A processzorok bemutatása (CPU - Central Processing Unit)

Az előadások a következő témára: "A processzorok bemutatása (CPU - Central Processing Unit)"— Előadás másolata:

1 A processzorok bemutatása (CPU - Central Processing Unit)
Készítette Berki Alexandra Kővári Viktor

2 A processzorokról röviden
Az első mikroprocesszor az 1971-ben megjelent 4 bites szóhosszúságú Intel 4004 volt. Később több sikeres 8 bites sorozat jelent meg több gyártó részéről. (Intel 8008, Zilog Z80, Motorola 6800). A 80-as évektől kezdve megnőtt a processzorok szóhossza az órajel folyamatos növekedése mellett. A PC-kben a processzor az alaplapon található meg a központi tárral együtt. Napjainkban a két legnagyobb rivális az Intel és az AMD.

3 A processzor főbb részei
ALU (Arithmetic and Logical Unit - Aritmetikai és Logikai Egység): A processzor alapvető alkotórésze, ami alapvető matematikai és logikai műveleteket hajt végre. Sebessége növelhető egy koprocesszor beépítésével. AGU (Address Generation Unit): A címszámító egység. Feladata a programutasításokban található címek leképezése a főtár fizikai címeire és a tároló védelmi hibák felismerése. CU (Control Unit - Vezérlőegység vagy Vezérlőáramkör): Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következő utasítást, értelmezi és végrehajtatja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét.

4 A processzor főbb részei
Regiszter (Register): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű memória. A regiszterek addig (ideiglenesen) tárolják az információkat, utasításokat, amíg a processzor dolgozik velük. A mai gépekben 32/64 bit méretű regiszterek vannak. A processzor adatbuszai mindig akkorák, amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. A regiszterek között nem csak adattároló elemek vannak, hanem a processzor működéséhez elengedhetetlenül szükséges számlálók, és jelzők is. Ilyen például : Utasításszámláló, ami mindig a következő végrehajtandó utasítások címét jegyzi. Utasításregiszter, mely a memóriából kiolvasott utasítást tárolja. E kód alapján határozza meg a vezérlőegység az elvégzendő műveletet. Flagregiszter, amely a processzor működése közben létrejött állapotokat jelzi.

5 A processzor főbb részei
Buszvezérlő: A regisztert és más adattárolókat összekötő buszrendszert irányítja. A busz továbbítja az adatokat. Cache: A modern processzorok fontos része a cache, tehát a gyorsítótár. A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált memória, ami a viszonylag lassú rendszermemória-elérést hivatott kiváltani azoknak a programrészeknek és adatoknak előzetes beolvasásával, amikre a végrehajtásnak közvetlenül szüksége lehet. A mai PC processzorok általában két gyorsítótárat használnak, egy kisebb első szintű, és egy nagyobb másodszintű cache-t. A gyorsítótár mérete ma már megabyte-os nagyságrendű.

6 A processzor működése 1. Az utasítás beolvasása a memóriából a processzorba: A memória címtárolójából, az AR-ból (address register - címregiszter) kerül át a processzor címtárolójába az IP-be (instruction pointer). Ezek után a memória adattároló regiszteréből, a DR-ből (data register - adatregiszter) kerülnek át az adatok a processzor adattárolójába, az IR (instruction register)-be. 2. A beolvasott utasítás dekódolása, elemzése: Az ALU az utasítás kódját értelmezi, melyből kiderül milyen műveletet kell elvégeznie, és hogy mennyi adatot kell beolvasni még ahhoz, hogy meghatározhatóak legyenek az operandusok, amelyeken a műveleteket végzi.

7 A processzor működése 3. A művelet végrehajtása, mely eredménye az LR3 segédregiszterbe kerül. 4. Eredmény tárolása: az LR3 segédregiszterből vagy egy másik regiszterbe, vagy a DR-en keresztül a memóriacímre kerül. 5. A következő utasítás címének meghatározása: A szekvenciális program esetében az IP értékének megnövelésével jut el az ALU a következő utasítás címéhez. Ellenkező esetben egy regiszter tartalmazza a következő utasítás címét, melyet a processzor az IP-be ír.

