|
|
 |
 |
 |
 |
|
|
Principy mikroprocesor∙:Mikroprocesor je "mozkem" poΦφtaΦe, kter² slou₧φ k zpracovßnφ instrukcφ od program∙, kter²mi je °φzen. N∞kterΘ instrukce zpracovßvß sßm, k provedenφ n∞kter²ch dalÜφch instrukcφ pou₧φvß r∙znΘ komponenty poΦφtaΦe (nap°. operaΦnφ pam∞¥, disky, sb∞rnice, displej nebo tiskßrny). Zßkladnφ vlastnostφ mikroprocesoru je vytvß°enφ dat podle pokyn∙ urΦitΘho programu. Jeho kvalita podstatn∞ ovliv≥uje rychlost a v²konnost poΦφtaΦe.
Jßdrem ka₧dΘho mikroprocesoru je logick² obvod, kter² dokß₧e zpracovat sadu jednoduch²ch mikroinstrukcφ. Mikroinstrukce jsou jen jednoduchΘ p°φkazy. Ka₧d² mikroprocesor je navφc vybaven instrukΦnφ sadou, kterß programßtor∙m poskytuje p°φv∞tiv∞jÜφ prost°edky pro napsßnφ slo₧it∞jÜφho aplikaΦnφho programu. P°evod instrukΦnφ sady na mikroinstrukce, kterΘ je mikroprocesor schopen °eÜit, obstarßvß program napsan² v mikroinstrukcφch. Ten je dalÜφ podstatnou Φßstφ mikroprocesoru. Dnes se uplat≥ujφ dv∞ koncepce mikroprocesor∙: RISC a CISC, kterΘ se liÜφ ve velikosti instrukΦnφ sady. CISC, tedy Complete Instruction Set Computer je °eÜenφm, kdy je mikroprocesor vybaven co nej·pln∞jÜφ instrukΦnφ sadou, a mikroprocesor RISC, tzn. Reduced Instruction Set Computer, pak obsahuje jen zßkladnφ instrukce, kterΘ jsou jednoduÜÜφ a rychleji proveditelnΘ. Procesory RISC jsou rychlejÜφ, uplatnily se ale jen v mikroprocesoru PowerPC (u IBM, Applu, Motoroly) a u velk²ch nebo jedno·Φelov²ch poΦφtaΦ∙. U osobnφch poΦφtaΦ∙ p°evlßdajφ mikroprocesory CISC (u Intelu, AMD, Cyrixu), kterΘ stßle vφce zaΦφnajφ uplat≥ovat prvky procesor∙ RISC. Ka₧d² mikroprocesor obsahuje registry. Ty fungujφ jako vnit°nφ pam∞ti mikroprocesor∙, do kter²ch se uklßdajφ momentßln∞ zpracovßvanß data. PoΦet registr∙ a jejich p°esnΘ pou₧itφ se u jednotliv²ch mikroprocesor∙ liÜφ. K specifikaci adres v pam∞ti, na kter²ch se nachßzejφ zpracovßvanß data, se pou₧φvajφ r∙znΘ zp∙soby adresovacφch mechanism∙. InstrukΦnφ sada mikroprocesoru musφ obsahovat instrukce pro p°esuny dat mezi pam∞tφ a registry, aritmetickΘ a logickΘ funkce, instrukce pro °φzenφ programu a n∞kolik systΘmov²ch instrukcφ. SouΦßstφ instrukΦnφ sady nov²ch mikroprocesor∙ jsou i instrukce pro koordinaci ve vφceprocesorovΘm prost°edφ a dalÜφ p°φkazy pro multimedißlnφ programy (MMX, AMD-3DNow!, 3Dnow! Professional (u AMD Duron∙), instrukce SSE (u Celeron∙), SSE 2 (u Pentiφ IV)). Pro pou₧itφ takov²ch instrukcφ ale musφ b²t program navr₧en, jinak se jeho b∞h podstatn∞ neurychlφ. Mikroprocesor vyhodnocuje b∞hem svΘ Φinnosti celou °adu p°eruÜenφ, tzn. signßl∙, kterΘ vysφlajφ hardwarovß za°φzenφ nebo programy. Snad vÜechny modernφ mikroprocesory majφ vektorov² systΘm p°eruÜenφ. Vektory ulo₧enΘ v operaΦnφ pam∞ti, identifikovanΘ Φφslem p°eruÜenφ, ukazujφ na adresu v pam∞ti, kde je ulo₧en obslu₧n² program p°eruÜenφ. Aby se po zpracovßnφ p°eruÜenφ mohl procesor vrßtit ke svΘ p∙vodnφ Φinnosti, uklßdß sv∙j momentßlnφ stav do specißlnφho registru - do zßsobnφku. Mikroprocesor takΘ m∙₧e p°eruÜenφ doΦasn∞ zakßzat. Pam∞¥ spravuje mikroprocesor pomocφ jednotek sprßvy pam∞ti, kterΘ v pam∞ti p°eklßdajφ adresy tak, aby to bylo v²hodnΘ pro operaΦnφ systΘm. Jednotky sprßvy pam∞ti zabezpeΦujφ takΘ ochranu pam∞ti, zabra≥ujφ program∙m v naruÜenφ b∞hu ostatnφch program∙ nebo operaΦnφho systΘmu. Mikroprocesory dßle obsahujφ pam∞¥ cache, kterß je jak²msi meziskladem dat mezi r∙zn∞ rychl²mi komponentami poΦφtaΦe. ┌Φelem tΘto pam∞ti je vyrovnßvßnφ rychlostφ v p°enosu dat. Pam∞¥ L1 cache slou₧φ k p°echovßvßnφ dat ze sb∞rnice, na zßkladnφ desce je pak instalovanß pam∞¥ cache L2, kterß optimalizuje p°esuny dat mezi mikroprocesorem a operaΦnφ pam∞tφ.
Schopnost mikroprocesoru zpracovßvat posloupnost instrukcφ se naz²vß architektura mikroprocesoru. Instrukce se zpracovßvajφ bu∩ sekvenΦn∞, tj. jedna za druhou, nebo superskalßrn∞, tzn. nezßvisle na sob∞. DalÜφm zrychlujφcφm prvkem mikroprocesoru je pipelining, kdy se instrukce zpracovßvajφ najednou ve vφce fßzφch. S ostatnφmi komponentami poΦφtaΦe komunikuje mikroprocesor pomocφ sb∞rnic, kter²mi proudφ data, adresy nebo °φdφcφ signßly (adresovΘ, datovΘ, °φdφcφ sb∞rnice). ╚φm vφce vodiΦ∙ sb∞rnice mß (definuje se tzv. "Üφ°ka sb∞rnice"), tφm vφce dat je schopna p°enßÜet. VeÜkerΘ p°enßÜenΘ informace se sklßdajφ z nul a jedniΦek. Pokud mß sb∞rnice 32 vodiΦ∙ (sb∞rnice je 32bitovß), m∙₧e p°enßÜet 232 r∙zn²ch informacφ. Sb∞rnice se d∞lφ na adresovΘ (obhospoda°ujφcφ pam∞¥) a datovΘ (p°enßÜφ data mezi mikroprocesorem a okolφm). ElektronickΘ obvody tvo°φcφ mikroprocesor pracujφ v jednotliv²ch taktech, kterΘ udßvajφ jejich pracovnφ tempo. Ka₧dß zßkladnφ deska je vybavena generßtorem takt∙, kter² generuje taktovacφ impulsy pro mikroprocesor. Zßkladnφ deska nabφzφ p°epφnßnφ vφce taktovacφch frekvencφ. ╚φm je vnit°nφ frekvence mikroprocesoru vyÜÜφ, tφm rychleji mikroprocesor pracuje, ale takΘ se vφce zah°φvß. V souΦasnosti dosahujφ procesory taktovacφ frekvence a₧ 2 Ghz. Vnit°nφ frekvence je v₧dy nßsobkem frekvence vn∞jÜφ, kterß urΦuje rytmus prßce perifernφch za°φzenφ (=> pomalejÜφ prßce). Vn∞jÜφ frekvence