Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Procesory

No description
by

kuba Słowakiewicz

on 15 June 2015

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Procesory

Procesory
Procesor
Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) – to główny
element komputera, urządzenie cyfrowe sekwencyjne, którego zadaniem jest wykonywanie
rozkazów i sterowanie pracą wszystkich pozostałych bloków systemu (m.in. pamięci
i układów wejścia-wyjścia). Procesor przetwarza informacje, wykonując na niej elementarne
operacje zwane instrukcjami maszynowymi (bądź rozkazami). Ciąg takich instrukcji
realizujący konkretne zadanie przetwarzania informacji nazywamy programem. Do systemu
mikroprocesorowego oprócz danych wejściowych musimy więc dostarczyć także program lub
zestaw programów, czyli oprogramowanie (ang. software). W przypadku systemu
mikroprocesorowego sposób przetwarzania informacji jest określony głównie przez
oprogramowanie. Ułatwia to w razie potrzeby zmianę sposobu przetwarzania informacji.
Mikroprocesor - potocznie nazywany procesorem, często określany skrótem CPU (ang. Central Processing Unit) jest
układem cyfrowym o wysokim stopniu integracji, wykonujący operacje matematyczne i logiczne, zamknięty w szczelnej
obudowie. Procesor wykonuje operacje cyfrowe przy pomocy dostarczonego ciągu instrukcji. Oprócz przetwarzania
informacji, procesor odpowiada również za sterowania pracą pozostałych układów systemu.
Do typowych rozkazów jakie wykonuję procesor należą:

kopiowanie danych z pamięci do rejestru i z powrotem,
z pamięci do pamięci
działania arytmetyczne
działania na bitach
skoki
bezwarunkowe
warunkowe
W skład ogólnej budowy wchodzi:

Układy sterujące, które odpowiadają za dostarczanie do arytrometra danych do wykonania z pamięci, oraz przekazanie wyliczeń z powrotem.
Arytrometr, wykonuje podstawowe obliczenia na liczbach całkowitych
Rejestry, w których przechowywane są adresy miejsc pamięci, dane i ich obliczenia.
Koprocesor (tzw. FPU, z ang. Floating Point Unit) – wykonuje robotę na obliczeniach zmiennoprzecinkowych.
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
FPU (Floating Point Unit)
jednostkę zmiennoprzecinkową
ALU - układ ten jest często nazywany układem wykonawczym procesora, ponieważ
wykonuje on większość rozkazów zlecanych procesorowi. Blok ALU jest układem, który
realizuje różne funkcje w zależności od zaprogramowanej operacji, tj. rozkazu
umieszczonego w programie.
Schemat blokowy procesora
Schemat blokowy mikroprocesora
Oznaczenia:
A - akumulatory
B, C, D, E, H, L - rejestry robocze
SP - wskaźnik stosu
F - rejestr flagowy
PC - licznik rozkazów
Akumulator - A - jest to rejestr, który zawiera jeden z argumentów
wykonywanej operacji i do którego ładowany jest wynik wykonywanej operacji.
Rejestr flagowy- F - zawiera dodatkowe cechy wyniku wykonywanej
operacji, które potrzebne są do podjęcia decyzji o dalszym sposobie przetwarzania
informacji. Cechami tymi mogą być: znak wyniku, przekroczenie zakresu, parzysta
lub nieparzysta liczba jedynek. Wystąpienie określonej cechy sygnalizowane jest
ustawieniem lub wyzerowaniem określonego bitu w rejestrze flagowym. Ustawione
bity nazywane są znacznikami lub flagami.
Licznik rozkazów - PC- jest jednym z istotniejszych rejestrów dzięki
któremu procesor potrafi pobierać kolejne rozkazy do wykonania. Licznik rozkazów
zawiera adresy komórki pamięci w której przechowywany jest kod rozkazu
przeznaczony do wykonania jako następny.
Oprócz tego procesor ma kilka (kilkanaście) rejestrów używanych w
czasie wykonywania niektórych rozkazów np. wskaźnik stosu – SP – służący do
adresowania pamięci. Stosem nazywamy wyróżniony obszar pamięci, używany
według następujących reguł:
o Informacje zapisywane są na stos do kolejnych komórek przy
czym żadnego adresu nie wolno pominąć
o Informacje odczytuje się w kolejności odwrotnej do zapisu
o Informacje odczytujemy z ostatnio uzupełnianej komórki
natomiast zapisujemy do pierwszej wolnej
o Stos jest wydzielonym miejscem w pamięci w którym
obowiązuje zasada: ostatni wchodzi pierwszy wychod
Układ zarządzający magistralami BU (ang. Bus Unit) - odpowiada za współpracę procesora z pamięcią (ma trzy
niezależne magistrale: adresów, danych i sterowania).
Dekoder instrukcji IU - (ang. Instruction Unit) - dekoder odtwarzający rozkazy do wykonania przez procesor, czekające
w kolejce.
Prefetch - układ mający na celu przyspieszenie pracy procesora poprzez redukcję czasu oczekiwania. Podczas fazy
wykonania jednego rozkazu jest już wykonywana faza pobierania następnego rozkazu.
Pamięć ROM (ang. Read Only Memory) - pamięć wspomagająca dekoder IU, umożliwiająca dostęp do słownika
tłumaczącego przyjmowane kody rozkazowe na sekwencje operacji.
ELEMENTY BUDOWY PROCESORA
Wszystkie mikroprocesory zawierają podobne elementy:
1. układ sterowania i synchronizacji, który kontroluje pracę procesora i
wytwarza sygnały potrzebne do sterowania niektórymi elementami komputera.
2. arytmometr, czyli układ, który wykonuje operacje arytmetyczne i
logiczne (niektóre procesory mają kilka arytmometrów).
3. rejestry, tj. układy pamięci.
4. wbudowana pamięć podręczna cache, która działa podobnie do
zewnętrznej pamięci RAM. Zapewnia ona, że procesor nie jest zmuszony czekać na
dane potrzebne mu do pracy.
5. koprocesor matematyczny, który jest zestawem instrukcji
przeznaczonych do obsługi skomplikowanych operacji matematycznych.
6. wewnętrzne szyny łączące elementy procesora.
Procesor posiada określone parametry:

