Tento studijní materiálů vznikl v rámci projektu operačního programu OP Praha Adaptabilita. Název projektu: Inovace vzdělávacích programů Finanční poradenství a Aplikace výpočetní techniky. Projekt financuje Operační program Praha – Adaptabilita; EVROPSKÝ SOCIÁLNÍ FOND PRAHA & EU: INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI PB – Vyšší odborná škola a Střední škola managementu, s.r.o. Nad Rokoskou 111/7, Praha 8; Hardware počtačů 01 Milan Randák Aplikace výpočetní techniky

Procesor je synchronní zařízení provádí operace s daty je programovatelný pomocí mikroinstrukcí je více rodin procesorů (jednočipy > 8051, rodina x86, IA64, Sparc, …) je více výrobců

Rychlost procesoru interní rychlost procesoru je součinem FSB * multiplikátor celý počítač pracuje synchronně s hodinovým signálem

Dvě koncepce procesorů CISC (Complete Instruction Set Computer)  vznikla z Neumannovy koncepce  obsahuje plnou sadu instrukcí RISC (Reduced Instr. Set Comp.)  vznikla z harwardské koncepce  jednoúčelové procesory dnešní CPU mají prvky obou

Instrukční sady každé vylepšení architektury vyžaduje nové instrukce např. pro práci s pamětí multimediální instrukce  MMS  SSE  3DNow!  KNI, atd.

Části procesoru Jádrem procesoru je ALU, která provádí výpočty. Procesor obsahuje také ŘADIČ, který na základě instrukcí činnost procesoru řídí Dále obsahuje BLOK REGISTRŮ (FIFO a LIFO)  REGISTRY UNIVERZÁLNÍ – DATOVÉ  REGISTRY S PEVNĚ STANOVENÝM VÝZNAMEM: PC – Program Counter (IP – Instruction Pointer) – F, FL, FLAGS – registr příznaků SP – Stack Pointer – ukazatel zásobníku, zásobník = zvláštní část paměti

Části procesoru 2 jednotky pro práci s pamětí koprocesor další jednotky  např. předvídání skoků  spekulativní provádění buffery – fronty

Výroba procesoru základ – křemíkový waffer  příprava správné směsi, tavení  tažení ze zárodečného krystalu  řezání, broušení, leštění  200 mm, 300 mm a 450 mm

Fotolitografie první růst – vrstva oxidu křemičitého pokrytí fotorezistem osvícení přes masku leptání druhá vrstva SiO 2 vrstva polysilikonu (vodivé spoje a hradla) pokrytí fotorezistem atd.

Iontová implantace a další postup obohacování polysilikonu atomy příměsí – změny vodivosti, vznik tranzistorů vyplnění děr ve vrstvách kovovými mezispoji (měď, hliník) kontrola wafferu nakonec je waffer rozřezán diamantovou pilou

Dokončení funkční čipy jsou umístěny do pouzdra (PGA, FPGA, LGA; IHS) další testování rozhoduje i o označení procesoru – speed binning balení, distribuce Další vývoj fotolitografie  EUV – Extreme Ultra Violet  DUV – Deep Ultra Violet

Parametry pamětí (1) Kapacita:  množství informací, které je možné do paměti uložit Přístupová doba:  doba, kterou je nutné čekat od zadání požadavku, než paměť zpřístupní požadovanou informaci Přenosová rychlost:  množství dat, které lze z paměti přečíst (do ní zapsat) za jednotku času

Parametry pamětí (2) Statičnost / dynamičnost:  statické paměti: uchovávají informaci po celou dobu, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napětí  dynamické paměti: zapsanou informaci mají tendenci ztrácet i v době, kdy jsou připojeny k napájení informace v takových pamětech je tedy nutné neustále periodicky oživovat, aby nedošlo k jejich ztrátě

Parametry pamětí (3) Destruktivnost při čtení:  destruktivní při čtení: přečtení informace z paměti vede ke ztrátě této informace přečtená informace musí být následně po přečtení opět do paměti zapsána  nedestruktivní při čtení: přečtení informace žádným negativním způsobem tuto informaci neovlivní

Parametry pamětí (4) Energetická závislost / nezávislost:  energeticky závislé: paměti, které uložené informace po odpojení od zdroje napájení ztrácejí  energeticky nezávislé: paměti, které uchovávají informace i po dobu, kdy nejsou připojeny ke zdroji elektrického napájení

