Procesoriai

1. Procesoriai lekt. V.Giedrimas

2. Planas • Šiuolaikinio kompiuterio struktūra • Registrai • Kešas • ... • Procesoriai (Intel, AMD, VIA ...) • Apribotieji procesoriai • Procesoriai nešiojamiems kompiuteriams

3. Šiuolaikinio kompiuterio struktūra

4. Bendroji procesoriaus struktūra • Valdymo įrenginys • Aritmetinis loginis įrenginys • Registrai • Susiję elementai • Koprocesorius • Spartnančioji atmintis (Kešas)

5. Aritmetinis loginis įrenginys • ALĮ vykdo visus būtinus skaičiavimus ir apdoroja duomenis.

6. Valdymo įrenginys • Valdymo įrenginys kontroliuoja duomenų ir instrukcijų judėjimą į CPĮ ir iš jo, taip pat valdo ALĮ veikimą.

7. Registrai • Maža vidinė atmintis, kurią sudaro saugojimo ląstelėsvadinamos registrais. • CPĮ registrai skirti dviem funkcijoms vykdyti: • Vartotojo pasiekiami registrai • Pvz.: AX, BX,CX, DX ... • Valdymo ir būklės registrai.

8. Vartotojo pasiekiami registrai • Bendrosios paskirties registrai programuotojo gali  būti pritaikyti įvairioms funkcijoms. • Duomenų registrai gali būti taikomi tik duomenims saugoti. • Adresų registrai patys gali būti realizuojami iš bendrosios paskirties registrų, o gali būti skirti specialiems adresavimo metodams. • Sąlygų kodų registrai (angl. flags). Juos sudaro tam tikri bitai, kuriuos gali naudoti CPĮ techninė įranga, priklausomai nuo vykdomos operacijos rezultato.

9. Valdymo ir būklės registrai. • Programos skaitiklis (PS). Saugo sekančios išrenkamos instrukcijos adresą. • Instrukcijos registras (IR). Saugo naujausiąją išrinktą instrukciją. • Atminties adreso registras (AAR). Saugo atminties ląstelės, iš kurios ką tik buvo perskaityta informacija arba į kurią vyks duomenų rašymas, adresą. • Atminties buferio registras (ABR). Saugomas duomenų žodis, kuris bus įrašytas į atmintį arba iš atminties ką tik nuskaitytas.

11. Koprocesorius • Koprocesorius yra skirtas mikroprocesoriaus galimybių išplėtimui: arimetinių veiksmų su slankiaus kablelioskaičiais atlikimui. • Koprocesorius stebi mikroprocesoriaus imamas iš atminties vykdymui komandas ir,jeigu eilinė komanda yra koprocesoriaus komanda, tai jis ją įvykdo lygiagrečiai procesoriaus darbui.

12. II ID OA OI IV OR Konvejeriavimas • Instrukcijos išranka (II). Į buferį nuskaitoma sekanti instrukcija po vykdomos. • Instrukcijos dekodavimas (ID). Nustatomi operacijos kodas ir operando specifikatorius. • Operando apskaičiavimas (OA). Apskaičiuojamas operando efektyvusis (realusis arba fizinis) adresas. Tai gali būti perkėlimo, registrų netiesioginis adresavimo ir kitų formų adresų apskaičiavimai. • Operandų išranka (OI). Operandas arba operandai nuskaitomas iš atminties. • Instrukcijos vykdymas (IV). Vykdoma instrukcijoje nurodyta operacija ir išsaugomas jos rezultatas. • Operando rašymas (OR). Operacijos rezultatas įrašomas į atmintį

13. II II II II II II II ID ID ID ID ID ID ID OA OA OA OA OA OA OA OI OI OI OI OI OI OI IV IV IV IV IV IV IV OR OR OR OR OR OR OR Konvejeriavimas 1 instrukcija2 instrukcija 3 instrukcija 4 instrukcija 5 instrukcija 6 instrukcija 7 instrukcija …

14. Konvejeriavimas

15. Procesoriai • Pagrindiniai gamintojai • Intel • AMD (Advanced Micro Devices) • Cyrix (dabarVIA Technologies) • Motorola

16. 4044,8086, 8088 286 386 486 Pentium Pentium II Pentium MMX Pentium Pro Pentium III Pentium Xeon Pentium 4, Pentium 4 HT Pentium 4 HT EE Core 2 Duo Core 2 Extreme Core Quad Atom Intel Procesoriai

17. 8086 • Pirmasis Intel procesorius asmeniniams kompiuteriams, Pasirodė 1976m. • Proc. dažnis 4.77 - 8 MHz • Magistralės dažnis 4.77 - 8 MHz