8 Az óra és az órajel Az óra az egész számítógép működéséhez szükséges ütemet biztosítja. Az óra magában foglal egy kvarckristályt, ami az órajel előállításához szükséges rezgés stabilitását adja. Sebességét Hertzben (Megahertzben) mérjük. Az órajel generátor néhány száz MHz-es rezgést ad, ezért a processzor órajelének előállításához egy beállítható szorzót alkalmaznak, hogy többféle sebességű processzort is a rendszerbe lehessen építeni. A processzor részegységei az órajel ütemére végzik feladataikat. Amikor egy részegység megkapja az órajelet egy elektronikus jel formájában, akkor elvégzi a soron következő műveletet, amikor megkapja a következő jelet, akkor a következő műveletet végzi el. Egy másodperc alatt egy mai processzor egysége több milliószor kap jelet. Az órajel sebességének így ahhoz az időhöz kell alkalmazkodnia, amennyi időbe telik egy részegységnek a rá kijelölt művelet elvégzése. Ez lényegében azt eredményezheti, hogy a processzor egységeinek a leglassúbb elem miatt kell várakozniuk. Ezt persze különféle megoldásokkal orvosolják. Gépi ciklusnak nevezzük azt az időt, amely alatt a számítógép egy gépi műveletet végre tud hajtani. Egy gépi ciklus általában több órajelütemből áll, az egyes utasítások végrehajtásához szükséges gépi ciklusok száma utasításonként más és más lehet.

9 A processzor hűtése A mai processzorok olyan magas frekvencián dolgoznak, hogy egyszerűen elolvadnának az elektromos áram hőhatása miatt, ezért ezt kell hűtőrendszerrel orvosolni. Több fajtája létezik: Léghűtéses: A processzorra egy hűtőbordát szerelnek, ami elvonja a hőt, erre pedig egy hűtő-ventilátort, ami hűti a hűtőbordát. Ezt nevezik aktív hűtésnek, passzív hűtésnek nevezik azt a fajta hűtést, ha a ventilátort elhagyják a rendszerből. A hűtőborda és a processzor közé szinte mindig hűtőpasztát tesznek, a jobb hőátadás érdekében. Ez általában alumínium hűtőpaszta. Vízhűtéses: Csövekben vizet cirkuláltatnak, és ezt kötik rá a hűteni kívánt alkatrészre. Teljesen halk, emellett igen hatékony, ám kiépítése bonyolult és drága. Egyéb hűtési fajták is léteznek, de ezek nem olyan elterjedtek, például: Peltier hűtés, Hidrogénes hűtés, Hőcsöves hűtés, Folyékony nitrogénes hűtés A processzorgyártók különféle módszereket vezettek be arra, hogy ha a CPU nincs terhelés alatt, órajeléből visszavegyen, kisebb teljesítményen dolgozzon, és ezáltal kevesebb hőt termeljen.

10 Processzorgyártók Manapság két nagy processzorgyártó vetekszik egymással, az Intel és az AMD. Az Intel a nagyobb, belőle vált ki az AMD. Mind a két processzorgyártónak nagy részesedése van a videokártyák piacán is. Rajtuk kívül vannak még processzorgyártók ugyan (IBM, Cyrix), de piaci részesedésük a mikroprocesszorok terén igen csekély.