je generovßna stejn²m Φasov²m obvodem jako vnit°nφ, lze ji nastavovat umφst∞nφm jumper∙ (propojek). Pop°. lze nastavit u modern∞jÜφch BIOS∙ a zßkladnφch desek p°φmo v SETUPu. Na zßkladnφ desce lze upravit takΘ napßjenφ mikroprocesoru. Nap∞tφ, kter²m jsou procesory napßjeny se neustßle sni₧uje, aby se snφ₧ilo jejich zah°φvßnφ vlivem spot°eby v∞tÜφho mno₧stvφ elektrickΘ energie. Velikosti nap∞tφ se pohybujφ kolem 3,3 V. Mikroprocesory pro notebooky majφ nap∞tφ ni₧Üφ ne₧ 3 V. Napßjecφ zdroj dodßvß na desku nap∞tφ vyÜÜφ (asi 5 V), nastavenφ nap∞tφ pro mikroprocesor se provßdφ pomocφ jumper∙ nebo v SETUPu (vÜechny pot°ebnΘ ·daje nalezneme v dokumentaci). D°φve se mikroprocesory pßjely napevno do zßkladnφ desky. Dnes jsou upev≥ovßny pomocφ patic (socket∙). Patice b²vajφ typu ZIF, tzn. ₧e majφ na boku pßΦku, jejφm₧ zvednutφm se mikroprocesor z patice uvolnφ a stlaΦenφm se naopak do patice upevnφ. Do patice je tak mo₧nΘ vlo₧it nap°. v²konn∞jÜφ procesor, kter² je s paticφ v²vodov∞ kompatibilnφ (nutnΘ je zkontrolovat kompatibilitu napßjecφho nap∞tφ, Üφ°ku sb∞rnice a frekvence podporovanΘ zßkl. deskou). Asi od Pentiφ 75 MHz je nezbytnΘ procesory chladit pomocφ aktivnφch a pasivnφch chladiΦ∙. Pasivnφ chladiΦe se sklßdajφ z chladφcφch ₧eber, kter²mi proudφ vzduch. ChladiΦe se na mikroprocesor lepφ, nebo se k n∞mu p°ipφnajφ specißlnφmi klipsami, dßle se aktivnφ chladiΦe p°ipojujφ ke konektoru napßjecφho zdroje. V²robci chladiΦ∙: Cryotech, Titan. Typy mikroprocesor∙:Mikroprocesory Intel:
StarÜφ typy procesor∙: 4004 - prvnφ 4bitov² procesor 8086 - prvnφ 16bitov² procesor Intelu, stal se zßkladem celΘ dalÜφ °ady. 8088 - zjednoduÜen² 8bitov² procesor. Byl pou₧it v prvnφm poΦφtaΦφch °ady IBM PC (->IBM PC XT). Na t∞chto poΦφtaΦφch je poprvΘ pou₧it OS MS-DOS. 80286 - * podstatnΘ vylepÜenφ, poΦφtaΦe s tφmto mikroprocesorem byly oznaΦovßny AT 80386 - prvnφ 32bitov² procesor, zlepÜenφ prßce s pam∞tφ (rozd∞lovßnφ pam∞tφ na oblasti) 80386 SX - navr₧en do starÜφch desek pro 286. 80486 - mß integrovanou internφ cache (8 KB) a matematick² koprocesor, pou₧φvß prvky RISC, pou₧φvß p∞tistup≥ov² pipelining. Frekvence je 20, 25, 33 a 40 u procesor∙ 486 DX/2 je dvojnßsobnß, u procesor∙ 486 DX/4 p°ekvapiv∞ trojnßsobnß. Verze 486 SX byla o°ezanou verzφ bez matematickΘho koprocesoru (v²sledek marketingovΘ strategie). LV nebo L je oznaΦenφ 486 s ni₧Üφ voltß₧φ (3,3 V). Pentia: Pentium - navφc dalÜφ superskalßrnφ a RISC prvky. Obsahuje zv∞tÜenou pam∞¥ cache v re₧imu write-back. Obsahuje mechanismus sna₧φcφ se p°edpov∞d∞t