KEE/POE 2. přednáška Technika a vývoj počítačů Ing. Milan Bělík, Ph.D.

Princip činnosti počítače Von Neumannova koncepce Hardwareové řešení Základní komponenty ProcesorPamětSběrnicePeriferie

Princip činnosti počítače Zadání a zpracování programuZadání a zpracování programu Zadání a zpracování datZadání a zpracování dat Provedení výpočtu – uložení datProvedení výpočtu – uložení dat Prezentace datPrezentace dat

Von Neumannova koncepce Činnost řidí řadič Činnost řidí řadič ALU, paměť, I/O ALU, paměť, I/O

Hardwareové řešení – základní komponenty Modulární stavba - konfigurovatelnost Základní deska – sloty, konektory (sběrnice) Přídavné karty Paměťová zařízení I/O zařízení

Procesory Platforma IBM PC: PC XT ti bitový PC ti bitový PC ti bitový (DX, SX, SL) PC ti bitový (DX, SX, SL, DX2, DX4) PC Pentium ti bitový (Pentium Pro, Pentium MMX) PC PentiumII - xxxx- 32-ti bitový (Celeron) PC PentiumIII ti bitový PC PentiumIV Itanium (Intel), Hamer (AMD) - 64-ti bitový

Specifikace IBM – minimálně 2 dodavatele Intel ( ) AMD (1969 -) Cyrix (1988 – 1997) UMC, ITT, Weitek, NexGen

 UMC - United Microelectronics Corporation Založena 1980 (1. společnost na Taiwanu v oblasti polovodičů) Založena 1980 (1. společnost na Taiwanu v oblasti polovodičů) Licence Intel na výrobu mikroprocesorů Licence Intel na výrobu mikroprocesorů Dnes výrobce IO Dnes výrobce IO  ITT - International Telephone & Telegraph Založena 1920 (celosvětová telefonní síť) Založena 1920 (celosvětová telefonní síť) Licence Intel na výrobu mikroprocesorů Licence Intel na výrobu mikroprocesorů Dnes telekomunikace a nevýrobní divize (hotely, marketing…) Dnes telekomunikace a nevýrobní divize (hotely, marketing…)  Weitek – Weitek Corporation Založena 1981 (několik inženýrů od Intelu) Založena 1981 (několik inženýrů od Intelu) výroba koprocesorů (pro i286, i386, Motorola…) výroba koprocesorů (pro i286, i386, Motorola…) Paměti, grafické adaptéry Paměti, grafické adaptéry Dnes divize Rockwellu Dnes divize Rockwellu  NexGen Založena 1986 (Compaq, ASCII, Kleiner Perkins) Založena 1986 (Compaq, ASCII, Kleiner Perkins) klon (nerealizovatelný – 8 čipů) klon (nerealizovatelný – 8 čipů) Nx586 (1994) – 1. přímá konkurence Pentia (pinově nekompatibilní – vlastní MB – PCI,VLB) – první modely neměly integrovaný FPU (až Nx586 PF100) Nx586 (1994) – 1. přímá konkurence Pentia (pinově nekompatibilní – vlastní MB – PCI,VLB) – první modely neměly integrovaný FPU (až Nx586 PF100) „srovnávací frekvence“: Nx586 P90 – 84MHz, Nx586 P80 – 75MHz „srovnávací frekvence“: Nx586 P90 – 84MHz, Nx586 P80 – 75MHz Dnes součástí AMD Dnes součástí AMD