11 EKF – Hallgatói laptopok
HP630

12 HP630 adatai Processzor: Intel Core 2 Duo P7570 (3M Cache, 2.26 GHz)
Chipkészlet: Intel GM45 Express Memória: 2 Gb DDR3-1333 Kijelző: 15,6" HD LED TFT 16:9 (1366 x 768) Winchester: 320GB SATA Optikai meghajtó: DVD író (supermulti) + Lightscribe Videókártya: Intel® Graphics Media Accelerator 4500MHD Hangkártya: Altec Lansing® hangszórók Billentyűzet: magyar Akku/üzemidő: 6 cellás (47WHr) lithium-ion Multimédia: beépített webkamera, 2 az 1-ben kártyaolvasó

13 Processzorfajták Core I9 - A jelenlegi csúcskategória, 6 magos Intel CPU. Core I5 - A legújabb 2magos/4 szálas, 4 magos Intel CPU. Xeon - Szerverprocesszor. Quad-Core Xeon - négymagos processzor, csak kevés alkalmazás tudja kihasználni a négy magban rejlő előnyt. Core 2 Duo - kétmagos, rendkívül jó ár/érték mutatójú, nagy teljesítményű processzor. Core 2 Quad - Otthoni gépekbe szánt négymagos processzor. Pentium 4 - Az Intel előző architektúrára épülő processzorcsaládja, van kétmagos is belőle.

14 Processzorfajták Opteron – Szerverprocesszor.
Quad-Core Opteron – Négymagos processzor. Athlon FX – Csökkentett teljesítményű Opteron processzorok. Phenom X6 - natív hatmagos processzor Phenom X4 - natív négymagos processzor Athlon X2 – Az AMD kétmagos processzora. Athlon64 – Az AMD híres egymagos processzorcsaládja.

15 Processzorok összehasonlítása
Az első Celeronokat 1998-ban mutatták be, melyek még a Pentium II alapjaira épültek. A Celeron márkanév az Intel által használatos, főként az olcsó árfekvésű számítógépekbe szerelhető processzor elnevezése. Az úgynevezett x86-os szériába tartozó, 32 bites programok futtatására felkészített egységek alacsony áruk mellett valamivel gyengébb teljesítményűek, mint drágább társaik. Általában kevesebb cache memóriával és letiltott funkciókkal rendelkeznek, jóllehet egy-egy sorozat időnként kézi beállításokkal nagyszerűen tuningolható.

16 Processzorok összehasonlítása
Az eredeti Athlon 1999-ben jelent meg a piacon. Az Athlon az AMD cég védjegye. A különböző általa tervezett és gyártott x86 processzorainak az elnevezése. Az Athlon név az angol decathlon, azaz tízpróba szóból származik. Az Athlon fejlett mikro architektúrája az általános jó teljesítményre lett kihegyezve, egy meglehetősen fejlett lebegőpontos egységgel. (FPU)

17 Processzorok összehasonlítása
Az Intel 2001 közepén dobta piacra az Xeon elnevezésű processzorait. Az első változatokat az új NetBurst mikro architektúrákban helyezték használatba.

18 Processzorok összehasonlítása
Az AMD Duron egy x86-kompatibilis processzor, amelyet az AMD gyártott. A Duron elnevezés a latin „Durare” kifejezésből ered, aminek a jelentése hosszantartó, tartós. 2000 végén jelent meg, egy olcsóbb alternatívát kínálva az AMD saját nagyteljesítményű Athlon processzorára, és a konkurens Intel Pentium 3- asokra és Celeronokra. A Duron gyártása 2004-ben befejeződött.

