Processzorok Varga Attila. Történetei áttekintés Fix programozású számítógépek (huzalozott program) Tárolt programú gépek 1950-1960 körül jelentek meg.

Az előadások a következő témára: "Processzorok Varga Attila. Történetei áttekintés Fix programozású számítógépek (huzalozott program) Tárolt programú gépek 1950-1960 körül jelentek meg."— Előadás másolata:

1 Processzorok Varga Attila

2 Történetei áttekintés Fix programozású számítógépek (huzalozott program) Tárolt programú gépek 1950-1960 körül jelentek meg a tranzisztorok. Így már összetett, bonyolult CPU-kat tudtak gyártani. Így néztek ki az első tranzisztorok További információ: http://itl7.elte.hu/html/bevelek/tzt/tzt.htmhttp://itl7.elte.hu/html/bevelek/tzt/tzt.htm

3 A CPU működése Alapvető működés: –Beolvasás a memóriából –Értelmezés –Végrehajtás –Visszaírás a memóriába

4 Számábrázolási tartomány Jelenlegi CPU kezelési tartományok: –16 bit –32 bit –64 bit –128 bit 64 bites processzor

5 Órajel A CPU működését egy szinkronizációs jel határozza meg Ez általában egy periodikus szögletes hullám. CPU órajel

6 Utasítás-ciklus Az az idő, ami alatt a memóriából egy gépi utasítás betöltésre, dekódolásra és futtatásra kerül. Eljárások sorozata, amit a CPU végrehajt egy program összes gépi kódú utasításának futtatásához.

7 Párhuzamos feldolgozás párhuzamosság fajtái: –művelet szintű (ILP) –szál szintű (TLP) ILP megpróbálja növelni a futtatható műveletek arányát. További információ: http://esca.atomki.hu/dlug/gemini/intro.htmlhttp://esca.atomki.hu/dlug/gemini/intro.html

8 Architektúra, utasításkészlet, CPU-technológiák A processzor-architektúra jelenti a CPU felépítését, az utasításkészleteket, címzési módokat és különféle technológiákat.

9 Fix programú gép Csak meghatározott utasításokat képes elvégezni. Pl.: számológép Tetris gép is ilyen

10 Turing gép 1936-ban írta le Alan Turing a róla elnevezett Turing gépet. Ez egy alapvető szimbólum- manipuláló eszköz.

11 Neumann architektúra Az adatok és a műveletek ugyanazon a belső tárolóeszközön vannak elhelyezve.

12 Harvard architektúra A Harvard architektúra fizikailag szétválasztja a tárolást és a műveletek, illetve adatok továbbítására használt útvonalat.

13 Cisc és Risc Cisc: komplex utasításkészletű számítógép Risc: csökkentett utasításkészletű számítógép. További információ: http://www.stud.u-szeged.hu/Sipos.Georgina/architektura.htm http://www.stud.u-szeged.hu/Sipos.Georgina/architektura.htm

14 ARM architektúra 32 bites Risc processzor architektúra. Telefonokban, számológépekben, de merevlemezekben és routerekben is fellelhető. ARM processzor

15 Az x86 architektúra Intel által kifejlesztett micro-architektúra. Az x86-os generációk összefoglalva: x86-os processzor 1.Intel 8086 2.Intel 80286 3.Intel 80386 4.Intel 80486 5.Intel Pentium, Nx586, 5x86, 5k86, WinChip, mP6 6.Intel Pentium Pro, 8x86, K6, C3, Crusoe 7.AMD Athlon, Intel Pentium 4, C7, Efficeon 8.AMD Opteron, Athlon 64, Intel Core 2

16 Az x86 továbbfejlesztett változatai x86-32(IA-32) –szóhossz bővítés –lapozás támogatása x86-64(IA-32e, Intel 64) és AMD 64 –64 bites architektúra –visszafele kompatibilis Intel Core –párhuzamos utasításfeldolgozás Intel Celeron AMD Cempron Intel Pentium AMD Athlon 64

17 Intel generációk Pentium II (x86) Celeron 440 (x86-32) Pentium 4 (x86-64) Core

18 Utasításkészletek MMX –8 db 64 bites véletlen elérésű regiszter hozzáadása az x86-hoz. SSE –8db 128 bites regiszter –lebegőpontos műveletek SSE2 –64 bites SIMD lebegőpontos műveletek SSE3 –hiperszálazás kihasználása SSE4(NNI) –50 új utasítás –nem multimédia specifikus Intel Pentium MMX

19 Hiperszálazás Lehetővé teszi az operációs rendszernek, hogy az két logikai processzort lásson, így két folyamatszálat tud egyidejűleg működtetni. További információ: http://wiki.hup.hu/index.php/HyperThreadinghttp://wiki.hup.hu/index.php/HyperThreading

20 X86 virtualizáció Általános virtuális gép implementálása x86 architektúrán. Fajtái: –szoftveres Microsoft Virtual PC Microsoft Virtual Server –hardveres Virtual PC 2007

21 Cool’n’Quiet és OPM Cool’n’Quiet –processzor szabályozás –energia takarékosság OPM –továbbfejlesztett Cool’n’Quiet Athlon 64-nél jelent meg először a Cool’n’Quiet technológia.

22 3DNow! MMX utasításkészlet SIMD lebegőpontos számítások továbbfejlesztése Vektorfeldolgozási sebesség növelése GCC++ compiler támogatja a 3DNow! utasításokat.