18. 4044 • Pasirodė 1971m. • (TIK) 2300tranzistorių • 10 mikronų technologija

19. 8088 • Pasirodė 1979m. • Pirmasis IBM PC asmeninis kompiuteris(1981m.) naudojo Intel 8088 processorių. • Proc. dažnis 4.77 - 8 MHz • Magistralės dažnis 4.77 - 8 MHz • 29 000 tranzistorių • 3 mikronų technologija • 68 naujos instrukcijos • Galimybė dirbti su koprocesoriumi

20. 80286 • Pasirodė 1982 m. • Proc. dažnis 6-12,5 MHz • Magistralės dažnis 6-12,5 MHz • 134 000 tranzistorių • 1,5 mikrono technologija • Apsaugotasis darbo režimas

21. 80386 • Pirmasis 32 bitų procesorius • Gali adresuoti iki 4GB atminties • Pasirodė 1985m. • Proc. dažnis 16-33 MHz • Magistralės dažnis 16-33 MHz • 1 mikrono technologija • 275000 tranzistorių • Modeliai: DX, SX • Kompocesorius:80287 arba 80387

22. 80486 • Pasirodė 1990m. • Proc. dažnis 25-100 MHz • Magistralės dažnis 33MHz • 0,8 mikrono technologija • 1,200 000 tranzistorių • Modeliai: DX, DX2, DX4, SX • Gali adresuoti iki 4GB atminties • L1 kešas ir ir matematinis koprocesorius- vidiniai

23. Pentium • Pirmasis procesorius galintis apdoroti 2 instrukcijas vieno takto metu (Superskaliarinė architektūra) • Pasirodė 1993 m. • Proc. dažnis 60-200 MHz • Magistralės dažnis 33–66 MHz • 3,100 000 tranzistorių • 0,8 / 0,5 / 0,35mikronų technologija

24. Pentium Pro • Pasirodė 1995m. • Proc. dažnis 133-200 MHz • Magistralės dažnis 66 MHz • 5,500 000 tranzistorių • Vidinis L2 kešas!256kB-512kB • Buvo kurtas serveriams • Kartu gali dirbti iki 4 procesorių • ECC klaidų taisymo sistema

25. Pentium Pro

26. Pentium MMX • Pasirodė 1997m. • Proc. dažnis166-300MHz • Magistralės dažnis66MHz • 4,500 000 tranzistorių • Instrukcijųrinkinys Multimedijai(MMX) • Papildomididesnės talpos registrai

27. Pentium II • Pirmasisvertikalausmontavimoprocesorius • Turi SSE instrukcijas • Pasirodė 1997m. • Proc. dažnis233-450 MHz • Magistralės dažnis66 MHz • 7,500 000 tranzistorių • 0,28 /0,25mikronų technologija • Išorinis L2kešas256KB

28. Pentium Xeon • Serveriams skirtos Pentium II, Pentium III ir Pentium modifikacijos • Procesoriaus ir magistralės taktiniai dažniai priklauso nuo konkretaus modelio. • Būdingi ypač dideli kešai • Šiuo metu jau yra ir 64 bitų Intel Xeon MP su 8 MB L3 kešo • 300,000 000 tranzistorių!

29. Pentium III • Pasirodė 1999m. • 0,25 /0,18/0,13 mikrono technologija • BranduolyjeCoppermine - 28 mln. tranzistorių • L1 kešas 32 Kb. • L2 kešas 256 Kb yra procesoriaus kristale ir dirba tokiu pačiu daržniu • Slot 1 arba Socket 370 jungtys. • Turi SIMD instrukcijų rinkinį – SSE2. • Magistralės dažnis 100 - 133 MHz • Veliau pasirode 1.13, 1.26 and 1.40GHz dažnio modeliai su 512KB talpos L2 kešu

30. Pentium 4 • Egzistuoja Pentium 4 su skirtingais branduoliais: • Willamette su 256kB L2 kešu • Northwood • Prescott. • SSE, SSE2, SSE3 instrukcijų rinkiniai • NetBurst mikroarchitektūra

31. Pentium4 ir Pentium III

32. Pentium 4 (Northwood) • Pasirodė 2000m. • Proc. dažnis ~1400 MHz • Magistralės dažnis – MHz • 42,000 000 tranzistorių • 0.13 mikrono technologija • Branduolyje Northwood yra 55 mln. tranzistorių iš kurių 40% skirti L2 atmintinei. • L2512 Kb. • Skirtas Socket 478 jungčiai. • SSE2instrukcijų rinkinys

33. Pentium 4 (Prescott) • Pasirodė 2004 m. • Proc. dažnis ~2200 MHz • Magistralės dažnis – MHz • 0.09 mikrono (90 nanometrų) technologiją • tranzistorių skaičius – net 125 mln. • L1 duomenų kešas - 16KB • didelis 1 MB L2 kešas • SSE2 rinkinys papildytas 13 naujų instrukcijų ir pavadintas SSE3

34. Intel Pentium 4 Prescott • Pagerintas išankstinis duomenų išrinkimas • Pagerinta perėjimų prognozė • Papildomi buferiai atidėtai įrašyti į atmintį informacijai laikyti • Kai kurių operacijų su sveikaisiais skaičiais (įskaitant daugybą) paspartinimas • Siekiant aukštų dažnių, gerokai pailgėjo konvejeris – nuo 20 iki 31 pakopos.

