Procesory.

Prezentace na téma: "Procesory."— Transkript prezentace:

1 procesory

2 AVR Historie Za celým zrodem AVR stojí dva studenti z Norského technického institutu se jmény Alf-Egil Bogen a Vegard Wollan. Na trhu se pak tyto mikroprocesory začali objevovat od roku 1997. K naprogramování AVR mikroprocesoru je nutný AVR programátor a příslušný software pro kompilaci programového kódu do strojového kódu. Nejčastěji se používá nástroj vyvinutý firmou Atmel a to program „AVR studio“. V tomto programu lze pak tvořit za pomocí GNU Assembleru, C++ program který po kompilaci je skrze programátor nahrán do programové paměti mikroprocesoru. K naprogramování mikroprocesoru je možno využít několik rozdílných programátorů, nejčastěji však: STK500 AVR prog

3 Motorola 6800 (1975) Krátce po uvedení intelu 8080 přišla se svým procesorem firma Motorola. Roku 1975 s modelem 6800. Uměl zpracovat 78 instrukcí, včetně poněkud mysteriózní sady nazvané „Halt and Catch fire“, jejíž počátky sahají až k IBM 360. Jednalo se o sadu instrukcí, které umožnily zvyšovat rychlost sběrnice až k její maximální hranici. Původně se jednalo o sadu instrukcí řídící testy sběrnic. U některých konfigurací mohlo dojít až k vyhoření sběrnice, odtud název této sady. Registry byly zanedbatelně malé, k dispozici byly pouze dva 8 bitové akumulátory a 16 bitový

4 Fairchild F8 (1975) Jednoduchý 8 bitový procesor firmy Fairchild Semiconducor byl díky absenci adresové sběrnice, a tím i nízké ceně, přímo předurčen k úspěchu. Měl 8 bitový akumulátor a 64 osmi bitových registrů, tzv. „scratchpad RAM“ přístupných přes ISAR registr ve skupinách po osmi. Řešení umožnilo nepoužívat RAM pro malé programy. A zároveň umožnilo připojení druhého procesoru, kterým byl většinou F 3851.

5 MOS Technology 6502 (1975) Osmi bitový procesor firmy MOS byl navržen jako přímá konkurence mikroprocesorů 6800 firmy Motorola a 8080 firmy Intel. Konkuroval hlavně cenou, která se v době vzniku pohybovala na 25$, zatímco konkurenční procesory stály 179$. V rámci konkurenčního boje se jejich cena posléze snížila na 79$. 6502 pracoval s malými časovými okamžiky kdy bylo zaručeno, že nedojde k přerušení a k požadavku na sběrnici. To ho předurčilo k domácímu použití. Protože obsluha videovýstupu mohla těchto malých časových okamžiků využít k výpisu aniž by bylo nutné zastavit mikroprocesor. Mikroprocesor 6502, ačkoliv jménem není příliš znám, sloužil v mnoha převratných počítačích. Prvním z nich byla herní konzole Atari Dále v herních konzolách Nintendo a ve slavných domácích počítačích firmy Commodore. Architektura byla 8 bitová se 16 bitovou adresovou sběrnicí. Taktovací frekvence byla 1 MHz. Model 6502 také obsahoval velmi málo registrů. V tehdejších dobách byla rychlost RAM výrazně vyšší než rychlost procesoru. Zdálo se proto rozumné implementovat spíše operace s pamětí, než zvyšovat počty a velikost registrů. K dispozici byl 8 bitový akumulátor, dva 8 bitové registry X a Y, dále 8 bitový příznakový registr („status register“) a 8 bitový ukazatel na pozici v zásobníku („stack pointer“). V poslední řadě se pod pláštěm skrýval 16 bitový programový čítač („program counter“).

6 TMS 9900 (1976) Jeden z prvních skutečně 16 bitových mikroprocesorů vydala firma Texas Instruments v červnu roku Používal se v mikropočítačích a měl 15 bitovou adresaci a dva integrované 16 bitové registry. Unikátním řešením bylo ponechání všech uživatelsky přístupných registrů v paměti. Těchto registrů bylo 16 a ukládaly se v RAM. Malý adresový prostor a nutnost rychlé RAM nepřinesly tomuto procesoru valný úspěch v boji s jeho hlavním konkurentem 8086 firmy Intel.