rozmiar elementów budujących jego strukturę – im są one mniejsze, tym niższe jest
zużycie energii, napięcie pracy oraz wyższa możliwa do osiągnięcia częstotliwość
pracy,
długość słowa (liczba bitów) danych wewnątrz procesora (w mikroprocesorach 8, 16
32 lub 64 bity),Procesory 4
długość słowa adresu (zwykle 16 lub 20 bitów),
lista rozkazów (kopiowanie danych, działania arytmetyczne, działania na bitach,
skoki),
czas cyklu maszynowego – szybkość z jaką procesor wykonuje rozkazy; przy danej
architekturze procesora, szybkość ta w znacznym stopniu zależy od czasu trwania
pojedynczego taktu.

Działanie procesora
Jednostka arytmetyczno-logiczna i Układ sterowania współpracują z określonym zestawem rejestrów. Zawartość części tych rejestrów może być zmieniana w wyniku wykonywania programu. Rejestry takie są dostępne programowo. Do pozostałych rejestrów użytkownik nie ma dostępu.
Rejestry dostępne programowo:
Akumulator - rejestr, który zawiera jeden z argumentów wykonywanej operacji i do którego ładowany jest wynik wykonywanej operacji.
Rejestr flagowy - ten rejestr zawiera dodatkowe cechy wyniki wykonywanej operacji, potrzebne do podjęcia decyzji o dalszym przetwarzaniu informacji. Cechami tymi mogą być np. znak wyniku Wystąpienie określonego przypadku, np. wyniku dodatniego lub ujemnego sygnalizowane jest ustawieniem lub wyzerowaniem danego bitu w rejestrze flagowym. Ustawiony bit nazywamy znacznikiem lub flagą
przykłady flag:
CF (Curry flag)
ZF (Zero flag)
SF (sing flag)
PF (Party sing)
OF (Overflow flag)
AF (auxilitary curry flag)
Licznik rozkazów - Ten rejestr zawiera adres komórki pamięci, w której przechowywany jest kod rozkazu przeznaczonego do wykonania jako następny.
Wskaźnik Stosu - Ten rejestr zawiera adres ostatnio zapełnionej komórki stosu (wierzchołek stosu). Stosem nazywamy wyróżniony obszar pamięci używany według reguł:
informacje zapisuje się na stos do kolejnych komórek, przy czym żadnego adresu nie wolno pominąć,
odczyt wiadomości odczytuje się w kolejności odwrotnej
informacje są odczytywane z ostatnio zapełnionej komórki, natomiast zapisujemy do pierwszej wolnej.
Rejestry robocze- Te rejestry mogą przechowywać argumenty wykonywanych operacji.
Pierwszym krokiem jaki wykonuje procesor jest pobranie i dekodowanie instrukcji z pamięci operacyjnej i podanie ich do jednostki wykonawczej. Do ALU wysyłane są dane stałoprzecinkowe, którymi się zajmuję. Jeśli zakończy wyliczenia przenosi wynik do małych komórek zwanych rejestrami. To samo dzieję się w FPU tylko z zmiennoprzecinkowymi danymi. Procesor pobiera obliczone dane z komórek i trafiają do tzw. modułu wyjściowego procesora. Może to być np. adres w pamięci operacyjnej lub urządzenie we/wy.