cφlovou adresu skok∙ a dokß₧e zpracovßvat i dv∞ instrukce najednou => je podstatn∞ rychlejÜφ ne₧ p°edeÜlΘ mikroprocesory. Pentia s frekvencφ 166, 200, 233 à obsahujφ multimedißlnφ instrukΦnφ sadu MMX, kterß b∞₧nΘ aplikace zrychlφ asi o 10-20%, napßjenφ je 3,3 nebo 2,8 V. Pentia jsou zasunovßna do patic ZIF (zero input force = nulovß vstupnφ sφla). Od Pentiφ 75, respektive od 100 MHz je nutno mikroprocesor chladit. Pentia je takΘ mo₧no p°etaktovßvat pomocφ nastavenφ jumper∙ na vyÜÜφ frekvence. P°i nadm∞rnΘm zv²Üenφ frekvence se vÜak mohou objevovat chyby v chodu procesoru, sni₧uje se jeho ₧ivotnost (10 let je vÜak a₧ kam) a hrozφ jeho p°epßlenφ. Pentium Pro - nov∞ obohacenß o dalÜφ prvky RISC, kterΘ umo₧≥ujφ nav²Üenφ v²konu. Integrovßna je i cache L2 (256 KB, pop°. dvojnßsobek), 15,5 mil. tranzistor∙. V pipeliningu se instrukce zpracovßvajφ i ve 14 fßzφch (podstatn∞ rychlejÜφ). P°edpovφdß se dop°edu pr∙b∞h a zpracovßvßnφ programu - sestavuje se Φasov² plßn, p°φkazy nemusφ b²t zpracovßvßny jeden za druh²m. Mikroprocesor je stßle zam∞stnßn. Mikroprocesory Pentium Pro umo₧≥ujφ i vφceprocesorovou spoluprßci, byla pro n∞ vyvinuta sb∞rnice Pentium Pro Bus. Pentium Pro vÜak nenφ optimalizovßno pro starÜφ 16bitovΘ programy (=>nejv²hodn∞jÜφ jsou operaΦnφ systΘmy Windows NT, UNIX, Linux (nikoli W95) a vyÜÜφ). Frekvence je 150, 166, 200 MHz. Intel Celeron - od r. 1998, vyrßb∞l se 0,25 mikronovou technologiφ (velikost tranzistor∙), pracoval na frekvenci 266 MHz a na rozdφl od Pentia II nem∞l ₧ßdnou vyrovnßvacφ pam∞¥ druhΘ ·rovn∞ (cache L2) => levn∞jÜφ varianta Pentiφ II. Od verze 300A (Intel Celeron A) vÜak bylo p°idßno 128 KB cache L2, postupn∞ byla zlepÜena v²robnφ technologie na 0,18 mikron∙, bylo zm∞n∞no zapouzd°enφ procesoru, podporovanΘ sb∞rnice byly i 100 MHz a razantn∞ se zvyÜovala frekvence. Procesory Intel Celeron se vklßdajφ do patice Socket 370 (stejn∞ jako Pentia III), obsahujφ instrukce MMX a SSE. Dnes pracujφ levn∞jÜφ verze nov²ch Celeron∙ na 1,2 GHz, pou₧ito je jßdro Tualatin, 0,13mikronovß technologie, 256 cache L2 , 32 cache L1 a novΘ zapouzd°enφ. Oproti Duron∙m je spot°eba jen 29W. Nov∞jÜφ Celerony vÜak nejsou kompatibilnφ se starÜφmi deskami. Intel Pentium II - na rozdφl od prvnφch Celeron∙ obsahujφ integrovanou cache L2 Intel Pentium III - instrukce SSE2, zasazuje se do patice Socket 370, vyrßbφ se i v mobilnφ verzi Mobile Pentium III - velmi nφzkß spot°eba (0,5 W), velk² v²kon (od 750/500 (vnit°nφ/vn∞jÜφ frekvence) Mhz) Intel Pentium IV - frekvence kolem 2 GHz (1,5; 1,8 