23 LaGrande(Trusted Execution) szoftveres támadások kiküszöbölése hardveres több elválasztott futtatási környezet vagy partíció Core 2 Duo E6850 TX technológiát használ További információ: http://www.hscom.hu/hscom/images/Intel_vPro/Intel_vPro.htmhttp://www.hscom.hu/hscom/images/Intel_vPro/Intel_vPro.htm

24 PowerNow! technológia energiatakarékosság órajel és feszültség csökkentése tétlenség esetén Cool’n’Quiet elődje AMD K6-2 processzoroknál jelent meg először

25 SpeedStep technológiák energiatakarékosság órajel és feszültség csökkentése tétlenség esetén hordozható számítógépekben hosszabb az üzemidő

26 System-on-a-chip Integrált áramkör x86-os processzormag memóriavezérlő bemeneti/kimeneti vezérlő AMD Geode

27 Flynn-taxonómia

28 Rendszerbusz(FSB) CPU és a rendszer többi része közti kommunikáció kétirányú elektronikus jelszállítás memória AGP videókártya PCI bővítőkártya merevlemez BIOS-memória stb. Six-Core AMD Opteron FSB 4800 MHz

29 Gyorsítótár(cache) leggyakrabban használt memóriahelyekről tárol másolatokat kis méretű gyors szintjei: –elsőszintű(Level 1, L1) –másodszintű(Level 2, L2) –harmadszintű(Level 3, L3) További információ: http://vili.pmmf.hu/jegyzet/diplom/1997/rituper/fejez_6.htmhttp://vili.pmmf.hu/jegyzet/diplom/1997/rituper/fejez_6.htm

30 Intel processzorok

31 Intel 4004 maximális órajel 740 kHz különálló program- és adattárolás egységes 4 bites multiplexert használ átvitelre: –12 bites címeket –8 bites utasításokat –4 bites adatszavakat utasításkészlete 46 utasítást tartalmaz (41 db 8 bit széles és 5 db 16 bit széles) regiszterkészlete 16 regisztert tartalmaz, 4 bites mind belső függvényverme 3 szint mély Intel 4004

32 Intel 4040 60 utasításra bővült az utasításkészlet 8 KB-ra bővült a memória 24-re bővült a regiszterek száma 8 szinttel bővült a verem Intel 4040

33 Intel 8008 8 bites adatbusz 14 bites címvezeték maximum 16 KB memóriát kezel maximális órajel 500 KHz 3300 tranzisztor Intel 8008

34 Intel 8080 16 címvonal 64 KB memóriát tud kezelni 8 biten végzett műveletet 8 bites belső busz órajele 2 MHz Intel 8080

35 Intel 8085 új utasítások több megszakításvonal 3, 5 és 6 MHz változatban készült. 6200 tranzisztorból áll. Intel 8085

36 Intel 8086 16 bites belső és 16 bites külső adatbusz 20 bites címvezeték szegmentált memóriakezelés 1 MB memóriát tud kezelni 64 KB-os szegmensekben 2 mikronos technológiával készült 4, 5, 8 és 10 MHz-es Intel 8086

37 Intel 8088 8 bites külső adatbusz lehetővé tette az olcsó chipsetek alkalmazását 12.5 és 16 MHz-es 29000 tranzisztort tartalmaz Intel 8088

38 Intel iAPX 432 1981-ben jelent meg első 32 bites processzor három integrált áramkör 5,6 és 8 MHz-es órajel Intel iAPX 432

39 Intel 80186,80188 1982-ben jelent meg 8086 és 88-as továbbfejlesztése 16 bites belső és 8 külső adatbusz 8 új utasítás 6 MHz-es órajel Intel 80186

40 Intel 80286 16 bites védett mód címtartomány 16 MB-ra bővült task struktúrák kezelése Valós módban kompatibilis a 8086/8088-cal új utasítások Intel 80286

41 Intel 80386 első 32 bites processzor adat és címbusza is 32 bites 32 bites általános célú regiszterei magukba foglalják az előző generációk hasonló regisztereit virtuális üzemmód szegmentáló, lapozó memóriakezelés Intel 80386

42 Intel 80486 8 KB SRAM cache Integrált FPU gyorsabb lebegőpontos műveletek jobb MMU teljesítmény megcímezhető memória maximum 4 GB 66 MHz maximális órajel Intel 80486

43 Intel i860,i960 1989-ben jelent meg csökkentett utasításkészletű verziói: –XR 25 és 40 MHz –XP 40 és 50 Mhz Intel i860 XR

44 Intel Pentium 1993. márc. 22-én jelent meg szuperskaláris architektúra 64 bites adatút MMX műveletek fajtái: –P5 5 V 60-66 MHz –P54 3,3 V 75-120 MHz –p54c 3,3 V 133-200 MHz –p55c 2,8 V 160-233 MHz –p55c(Tillamook) 1,8 V 200-300 MHz Intel Pentium család

45 Intel Pentium MMX duál processzor támogatás elágazás-predikció szuperskaláris architektúra továbbfejlesztett lebegőpontos egység tápellátás-menedzselés különválasztott kód és adat cache 3,3 V bemeneti/kimeneti szint Intel Pentium MMX

46 Intel Pentium Pro Socket 370 fajtái: –Pentium Pro –Pentium II –Pentium III 150 MHz-1,5GHz