Összegzés - CPU
2.1 Neumann architektúra
A legtöbb modern processzorok személyi számítógépek általában alapul egy adott változata egy ciklikus folyamat szekvenciális információfeldolgozás által feltalált Neumann János.
Neumann János találta fel a konstrukciós a számítógép 1946-ban.
Kritikus szakaszában a folyamat az alábbiakban adjuk meg. A különböző architektúrák, és további lépések lehetnek szükségesek a különböző csapatok. Például további memória-hozzáférés szükséges lehet aritmetikai utasítások, amelynek során operandust olvasni és rögzíteni az eredményeket. A megkülönböztető jegye a Neumann architektúra, hogy az utasítások és adatok tárolása ugyanabban a memóriában.
CPU parancsok a legalacsonyabb szintű számítógépes vezérlés, így a teljesítménye minden csapat óhatatlanul és feltétel nélkül. Nem ellenőrzi az elfogadhatóságát végrehajtott műveleteket, különösen nem ellenőrzi a lehetséges értékes adatok elvesztését. A számítógépet az egyetlen érvényes akció parancsokat kell jól szervezett formában a kívánt programot.
2.2 Pipeline Architecture
A felszabadulás után a k-adik szakaszának a csővezeték, rögtön jut munka a következő csapat. Feltételezve, hogy minden egyes szakaszában a csővezeték időegység tölteni a munkáját, az az utasítás végrehajtása a szállítószalag hosszának n szakaszában tart n időegységek, de a legoptimistább esetben a kimeneti minden a következő parancsokat lehet elérni, minden egységnyi idő alatt.
Valóban, ennek hiányában a parancsnak szállítószalag n egységnyi idő (mivel a parancs még mindig kell mintát venni, dekódolás, stb ...), és az idő szükséges egységek parancsok végrehajtása m; egy szállítószalag (a legtöbb optimista esetben) elvégzésére m parancsok kell csak n + m időt egységek.
2.3Superskalyarnaya építészet
Az a képesség, hogy végre több gép utasítást egy órajel ciklusra. Az advent a technológia vezetett jelentős növekedése a termelékenység.
Complex Instruction Set Computing - kiszámítása összetett utasításkészlet. Processzor alapuló komplexitás; utasításkészletet. Tipikus képviselői CISC egy család Intel x86 processzorok (bár sok éven át, ezek a processzorok CISC csak külső irányító rendszer).
Minimum utasításkészlet Computer - Számítástechnikai minimális parancsokat. Továbbfejlesztése, az ötleteket a csapat Chuck Moore, aki úgy véli, hogy az elv az egyszerűség, az eredetit a RISC-processzor, túl gyorsan visszahúzódott a háttérbe. A hő a harc a maximális teljesítmény, RISC megelőzte sok CISC processzorok komplexitását. MISC architektúra alapja egy rakás számítógépes modellek korlátozott számú utasítás (20-30 csoportok).
2.7 párhuzamos architektúra
Neumann-architektúra az a hátránya, hogy az összhangban van. Mi lenne a hatalmas mennyiségű adat feldolgozásához szükséges minden, az ő minden bájt kell átmenni a CPU-t, még akkor is, ha az egész byte elvégzéséhez szükséges ugyanazt a műveletet. Ezt a hatást nevezzük szűk nyakú Neumann.Ahhoz, hogy legyőzzük ezt a hátrányt is javasoltak, és tartalmazza az építészet processzorokat, amelyek úgynevezett párhuzamos. Párhuzamos processzorok használják szuperszámítógépek.
Lehetséges kiviteli alakjai egy párhuzamos architektúra szolgálhat (Flynn osztályozási):
-
SISD - egy utasítás, egyetlen adatfolyam;
SIMD - egy patak utasítás, a sok adat áramlik;
MISD - sok csapat árammal, egy adatfolyam;
MIMD - sok csapat patakok sok adatfolyamot.
3. ÖSSZETÉTEL CPU
A központi feldolgozó egység általában tartalmaz:
3.1 aritmetikai logikai egységgel
Aritmetikai logikai egység (ALU), - a központi része a CPU, amely végrehajtja aritmetikai és logikai műveleteket.