 Cyrix Založen 1988 v Texasu (Texas Instruments) Založen 1988 v Texasu (Texas Instruments) výroba koproprocesorů pro i286, i386 výroba koproprocesorů pro i286, i386 Malá společnost – 30 designerů Malá společnost – 30 designerů 1997 sloučen s National Semiconductor 1997 sloučen s National Semiconductor FasMath 83D87, 83S87 (1989 ) – nejrychlejší 387 (o 50% rychlejší než i387DX) FasMath 83D87, 83S87 (1989 ) – nejrychlejší 387 (o 50% rychlejší než i387DX) 486SLC (1992) – 386SX + 1kB cache instrukce, 24b adresa (max. 16MB RAM) 486SLC (1992) – 386SX + 1kB cache instrukce, 24b adresa (max. 16MB RAM) 25, 33, 40MHz, spolupráce s 387, pomalejší než 486SX (low-end varianta, upgrade)25, 33, 40MHz, spolupráce s 387, pomalejší než 486SX (low-end varianta, upgrade) Úsporná varianta pro laptopyÚsporná varianta pro laptopy Výrobce TI – vlastní verze s 8kB cacheVýrobce TI – vlastní verze s 8kB cache 486DLC (1992) – 386DX + 1kB L1 cache instrukce, plně 32b 486DLC (1992) – 386DX + 1kB L1 cache instrukce, plně 32b 25, 33, 40MHz, spolupráce s 387, porovnatelné než 486SX (low-end varianta, upgrade)25, 33, 40MHz, spolupráce s 387, porovnatelné než 486SX (low-end varianta, upgrade) Výrobce TI – vlastní verze s 8kB cacheVýrobce TI – vlastní verze s 8kB cache Plánován 486SRX2 a 486DRX2 Plánován 486SRX2 a 486DRX2 486SX, 486DX (1993) – poněkud pomalejší než Intel, AMD 486SX, 486DX (1993) – poněkud pomalejší než Intel, AMD 25, 33, 40, 50, 66, 80MHz, 5V – upgrade starších desek25, 33, 40, 50, 66, 80MHz, 5V – upgrade starších desek

5x86 (1995 ) – pro MB 486 (Socket 3) 5x86 (1995 ) – pro MB 486 (Socket 3) 100, 120, 133MHz, 486 instrukce, částečně instrukční sada Pentia100, 120, 133MHz, 486 instrukce, částečně instrukční sada Pentia „jednodušší“ verze 6x86 (50% tranzistorů, 80% výkon) – P75„jednodušší“ verze 6x86 (50% tranzistorů, 80% výkon) – P75 Distribuován i pod značkou SGS Thomson a IBMDistribuován i pod značkou SGS Thomson a IBM iDX4WB pinout, 168 pins (Socket 3 )iDX4WB pinout, 168 pins (Socket 3 ) 2.0 million tranzistorů, 0.65 micrometre process2.0 million tranzistorů, 0.65 micrometre process 144mm²144mm² 3.45 V3.45 V 16 kB level-one cache16 kB level-one cache 100 MHz capable edition for 25 MHz (25×4), 33 MHz (33×3), and 50 MHz (50×2) front side bus100 MHz capable edition for 25 MHz (25×4), 33 MHz (33×3), and 50 MHz (50×2) front side bus 120/133 MHz capable edition for 40 MHz (40×3) and 33 MHz (33×4) front side bus120/133 MHz capable edition for 40 MHz (40×3) and 33 MHz (33×4) front side bus

6x86 (1995 ) – M1, pro MB Pentium –100, 120, 133MHz, 486 instrukce, částečně instrukční sada Pentia –Distribuován i pod značkou SGS Thomson a IBM –Pentium pinout, 168 pins (Socket 7 ) –Rychlejší než Pentium, kromě FPU –2.0 million tranzistorů, 0.65 micrometre process –144mm² –3.45 V –16 kB level-one cache –100 MHz capable edition for 25 MHz (25×4), 33 MHz (33×3), and 50 MHz (50×2) front side bus –120/133 MHz capable edition for 40 MHz (40×3) and 33 MHz (33×4) front side bus 6x86MX (1995 ) – M1 + MMX + větší cache M2 (1995 ) – M1 + MMX + větší cache + architektura Pentia II MediaGX (1996 ) – M1 + MMX + VGA + sound (333MHz) –Použit v low-end Compaq Právní spory s Intelem –Reverzní inženýrství –Patenty Intelu (486) –Patenty Cyrixu (Pentium Pro, Pentium II – adresace registrů) Sloučení s National Semiconductor a VIA (1997)

