Vydělávej až 160.000 Kč měsíčně! Akreditované rekvalifikační kurzy s garancí práce od 0 Kč. Více informací.
Hledáme nové posily do ITnetwork týmu. Podívej se na volné pozice a přidej se do nejagilnější firmy na trhu - Více informací.

Procesory

Důležité parametry PC: frekvence µP, RAM, motherboard a jeho frekvence práce s pamětí, výkon µP, velikost pamětí, disků, výkon se udává v MHz, výkony udává výrobcem nejsou směrodatné, k čemu se bude počítač používat.

Rozdělení µP:

RISC (Reduced Instruction Set Computing) – má omezenou instrukční sadu, kterou však lze vykonat během jednoho taktu, z čehož plyne vysoká výkonnost. Ulehčuje HW. Instrukce mají jednotnou délku (při dekódování µP hned ví, jak je instrukce dlouhá) a tudíž je rychlejší něž µP CISC. Každým taktem je ukončena alespoň jedna instrukce, což je podmíněno pipelingem (řetězové zpracování instrukcí). Optimal. kompilátor zaručuje optimální přidělení registrů, odstraňuje zbytečné přístupy do pamětí aoptimalizuje program pro pipeling.

CISC (Complex Instruction Set Computing, Intel, AMD) - ulehčuje práci programátorům kompletní instrukční sadou assembleru. Instrukce dělá na dvakrát, protože neví, jak je instrukce dlouhá. Akumulátor (nejdůležitější část CISC µP) – je to registr, který je vázán na ALU (u RISC µP může tuto funkci vykonávat jakýkoliv jiný registr).

Hardware

RISC

  • jakýkoliv registr není vázán na ALU v µP. Akumulátor je nejdůležitější registr. Tento registr není určen (nemá pevný registr), lze nad ním pracovat a není vázán na ALU.
  • přejmenování registrů, provedení úklidu registrů - když přijde důležitější instrukce, přestane se provádět aktuální instrukce, která je prohlášena za odkládací a začne se s prováděním důležitější instrukce. Po jejím provedení se vrátím k předchozí.
  • práce s pamětí je redukovaná pomocí instrukcí LOAD(zaveď data) a STORE (nelze pracovat nad operační pamětí)

Optimalizující kompilátor RISC:

  • k max. použití µP
Hardware

RISC upravuje, aby zpracovávání instrukcí, aby bylo méně ztrátových časů –

Hardware

Optimalizující akumulátor CISC:

Hardware

Interpreter – jde jeden příkaz za druhým
Kompilátor - překročí pouze jednou více, ostatní se musí opět naprogramovat

Pipeling

Počítač může mít více µP, nebo µP může mít více submP. Každý µP zpracovává jinou instrukci v jiné fázi ve stejném časovém okamžiku

Hardware

Od 5 časového okamžiku se ukončí vždy jedna instrukce. Pipeling se používá jak u µP RISC, tak CISC. Je-li 4 až 8 submP, tak se jedná o superpipeling.

Zapojení subµP za sebou: řetězové zpracovávání instrukcí.

Hardware

Vnější µP (pentia): pole algoritmů volí, kterou cestou zpracovává instrukci200 Při splnění podmínky: 201 300 jump203 202Při nesplnění podmínky: 203

Hardware

V instrukci B je nějaká podmínka podle, které se rozhoduje jestli se bude pokračovat na instrukci 201 a 202 při splnění podmínky a na instrukci 300 při nesplnění podmínky.

Zapojení submP vedle sebe: zapojení skalární multiµP systém superskalární

Hardware

Zapojení superskalární – µP s více kanály pro zpracovávané instrukce. Paralelní jednotky si vybírají své instrukce samy z jednoho toku instrukcí.
µP s jedním kanálem se nazývají skalární

ARRAY (pole)

Pouze nejhornější a nejspodnější vrstva má přístup ke sběrnici.

Hardware

Vnitřní struktura µP

Procesory typu RISC a CISC se vzájemně liší. Procesory CISC jsou strukturované na vysoké programovací jazyky. U µP se sada početních funkcí přenáší z hardwaru na software.

µP CISC

základ každého µP tvoří ALU (aritmeticko – logická jednotka). ALU umí z aritmetických operací pouze sčítat, všechny ostatní aritmetické funkce řeší pomoci sčítání a logických funkcí (and, or, not).

Hardware

Temp – dočasné registry, které zaručí konstantní nemněný vstup
AKUmulátor je spjatý s ALU
ALU - příjmá čísla v binární soustavě.
Transputer – speciální µP. který nemá paralelní sběrnice (např. datová), ale má pouze sériové sběrnice. S vnějšími sběrnicemi komunikuje na vysoké frekvenci.
Flag – jednobitová paměťová buňka, jejíž obsah závisí na výsledku nějaké operace nebo existence nějakého jevu.
SWR (Status word register) – registr stavového slova, uchovává stavové příznaky (Flagy), které vypovídají o stavu AKU a ALU. Každý bit má nějaký význam.
Carry – přenos do vyššího řádu
Signum – znaménkový, nejvyšší bit, MSB, 1 – číslo je záporné, 0 – číslo je kladné.
Parita – používá se k zabezpečení přenosu dat, opětně se vypočítává z AKU.
Overflow – přetečení do znaménkového bitu.
Auxiliary Carry – poloviční přenos mezi nibli (1 nibl = 4 bity), používá se při počítání v BCD kódu.
Zero flag – obsah AKU je nulový.

