Plan wykładu

1. Gniazda procesora

2. Obudowy procesora

3. Procesor

4. Zasada działania procesora

5. Cache

6. Parametry procesora

7. Rejestry procesora

8. Magistrale procesora

Gniazdo procesora

Gniazdo procesora to rodzaj złącza na płycie głównej komputera, w którym umieszczany jest procesor.

W zależności od rodzaju obudowy procesora wykorzystuje się następujące typy gniazd:

• Slot,

• Socket,

• LGA

Slot

Złącze typu slot jest gniazdem krawędziowym podobnym do gniazd rozszerzeń.

Ma określoną liczbę styków.

Wyróżnia się gniazda: Slot 1, Slot 2 (Intel) oraz Slot A (AMD).

Socket

Złącze typu Socket jest najpopularniejsze. Gniazdo typu ZIF (zero insertion force), łatwa instalacja procesora, bez użycia siły. Ma małą dźwignię, która służy do zaciskania zamontowanego w gnieździe procesora

LGA

Gniazdo LGA (Land Grid Array) ma wystające styki umieszczone w obudowie – należy na nich zamontować procesor bez nóżek, który a jedynie płaskie styki.

Gniazda Intel

Gniazda AMD

Obudowy procesora

Procesor jest krzemową płytką o wielkości ok. 1cm2.

Ze względu na to, iż jest on podatny na działanie czynników zewnętrznych, należy umieścić go w powłoce ochronnej. Powłoka ta może być plastikowa, ceramiczna lub metalowa.

Obudowa procesora posiada wyprowadzenia (nóżki, piny - nie LGA) mające na celu umożliwienie przepływu informacji w postaci impulsów elektrycznych po zamontowaniu go w gnieździe płyty głównej.

Typy obudów procesora

PGA (ang. Pin Grid Array) - jest to popularny standard obudów z nóżkami w kształcie symetrycznej siatki.

Typy obudów procesora

Powstało kilka odmian standardu PGA:

• PPGA (ang. Plastic PGA) - obudowa PGA, w której osłona rdzenia wykonana jest z plastikowej powłoki.

• CPGA (ang. Ceramic PGA) - obudowa PGA, w której osłona rdzenia wykonana jest z ceramicznej powłoki.

• FC-PGA (ang. Flip Chip PGA) - rdzeń przeniesiony na górną część obudowy w celu lepszego odprowadzania ciepła i zatopiony w plastikowej osłonie.

• FC-PGA2 (ang. Flip Chip PGA2) - rdzeń przeniesiony na górną część obudowy w celu lepszego odprowadzania ciepła oraz zatopiony w plastikowej osłonie i ukryty pod metalową blaszką.

Typy obudów procesora PPGA CPGA

FC-PGA FC-PGA2

Typy obudów procesora

• SECC (ang. Single Edge Contact Cartridge) - dość specyficzny rodzaj obudowy. Powstał tylko dlatego, że nie potrafiono umieścić pamięci cache L2 w strukturze rdzenia procesora (Pentium II i III, Athlon). Procesor przylutowany jest do płytki drukowanej wraz z pamięcią L2, a całość umieszczona w plastikowej obudowie w postaci kartridż.

• SEPP (ang. Single Edge Processor Package) - obudowa podobna do SECC, ale bez zastosowania plastikowej osłony. Obudowy tej używano do tańszych modeli procesorów (Duron, Celeron).

Typy obudów procesora

SECC

SEPP

Typy obudów procesora

LGA (ang. Land Grid Array) - typ obudowy opracowany przez firmę Intel, w którym nóżki zastąpiono specjalnymi pozłacanymi stykami. Obecnie stosowany.

Typy obudów procesora

BGA (ang. Ball Grid Array) - typ obudowy, w której wyprowadzenia są w postaci kulek ze stopu lutowniczego. Wyprowadzenia te znajdują na znacznej (lub całej) części układu. Pojawiło się dużo problemów z tym typem obudowy.

Procesor

Procesor nazywany także jednostką centralną (CPU – central processing unit), jest sekwencyjnym urządzeniem cyfrowym.

Wykonuje bardzo szybko proste operacje (rozkazy) określone przez program.

Rozkazy te tworzą zbiór operacji podstawowych, zwanych listą rozkazów.