 AMD – Advanced Micro Devices Založen 1969 Založen 1969 výroba procesorů i286, i386, i486 výroba procesorů i286, i386, i486 Licence Intel Licence Intel Am5x86 (1995 ) – nejrychlejší 486 Am5x86 (1995 ) – nejrychlejší 486 5x86-133, Am5x86, X5-133, srovnatelné s Pentiem 755x86-133, Am5x86, X5-133, srovnatelné s Pentiem 75 4x násobení, 33MHz4x násobení, 33MHz 16kB cache16kB cache Výroba do 1999Výroba do 1999 Am5x86-P75 (X5-133) –350 nm CMOS process –L1 Cache: 16 kB unified. write-back or write-through. 4-way associative –Socket 3, 168-pin Socket 1, or Socket 2 with voltage regulator –Vcore: 3.45 V –Clock rate: 133 MHz, Front side bus: 33 MHz

K5 (1996 ) – 1. přímá konkurence Pentia K5 (1996 ) – 1. přímá konkurence Pentia Architektura podobná Pentiu Pro, výkon PentiuArchitektura podobná Pentiu Pro, výkon Pentiu Interní architektura RISCInterní architektura RISC X86 front-endX86 front-end Dobrá kompatibilitaDobrá kompatibilita 4,3 milionu tranzistorů4,3 milionu tranzistorů 5 celočíselných jednotek, 1 FPU, 16KB cache5 celočíselných jednotek, 1 FPU, 16KB cache Absence MMXAbsence MMX AMD 5 K86-P90 (SSA/5) –Sold as 5K86 P75 to P100, later as K5 PR75 to PR100 –4.3 million Transistors in 500 or 350 nm –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –Socket 5 and Socket 7 –VCore: 3.52V –Front side bus: 50 (PR75), 60 (PR90), 66 MHz (PR100) –Clockrate: 75, 90, 100 MHz 5k86 –Sold as K5 PR120 to PR166 (PR200) –4.3 million Transistors in 350 nm –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –Socket 5 and Socket 7 –VCore: 3.52V –Front side bus: 60 (PR120/150), 66 MHz –Clockrate: 90 (PR120), 100 (PR133), 105 (PR150), (PR166), 133 MHz (PR200)

K6 (1997 ) – 1. přímá konkurence Pentia II K6 (1997 ) – 1. přímá konkurence Pentia II Postaven na Nx686Postaven na Nx686 Interní RISC, X86 front-endInterní RISC, X86 front-end Dobrá kompatibilitaDobrá kompatibilita 8,8 milionu tranzistorů8,8 milionu tranzistorů Nevychází z K5Nevychází z K5 K6 (Model 6) –8.8 million transistors in 350 nm –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –MMX –Socket 7 –Front side bus: 66 MHz –VCore: 2.9 V (166/200) 3.2/3.3 V (233) –Clockrate: 166, 200, 233 MHz K6 "Little Foot" (Model 7) –8.8 million transistors in 250 nm –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –MMX –Socket 7 –Front side bus: 66 MHz –VCore: 2.2 V –Clockrate: 200, 233, 266, 300 MHz

K6-2 (1998 ) – konkurence Pentia II K6-2 (1998 ) – konkurence Pentia II Socket 7Socket 7 Podobná K6 (větší cache)Podobná K6 (větší cache) 3DNow!3DNow!K6-2 –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –MMX, 3DNow! –Super Socket 7 –Front side bus: 66, 100 MHz –VCore: 2.2V –Clockrate: 233, 266, 300, 333 & 350 MHz K6-3D (Chomper Extended (CXT), 250 nm) –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –MMX, 3DNow! –Super Socket 7 –Front side bus: 66, 95, 97, 100 MHz –VCore: 2.0(mobile)/2.2/2.3/2.4V –Clockrate: 266, 300, 333, 350, 366, 380, 400, 450, 475, 500, 533 & 550 MHz K6-2+ (180 nm, mobile) –CPU ID: AuthenticAMD Family 5 Model 13 –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –L2-Cache: 128 KiB, fullspeed –MMX, Extended 3DNow!, PowerNow! –Super7 –Front side bus: 95, 97, 100 MHz –VCore: 2.0 V –Manufacturing process: 0.18 µm –Clockrate: 450, 475, 500, 533, 550 MHz. (570 MHz, undocumented)