Oto przykład z języka maszynowego, gdzie zostanie dodana zawartość komórki pamięci o adresie M do akumulatora:

Odblokowanie wejścia rejestru adresów,
Wpisanie adresu M z magistrali do rejestru adresów
Zablokowanie wejścia rejestru adresów
Wpisanie do akumulatora wyniku dodawania
Zablokowanie wejścia akumulatora
Rejestry Procesora
Architektura Procesora
CISC- Obliczenia z rozbudowanym zestawem instrukcji (z j.ang Complex Instruction Set Computing)- Rodzaj architektury procesora. Według architektury CISC były tworzone pierwsze procesory, które wyposażano w pełny zestaw instrukcji mający im zapewnić wykonanie każdego polecenia użytkownika (a konkretnie programu). Z czasem okazało się jednak, że w 80 procentach wypadków było wykorzystywanych tylko 20 procent dostępnych instrukcji, a pozostałe tylko sporadycznie. Wszystkie procesory montowane w pecetach, np. Pentium czy K6, bazują na architekturze typu CISC.
RISC- Obliczenia z zredukowanym zestawem instrukcji (Reduced Instruction Set Computing)- Rodzaj architektury procesora. W tej architekturze są produkowane najnowocześniejsze i najlepsze procesory np. Alpha, Power PC, AMD 29000 Zredukowana liczba rozkazów do niezbędnego minimum. Ich liczba wynosi kilkadziesiąt, podczas gdy w procesorach CISC sięga setek. Upraszcza to znacznie dekoder rozkazów. Ograniczenie komunikacji pomiędzy pamięcią, a procesorem. Przede wszystkim do przesyłania danych pomiędzy pamięcią, a rejestrami służą dedykowane instrukcje, które zwykle nazywają się load (załaduj z pamięci), oraz store (zapisz do pamięci); pozostałe instrukcje mogą operować wyłącznie na rejestrach. Zwiększenie liczby rejestrów (np. 32, 192, 256, podczas gdy np. w architekturze x86 jest zaledwie 8 rejestrów), co również ma wpływ na zmniejszenie liczby odwołań do pamięci. Dzięki przetwarzaniu potokowemu (ang. pipelining) wszystkie rozkazy wykonują się w jednym cyklu maszynowym, co pozwala na znaczne uproszczenie bloku wykonawczego, a zastosowanie superskalarności także na zrównoleglenie wykonywania rozkazów. Dodatkowo czas reakcji na przerwania jest krótszy.
Procesory się identyfikuje za pomocą szybkości działania, typu magistrali, tryb pracy.
Magistrala danych wejścia/wyjścia (I/O)
Dane w komputerze są przesyłane w postaci binarnej "dwójkowej" (a oto jest przykład zapisu binarnego "dwójkowy" 01010101) informacji składającej się z przedziałów czasu przez przewód podawane jest napięcie 5 Volt lub 3,3 volt odpowiada to liczbie binarnej 1 lub 0 Volt (brak napięcia) odpowiada liczbie binarnej 0. Współczesne procesory np. Pentium, Athlon, Sempron, mają 64 bitową magistralę danych.
Najważniejszą magistralą procesora jest jego zewnętrzna magistrala danych ta magistrala wysyła i odbiera dane. Szerokość magistrali danych procesora wyznacza rozmiar banku pamięci operacyjnej.
Magistrala adresowa - jest zestawem przewodów, za pomocą których przenoszone są dane dotyczące adresowania informacji. Dane takie zawierają opis adresów komórek pamięci, do których informację zostaną wysyłane lub z których będą czytane. Każda ścieżka szyny adresowej przenosi pojedynczy bit informacji 1 lub 0. Im większa ilość ścieżek zostanie wykorzystana do adresowania, tym większa jest ilość komórek adresów, które można obsłużyć. Rozmiar magistrali adresowej określa maksymalna pojemność pamięci RAM, z którą współpracuje procesor.
Tryby pracy procesora
