Procesory

Rozwój, stan obecny, przykładowe parametry, zakup.

Procesor

Procesor (CPU)– jest to najważniejsza częśćkomputera zaraz po płycie głównej. Procesor jestodpowiedzialny za wszelkie obliczeniaarytmetyczne niezbędne do działania różnychprogramów.

Rdzeń procesora:

Rdzeń 1Rdzeń 2Rdzeń 3Rdzeń 4

Pamięć podręczna cache:

Cache L1Cache L2

Ważnym składnikiem procesora jest pamięć podręczna- ten rodzaj pamięci jestznacznie szybszy od pamięci RAM. Jednakże pamięć podręczna (cache)procesora nie ma tak jak RAM pojemności od kilkuset megabajtów do kilkugigabajtów, jej pojemność w najnowocześniejszych procesorach sięga zazwyczaj od 2do 12 megabajtów.Cache pobiera najważniejsze dane z pamięci RAM. Dzięki szybkości pamięcipodręcznej, procesor po potrzebne dane nie musi „tracić czasu” i ściągać ich z RAM-u.Procesor jest 64(x64) lub 32(x86) bitowy. Ta wartość oznacza, jaki maksymalnyrozmiar mogą mieć dane na których procesor może wykonać obliczenia.

Level 1 (L1) – pamięć Cache jest zintegrowana z rdzeniemprocesora. W najnowszych architekturach umieszcza siękilkadziesiąt kilobajtów pamięci SRAM poziomu L1.

Level 2 (L2) – Na początku montowany był na płycie głównejprzez ograniczenia technologiczne. Jednak zaczął byćmontowany na specjalnych płytkach z procesorem, co umożliwiło pracę Cache z połową prędkości rdzenia procesora. Pod koniec XX w udało się zintegrować L2 z rdzeniem, co umożliwiło wymianę danych z pełną prędkością rdzenia.

Level 3 (L3) – najczęściej montowany w procesorach do zastosowań serwerowych. Umieszczany na płycie głównej lub wewnątrz rdzenia procesora, zwiększa wydajność i trafność pobranych danych. Im większy rozmiar pamięci podręcznej Cache, tym

szybsza praca procesora podczas odczytu danych z RAM. Przy dużej ilości Cache, procesor komunikuje się tylko z Cache.

Gniazdo procesoraGniazdo procesora (ang. CPU socket )- jest to rodzaj złącza znajdującego się na płycie głównej. Pełni ono rolę interfejsu pomiędzy procesorem a pozostałymi elementami systemu komputerowego umożliwiając jego współpracę z systemem za pośrednictwem odpowiednich magistrali i układów znajdujących się na płycie głównej.

Typ gniazda dla procesora musi być zgodny z określonym procesorem. Dla danego typugniazda charakterystyczny jest kształt, napięcierdzenia, prędkość magistrali systemowej oraz inne cechy.

Obudowy procesorowe:

PGA (ang. Pin Grid Array) – bardzo popularny standard obudów procesorowych z nóżkami w kształcie symetrycznej siatki.

SPGA (ang. Staggered PGA) – odmiana PGA, w której rozmieszczenie nóżek w rzędach i kolumnach jest niesymetryczne.

SECC (ang. Single Edge Contact Cartridge) – procesor przylutowany jest do płytki drukowanej wraz z pamięcią Cache L2, a całość umieszczona w plastikowej obudowy w postaci kartridża.

SEPP (ang. Single Edge Processor Package) – podobna do SECC z tą różnicą że nie posiada plastikowej osłony.

Micro-FCBGA (ang. Flip Chip Ball Grid Array) – typ obudowy, z nóżkami zakończonymi małymi kulkami polepszającymi przepływ prądu między procesorem, a gniazdem.

LGA (ang. Land Grid Array) – typ obudowy, w którym nóżki zastąpiono specjalnymi pozłacanymi stykami.

Wszystkie mikroprocesory zawierają podobne elementy:

1. Układ sterowania i synchronizacji- kontroluje pracę procesora i wytwarza sygnały potrzebne do sterowania niektórymi elementami komputera. 2. Arytmometr- układ, który wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne (niektóre procesory mają kilka arytmometrów). 3. Rejestry, tj. układy pamięci. 4. Wbudowana pamięć podręczna cache.5. Koprocesor matematyczny- zestaw instrukcji przeznaczonych do obsługi skomplikowanych operacji matematycznych. 6. Wewnętrzne szyny łączące elementy procesora.