K6-III (1999 ) – nejrychlejší Socket 7 K6-III (1999 ) – nejrychlejší Socket 7 Výkonově podobné Pentiu IIIVýkonově podobné Pentiu III TriLevel Cache (až 2MB)TriLevel Cache (až 2MB) Podobná K6-2 (větší cache L2)Podobná K6-2 (větší cache L2) 3DNow!+, PowerNow!3DNow!+, PowerNow! K6-III ("Sharptooth", K6-3D+, 250 nm) –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –L2-Cache: 256 KiB, fullspeed –MMX, 3DNow! –Socket 7, Super7 –Front side bus: 66/100, 100 MHz –VCore: 2.2 V, 2.4 V –Manufacturing process: 0.25 µm –Clockrate: 400, 450 MHz K6-III+ (180 nm, mobile) –CPU ID: AuthenticAMD Family 5 Model 13 –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –L2-Cache: 256 KiB, fullspeed –MMX, Extended 3DNow!, PowerNow! –Super7 –Front side bus: 95, 100 MHz –VCore: 2.0 V, (1.6 V, 1.8 V low voltage types) –Manufacturing process: 0.18 µm –Clockrate: 400, 450, 475, 500 MHz. (550 MHz, undocumented)

Athlon (1999 ) Athlon (1999 ) Sedmá generace x86 (K7)Sedmá generace x86 (K7) Nejrychejší procesorNejrychejší procesor Interní RISC, x86 front-endInterní RISC, x86 front-end Double Data Rate (DDR)Double Data Rate (DDR) 6 instrukcí v 1 taktu6 instrukcí v 1 taktu Trojitá FPUTrojitá FPU Slot A („zrcadlový“ Socket 1)Slot A („zrcadlový“ Socket 1) Zamčený násobitelZamčený násobitel K7 "Argon" (250 nm)K7 "Argon" (250 nm) –K75 "Pluto/Orion" (180 nm) –L1-Cache: KB (Data + Instructions) –L2-Cache: 512 KB, external chips on CPU module with 50, 40 or 33% of CPU-speed –MMX, 3DNow! –Slot A (EV6) –Front side bus: 200 MT/s (100 MHz double-pumped) –VCore: 1.6 V (K7), V (K75) –Clockrate: MHz (K7), MHz (K75) K6-III+ (180 nm, mobile) Thunderbird –L1-Cache: KB (Data + Instructions) –L2-Cache: 256 KiB, fullspeed – rozdíl proti Athlonu –MMX, 3DNow! –Slot A & Socket A (EV6) –Front side bus: 100 MHz (Slot-A, B-models), 133 MHz (C-models) (200, 266 MT/s) –VCore: 1.7 V V –Clockrate: Slot A: MHz Socket A, 100 MHz FSB (B-models): MHz Socket A, 133 MHz FSB (C-models): MHz

Athlon XP částečně řeší problémy s teplem a spotřeboučástečně řeší problémy s teplem a spotřebou rychlejší než Thunderbird (10%)rychlejší než Thunderbird (10%) PalominoPalomino –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –L2-Cache: 256 KiB, fullspeed –MMX, 3DNow!, SSE –Socket A (EV6) –Front side bus: 133 MHz (266 MT/s) –VCore: 1.75 V –Clockrate: A4: MHz XP: MHz (1500+ to 2100+) MP: MHz Thoroughbred (130nm) –L1-Cache: KiB (Data + Instructions) –L2-Cache: 256 KiB, fullspeed –MMX, 3DNow!, SSE –Socket A (EV6) –Front side bus: 133/166 MHz (266/333 MT/s) –VCore: 1.5 V V Clockrate: –T-Bred "A": MHz (1600+ to 2200+) –T-Bred "B": MHz (1600+ to 2800+) –133 MHz FSB: MHz (1600+ to 2600+) –166 MHz FSB: MHz (2600+ to 2800+)