7 Zilog Z80 (1976) Zilog byl vylepšením 8080 navržený bývalými inženýry z firmy Intel. Také používal 8 a 16 bitovou adresaci a uměl provádět veškeré operace 8080 a navíc 80 dalších svých instrukcí. Používal 16 bitovou adresaci. Obsahoval zdvojenou registrovou sadu, se dvěma banky datových registrů – A a F. Dále měl dva indexové registry IX a IY a 2 typy tzv. vektorových přerušení, přímý nebo přes 8 bitový registr. Prvotní implementace měla pracovní frekvenci 2.5 MHz, která byla posléze ve verzi Z80-H zvýšena až na 8 MHz. Zilog Z80 jako mnoho procesorů této doby měl velmi mnoho nezdokumentovaných instrukcí. V této době bylo snahou i chybný operační kód vyhodnotit. Zlom nastal až s příchodem mikroprocesoru 80186. Ve snaze dobýt pozice nejlevnějších počítačů, obsahoval Z80 vlastní generátor oživujících cyklů pro paměť RAM.

8 MIL-STD-1750 (1979) STD 1750 firmy Military Artifical Intelligence byl vytvořen pro potřeby amerického letectva. Je 16 bitový a jako většina tehdejších mikroprocesorů byl inspirován architekturou PDP-11. Jeho šestnáct 16 bitových registrů mohlo reprezentovat osm 32 bitových registrů reprezentovaných jako uspořádané dvojice registrů R0+R1, R1+R2..., které byly 16 bitové. Pouze registry mohly být použity k uložení adresy a R0 nemohl být použit jako index. R15 byl implicitně používán jako tzv. „stack pointer“, což byl ukazatel na zásobník. Programový čítač nebyl uživatelsky přístupný. Adresový prostor byl 16 bitů, ale integrovaná hardwarová správa paměti (MMU = Memory Management Unit) měla 20 bitovou adresaci. Zajímavým řešením bylo rozdělení uložení dat a instrukcí v paměti. Tzv. "PSW" (= Processor Status Word) vybíralo jednu z celkem 16 stránkovacích skupin. Každá stránkovací skupina obsahovala 16 registrů pro data a 16 registrů pro program. STD 1750 nabízel 16 operačních módů, supervisor, 14 uživatelských módů a jeden mód „key“ s číslem 15, který mohl přistupovat pouze ke stránce číslo 15.

9 Motorola (1982) První série spatřila světlo světa roku Jedná se první exemplář úspěšné rodiny procesorů Pracovní frekvence byla 8 MHz a 16 bitová architektura předznamenala úspěch této řady. Měl 24 bitové adresování paměti a lineární adresovací prostor, kdy může být adresována celá paměť, na rozdíl od segmentového přístupu u 8086. První implementace obsahovaly 32 bitové registry, rozdělené mezi datové a adresové. Jeden z registrů byl rezervován pro ukazatel na pozici v zásobníku, tzv. „stack pointer“. V případě,že byl zásobník naplněn, ukazatel byl přenastaven na nejčastěji používanou položku. Tento procesor na rozdíl od řady x86 ovládal dva operační módy, tzv. „supervisor“ a „user“. Mód „user“ zakazoval některé instrukce k přímému použití.

10 Motorola 68020 je 32-bitový mikroprocesor architektury CISC z řady 680x0, který vyráběla firma Motorola. Jejím předchůdcem byl procesor Motorola 68010, další procesor v řadě se jmenoval Motorola Motorola 68020, která obsahovala 190 000 tranzistorů, byla použita v mnoha modelech osobních (domácích) počítačů Amiga a Apple Macintosh II. Motorola 68EC020 je laciným mikroprocesorem z řady Motorola 680x0. Hlavním rozdílem mezi originálním procesorem a touto ořezanou variantou je implementace horší 24-bitové adresové sběrnice, která dovolovala adresovat pouze 16 MB RAM paměti. Procesor 68EC020 byl použit jako hlavní CPU v populárním domácím počítači Amiga 1200.

11 Motorola 68030 Motorola je 32-bitový mikroprocesor architektury CISC z řady 680x0, který vyráběla firma Motorola. Jejím předchůdcem byl procesor Motorola 68020, další procesor v řadě se jmenoval Motorola Motorola 68030, která obsahovala 273 000 tranzistorů, nabízela na čipu dvě oddělené cache paměti (instrukční a datovou) o velikosti 256 bytů. Také měla důležitou MMU jednotku a dovolovala připojit rychlou matematickou FPU jednotku Motorola Motorola byla použita v mnoha modelech osobních (domácích) počítačů Amiga, Apple Macintosh II, Atari TT a hlavně Atari Falcon. Motorola 68EC030 je laciným mikroprocesorem z řady Motorola 680x0. Hlavním rozdílem mezi originálním procesorem a touto ořezanou variantou je úplná absence důležité MMU jednotky. Procesor 68EC030, který obsahoval 251 000 tranzistorů, byl použit jako hlavní CPU v jednom z modelů populárního domácího počítače Amiga 4000.

