność niektórych obliczeń. Problem ten, odkryty w 1994 roku, był poważnym źródłem zakłopotania dla Intela, który w końcu zgodził się wymienić wszystkie wadliwe chipy na poprawione wersje. Pomimo bardzo negatywnej prasy (do czego przyczynił się między innymi fakt, że Intel wiedział o problemie, ale go zatuszował do czasu aż stał się on powszechnie znany), bardzo wiele osób skorzystało z oferty Intela, jako że wada ta w normalnym użyciu komputera nie powodowała żadnych problemów. Pierwsze wersje Pentium, taktowane zegarem 60 i 66 MHz i budowane w technologii 0.8 µm, były bardzo delikatne i, jak na tamte czasy, wydzielały z siebie bardzo dużo ciepła.

e) AMD- Ze względu na zupełnie inne architektury wewnętrzne, nie sposób ocenić, w którym miejscu na drabince kolejnych generacji należy umieścić który procesor. Żeby było trudniej się połapać, nazwy procesorów 6x86 pochodzą nie od rzeczywistej częstotliwości pracy, ale od liczby o 25% większej, bo działa jakby tyle właśnie miał.
Cyrix M2 (Cyrix 6x86M2) to dwukanałowy procesor klasy PENTIUM amerykańskiej firmy Cyrix, produkowany przez firmę IBM. Cyrix M2 zbudowany został w oparciu o najlepsze rozwiązania pochodzące z procesoraCyrix M1, posiada jednak wiele ulepszeń takich jak: technologia MMX, dwukrotnie większa pamięć cache, mechanizm prognozowania do 1024-skoków, siedmiostopniowy potok rozkazów (pipeline), zmniejszony pobór mocy (od 10 do 18 watów), Producent układu promował układ jako najkorzystniejsze rozwiązanie pod względem możliwości do ceny w swojej klasie.

Oprócz K6-III AMD zaoferował też nowy układ przystosowany do notebooków o nazwie K6-2 Mobile. Przetestowano pierwszego notebooka z tym procesorem, Toshibę Satellite 2545XCDT. Jeśli osiągi tego komputera mogą być jakąkolwiek wskazówką, to nowy układ przenośny nie zadowoli zwolenników szybkości.

Wspaniałe osiągi w aplikacjach biznesowych K6-III zawdzięcza pamięci podręcznej - a w zasadzie pamięciom. Wszystkie procesory od czasów Pentium MMX miały wbudowane w układ 64 KB pamięci podręcznej pierwszego poziomu. Pentium II i III uzupełniły ją o 512 KB pamięci drugiego poziomu, które umieszczono obok układu na tej samej płytce i które pracują z połową szybkości procesora. Celeron ma pamięć podręczną 128 KB w samym układzie - ćwierć tego, co Pentium, ale za to działające z pełną szybkością procesora.

K6-III bije jednak wszystko: oprócz 64 KB pamięci podręcznej pierwszego poziomu układ zawiera 256 KB cache'u L2, który - jak w Celeronie - pracuje z pełną szybkością. Procesor obsługuje także trzeci poziom pamięci podręcznej na płycie głównej, ale tylko wtedy, gdy producent systemu ją tam umieści.

f) CELERON- Pierwsze niezbyt udane jednostki centralne tej serii pozbawione były pamięci podręcznej i współpracowały z magistralą 66 MHz. Choć prędkość magistrali w przypadku Celeronów nie zwiększyła się do dziś, to wszystkie procesory począwszy od modelu 300A zostały wyposażone w pamięć podręczną zintegrowaną z procesorem i działającą z jego częstotliwością. Produkcja modeli Celeron 300A (z pamięcią podręczną) i 300 (bez pamięci podręcznej) została niedawno wstrzymana. Tak więc w tej chwili dostępne są cztery modele o
częstotliwościach 333, 366, 400 i 433 MHz. Poddano testom dwa komputery z procesorami Celeron 433 MHz: Adax Delta 433 i FF Computers Classic 400. Pierwszy z nich uzyskał wynik PC WorldBench 98 równy 194 punkty, drugi 200 punktów. Dla porównania komputery z procesorami Celeron 400 MHz otrzymały średnio 188 punktów, zaś Celeron 333 MHz 168 punktów. Najnowszy produkt Intela jest o 6 procent szybszy od modelu 400 MHz i o 20 procent od modelu 333 MHz. Pamiętajmy, że wyniki te odnoszą się do wydajności w aplikacjach biurowych. W przypadku programów korzystających z jednostek zmiennoprzecinkowych, różnica wydajności Celeronów w stosunku do produktów innych producentów może być większa. Celerony nie mają wad, ale nie mają też niektórych zalet. Mają cztery razy mniejszą od Pentium II pamięć podręczną, choć działa ona z prędkością procesora. Wciąż współpracują z wolną magistralą o prędkości 66 MHz, podczas gdy Pentium II i III działają z magistralą 100 MHz. Prędkość magistrali ma zasadnicze znaczenie, jeśli dokonujemy transferu dużych ilości danych z pamięci do procesora, które nie mogą się pomieścić w pamięci podręcznej.