Barton –L1-Cache: KB (Data + Instructions) –L2-Cache: 512 KB, fullspeed –MMX, 3DNow!, SSE –Socket A (EV6) –Front side bus: 166/200 MHz (333/400 MT/s) –VCore: 1.65 V –Clockrate: MHz (2500+ to 3200+) 166 MHz FSB: MHz (2500+ to 3200+) 200 MHz FSB: 2100, 2200 MHz (3000+, 3200+) Thorton: –L2-Cache: 256 KB, fullspeed Mobile Athlon XP –Nižší napětí, rychlost

Athlon64 (2003 ) Athlon64 (2003 ) osmá generace x86 (K7)osmá generace x86 (K7) Konkurence Pentia 4Konkurence Pentia 4 64-bit, 32-bit kompatibilní64-bit, 32-bit kompatibilní Interní RISC, x86 front-endInterní RISC, x86 front-end 64, 128 bit RAM64, 128 bit RAM 1, 2 jádra (FX, X2)1, 2 jádra (FX, X2) Zamčený, odemčený násobitelZamčený, odemčený násobitel 130, 90, 65 nm technologie130, 90, 65 nm technologie 512, 1024KB cache512, 1024KB cache Sledgehammer (130 nm): 1024KB, 89WSledgehammer (130 nm): 1024KB, 89W Clawhammer (130 nm): 1024KB, WClawhammer (130 nm): 1024KB, W Newcastle (130 nm): 512KB, 89WNewcastle (130 nm): 512KB, 89W San Diego (90 nm): 1024KB, 104WSan Diego (90 nm): 1024KB, 104W Toledo (90 nm): Dual, 1024KB, 110WToledo (90 nm): Dual, 1024KB, 110W Windsor (90 nm): Dual, 512 – 1024KB, 125WWindsor (90 nm): Dual, 512 – 1024KB, 125W Winchester (90 nm): 512KB, 67WWinchester (90 nm): 512KB, 67W Venice (90 nm): 512KB, 67WVenice (90 nm): 512KB, 67W San Diego (90 nm): 1024KB, 89WSan Diego (90 nm): 1024KB, 89W Orleans (90 nm): 512KB, 62WOrleans (90 nm): 512KB, 62W Lima (65 nm): 512KB, 45WLima (65 nm): 512KB, 45W

 Intel Založen 1968 Založen 1968 Bob Noyce, Gordon Moore Bob Noyce, Gordon Moore RAM, procesory RAM, procesory Santa Clara, CA (Silicon Valley) Santa Clara, CA (Silicon Valley) 4004 (1971 ) – 740kHz 4004 (1971 ) – 740kHz 4bit4bit 2300 tranzistorů2300 tranzistorů Adresovatelná paměť 640BAdresovatelná paměť 640B Programová paměť 4kBProgramová paměť 4kB 8008 (1972 ) – 800kHz 8008 (1972 ) – 800kHz 8bit8bit 3500 tranzistorů3500 tranzistorů Adresovatelná paměť 16kBAdresovatelná paměť 16kB Programová paměť 4kBProgramová paměť 4kB Kalkulačky, terminályKalkulačky, terminály