Tryb rzeczywisty (z ang. Real mode)- Trybie rzeczywistym pracował procesor 8088 a przy użyciu 16 bitowych rejestrów wewnętrznych wykonywał instrukcje 16 bitowe. Ten że procesor posiadał 20 bitową magistralę adresową i komunikował się z pamięcią RAM o rozmiarze 1 Megabajt (MB). W trybie rzeczywistym uruchamiało się system operacyjny firmy Microsoft MS-DOS był to system 16 bitowy. Procesor 286 i kolejne wykonywały 16 bitowe instrukcje, ale znacznie szybciej od procesora 8088. W tym trybie można było uruchamiać tylko jeden program. Jeśli się uruchomiło więcej niż jedną aplikację mogło to spowodować zawieszenie się systemu operacyjnego MS-DOS. Po jakimś czasie pojawiły się narzędzia, programy które pozwalały rozszerzyć pamięć RAM o ponad 1 MB. Takie programy nazywa się ekspanderem systemu DOS sposób pracy takiego narzędzia został opisany protokołem DPMI (DOS Protected Mode Inerface) za pomocą tego protokołu można uruchamiać system DOS w trybie chronionym. Procesory nowsze, tzn. i286, i386 itd., mają szersze szyny adresowe (24-, 32- lub 36- bitowe) toteż pracując w trybie rzeczywistym mogą adresować całe 1088 KB pamięci. System DOS począwszy od wersji 4.0 potrafił wykorzystać te dodatkowe 65536-16 B pamięci, która została nazwana pamięcią wysoką (HMA � High Memory Area). Jednak powoduje to niepełną zgodność z procesorami Intel 8086 i dlatego w komputerach zgodnych z IBM/PC została wprowadzona możliwość blokowania 21. linii adresowej nowszych procesorów, co sprawia, że programy pracujące w trybie rzeczywistym mają dostęp do 20 linii. Blokowanie i odblokowywanie linii 21 jest udostępniane przez ustawienie w biosie komputera bramkę A20 (ang. A20 gate; A20 to numer linii adresowej, liczony od 0).
Tryb chroniony (ang. protected mode) - to tryb pracy mikroprocesorów serii x86 wprowadzony w mikroprocesorze Intel 80286. Tryb chroniony umożliwia adresowanie pamięci w większym zakresie niż 1MB (tryb rzeczywisty), wprowadza wiele nowych udogodnień wspierających wielozadaniowość, takich jak: sprzętowa ochrona pamięci (układ MMU), wsparcie przełączania kontekstu procesora i wiele innych. Większość nowoczesnych systemów operacyjnych wykorzystuje procesory serii x86 właśnie w trybie chronionym. Zaliczają się do nich m.in.: Linux, Windows w wersji 3.0 i wyższych, systemy z rodziny BSD.
Tryb Wirtualny - (z ang. virtual mode)- W Trybie wirtualnym uruchamiało się systemy i programy 32 bitowe ale można było również uruchamiać programy z trybu rzeczywistego (16 bitowe).
Szybkość pracy Procesora Za częstotliwość taktowania zegara procesora odpowiedzialny jest oscylator. Oscylator jest to krzemowa płytka, która zintegrowana jest z chipsetem płyty głównej. Po przyłożeniu napięcia, kwarc zaczyna drgać. Te drgania są przenoszone poza płytkę w postaci prądu, który zmienia swoją wartość zgodnie z częstotliwością drgań płytki. Generowany prąd zmienny stanowi sygnał zegarowy, który wyznacza podstawę czasu, zgodnie, z którą komputer wykonuje obliczenia. PC-et wykonuje w ciągu sekundy miliony a nawet miliardy cykli, częstotliwość pracy procesora jest mierzona w MHz i GHz (Hz-Hertz). Cykl oczekiwania (wait states)- Jest taktem zegara procesora w czasie którego nie jest wykonywana żadna operacja. Współczesne procesory osiągają częstotliwość taktowania zegara do 5 GHz.
Pamięć podręczna procesora - Cache procesora Pamięć cache przyspiesza dostęp do relatywnie wolnej pamięci RAM. Charakteryzuje się bardzo krótkim czasem dostępu. Jest używana do przechowywania danych, które będą w niedługim czasie przetwarzane. Na współczesnych procesorach są 2 lub 3 poziomy pamięci podręcznej cache: L1 (zintegrowana z procesorem), a także L2 i L3 (umieszczone w jednym chipie razem z procesorem, lub na płycie głównej).
pamięć podręczna I poziomu - L1 - zlokalizowana we wnętrzu procesora pamięć podręczna pierwszego poziomu. Przyspiesza dostęp do bloków pamięci wyższego poziomu, który stanowi zależnie od konstrukcji pamięć operacyjną lub pamięć podręczną drugiego poziomu (L2). Z uwagi na ograniczenia rozmiarów i mocy procesora zawsze jest najmniejsza. Umieszczona jest najbliżej głównego jądra procesora i umożliwia najszybszą komunikację procesora.