12 Motorola 68040 Motorola je mikroprocesor architektury CISC z řady 680x0, který vyráběla firma Motorola. Jejím předchůdcem byl procesor Motorola 68030, další procesor v řadě se jmenoval Motorola Nejrychlejší procesor měl frekvenci 40 MHz a byl použit zejména v multimediálním počítači Apple Quadra 840AV. Motorola 68LC040 je laciným mikroprocesorem z řady Motorola 680x0. Hlavním rozdílem mezi originálním procesorem a touto ořezanou variantou je úplná absence důležité FPU jednotky. Procesor 68LC040 však pořád je, v mnoha případech, výrazně rychlejší než starší procesory Motorola a Motorola Varianta Motorola 68EC040 postrádá navíc MMU jednotku. Procesor 68EC040 se často používal v jednoúčelových embedded systémech.

13 Motorola 68060 Motorola je plně 32bitový mikroprocesor architektury CISC z řady 680x0, který vyráběla firma Motorola. Přišel na trh v roce 1994 a jejím předchůdcem byl procesor Motorola Procesor 68060, který obsahoval 2 400 000 tranzistorů a dvě oddělené cache paměti (instrukční a datovou) o velikosti 8 KB, byl posledním a jednoznačně nejrychlejším členem řady 680x0. Motorola 68LC060 je laciným mikroprocesorem z řady Motorola 680x0. Hlavním rozdílem mezi originálním procesorem a touto ořezanou variantou je úplná absence důležité FPU jednotky. Architektura Motorola rozhodně není vylepšením staršího procesoru 68040, ale zcela nový procesor se dvěma celočíselnými pipeline, dvěma celočíselnými jednotkami pro násobení, jasně rychlejší FPU jednotkou a logikou pro dynamické vykonávání instrukcí mimo pořadí. Díky tomu dosahoval třikrát většího výkonu než čip na stejné frekvenci.

14 Motorola 68881 Motorola byl matematický koprocesor (FPU), který byl použitý v některých počítačových systémech postavených na procesoru Motorola nebo Přidáním čipu se sice značně zvedla cena počítače, ale také se výrazně zvýšila rychlost vykonávání matematických výpočtů. To bylo většinou užitečné pro vědecký a matematický software měl osm 80-bitových datových registrů. Motorola byla vylepšenou verzí 68881, s lepším proudovým zpracováním, a později dosažitelný na vyšších taktovacích frekvencích počítače. Jeho instrukční soubor byl přesně identický se starší Statistika 68881 tranzistorů na čipu 16 MHz verze nabízí výkon 160 kFlops 20 MHz verze nabízí výkon 192 kFlops 25 MHz verze nabízí výkon 240 kFlops 68882 tranzistorů na čipu 25 MHz verze nabízí výkon 264 kFlops 33 MHz verze nabízí výkon 352 kFlops 40 MHz verze nabízí výkon 422 kFlops 50 MHz verze nabízí výkon 528 kFlops

15 DEC Alpha (1992) Architektura Alpha byla konstruována pro velmi dlouhý nepřetržitý operační provoz, podle DEC až na 25 let. Pro srovnání dnešní mikroprocesory jsou konstruovány na operační dobu kolem 10 let. Prvním mikroprocesorem této řady byl DEC EV Alpha je 64 bitová architektura s délkou instrukcí 32 bitů. Nemá žádnou zpětnou podporu 8 a 16 bitových operací, nicméně kvůli kompatibilitě se 8 a 16 bitové se operace konvertovaly. První model pracoval na taktovací frekvenci 200 MHz. Vnitřní superskalární architektura využívala „superpipeline“. Roku 1992 byl EV nejrychlejším procesorem na světě. Roku 1996 přichází model 21164PC s taktovací frekvencí 500 MHz, roku 1998 byl následován modelem o frekvenci 666 MHz. O 2 roky později přichází na trh verze s taktovací frekvencí 731 MHz. V létě roku 2001 byl oznámen vývoj 1000 MHz EV , jeho prodej byl zahájen až na podzim roku Poté co firmu DEC odkoupila firma Compaq, byl zahájen vývoj procesoru IA-64, který má sérii Alpha definitivně nahradit po roce 2004.