8086 (1978 ) – IBM PC XT 16bit16bit 5 – 10 MHz5 – 10 MHz tranzistorů29000 tranzistorů Adresovatelná paměť 1MBAdresovatelná paměť 1MB 8 16bit registrů8 16bit registrů Adresa=segment+offset (64kB)Adresa=segment+offset (64kB) Výkon 10x 8080Výkon 10x (1979 ) – levnější XT 8088 (1979 ) – levnější XT 16bit, externí bus 8bit16bit, externí bus 8bit 4.77, 9 MHz4.77, 9 MHz tranzistorů29000 tranzistorů Adresovatelná paměť 1MBAdresovatelná paměť 1MB (1982 ) – nonPC (1982 ) – nonPC 16bit16bit 6 – 12MHz6 – 12MHz Průmyslová zařízeníPrůmyslová zařízení

80286 (1982 ) – IBM PC AT 16bit16bit tranzistorů tranzistorů 6 – 25MHz6 – 25MHz 24bit adreasa24bit adreasa Adresovatelná paměť 16MBAdresovatelná paměť 16MB Reálný a chráněný módReálný a chráněný mód 3-6x rychlejší než x rychlejší než 8086 V PC až do 90let…V PC až do 90let…

80386DX (1985 ) – 386DX 32bit32bit tranzistorů tranzistorů Adresovatelná paměť 4GBAdresovatelná paměť 4GB 16 – 40MHz16 – 40MHz 32bit instrukce i data32bit instrukce i data Reálný, chráněný a virtuální režimReálný, chráněný a virtuální režim 8 32bit registrů8 32bit registrů Výráběn do roku 2007Výráběn do roku SX (1988 ) 386SX (1988 ) 16bit BUS16bit BUS Adresovatelná paměť 16MBAdresovatelná paměť 16MB

486DX (1989 ) 1,2 mio tranzistorů1,2 mio tranzistorů 25 – 50 MHz25 – 50 MHz Cache 8kBCache 8kB FPUFPU DX/2 (66, 80Mhz)DX/2 (66, 80Mhz) DX/4 (75, 100, 120MHz)DX/4 (75, 100, 120MHz) 486SX (1991) 1,2 mio tranzistorů1,2 mio tranzistorů 16 – 40 MHz16 – 40 MHz Cache 8kBCache 8kB SX/2 (66, 80Mhz)SX/2 (66, 80Mhz) Low costLow cost

Pentium (1993 ) 64bit64bit superscalarsuperscalar 3,1mio tranzistorů3,1mio tranzistorů 16kB cache16kB cache Socket 7Socket 7 P5: 60, 66MHz, 5V, 0,8mikronuP5: 60, 66MHz, 5V, 0,8mikronu P54: 75, 90, 100, 120MHz, 3,3V, 0,6mikronuP54: 75, 90, 100, 120MHz, 3,3V, 0,6mikronu P54C: 120 – 200MHz, 3,3V, 0,35mikronuP54C: 120 – 200MHz, 3,3V, 0,35mikronu Pentium MMX (1997 ) Pentium MMX (1997 ) 4,5mio tranzistorů4,5mio tranzistorů 32kB cache32kB cache MMXMMX 0,35mikronu0,35mikronu 166 – 300MHz166 – 300MHz

Pentium Pro (1995 ) 5,5mio tranzistorů5,5mio tranzistorů L1 16kB, L2 256KBL1 16kB, L2 256KB 166 – 200MHz166 – 200MHz Pentium II (1997 ) Pentium II (1997 ) Pentium Pro + MMXPentium Pro + MMX 3500 tranzistorů3500 tranzistorů L1 32kB, L2 512KBL1 32kB, L2 512KBCeleron Pentium III Pentium 4 Pentium M Celeron M Core 2

4004 (1971 ) – 740kHz 4bit4bit 2300 tranzistorů2300 tranzistorů Adresovatelná paměť 640BAdresovatelná paměť 640B Programová paměť 4kBProgramová paměť 4kB 8008 (1972 ) – 800kHz 8008 (1972 ) – 800kHz 8bit8bit 3500 tranzistorů3500 tranzistorů Adresovatelná paměť 16kBAdresovatelná paměť 16kB Programová paměť 4kBProgramová paměť 4kB Kalkulačky, terminályKalkulačky, terminály