Parametry pamětí (5) Přístup:  sekvenční: před zpřístupněním informace z paměti je nutné pře-číst všechny předcházející informace  přímý: je možné zpřístupnit přímo požadovanou informaci Spolehlivost:  střední doba mezi dvěma poruchami paměti Cena za bit:  cena, kterou je nutno zaplatit za jeden bit paměti

Vnitřní paměti (1) Zapojeny jako matice paměťových buněk Každá buňka má kapacitu jeden bit Jedna paměťová buňka tedy může uchovávat pouze hodnotu logická 1 nebo logická 0 V případě vnitřních pamětí s menší kapacitou je možné jejich strukturu znázornit následujícím schématem:

Paměti (x)ROM (1) ROM - Read Only Memory Paměti určené pouze pro čtení uložených informací Informace jsou do těchto pamětí pevně zapsány při jejich výrobě Potom již není možné žádným způsobem jejich obsah změnit Jedná se o statické a energeticky nezávislé paměti PROM, EPROM, EEPROM, Flash

Paměti RAM RAM - Random Access Memory Paměti určené pro zápis i pro čtení dat Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé Podle toho, zda jsou dynamické nebo static-ké, jsou dále rozdělovány na:  DRAM – Dynamické RAM  SRAM – Statické RAM

Paměti SRAM (1) SRAM - Static Random Access Memory Uchovávají informaci v sobě uloženou po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení Paměťová buňka je realizována jako bistabil- ní klopný obvod, tj. obvod, který se může nacházet vždy v jednom ze dvou stavů, které určují, zda v paměti je uložena 1 nebo 0 Mají nízkou přístupovou dobu (1 – 20 ns)

Paměti SRAM (2) Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady Jsou používány především pro realizaci pa- mětí typu cache (L1, L2 i L3) Paměťová buňka používá dvou datových vodičů:  Data: určený k zápisu do paměti  Data: určený ke čtení z paměti Hodnota na tomto vodiči je vždy opačná než hodnota uložená v paměti

Paměti DRAM (1) DRAM - Dynamic Random Access Memory Informace je uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru Tento náboj má však tendenci se vybíjet i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napájení Aby nedošlo k tomuto vybití a tím i ke ztrátě uložené informace, je nutné periodicky pro- vádět tzv. refersh, tj. oživování paměťové buňky

Paměti DRAM (2) Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady Díky těmto vlastnostem je používána k výro- bě operačních pamětí Její nevýhodou je však vyšší přístupová doba (10 – 70 ns) způsobená nutností provádět refresh a časem potřebným k nabití a vybití kondenzátoru

Sběrnice datová dresová řídící sériová paralelní kombinovaná (sérioparalelní)

Sběrnice 2 lokální  procesorová  paměťová  sběrnice čipsetu atd. systémová (vnější)

Parametry sběrnic řídící frekvence (MHz) šířka (b) /datová, adresová datová propustnost (B/s, b/s) režimy práce

Vývoj sběrnic pro grafiku ISA – 16b šířka, takt 8MHz, 16 MB/s propustnost PCI – 32b, 33 MHz, 133 MB/s AGP – 32b, 66 MHz, 256 MB/s AGP 8x – 32b, 66MHz, 2 GB/s PCIe x16 – číslo označuje počet rychlých sériových linek (má být až x32) – předchozí sběrnice byly paralelní

Jde o propustnost současné čipsety mají šířku pásma ca 5,96 GB/s AGP 8x dosahuje 1,99 GB/s PCIe x16 dosahuje až 8 GB/s obousměrně (4GB/s jedním směrem)

Jde i o příkon současné grafické karty mají vysoké nároky na napájení AGP dodává maximálně 25W, více může jen verze PRO (50/100 W) PCIe může dodávat až 75W

routing jde o vedení vodičů v PCB (plošném spoji základní desky u paralelních rozhraní (AGP) musí být vodiče shodné délky, kvůli zpožďování signálu – na deskách to řeší „zatáčky“ u PCIe musí být shodně vodiče v páru  max. odstup v páru je 0,2 mm  min. vzdálenost od dalšího páru je 0,51 mm  skosení od slotu je 130 stupňů (AGP 90)