Processzrokezelés. Miért alakult ki a processzor? Kezdetben céláramkörök, önálló chipek Ötlet: miért nem készítünk egy chipet, ami végrehajtja az összes.

Az előadások a következő témára: "Processzrokezelés. Miért alakult ki a processzor? Kezdetben céláramkörök, önálló chipek Ötlet: miért nem készítünk egy chipet, ami végrehajtja az összes."— Előadás másolata:

1 Processzrokezelés

2 Miért alakult ki a processzor? Kezdetben céláramkörök, önálló chipek Ötlet: miért nem készítünk egy chipet, ami végrehajtja az összes funkciót?!

3 Több chip  egy chip 1971: Intel 4004-es chip Teljesítménye: mint az ENIAC 4004: 2300 MOS (metal-oxide semiconductor) tranzisztor ENIAC 3000 négyzetméter, 18000 vákuumcső)

4 Processzor más megközelítésben Babbage: processzor az olyan adatfeldolgozó egység, ami tárolt program alapján működik

5 Memória? Howard-elv: külön memóriában helyezkedik el a program és az adat Neumann-elv: a program és az adat egy memóriában helyezkednek el

6 Miért Howard-elv? A programok a processzor készítésekor beleíródnak az eszközbe Viszont gyors a feldolgozás Biztonságos vírusokkal szemben

7 Miért Neumann-elv? Cserélhető program, multifunkciós eszköz

8 Neumann-elv Központi egység –Vezérlő egység –Aritmetikai-logikai egység –Operatív tár –I/O eszközök –Mindezek teljesen elektronikusak legyenek, bináris számrendszerrel, az ALU legyen képes néhány alapvető logikai és matematikai művelet elvégzésére

9 Neumann-elv Tárolt program elve A vezérlő egység határozza meg a működést a tárból kiolvasott utasítások alapján, emberi beavatkozás nélkül

10 A processzor felépítése Vezérlő egység (CU) Aritmetikai-logikai műveletvégző egység (ALU) Regiszterek

11 CU Program utasításai, külső kérések (periféria megszakítási kérelme, sín igénybevételi kérése) alapján, vezérlő jelek segítségével a gép részeinek irányítása

12 ALU Aritmetikai vagy logikai műveletek Esetleg néhány regiszter Bináris rendszerű, de decimális szerint is képes működni az aritmetikai rész Matematikai koprocesszor

13 Regiszterek Általános vagy meghatározott funkciójú ALU-hoz vagy regisztertömbhöz tartozik Gyors működésű tár, hossza általában az adatsín szélességével egyezik meg

14 Regiszterek Utasítás-számláló regiszter (PC, Program Counter; IP, Instruction Pointer) Utasítás-regiszter (IR, Instruction Register) Bázisregiszter (Base Register) Indexregiszter(ek) Állapotregiszter(ek) Veremmutató regiszter (SP, Stack Pointer) Pufferregiszter(ek) (Buffer Registers)

15 PC, IP Következő utasítás memóriacíme Inkrementálódik, ha a memóriában egymás után elhelyezkedő utasítások jönnek, különben új értéket kap Kezdőértéket kívülről (pl. oprendszertől) kap

16 IR Tárolja az utasítást Az utasítás címrésze alapján kiderül az operandusok pontos helye is Pipeline miatt ebben a formában már nem létezik a korszerű processzorokban

17 Bázisreigszter Operandusok címzéséhez Nem általános használatú, nem minden processzornál található meg Báziscím: ehhez képest határozzuk meg az operandust Szegmensregiszterek: többprocesszoros rendszerben hasonló feladatot látnak el, a felhasznált tárterület kezdőcímét tárolják

18 Index-regiszterek Operandusok címzésére Különösen adatsorozatok feldolgozásánál Nem minden processzorban van rá szükség

19 Állapotregiszterek Vezérlő regiszterek (Status Register, Flag Register, Control Register) Egy vagy több regiszteren belül vezérlő és ellenőrző jelek A regiszter egy-egy bitje változik Ha sok a funkció, önálló regiszterek lehetnek (Control Register, Status vagy Flag Register)

20 SP Az általában a főmemóriában kialakított veremterület címzését látja el LIFO (Last-In-First-Out) módszer

21 Pufferregiszterek A processzor belső adat- és címsínét választják el a külső sínrendszertől Esetleg más ideiglenes célú tárolásra szolgálnak Nem minden processzornál

