Co je to centrální procesorová jednotka (CPU, CPU). Jak funguje centrální procesorová jednotka? Jaké jsou architektury procesorů? Architektura moderních procesorů

Typy architektur procesorů

Procesor během provozu zpracovává údaje, které jsou v jeho registrech, v paměť s náhodným přístupem a externí vyrovnávací paměti procesoru. Celkem existuje 3 informační toky, zpracovává zpracovatel:

1. Týmy
2. Adresy
3. Údaje ke zpracování

Sada různých instrukcí, které může procesor provést na datech, tvoří sadu instrukcí procesoru. Čím větší je sada instrukcí procesoru, tím složitější je jeho architektura, čím delší je záznam instrukce v bajtech, tím delší je průměrná doba provádění instrukce procesoru. procesory Intel mají více než 1000 instrukcí a patří mezi procesory s rozšířenou instrukční sadou (CISC).

Architektonický vzhled počítače kompatibilního s IBM PC je určen řadou vlastností, které poskytují schopnost fungovat software který ovládá připojené zařízení. Programy mohou komunikovat se zařízeními různé způsoby:

• Použití volání funkcí operačního systému (přerušení DOS, Windows API atd.);
• Použití volání funkcí základní systém vstup-výstup (BIOS);
• Přímá interakce s jim známým „hardwarem“ – porty a pamětí zařízení nebo řadiči rozhraní.

Tato rozmanitost existuje díky počáteční otevřenosti architektury prvního IBM PC a zachování stávajících řešení (i když někdy ne nejlepších) v následných modelech, které získávají nové uzly.

Vzhled počítače kompatibilního s PC do značné míry určují vývojáři ze společností Microsoft a Intel. Stalo se tradicí, že tyto firmy vydávají obsáhlý dokument, který diktuje vývojářům hardwaru požadavky na získání požadovaného loga „Designed for Microsoft Windows“.

Specifikace definují požadavky na funkčnost a výkon pro všechny počítačové subsystémy, včetně periferií.

Aktuálně alokovat následující typy architektury procesorů:

• RISC– možnost provádět méně příkazů, ale vysokou rychlostí Příkazy skládající se z jednodušších příkazů jsou prováděny efektivněji a vysokou rychlostí. Nevýhody: složité algoritmy nelze vždy rozložit na sekvenci jednoduchých příkazů.
• CISC– procesory jsou univerzální a lze je použít v jakémkoli počítačové systémy.
• RŮZNÉ je mezilehlý typ architektury. Má vnitřní mikroprocesorové jádro vyrobené podle architektury RISC a externí vyrobené podle struktury CISC.

Pneumatiky.

Rozšiřující sloty jsou určeny pro instalaci karet pro různé účely rozšiřující se funkčnost počítač. Sloty zobrazují standardní I/O rozšiřující sběrnice a také mezilehlá rozhraní jako AMR a CNR. Standardizované I/O rozšiřující sběrnice poskytují základ pro funkční rozšiřitelnost osobního počítače kompatibilního s PC, který se od narození neomezoval na čistě výpočetní úlohy.

Rozšiřující sběrnice představují konektivitu na úrovni systému: umožňují přímé použití adaptérů a řadičů systémové prostředky PC - paměťové a I/O prostory, přerušení, kanály přímý přístup do paměti. V důsledku toho musí výrobci rozšiřujících modulů pečlivě dodržovat protokoly sběrnic, včetně pevných parametrů frekvence a zátěže a také časových diagramů. Odchylky vedou k nekompatibilitě s některými základními deskami. Pokud to při připojení k externím rozhraním vede k nefunkčnosti pouze samotného zařízení, pak nesprávné připojení k systémové sběrnici může zablokovat provoz celého počítače. Je třeba také vzít v úvahu omezené zdroje počítače. Nejvzácnější z nich jsou linky požadavku přerušení, problém přerušení známý ze sběrnice ISA nebyl přechodem na PCI radikálně vyřešen. Další nedostatek - přímé přístupové kanály sběrnice ISA, které se také používají pro přímé řízení sběrnice - u sběrnice PCI zmizel. Dostupný adresní prostor paměti a I/O portů, který byl stísněný pro účastníky sběrnice ISA, byl v PCI výrazně rozšířen. Problémy alokace zdrojů na sběrnicích se řeší různými způsoby, ale nejčastěji se používá technologie PnP.