19 Processzorok összehasonlítása
Processzor megnevezése Sempron Athlon 64 Athlon 64 X2 Celeron D Celeron 4xx Pentium Dual-Core A család legkisebb és legnagyobb típusa 2800+ és 3800+ 3000+ és 4000+ 3600+ és 5200+ 310 és 365 420 és 440 E2140 és E2180 A család min./max. órajele 1600–2200 MHz 1800–2600 MHz 1900–2700 MHz 2133–3600 MHz 1600–2000 MHz Tesztelt típus 3800+ 3500+ 3600+ 356 440 E2140 Órajele 2200 MHz 1900 MHz 3333 MHz 2000 MHz 1600 Támogatott memória DDR2-533/667/800 Gyártástechnológia 90 nm 65 nm Tranzisztorszám (millió) 63,5 129 154 188 n.a. 167 Magméret (mm2) 84 126 81 111 L1 cache 64 kB adat és 64 kB utasítás (2-utas) 2 x 64 kB adat és 64 kB utasítás (2 utas) 16 kB adat (8 utas) 32 kB adat és 32 kB utasítás (8 utas) 2 x 32 kB adat és 32 kB utasítás (8 utas) L2 cache 256 kB (16 utas; 128 bit) 512 kB (16 utas; 128 bit) 2 x 512 kB (16 utas; 128 bit) 512 kB (8 utas; 128 bit) 512 kB (2 utas; 256 bit) 1 MB megosztott (4 utas; 256 bit) Rendszerbusz órajele 800 MHz HyperTransport 1000 MHz HyperTransport 133 MHz FSB / 533 MHz QPB 200 MHz FSB / 800 MHz QPB Feszültség 1,25–1,40 V 1,25–1,35 V 1,250–1,300 V 1,050–1,300 V 1,162–1,312 V Maximális fogyasztás 62 W 65 W 35 W

20 Mitől 64 bit a 64 bit? (32 bit) Amikor elindítunk egy alkalmazást, az a memóriába kerül utasítások és adatok folyamaként. A processzor ezeket az adatokat és utasításokat dolgozza fel. Amikor egy 32 bites processzorról beszélünk, az egész számok kezelése és a memória megcímzése 32 biten történik, tehát az adatok 32 bit szélesek. Az utasítások mérete nem lényeges, mert azok (szinte) ugyanakkorák 64 biten is. Az adatok/utasítások a memóriából a rendszerbuszon keresztül a processzorba kerülnek (tekintsünk el a hiányzó másodszintű gyorsítótártól az egyszerűség kedvéért), a processzoron belül az adatok az adatcache-be, az utasítások az utasításcache-be kerülnek. Az adatcache-ből az adatok tovább vándorolnak a regiszterek felé (melyek egyelőre 32 bit szélesek), majd innen a végrehajtó egységek felé veszik az irányt, amelyek az utasítások által meghatározott módon egy, két vagy akár több adaton, vagyis operanduson elvégzik a műveletet. Az eredmény szépen visszakerül a regiszterekbe, illetve a cache-be, és a folyamat kezdődik elölről.

21 Mitől 64 bit a 64 bit? (64 bit) Egy 64 bites processzorban 64 bit széles általános használatú regiszterek vannak, tehát a processzor képessé válik a 64 bites adatok feldolgozására. Az alkalmazás a memóriába kerül, itt már 32 és 64 bit széles adatokat is találhatunk. Az adatok és utasítások eljutnak a processzor gyorsítótárjaiba, innen ismét kétfelé veszik az irányt. Az adatok a regiszterekbe kerülnek, és itt lényeges, hogy a 64 bites adatok tárolására már rendelkezésre állnak 64 bites regiszterek is, melyek később az utasításokkal „párosítva” ismét a végrehajtó egységekben landolnak, ahol vegyesen 32 és 64 bit széles adatok keletkeznek. A képen az is jól látszik, hogy a szélesebb operandusok szállításához, tárolásához gyorsabb, szélesebb és nagyobb memóriára, rendszerbuszra és gyorsítótárakra van szükség.

22 Újdonságok Intel - Atom
Az Intel hivatalosan 2008 áprilisában indította útjára a korábban csak Silverthorne kódnevű, majd később Atom névre keresztelt processzorcsaládját. A korábbi fejlesztésekkel ellentétben az Atom célja a következő számítási teljesítmény rekord felállítás helyett sokkal inkább egy új kategória megteremtése volt, mely remekül passzol a MID-ek (Mobile Internet Devices) és az UMPC-k (Ultra-Mobile PC) világába. Ebből kifolyólag az architektúra tervezésénél az alacsony fogyasztás és a gyártási költségek minimalizálása játszotta a főszerepet.