Ciąg wykonywanych operacji przez procesor:

1. Pobranie rozkazu z pamięci programu,2. Dekodowanie rozkazu, odczyt rejestrów,3. Wykonanie rozkazu,4. Pobranie argumentów z pamięci danych,5. Zapisanie wyniku operacji w pamięci.

Taktowanie procesora, zegar procesora. Jest to częstotliwość z jaką przełączają siębramki tranzystorów wewnątrz strukturyprocesora. Przykładowo taktowanie CPUoznaczone jako 3,0 GHz oznacza trzy miliardytakich przełączeń na sekundę.

Magistrala systemowa, częstotliwość taktowania magistrali.

Bywa różnie nazywana w zależności od modelu i producenta procesora: FSB (ang. Front Side Bus)QPI (ang. QuickPatch Interconnect) w nowszych procesorach firmy Intel, HT (ang. Hyper-Transport) w procesorach firmy AMD.

Niemniej jej główne zadanie jest dokładnie takie samo - komunikacja procesora zinnymi podzespołami znajdującymi się na płycie głównej.

Zakup procesora1. Sprawdzamy model płyty głównej (np.P9X79) a następnie szukamy modelu

gniazda procesora (Socket : 2011)2. Szukamy nazwy chipsetu (X79).

Mając te informacje możemy szukać odpowiedniego procesora do naszej płytygłównej.

Czym się kierować przy zakupie:

Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na to aby ilość rdzeni oraz częstotliwośćprocesora były jak największe. Należy również starać się o to aby procesor zamiast 32bitowego był 64 bitowy. Dla graczy lub też wymagających programów zaleca sięzwrócić uwagę na wielkość pamięci cache oraz szybkość danych magistrali procesora,ponieważ im większe będą parametry tym procesor będzie bardziej wydajniejszypodczas grania czy też podczas używania wymagającego programu.

Rozwój procesorów:Intel 4004 – to pierwszy 4 bitowy procesor powstały w 1971 r. Procesor ten przeznaczony był coprawda tylko do kalkulatora ale stanowił początek technologicznej linii układów scalonych.Pracował z częstotliwością 108 KHz.

Intel 8008 - to opracowany w 1972 r. 8 bitowy procesor przeznaczony podobnie jakjego poprzednik – 4004, do prostych urządzeń obliczeniowych. Pracował zczęstotliwością 200 KHz.

Intel 4040 to następca 4004. Wprowadzony w1974 procesor ten był „wyposażony” w 14 dodatkowych instrukcji – w sumie 60. Taktowanie: 740 KHz; 4 bitowy.

Intel 8080 to następca 8008. Wprowadzony w kwietniu 1974, pracował z częstotliwością 2MHz i jest uważany za wczesny 8 bit’owy procesor CPU jako nadający się do szerszego użytku ze ‐względu na możliwości.

Intel 8085 jest 8 bit’owym procesorem z taktowaniem 3 MHz. Nie potrzebuje tak ‐dużego wsparcia ze strony zewnętrznych układów logicznych. Pozwoliło to uprościć i obniżyć koszty budowy systemów mikrokomputerowych. 8085 wprowadził znaczące usprawnienia w stosunku do 8080 w kwestii wydajności i możliwości obliczeniowych. Pobierał mnie prądu.

Intel 80186 - został zbudowany w 1982. Jest to ulepszona wersja 8086 z kilkoma wspólnymi wbudowanymi „funkcjami” wsparcia jak: generator zegara, kontroler systemu, kontroler przerwań, kontroler DMA (Direct Memory Access) czy licznik czasu. Dodano 8 nowych instrukcji procesora, które generalnie wykonywały się szybciej w porównaniu do 8086. Tak samo 8086 posiadał 16 bit ową ‐ ‐szynę danych. Pierwszy obudowany procesor.

Intel 80386 -jest pierwszym procesorem Intela z 32 bit’ową szyną adresową i ‐szyną danych. Pozwalał na wykonywanie wielu aplikacji programowych w tym samym czasie podczas pracy pod kontrolą systemu pracującego w trybie chronionym. Taktowanie: 33 MHz.Dodatkowo tryb rozszerzony obsługiwał tzw. stronicowanie, tj. mechanizm który sprawił iż możliwe było wykorzystanie przestrzeni dyskowej jako pamięci wirtualnej.