22 Processzor-filozófia CISC (Complicated Instruction Set Computer) vagy RISC (Reduced Instruction Set Computer) CISC: 100 fölötti utasításszám RISC: 32 utasítás

23 CISC 14 címzési mód Könnyű programozni Mikroprogramozott Egy utasítást több órajel alatt hajt végre Intel x86 architektúra

24 RISC Egyféle címzés Egyszerű, gyors, egy utasítás egy órajel alatt Pipeline feldolgozás Pl. Alpha workstation

25 Folyamatkezelés

26 Ütemezés Az idővel való gazdálkodás A folyamatok állapota változik meg Több szintű ütemezés

27 Főütemező Kiválasztja a háttértárolón lévő programok közül a végrehajthatót Ideális: a folyamatok processzor és I/O eszköz igénye közel azonos Interaktív rendszerben nincs nagy szerepe a főütemezőnek, tisztán interaktív rendszeren nincs főütemező

28 PCB (Process Control Block) Folyamatleíró blokk Minden információt tartalmaz a folyamatról Ha a folyamat fut, akkor valamelyik regiszterbe, ha nem fut, akkor várakozási sorba kerül Környezetváltás: másik PCB-t vesz elő az operációs rendszer

29 Folyamat állapotok, állapotátmenetek Futásra kész Fut Várakozik Elindul Megszakad Vár Feléled

30 Közbenső szintű ütemező Folyamatosan figyeli a rendszert Zavarok (túl sok folyamat kerül futásra kész állapotba, egyiknek se jut elég erőforrás, a processzor ideje rendszeradminisztrációval telik) esetén folyamatokat felfüggeszt, változtatja a prioritási szinteket A felfüggesztett folyamat folytathatja működését később

31 Alacsony szintű ütemezés Legaktívabb Ha normális a rendszer működése, nincs perifériára várás, optimalizálja a folyamatok feldolgozását

32 Processzor elosztása Várakozási idő –Mennyi ideig várakozhat a folyamat Átfutási idő –Folyamat elejétől végéig mennyi idő telik el Válaszidő –A folyamat rendszerbe állításától az első futásig eltelt idő (interaktív rendszernél fontos!)

33 Ütemezési algoritmusok Előbb jött, előbb fut (FCFS, First Come First Served) Legrövidebb előnyben (SJF, Shortest Job First) Körben járó (RR, Round Robin) Prioritásos módszerek Többszörös ütemezés

34 FCFS A folyamatok érkezési sorrendben futhatnak Előny: egyszerű, biztos Hátrány: az érkezési sorrendtől függ a várakozási idő

35 SJF A folyamatok közül először a legrövidebb fut Előny: a legrövidebb várakozási időt adja Hátrány: a hosszú folyamatok nehezen kerülnek sorra

36 RR Minden folyamat egy adott időszeletig futhat, majd újra sorba kell állnia Előny: demokratikus, a legrövidebb a válaszideje Hátrány: jelentős adminisztrációt igényel

37 Prioritásos módszerek Minden folyamat prioritással rendelkezik A nagyobb prioritású kerül először sorra A kis prioritású nem jut processzorhoz Ha idővel nő a prioritás, akkor minden folyamat előbb-utóbb sorra kerül

38 Többszörös ütemezés Nagygépes rendszereknél, ha a folyamatok több csoportba oszthatók Prioritási sorok CPU igény szerinti ütemezés, prioritás- változtatásokkal Sorok közötti ütemezés időosztással Legfejlettebb megoldás

39 Kérdések Mi a probléma a Howard-elvű gépekkel? Mondj példákat CISC és RISC processzorokra, PC-s és nagyszámítógépes rendszereknél! Miért van három szintre felbontva az ütemezés? Melyik stratégia lehet szerinted a legjobb, és miért?

40 Intel vagy AMD? Linkek http://www.stud.u-szeged.hu/Sipos.Georgina/fejlodes.htm –Az Intel és AMD fejlődésének lépéseit írja le www.tomshardware.com –Hardverek, köztük processzorok összehasonlítása több szempont alapján http://www-306.ibm.com/chips/products/powerpc/ –Hogy RISC processzor is legyen…