23 Újdonságok Intel - Sandy Bridge
Az Intel aktívan frissíti a mobil piacra szánt termékskáláját, így a mai nap újabb két processzort szült, melyek a Sandy Bridge lapkára épülnek. Az új processzorok paramétereit az alábbi táblázat foglalja össze: Az Intel a termékek szállítását hamarosan megkezdi, de az árakról még nincs pontos adat. Ez azonban nem olyan lényeges, mivel mobil processzorokról van szó, így külön úgy sem vásárolhatók meg.

24 Újdonságok Intel processzorok mennek
Az Intel az termékskála bővítése mellett meg is szüntet néhány régebbi processzort a közeljövőben. Core i5-560M Core i5-560UM Core i5-580M Core i7-640M Core i7-660LM Core i7-680UM Core i7-840QM Core i7-740QM Core i7-940XM

25 Újdonságok Az INTEL X58-as chipkészletét felváltja a korszerűbb X79-es
Az LGA1366-os processzorok alapjául szolgáló X58-as átadja a helyét az X79-nek. Az X79-es a küszöbön álló LGA2011 foglalatra épülő platform lelke lesz. Maga a lapkakészlet 10 db SATA 6 Gbps-os port biztosítására képes, amelyek közül 8 SAS portként is konfigurálhatóAnnak érdekében, hogy a portok számára megfelelő sávszélesség álljon rendelkezésre, az X79-es PCH és az adott LGA-2011-es processzor között 8 GB sávszélesség adott.

26 Újdonságok AMD Fusion Januárban megérkeztek hazánkba az AMD új processzorai, nem szimpla processzorokról, azaz CPU-król, hanem úgynevezett APU- król van szó. Az APU az Accelerated Processing Unit kifejezés rövidítése, melyben egy CPU és egy GPU lett egybetokozva, mondhatni fúzionálva, innen is a kifejezés: AMD Fusion. A Fusion első verziójáról, teljesen új, az alapoktól újratervezett, direkt az alacsony fogyasztásra koncentráló architektúráról van szó, amelyet netbookokban, notebookokban, nettopokban és Mini-ITX-es alaplapokon láthatunk viszont. Ez tehát nem egy új Athlon vagy Phenom, hanem egy Intel Atom rivális, annál azonban bizonyos tekintetben fejlettebb (ami nem is csoda, hiszen az Atom már 3 éves), ugyanis a CPU és a GPU összedolgozik.

27 Újdonságok AMD Fusion Alap Program
Célja:  a legmodernebb alkalmazások és forma tényezők, amelyek által az AMD Fusion termékeket úgy tervezték, hogy lehetővé tegye, hogy a fogyasztóknak igyekezzenek hasznosabban, gyorsabban egy élénkebb és szórakoztatóbb felhasználói élményt nyújtani.

28 Újdonságok Az AMD FUSION CSALÁD APUS
2011-ben mutatta be a Fusion APU családot az AMD. Az APU (Accelerated Processing Unit), gyorsított feldolgozó egység Ez lehetővé teszi, az akkumulátor élettartamának meghosszabbítását a PC-ben, mind e közben lehetővé teszi a nagy teljesítményű, új generációs vizuális élményeket is Gyorsított feldolgozó egység (APU) egyesíti a nagy teljesítményű soros és párhuzamos processzormagot, így áttörést nyújt a vizuális számítástechnika, a biztonság, a teljesítmény és a készülék között.

29 Forrás: ies/fusion/Pages/fusion.aspx#2 releases/Pages/amd-boosts-fusion-apus- 2011aug22.aspx releases/Pages/amd-demonstrates-next- 2011oct04.aspx orm/bemutatkozas.html

30 http://prohardver. hu/hir/nyugdijba_vonul_x5 8_nehany_intel_processzor
8_nehany_intel_processzor.html erkezik_az_x79_es_lapkakeszlet/17195 omepage.html processzor-toerteneti-attekintes.html

31 Köszönjük a figyelmet!