Az ALU áll nyilvántartások, kiegészítőt és a megfelelő logikai áramkörök elvégzésére folyamatirányítás. A berendezés megfelelően működik, azt mondja neki nevek (kódok) műveleteket, amelyek az adatok továbbítása kell végezni a változók kerülnek nyilvántartásokban.
Az alaplap busz is állhat több párhuzamosan húzódó vezetékek révén az összes felhasználó adatait (például az IBM PC architektúra).
A fő jellemzője az adatbusz szélessége bitben. Adatbusz szélessége határozza meg, mennyi információt lehet átvinni egy ciklusban.
Adatbusz szélességét határozza meg bites processzor (CPU)
regiszter - szupergyors memória a processzoron belül elsősorban tárolására közbenső számítási eredmények (általános regiszter / adatregiszter), vagy tartalmaz szükséges adatokat a processzor - az offset alaptáblákhoz, hozzáférési szintek, stb (speciális regiszterek) ...
Regisztráció egy digitális elektronikus áramkör, amely arra szolgál ideiglenes tárolására bináris számokat. A processzor számos nyilvántartások, amelyek többsége által használt processzor és nem hozzáférhető a programozó. Például, ha a mintavétel a következő utasítást a memóriából, akkor helyezzük az utasítás regiszterbe. Programozó elérni ezt a nyilvántartást nem. Vannak is regisztrálja, hogy elvileg a szoftver áll rendelkezésre, de lehet hozzáférni az operációs rendszert (például a vezérlő regiszterek és árnyék nyilvántartások szegmens leíró). Ezek a nyilvántartások elsősorban a fejlesztők operációs rendszerek.
Hozzáférés a tárolt értékeket regiszterek mint általában többször gyorsabb, mint a hozzáférést a memória sejtek (akkor is, ha a cache memória tartalmazza a kívánt adatokat), de a RAM mennyisége sokkal nagyobb, mint az összege regiszterek hangerőt (átlagos modul RAM ma 1 GB - 4 GB [1], a teljes "kapacitás" általános célú regiszterek / adatok az Intel 80x86 processzor 16 bit * 4 = 64 bit (8 bájt)).
3.4 A program counter
A legtöbb processzorok, miután a parancs futtatása, ha az nem sérti a parancsokat (pl. Az átmeneti csoport), a számláló automatikusan növel (postinkrementálás). A koncepció a számláló utasítás szoros összefüggésben van a Neumann architektúra egyik alapelve az, amely a parancsok végrehajtása egymás után sorban.
Gyorsítótár (cache Engl, a francia cacher - .. Hide) - a közbenső gyors hozzáférést puffert, amely tartalmazza egy példányt a memóriában tárolt adatokat kevésbé gyors hozzáférést, de lehet kérni a legnagyobb valószínűséggel. Az adatokhoz való hozzáférés a cache gyorsabb, mint az eredeti minta adatokat a lassú memória, vagy újraszámítása, ami miatt csökken az átlagos elérési idő.
CPU cache
Számos modell központi feldolgozó egység (CPU) saját gyorsítótárral, annak érdekében, hogy minimálisra csökkentsék hozzáférésű memória (RAM), ami lassabb, mint regiszterek. A cache egyesítése jelentős termelékenység javulása, abban az esetben, ha az órajel sokkal kevésbé RAM CPU órajel. Az órajel frekvenciája a cache memória általában kisebb, mint a frekvencia a CPU.
CPU cache van osztva több szinten. Az általános célú processzorok - legfeljebb 3 gyorsítótár szintű N + 1 általában nagyobb méretű és lassabb kezelési és adatátviteli sebességet, mint a cache szinten N.
A leggyorsabb memória egy cache az első szintű - L1 cache. Tény, hogy ez szerves része a processzor, mert ez található egy chip, és vele együtt egy része a funkcionális blokkok. Ez áll egy utasítás-gyorsítótár és az adatok cache. Egyes processzorok nélkül L1 cache nem tud működni. Másrészt le is lehet tiltani, de akkor a processzor teljesítményét jelentősen csökken. L1 cache fut a processzor frekvenciát, és általában az utalás meg lehet csinálni minden órajel ciklusban (gyakran lehet végezni még egy pár olvasási / írási ugyanabban az időben). Access várakozási ideje általában 2? 4 ciklus mag. A térfogat általában kicsi - kisebb, mint 128 KB.