Procesor

Zasada działania procesora

Zasada działania procesora

Zasada działania procesora

Zasada działania procesora

OZNACZENIA

•RAM(Random Acces Memory) - pamięć operacyjna

•BU(Bus Unit) - układ zarządzający magistralami

•AU (Addresing Unit) - układ obliczania adresu połączony z

•MMU (Memory Management Unit) układem zarządzania pamięcią

•IU (Instruction Unit) - dekoder instrukcji

•EU (Execution Unit) -moduł wykonawczy zawiera

•ALU (Aritmetic-Logic Unit) jednostkę arytmetyczno-logiczną

•CU (Control Unit) jednostkę sterująca ALU

Cache

Pamięć podręczna procesora (ang. CPU cache) - jest pamięcią typu SRAM (pamięć statyczna) o krótkim czasie dostępu.

Schematy logicznej budowy procesora

Parametry procesora

• Częstotliwość – określa taktowanie zegara sterującego pracą procesora

• FSB (front side bus) – częstotliwość magistrali systemowej łączącej procesor z kontrolerem pamięci

• Mnożnik – liczba, przez którą mnoży się częstotliwość magistrali systemowej FSB w celu ustawienia częstotliwości procesora

• Pamięć cache • Typ gniazda • Napięcie zasilania • Pobór mocy • Technologia wykonania • Typ obudowy

Parametry procesora

Rejestry procesora

Rejestry procesora - są to komórki pamięci o niewielkich rozmiarach (4/8/…/128 bitów) umieszczone wewnątrz procesora i służące do przechowywania tymczasowych wyników obliczeń, adresów lokacji w pamięci RAM itd.

Biorąc pod uwagę hierarchię szybkości pamięci, to rejestry stoją na najwyższym jej szczeblu, będąc najszybszym z rodzajów pamięci komputera, a co za tym idzie - najdroższą w produkcji, ale o najmniejszej pojemności.

Rejestry procesora

Liczba rejestrów procesora zależy od jego zastosowania i zarazem jest jednym z kryteriów podziału procesorów na klasy RISC i CISC.

Procesory do zastosowań domowych mogą mieć tych rejestrów kilkanaście, natomiast zaawansowane procesory do zastosowań np. serwerowych, mogą mieć tych rejestrów kilkaset.

Rejestry procesora

Możemy wyróżnić m.in.:

• Rejestr rozkazów IR (ang. Instruction Register) - jednostka, w której przechowywana jest obecnie wykonywana instrukcja.

• Licznik rozkazów PC (ang. Program Counter) - przechowuje kolejne adresy pamięci z rozkazam

• Akumulator A - (ang. Accumulator) przechowuje wynik wykonywanych operacji.

• Wskaźnik stosu SP (ang. Stack Pointer) - służy do adresowania pamięci, przechowuje dane w trybie LIFO (ang. Last In First Out), czyli ostatni wchodzi, pierwszy wychodzi.

• Rejestr flagowy F (stanu) - przechowuje informacje dotyczące realizacji wykonywanej operacji.

Magistrale procesora

Magistrala (ang. bus) jest zestawem układów i ścieżek łączących jednocześnie kilka komponentów i umożliwiających komunikację między nimi.

W zależności od użytej technologii, magistrala może przesyłać informację:

- Równolegle

- Szeregowo.

W zależności od sposobu kontroli przepływu danych:

- Synchronicznie

- Asynchronicznie.

Magistrala jest elementem, który sprawia, że system komputerowy staje się całością.

Magistrale procesora

Magistrale można scharakteryzować za pomocą dwóch parametrów:

• szerokość - określa, ile bitów może ona przesłać za jednym razem (w jednym takcie). Jeśli jednocześnie magistrala równoległa przesyła np. 32 bity, to mówi się, że jest ona magistralą (szyną) 32-bitową.

• szybkość - określa jak szybko dane mogą być przesyłane przez ścieżki magistrali. Szybkość określana jest w hercach (Hz) lub krotnościach tej jednostki (MHz - megaherc, GHz - gigaherc).

Magistrale procesora

Do grupy magistral umożliwiających komunikację CPU z pozostałymi komponentami komputera należą:

• magistrala danych,

• magistrala adresowa,

• magistrala pamięci,

• magistrala sterująca.