Intel i486DX jest bardzo zbliżony do swojego poprzednika 386. Główną różnicą jest fakt zoptymalizowania instrukcji procesora, wbudowanie w chip pamięci podręcznej danych zwanej Cache Wynikiem tego było dwukrotne zwiększenie wydajności nad poprzednikiem 386 przy zachowaniu tej samej częstotliwość 33 MHz. Jednostka była na tyle udana, że inne firmy ubiegały się o licencję na ten procesor by móc wypuścić go pod szyldem swojej firmy, tudzież budowano od podstaw przez takie firmy jak IBM oraz AMD, różne hybrydy posiadające zestaw instrukcji 486 zaś pasujące rozstawem pinów do podstawek 386. Była to dobra alternatywa, by uzyskać dodatkową moc, nie zmieniając całej płyty głównej komputera, można było rozbudować system 386 do technologii 486 za sprawą wymiany samego procesora. Rok produkcji 1990.

Intel 8086- oficjalnie znany iPAX 86, jest 16 bit’owym procesorem zaprojektowanym w ‐laboratoriach Intela. Uznawany jest za prekursora architektury szerokiej klasy procesorów x86. Pierwszym komercyjnym mikrokomputerem bazującym na tym układzie był MYCRON 2000 z Norwegii. Taktowanie wynosiło 5 MHz

Intel Pentium -rok 1993 jest przełomowy dla konstrukcji procesorów. Był przygotowany jako jednostka superskalarna w procesie technologicznym 0.8µm. Druga generacja była wykonana w 0.6 µm a trzecia w 0.35µm. Zmniejszono napięcie do 3.3 V. Procesor 32 bitowy oraz taktowanie osiągał od 66 MHz do 100 MHz.

Intel Pentium MMX™ W październiku 1996 na rynku pojawia się kolejna przełomowa konstrukcja procesorów klasy Pentium™ pod nazwą Pentium MMX™ Technology. Procesor bazował na standardowyn rdzeniu Pentium™ budowanym w procesie technologicznym 0.35µm 57 instrukcji MMX (MultiMedia eXtensions) zwiększających wydajną pracę z zadaniami multimedialnymi jak kodowanie i dekodowanie obrazu czy muzyki. Zwiększeniu uległa ilość pamięci podręcznej z 16KB do 32 KB. Zostaje osiągnięta granica 200 MHz

Pentium II™ W 1997r. Powstaje nowy procesor, który był produkowany w formie kasety o nazwie Slot 1.Procesor nie wyróżniał się niczym nadzwyczajnym od swojego poprzednika. Taktowanie: od 200 MHzdo 400 MHz (Xeon).

Pentium III – 1999r. Procesor, który wyparł swojego poprzednika. Technika wykonania zeszła do 0.18 µm.I wprowadzono pamięć podręczną L2 256 KB. Wersja Coppermine pracowała w częstotliwościach:

500, 533, 550, 600, 650, 667, 700 i 733 MHz. W 2000 roku Intel wypuszcza procesor Pentium III- SZ taktowaniem 750, 800, 850, 866, 900, 933 oraz 1000 MHz (1GHz). Najsilniejsza wersja miała 1,13 GHz.

Pentium 4 – Od 2000 do 2005 r. Posiadał kilka odmian, które potrafiły pracować z częstotliwościami FSB 400, 533, 800 i 1066MHz. Niektóre wersje posiadają też wbudowaną wielowątkowość. Obecnie częstotliwość taktowania zegara procesorówPentium 4 z serii Extreme Edition dochodzi do 3,73 GHz, najwyżej taktowanym Pentium 4 jest Prescott 3,8 GHz.Procesor posiada również Cache L2 o wartości 2MB. A wykonany został w technologii 90nm.

Core 2 - Sporym ulepszeniem w stosunku do dwurdzeniowych procesorów Pentium 4 jest zastosowanie wspólnej pamięci cache dla obu rdzeni procesora. Dzięki temu uniknięto konieczności "mozolnego" uzgadniania zgodności pamięci podręcznych L2 (cache) w obu rdzeniach. Istnieją Wersje Extremalne, które posiadają w swojej budowie 4 rdzenie, odblokowany mnożnik i aż 12 MB pamięci podręcznej Cache. Nawet dziś są jednymi z wydajniejszych procesorów. Konkurentami procesorów Core 2 są procesory AMD Phenom oraz AMD Athlon X2.

i7- generacja procesorów firmy Intel oparta na architekturze x86-64, premiera układu miała miejsce 2008 roku. Następca core 2 oraz core Quad. Posiada Cache L3. Posiada szynę danych QPI, dzięki czemu prędkość przesyłu danych

międzychipsetem a procesorem wynosi ok. 26GB/s. Został wykonany w technologii 45 nm oraz posiada od 4 do 6 rdzeni czyniąc gonajpotężniejszym procesorem na rynku.