pamięć podręczna II poziomu - L2 (pamięć podręczna drugiego poziomu) - pamięć, która służy do buforowania pamięci RAM. Charakteryzuje się tym, że trzymane są w niej najbardziej potrzebne w określonej chwili informacje, które są potrzebne w określonej chwili. W procesorach czterordzeniowego Intela Core 2 Extreme występują dwie pamięci cache L2 (posiada jej 8 MB) po jednej dla każdych dwóch rdzeni.
Gniazda Procesorów
Gniazdo procesora 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 magistral i układów znajdujących się na płycie głównej. Na każdej płycie głównej musi być przynajmniej jedno takie gniazdo; determinuje ono rodzaj procesora, jaki jest przez nią obsługiwany. Producenci wyposażają swoje płyty w różne wersje gniazd umożliwiających zastosowanie jednego z dostępnych procesorów, przy czym rodzaj procesora często zależy również od zainstalowanego na płycie chipsetu. Typ gniazda dla procesora musi być zgodny z określonym procesorem, odznacza się kształtem, napięciem, prędkością komunikacji z procesorem. W pierwszych płytach głównych procesory były wlutowane, ale z powodu coraz większej oferty procesorów i ich nieustannie zmieniającej się budowy pojawiły się gniazda, które umożliwiły dopasowanie budowy płyty oraz jej możliwości do potrzeb danego użytkownika. W efekcie użytkownik chcąc wymienić procesor na procesor innej firmy, musi wymieniać całą płytę główną. Obecnie najpopularniejszym typem gniazda procesora jest gniazdo typu Socket w tym gnieździe łato się instaluje procesor Procesor montuje się pinami do otworów gniazda i przytrzymując go dźwignią.
Podział Gniazd:
Socket- Jest to podstawka kwadratowa z dźwignią zaciskową w której montuje się procesor. Gniazdo Procesora - Socket
Slot- Gniazdo w którym montuje się procesor podobnie jak kartę rozszerzającą jest podobna do gniazd sloty PCI, ISA, AGP
Dobre i sprawne chłodzenie procesorów jest bardzo ważne ponieważ procesor pracując, bardzo szybko się nagrzewa dla tego im leprze chłodzenie tym procesor wydajniej może pracować. Druga sprawa o której użytkownicy komputerów powinni pamiętać to ustawienie komputera w przewiewnym miejscu żeby wiatrak komputera mógł odprowadzać ciepło na zewnątrz obudowy komputera. Bo sprawna wentylacja komputera jest kluczowym aspektem w chłodzeniu procesora i innych komponentów komputera.
Wyróżniamy 3 sposoby chłodzenia procesora:
Chłodzenie Procesorów
Chłodzenie pasywne - Pierwszym stosowanym sposobem ułatwiającym wymianę ciepła poprzez zwiększenie powierzchni wymiany jest radiator. Radiator montuje się na powierzchni procesora za pomocą specjalnej pasty termo przewodzącej i przy pomocy zatrzasków, które się zapinają na za trzepach gniazda Socket.
chłodzenie aktywne - W tym sposobie chłodzenia wykorzystuje się radiator z wentylatorem. obracający się wentylator wymusza większy przepływ powietrza. Wentylatory są przykręcane na powierzchni radiatora
Chłodzenie cieczą - W chłodzeniu cieczą używa się specjalnego płynu (tzw. woda destylowana) oraz sprzętu montażowego składającego się z pompki, zbiornika, rurek, bloków wodnych, chłodnica (radiator + wentylator) itp. Który się montuje wewnątrz komputera. Płyn się wlewa do zbiornika następnie pompka pompuje płyn rozprowadzając płyn po całym komputerze chłodząc procesor oraz inne podzespoły komputera.
Zapraszam do strony Filmy w dziale Multimedia i obejrzenia ciekawych filmów z montażu w komputerze zestawu do chłodzenia cieczą oraz montażu na procesorze zestawu do chłodzenia ciekłym azotem.
Chłodzenie pasywne
Chłodzenie aktywne
Chłodzenie cieczą
Dziękujemy za uwagę :)
Prezentację przygotował :
Jakub Słowakiewicz

Full transcript