Magistrale procesora

Magistrala danych (ang. data bus) - umożliwia wymianę danych pomiędzy procesorem a chipsetem płyty głównej. Najważniejsza magistrala w systemie.

Obecnie spotyka się w komputerach PC cztery rozwiązania:

• FSB (ang. Front Side Bus) - najstarsze rozwiązanie, pamiętające jeszcze czasy pierwszych procesorów. Jest częścią architektury DIB opartej o dwie magistrale: FSB i BSB. FSB jest magistralą równoległą pracującą z prędkością płyty głównej i umożliwia przesył danych w trybie half-duplex. Magistrala tego typu łączy procesor z chipsetem. Pośredniczy również w wymianie danych pomiędzy procesorem a pamięcią RAM (kontroler pamięci jest zintegrowany z płytą główną).

Magistrale procesora

• Hyper Transport - rozwiązanie opracowane przez firmę AMD w 2003 dla wchodzących procesorów Athlon 64 z wbudowanym kontrolerem pamięci. Jest to magistrala szeregowa będąca rozwiązaniem typu punkt-punkt. Wykorzystuje się ją do tworzenia szybkich połączeń między różnymi komponentami. Magistrala HT umożliwia transfer w trybie full-duplex, czyli na jednoczesne wysyłanie i odbieranie danych. Czasem można spotkać się z oznaczeniem tej magistrali jako LDT (ang. Lightning Data Transport)

Magistrale procesora

• QPI (ang. Quick Path Interconnect) - w związku z ograniczeniami architektury DIB, firma Intel musiała opracować nowe rozwiązania, które byłyby odpowiedzią na Hyper Transport od AMD. Wraz z wprowadzeniem na rynek procesora Intel Core i7, zastąpiono leciwą FSB nową, szeregową magistralą QPI.

Magistrala ta cechuje się dużą wydajnością i małymi opóźnieniami. Dodatkowo mamy full-duplex oraz punkt-punkt. Oparta została na architekturze magistrali PCI Express.

Magistrale procesora

• DMI/FDI - wprowadzając na rynek chipset Z68, firma Intel przebudowała swoją dotychczasową koncepcję budowania układów tego typu. Nowe procesory z serii Intel Core drugiej generacji przejęły kontrolę nad obsługą magistrali PCI-Ex16 2.0 co spowodowało wyeliminowanie stosowania dwóch układów scalonych. W układach z wbudowanym chipsetem graficznym zrezygnowano z magistrali QPI i pozostawiono interfejs DMI o przepustowości 20 Gb/s. Aby można było umożliwić współpracę wbudowanego w procesor chipsetu graficznego i zewnętrznej karty graficznej, dodano magistralę FDI.

Magistrale procesora

Magistrala adresowa (ang. address bus) - jeszcze przed pobraniem lub zapisaniem danych, procesor musi poinformować pamięć RAM o tym, z których jej komórek pamięci będzie korzystać. Do tego celu (adresowania pamięci) służy specjalny zestaw ścieżek, czyli magistrala adresowa.

Znając szerokość magistrali adresowej, jesteśmy w stanie określić z jaką ilością pamięci może współpracować procesor. Dawne procesory z serii 80xx miały 20-bitową magistralę adresową i mogły obsłużyć tylko do 1 MB pamięci RAM. We współczesnych procesorach szerokość tej magistrali przekracza 32 bity, co pozwala na adresowanie nawet kilkunastu TB pamięci operacyjnej.

Magistrale procesora

Magistrala pamięci (ang. memory bus) - łączy procesor z pamięcią operacyjną RAM umożliwiając wymianę danych. Po zaadresowaniu konkretnych komórek następuje proces zapisu lub odczytu danych przez procesor. Procesory ze zintegrowanym kontrolerem pamięci są bezpośrednio połączone z RAM, właśnie przy pomocy tej magistrali. Dzięki temu nie trzeba angażować chipsetu podczas wymiany danych między procesorem a pamięcią operacyjną. Współczesne magistrale umożliwiają transfer nawet do 12 GB/s (pamięć DDR3).

Magistrale procesora

Magistrala sterująca (ang. control bus) - jest odpowiedzialna za przesyłanie sygnałów sterujących między mikroprocesorem, pamięcią RAM i pozostałymi urządzeniami I/O.

Dzięki niej urządzenia współpracujące z procesorem są informowane o przydzielonych im zadaniach.