35. Intel Pentium 4 Prescott

36. P4 Northwood ir P4 Prescott

37. Pentium 4 HT • Pasirodė 2003 m. • Proc. dažnis 800 MHz – 3.8 GHz • Magistralės dažnis 800 MHz • L2 kešas 512 KB-2 MB • 0.09 mikrono (ankstesni modeliai ir 0.13, 0.18) technologija • Pagrindinis skirtumas nuo P4 – hipergijų technologija (Hyper Threading)

38. Sistema su Pentium 4 HT

39. Pentium 4 EE HT • Pasirodė 2004m. • Proc. dažnis 3.20 - 3.73 GHz • Magistralės dažnis 800 - 1066 MHz • L2 kešas 512 KB-2 MB • L3 kešas 2 MB • 0.09 mikrono (ankstesnis modelis ir 0.13) technologija • Palaiko hipergijų technologiją, vienu metu gali vykdyti net keturias gijas. • Execute Disable Bit

40. Sistema su Pentium 4 HT EE

41. Pentium 4 EE • Pasirodė 2004 m. • Dviejų branduolių procesorius • Proc. dažnis 3.20 GHz • Magistralės dažnis 800 MHz • L1 kešas 16 KB+12KB • L2 kešas 2 MB • 0.09 mikrono (ankstesnis modelis ir 0.13) technologija • Palaiko hipergijų technologiją, vienu metu gali vykdyti net keturias gijas. • Execute Disable Bit • Intel® Extended Memory 64 Technology

42. Žodžio ilgio faktorius • 32 bitų procesorius gali operuoti su sveikaisiais skaičiais siekiančiais 232  4.3 milijardo; • 64 bitų procesoriaus galimybės siekia 264  18.4 kvintilijono (18,400,000,000,000,000,000); • 32 bitų procesoriai ir operacinės sistemos gali palaikyti iki 4 gigabaitų atminties, iš jų taikomajai programai gali būti skirta tik 2 gigabaitai; Multimedia, brėžinių apdorojimui ir moksliniams skaičiavimams to ima nebepakakti;

43. 64 bitai ir našumas • Perėjimas prie 64 bitų leidžia: • išplėsti sveikųjų skaičių diapazoną; • išplėsti adresavimo galimybes. • 64 bitų RISC procesorių architektūra Alpha pristatyta dar 1992 metais.

44. 64 bitai

45. Intel Itanium • IA-64 architektūra, pristatyta 1994 metais kaip bendras Intel ir HP projektas. Būsimasis pirmasis procesorius buvo pavadintas Merced. • Intel ItaniumPasirodė2001 m. • Proc. dažnis 733 - 800 MHz • Magistralės dažnis • Didelis registrų skaičius, • Nauja komandų sistema

46. Intel Itanium • Itanium vienu metugali vykdyti 32 bitų ir 64 bitų programas, valdant 64 bitų operacinei sistemai, taip pat ir 32 bitų programas, valdant 32 bitų operacinei sistemai:

47. Intel Itanium • Intel nerealizavo 32 bitų branduolio x86 palaikymui, vietoj to sukūrė transliacijos sistemą, kuri vykdymo metu perkoduoja x86 kodą į IA-64. • Todėl sparta mažesnė, ir 32 bitų uždaviniams Itanium netinka.

49. Intel Itanium 2 • Pasirodė2001 m. • Proc. dažnis 900 MHz -1.66GHz • Magistralės dažnis667MHz • L3 kešas mažesnis (1,5 arba 3 MB), • Bendras našumas pusantro karto didesnis nei Itanium.

50. Intel Itanium 2 • 2004 metais buvo leidžiamas trijų variantų: • Multiprocesorinėms sistemoms skirtas procesorius turėjo integruotą 3MB, 4MB, 6MB arba 9MB L3 kešą • Dviprocesorinėms sistemoms skirtas procesorius turėjo integruotą 1.5MB arba 3MB kešą • Mažo galingumo procesorius turėjo integruotą 1.5MB arba 3MB kešą • Visi turėjo 32 KB L1 kešą ir 256KB L2 kešą. • Visi turėjo 128 bitų duomenų 400MHz magistralę. • I/O sistemos pralaidumas – 6,4 GB/s.