à), instrukce SSE 2, kterΘ podporujφ rozhranφ DirectX8, prßce se sb∞rnicemi na frekvenci a₧ 400 MHz, dvojitß p°esnost v²poΦt∙ v plovoucφ °ßdovΘ Φßrce, 256 KB cache L2. Intel Itanium - pod k≤dov²m oznaΦenφm McKinley - vyÜÜφ poΦet provßd∞n²ch instrukcφ v jednom taktu, rozsßhlß podpora internφ pam∞ti. Intel Xeon - nßstupce Intel Pentia III Xeonu: 1,4 a₧ 1,7 Mhz, vyrßb∞ny pro v²konnΘ vφceprocesorovΘ stanice a servery, vychßzφ z architektury Pentia IV, nejpou₧φvan∞jÜφ instrukce jsou provßd∞ny na dvojnßsobku frekvence procesoru, obsahuje instrukce pro urychlenφ p°edßvßnφ instrukcφ J. Mikroprocesory AMD:
AMD486 - 100, 120 133 Mhz - kompatibilita s i80486 AMD5x86 - v²kon srovnateln² s 1. Pentii AMD K5 - zpracovßnφ instrukcφ je podobnΘ Pentiu Pro (v 1 taktu m∙₧e dokonΦit a₧ 4 instrukce), 16 KB cache L1. M∙₧e b²t osazen na zßkladnφ desku Pentia. AMD K6 - dalÜφ vylepÜenφ. AMD K6 2 - frekvence 266, 300, 350 MHz, v²konov∞ srovnatelnΘ s Intel Celeronem 300 MHz. V n∞kter²ch aplikacφch (3D) mß tento mikroprocesor navrch. Obsahuje instrukce AMD 3DNow! AMD Athlon - od r. 1999, 1,4 Mhz, technologie 0,18 mikronu, vklßdß se do patice Socket A. Nov∞ se procesory Athlon vyrßb∞jφ i do dvouprocesorov²ch server∙ a stanic. AMD Duron - od r. 2000, Duron je osekanou verzφ AMD Athlonu, osazuje se tradiΦnφ patice AMD - do Socketu A (jako Athlon), podporuje i pam∞ti DDR SDRAM. Frekvence se pohybuje od 600-1100 MHz, stejn∞ jako Athlon podporuje 52 instrukcφ AMD 3Dnow! Professional, instrukce 3Dnow+ a je kompatibilnφ s instrukcemi SSE od Intelu. Nov∞ majφ implementovanou i termßlnφ diodu, kterß by m∞la zabrßnit p°eh°ßtφ mikroprocesoru (nap°. Athlony se p°i p°etaktovßnφ mohly snadno upΘct). Velikost cache L1 je 128 KB, L2 64 KB, spot°eba 43W, podpora pam∞tφ SDRAM, DDR SDRAM; 0,18 mikronovß technologie. Mikroprocesory Cyrix: SvΘ mikroprocesory vyrßbφ Cyrix na v²robnφch linkßch IBM (proto majφ n∞kdy oznaΦenφ IBM). Cyrix 5x86 (kompatibilita s 486, v²konnostn∞ srovnatelnΘ s Pentiem) Cyrix/IBM 6x86 - podobn² Pentiu Pro, navφc 16bitovß podpora, 133, 200 Mhz, nutnost lepÜφho chlazenφ. Cyrix M2 - a₧ 200 Mhz DalÜφ mikroprocesory - od firmy IBM, VIA (procesor C3 = VIA Cyrix III -chladnΘ procesory, nφzkß spot°eba, frekvence maximßln∞ 733 MB) Alternativnφ materißly pro v²robu Φip∙, budoucnost mikroprocesor∙: - nanßÜenφ vrstvy germania nebo diamantu (asi 10mikrometrovΘ vrstvy)-> urychlenφ prßce Φip∙ a₧ o 50%. V budoucnosti najde uplatn∞nφ nejspφÜe tiÜt∞nφ integrovan²ch obvod∙ s tranzistory na um∞lohmotnΘ f≤lie "b∞₧n²mi" tiskßrnami. |
