Základné charakteristiky procesora

Parametre procesora (1) Rýchlosť vykonávania operácií - závisí od frekvencie hodinového signálu, dodávaného generátorom hodín na matičnej doske. Procesor je zložitý sekvenčný logický obvod a ako taký potrebuje pre svoju činnosť taktovací hodinový signál. Dnešné procesory majú taktovaciu frekvenciu do 4 GHz. Čím je taktovacia frekvencia vyššia, tým je procesor rýchlejší Šírka slova – udáva počet bitov dvojkového čísla, ktoré dokáže procesor spracovať počas jednej operácie. Podľa šírky dátového slova hovoríme o 8-, 16-, 32- alebo 64-bitovom procesore. Čím je šírka slova väčšia, tým je procesor výkonnejší.

Parametre procesora (2) Šírka prenosu dát - hovorí, aké najväčšie číslo ( dané počtom bitov ) môže byť behom jednej operácie do procesora dodané alebo z procesora odobrané. Je určená šírkou dátovej zbernice ( počet pinov dát.zbernice ) procesora a udáva sa v bitoch. Pozor !!! Šírka slova a šírka prenosu dát môžu byť rôzne hodnoty. Napr. procesor môže načítavať dáta o šírke 16-bit, pretože jeho dátová zbernica má šírku iba 16 bitov, ale vnútorne vie pracovať so šírkou slova 32-bitov, t.j. vykonáva operácie s 32-bitovými operandami. Ako príklad možno uviesť procesor Intel 8088, ktorého dátová zbernica bola 8-bitová, ale vnútorne pracoval ako 16-bitový procesor. Preto ho bolo možné použiť aj do 8-bitovej matičnej dosky ( dobrý obchodný manéver ). Podobne procesor Intel 80386SX mal 16-bitovú dátovú zbernicu, ale vnútorne pracoval ako 32-bitový procesor.

Parametre procesora (3) Efektivita mikrokódu - jednotlivé inštrukcie procesora sú vykonávané ako mikroprogramy, t.j. ako postupnosť mikroinštrukcií. Čím sú tieto mikroprogramy kratšie a napísané pomocou menšej sady mikroinštrukcií, tým je efektivita mikrokódu vyššia. Numerický koprocesor - je to špeciálna jednotka ( tiež samostatný číp ), určený na vykonávanie aritmetických operácií v pohyblivej rádovej čiarke ( floating point operations ). Staršie procesory ( 8086, 80268, 80386 ) túto jednotku nemali, takže sa tieto operácie museli emulovať softvérovo, čo veľmi znižovalo výpočtový výkon procesora. Tiež bolo možné doplniť do matičnej dosky samotný číp koprocesora ( 8087, 80287, 80387 ) ku stávajúcemu hlavnému procesoru.

Parametre procesora (4) Spolupracovala teda vždy dvojica ( 8086 + 8087, 80286 + 80287, 80386 + 80387 ). Všetky nasledujúce procesory od Intel 80486 už mali matematický koprocesor integrovaný priamo na čípe. Cache pamäť – vnútorná vyrovnávacia pamäť, jej veľkosť je udávaná v kB, resp. v MB, slúži na prispôsobenie rozdielných rýchlostí procesora a operačnej pamäte RAM. Existuje niekoľko úrovní pamäte cache L1, L2, L3, ktoré boli interné ( na čípe procesora ), aj externé. Líšili sa od seba veľkosťou ako aj rýchlosťou. Rýchlosť pamäte L1 > L2 > L3 Veľkosť pamäte L1 < L2 < L3

Parametre procesora (5) Paralelné spracovanie inštrukcií – procesory postavené na tejto báze sa nazývajú tzv. superskalárnymi procesormi. Procesory až do Intel 80486 mali len jeden inštrukčný kanál, t.j. v danom okamihu mohli vykonávať iba jednu operáciu. Počnúc procesorom Pentium boli k dispozícii dva inštrukčné kanály, ktoré procesor využíva automaticky, resp. programy sú písané pre použitie oboch kanálov súčasne. Príklad 1 : Majme tri nasledujúce príkazy : A=3, B=2, C= A+B Prvé dva príkazy sú na sebe nezávislé, takže A=3 ide prvým kanálom a súčasne B=2 ide druhým kanálom. Po ich ukončení sa vykoná tretí príkaz C=A+B prvým , resp. druhým kanálom. Príklad 2 : Majme príkazy A=1, A=A+2. Druhý príkaz sa nedá vykonať, pokiaľ sa nevykoná prvý príkaz. Pentium bude nútené čakať na skončenie 1.príkazu, takže celý výpočet sa uskutoční cez inštrukčný kanál 1. Inštrukčný kanál 2 zostáva nevyužitý.

Parametre procesora (6) Samozrejme, programy napísané pre procesor Pentium pobežia aj na nižších procesoroch ako Intel 80486, 80386, ale pobežia pomalšie, pretože tieto procesory majú iba jeden inštrukčný kanál. Veľkosť adresovateľnej pamäte – jedine procesor je zdrojom adresovania pamäte, resp, I/O obvodov. Šírka adresovej zbernice procesora udáva veľkosť operačnej pamäte, ktorú procesor „ vidí „. V tejto pamäti sa nachádzajú dáta a inštrukcie, ktoré procesor vykonáva. Procesor okrem adresovania operačnej RAM pamäte má ešte internú pamäť , organizovanú v podobe sady pracovných registrov. Veľkosť adresovateľnej pamäte v bajtoch je 2n , kde n – počet bitov adresovej zbernice, takže napr. 232 = 4 GB

Procesory CISC a RISC (1) Dve súperiace koncepcie procesorov : Procesory CISC – Complex Instruction Set Computer Objavili sa ako prvé Rozsiahlá inštrukčná sada Inštrukcie realizované ako mikroprogramy Krátke inštrukcie so zložitou funkcionalitou Pomalšie vykonávanie inštrukcií Zložitá architektúra, náročný návrh systému Komfortné programovanie aplikácií Inštrukcia obsahovala až do 300 strojových cyklov Intel ( x86... P4, Dual Core, Quad Core – PC, pracovné stanice, viacprocesorové systémy ) AMD ( K7 Athlon, Sempron, Opteron, AMD Quad FX platforma )

Procesory CISC a RISC (2) Procesory RISC - Reduced Instruction Set Computer Objavili sa v čase vzniku 32-bitovýh procesorov Boli to špecializované procesory pre rôzne HW aplikácie Program tvoria jednoduché inštrukcie Jednoduchá architektúra a jednoduchší návrh systému Rýchlejší beh programu aj pri nižšej taktovacej frekvencii Obsahujú veľký počet ( 100 a viac ) registrov Jednotná dĺžka inštrukcií Spracovanie inštrukcie v jednom strojovom cykle PowerPC( Motorola, IBM, Apple ), PA-RISC (Hewlett Packard ) MIPS ( Silicon Graphics ), SPARC ( Sun Microsystem ), ARM ( Intel )

Procesory CISC a RISC (3) V súčasnosti sa obidve architektúry procesorov približujú, t.j. majú črty CISC, aj RISC. RISC prevládajú v špeciálnych hardverových aplikáciách ako sú napr. technologické počítače, smerovače, komunikačné zariadenia, meracie ústredne CISC procesory sú preferované na použitie v osobných počítačoch, v pracovných staniciach a serveroch. Procesory ZISC - Zero Instruction Set Computer Procesor nepozná žiadnu „ klasickú „ inštrukciu Technológia založená na umelých neurónových sietiach