V moderním stolní počítače hlavní rozšiřující sběrnice je PCI, port AGP je přítomen téměř všude, sběrnice ISA i přes doporučení odstoupit od ní zůstává jako prostředek pro připojení starých rozšiřujících karet.

Existují 3 typy pneumatik:

1. Datová sběrnice
2. adresní sběrnice
3. Příkazová sběrnice

Datová sběrnice- data se kopírují z RAM do registru procesoru a naopak. 64 bit.

adresní sběrnice- s přenášenými daty se zachází jako s adresami buněk RAM. Pomocí této sběrnice procesor čte adresy instrukcí, které mají být vykonány, a také data, se kterými instrukce pracují. 32bitový.

Příkazová sběrnice(řízení) - dodává instrukce, které procesor vykonává. Jednoduché příkazy se vejdou do jednoho bajtu, složitější do 2,3 bajtu. 32bitový.

Sběrnice na základní desce slouží nejen ke komunikaci s procesorem, pomocí sběrnic jsou připojena i všechna ostatní počítačová zařízení.

• JE- umožňuje připojit všechna zařízení v a systémová jednotka, stejně jako zajistit připojení nových zařízení prostřednictvím standardních slotů. Šířka pásma je 5,5 Mb za sekundu. Nyní slouží pouze pro připojení externí zařízení, které nevyžadují velkou šířku pásma (zvuk, modemy).
• EISA- 32bitová středně výkonná sběrnice, používaná především pro připojení diskových řadičů a adaptérů lokální sítě na serverech. Nyní byla nahrazena sběrnicí PCI. Dříve používané na serverových platformách, kde je potřeba hodně instalovat přídavné desky rozšíření. ISA karty lze instalovat do EISA slotu (ale ne naopak). Šířka pásma až 32 MB za sekundu.
• VLB– místní sběrnice, což je spojení mezi procesorem a RAM, které obchází hlavní sběrnici. Tato pneumatika jezdí na více než vysoká frekvence a umožňuje zvýšit rychlost přenosu dat. Tato sběrnice má rozhraní pro připojení grafického adaptéru nezbytného pro připojení monitoru k počítačovému komplexu. Šířka pásma až 130 Mb za sekundu. Pracovní frekvence hodin - 50 MHz. Závisí na typu zařízení připojených k této sběrnici.
• PCI- standard pro připojení externích zařízení, který byl představen pro Pentium. V jádru se jedná o rozhraní - místní autobusy s konektory pro připojení externích komponentů výpočetních systémů. Taktovací frekvence je až 166 MHz a poskytuje přenos informací rychlostí 264 Mb za sekundu, bez ohledu na počet připojených zařízení. Se zavedením tohoto standardu bylo možné připojit technologii „Plug & Play“: po fyzické spojení zařízení jsou automaticky konfigurována jako součást výpočetní systém.
• FSB- sběrnice, která slouží k propojení procesoru s RAM počítače, tato sběrnice pracuje na frekvenci 133 MHz a vyšší. Šířka pásma až 800 Mb/s. Frekvence sběrnice FSB je hlavním parametrem, který je uveden ve specifikaci základní deska.
• AGP– speciální sběrnicové rozhraní, které je určeno pro připojení grafického adaptéru. Toto rozhraní je v moderních výpočetních zařízeních nezbytné, protože parametry sběrnice PCI nesplňují rychlostní požadavky grafického adaptéru. Šířka pásma 1066 Mb/s. Na rozdíl od PCI sběrnice jsou u AGP portu problémy s kompatibilitou akceleračních karet s typem základní desky (čipsetu) a procesoru, i když se jejich parametry formálně shodují.
• USB- Standard univerzální sériové sběrnice, který definuje způsob interakce počítače s moderním periferním zařízením. Tento port umožňuje připojení 256 různá zařízení S sériové rozhraní a zařízení lze zapojit do série (řetězce). Výhodou tohoto standardu je, že periferní zařízení lze připojit. Během aktuální relace bez restartu. Tento port umožňuje připojit počítače k ​​síti bez použití speciálního hardwaru a softwaru.