U vyšších µP – např. Trap – pro ladění.

Budič

Musí oddělovat vnější a vnitřní sběrnici. Má funkce směr ven (tzn. z vnitřní na vnější), směr dovnitř (tzn. z vnější na vnitřní), oddělen (sběrnice jsou od sebe odpojeny). Při DMA je odpojen.

Hardware

Dekodér instrukcí – instrukci musím převést na elektrický impuls.

Instrukci mohu natáhnout až po ukončení instrukce -> dekódování -> řadič. Využiji toho, když jsou sběrnice volné a příjmu instrukce dříve. Uložím je do paměti (registr instrukcí FIFO, který mívá 6 až 8 buněk) a čekám až bude aktuální instrukce ukončena.

Hardware

Jestliže bude nějaký mezivýsledek, uložím ho do paměti (registry), které mi dovolují ukládat hodnoty. Toho mohu využívati při DMA, protože uvnitř µP si mohu dělat co chci.

Registry - dělení:

  • pro všeobecné použití (GPR)
  • specializované (např. Program Counter nebo Stack Pointer)

Program counter – obsahuje adresu následující instrukce. Program counter odešle adresu a při předpokladu, že instrukce jsou chronologicky seřazeny v paměti automaticky se zvýší obsah program counteru o jedna.

Von Neuman - µP pracuje podle předem stanovených instrukcí.

Program counter -> vyrovnávací paměť (ukládá se sem adresa, která má být vyslána na AB,do této paměti se zadávají i adresy dat).
Z operační paměti se musí brát i data (nejsou uloženy v Program counteru. Proto jdou z ALU do vyrovnávací paměti a pak přes budič adresy dat na AB.

Stack pointer (ukazatel zásobníku) – registr ve kterém je uložena adresa tzv. návratové instrukce, SP je ukazatel na stack. Paměť v operační paměti (LIFO). Ven lze vytáhnout položku, která byla naposledy vložena. Ukazatel na tuto položku je ve Stack Pointeru. Je zde sekvenční posloupnost přístupu.

Hardware

Vlastnosti vyšších µP

Některé µP CISC přebírají vlastnosti RISCových µP

  • umí napodobit jádro RISC, navenek se chová jako RISC, ale uvnitř jako CISC, CISC rozkládá instrukce na RISC instrukce (emulace RISCu)
  • přejmenování registrů
  • pipeling
  • superskalárnost – několik výkonných jednotek vedle sebe, většinou jsou to ALU, na dalších ALU nejdou některé operace provádět.
  • vykonávání instrukcí mimo pořadí µP, FIFO má obvykle 8 položek
Hardware

FIFO – bere první instrukci. µP si zjistí, jestli má provést první instrukci v registru FIFO, nebo některou ze tří následujících podle toho, kterou právě potřebuje.

Od Pentia 3 se dokončují instrukce u pipelingu mimo pořadí, tzn., že instrukci lze dokončit dříve, ale µP si musí pamatovat za jakou byla instrukcí byla ukončená instrukce umístěna. Výsledek je k dispozici dřív. Na uvolněném místě se může zpracovávat nová instrukce. Jestliže tato instrukce má více úkolů a máme např. 5 subµP a instrukce se začne provádět až na 4 subµP, protože na předchozím subµP vypadla instrukce, tak µP ji bude zpracovávat až do 5subµP a poté ji převezme první subµP.

  • spekulativní výpočty – mohu dělat u výpočtů na výstupy, které se mění velmi pomalu. Provádí se ze starších vstupních hodnot a v případě, že se výrazně liší bude proveden nový výpočet, který nahradí ten starý.
  • zpracování multimediálních aplikací : technologie MMX, 3DNOW – slouží pro urychlení multimediálních a komunikačních programů. Využívá přirozeného paralelismu v multimediálních a komunikačních algoritmech při zachování kompatibility se stávajícími operačními systémy a aplikacemi. Podstatou je zpracování mnoha kousků informace vykonáním jediné instrukce. To představuje paralelní zpracování, které velmi zvyšuje výkon. Tato technologie v kombinaci se superskalární architekturou poskytuje podstatný nárůst výkonu na platformě PC.
  • programy pro regulaci frekvence µP - µP sleduje výkon (vytížení), když zjistí, že byl snížen pod určitou hladinu, spadne frekvence výkonu a až opět bude potřeba ji zvýšit zpět, tak ji zvýší. Toho se využívá hlavně u notebooků pro šetření energie.

 

Všechny články v sekci
Hardware
Článek pro vás napsal David Jančík
Avatar
Uživatelské hodnocení:
7 hlasů
Autor je vášnivý programátor. Nezná slovo "nelze", nebojí se zkoušet nepoznané a pronikat do nových technologií.
Aktivity