A második az a sebesség, L2-cache - a cache, a második szinten. Általában, ez található akár on-chip, mint L1, vagy annak közvetlen közelében a sejtmagba, például egy processzor kazetta (csak slot processzorok). A régi processzor - a chipset az alaplapon. A kötet a L2 cache 128 KB 1? 12 MB. A mai többmagos processzorok, a cache, a második szinten, míg az ugyanazon a chip, egy külön memória használat - a teljes térfogata 8 MB cache minden mag 2 MB. Jellemzően a látencia L2 cache található a központi chip, 8-tól 20 ciklus a sejtmagba. Ezzel szemben a L1 cache letiltása ez hatással lehet a rendszer teljesítményét. Azonban a problémákat, amelyek több hívás a tiltott terület a memória, például az adatbázis, a termelékenység csökkenhet tízszeres.
harmadik szintű cache, és a legkevésbé gyors jellemzően található különálló CPU magot, de akkor nagyon impozáns méretű - több mint 32 MB. L3 cache lassabb, mint az előző cache, de még mindig sokkal gyorsabb, mint a memória. A többprocesszoros rendszer a közös használatra.
Letiltása a cache a második és harmadik szint tipikusan alkalmazott matematikai problémák, például, amikor kiszámítjuk az sokszögek, amikor az adat cache mérete kisebb térfogat. Ebben az esetben, akkor azonnal írja le az összes adatot a cache, majd végezze el a kezelést.
Az azonos mennyiségű cache rendszer nagyobb asszociatív kevesebb lesz gyors, de a leghatékonyabb.
3.6 matematikai koprocesszor
Matematikai processzor - koprocesszor kiterjesztése parancs a CPU és biztosítja annak működését funkcionális modulok lebegőpontos feldolgozók, amelyek nem rendelkeznek beépített modullal.
Modul lebegőpontos műveletek (vagy lebegőpontos. Engl lebegőpontos egység (FPU)) - részben a processzor számára sokféle matematikai műveleteket valós számok.
Egyszerű „integer” processzorokkal együtt dolgozni valós számok és matematikai műveletek támogatásához szükséges megfelelő eljárásokat és az idő, hogy végre őket. Modul lebegőpontos támogatja őket szintű primitívek - berakodás, kirakodás valós szám (a / a speciális regiszterek), vagy egy matematikai műveletet hajt végre rajtuk egyetlen paranccsal, ennek köszönhetően jelentős gyorsulás az ilyen műveleteket.
4. 4. mikroprocesszor, többprocesszoros rendszerek, órajel-frekvencia és bites processzorok.
A modern processzorok fut egy mikroprocesszor.
Fizikailag a mikroprocesszor egy integrált áramkör - a kristályos szilícium vékony lemez téglalap alakú terület néhány négyzetmilliméterben, amely áramkörök, hogy hajtsa végre az összes processzor funkciók.
Crystal lemez általában helyezni egy műanyag vagy kerámia lapos test, és össze van kötve az arany huzalok fém csapok, így lehet csatlakoztatni a számítógép alaplap.
A számítástechnikai rendszer többprocesszoros párhuzamosan működő; Ezek a rendszerek a többprocesszoros.
A processzor sebessége megaherzben (MHz). Ez ad egy durva ötlet, hogy sok művelet ő végzi a második. Bár ez biztos, hogy azt mondják, hogy 200 MHz-es Pentium MMX gyorsabb, mint a 166 MHz-es Pentium MMX. Az ilyen összehasonlítás lehetséges csak a processzor család. Összehasonlítása sebesség MHz-es Pentium MMX és a Pentium II vagy egy chipet másik gyártó nem lehetséges, mert az utasítások feldolgozása különböző módokon.
hardver processzor végre egy nagy, integrált áramkör (LSI). LSI valójában nem „nagy” méretű, és fordítva, egy kis lapos ostya mérete körülbelül 20x20 mm. zárt sík esetében sor fém csapok (érintkezők). LSI egy „nagy” elemek száma.
A modern, nagy technológia lehetővé teszi, forgalomba LSI processzor hatalmas mennyiségű (42 millió a Pentium 4 processzor) funkcionális elemek (kapcsolók), amelynek mérete csak körülbelül 0,13 mikron (1 mikron = 10-6 méter).
stb