Konfigurace rozšiřujících sběrnic zahrnuje především nastavení jejich parametrů časování:

• U sběrnice PCI se nastavuje frekvence synchronizace, navíc pomocí CMOS Setup lze pro tuto sběrnici určit některé její možné režimy - konkurenční přístupy, palety sledování.
• U portu AGP se nastavuje frekvence, podporované režimy a clony AGP.
• U sběrnic ISA a PCI musí někdy nastavení CMOS přidělit systémové prostředky (hlavně linky požadavků na přerušení).
• U sběrnice ISA nastavte kromě frekvence (která by měla být asi 8 MHz) dobu obnovy pro 8- a 16bitovou paměť a I/O přístupy. Nestabilní provoz adaptérů může vyžadovat zpomalení sběrnice ISA, ale v současné době pokles jejího výkonu příliš neovlivňuje výkon počítače jako celku.

Co je to procesor? Zde si můžete přečíst trochu terminologie tento koncept. Podíváme se na to, z čeho se skládá, jaké je jádro procesoru, systémová sběrnice, mezipaměť procesoru, jaké má procesor patice a také populární výrobci. A teď pojďme na věc.

Procesor (CPU popřprocesor) je zařízení nebo obvod, který provádí strojové instrukce (instrukce). Je nejdůležitější složkou jakýkoli počítač a notebook. Provádí jakékoli, logické i aritmetické operace. Také spravuje všechna zařízení připojená k PC.

Na tento moment procesory jsou obvod (mikroprocesor) a je to malá tenká destička čtvercového tvaru. Takové schéma obsahuje prvky, které zajišťují funkčnost samotného procesoru a PC jako celku. Takovou desku chrání plastové nebo keramické pouzdro, spojené zlatými drátky s kovovými hroty. Tato konstrukce umožňuje připevnit procesor k základní desce.

Z čeho je procesor vyroben?

• Registry
• Aritmetická logická jednotka
• Datové a adresové sběrnice
• mezipaměť
• Matematický koprocesor

Odborníci různých profesí mají trochu odlišnou koncepci architektury procesoru. Programátoři si například myslí, že architektura procesoru je, když je procesor schopen provádět sady strojových kódů. Vývojáři počítačových komponent uvažují jinak, totiž že architekt procesoru odráží některé vlastnosti a kvality, které jsou vlastní celé rodině procesorů (jinými slovy organizace procesorů nebo jejich vnitřní design). Například existuje taková architektura jako Intel Pentium, je označena jako P5. Například Pentium IV se označuje jako NetBurst.

Model architektury procesoru Pentium 4

I když mají procesory stejnou architekturu, mohou se lišit. V prvé řadě je to samozřejmě rozdíl v procesorových, které dodávají procesoru samotnému některé vlastnosti. Samozřejmě se mohou lišit jak velikostí cache, tak rozdíly ve frekvenci systémové sběrnice. Ve skutečnosti pojem jádro procesoru nemá jasnou definici, ale může vám umožnit zvýraznit vlastnosti jakéhokoli modelu.

Pokud vyměníte jádro, budete pravděpodobně muset změnit patici procesoru, což s sebou nese určité potíže, které jsou spojeny s kompatibilitou základních desek. Vývojáři samozřejmě neustále pracují na vylepšování jader. Takové inovace se nazývají revize jader, jsou zase označeny hodnotami písmen a čísel.

Co je to systémová sběrnice?

Systémová nebo procesorová sběrnice (FSB) - je soubor signálních vedení, kombinovaných podle účelu. Zjednodušeně řečeno, systémová sběrnice propojuje všechny komponenty počítače s procesorem, ať už je to , nebo. Procesor je připojen pouze na systémovou sběrnici, ostatní zařízení jsou připojena přes speciální ovladače.

Co je to patice procesoru?

Existují dva typy konektorů (zásuvek) − hnízdění A štěrbinový. I když to lze považovat za jednu patici, protože byla vytvořena pouze pro instalaci procesoru. Přítomnost patice značně usnadňuje výměnu procesoru. Může být také odstraněn během opravy počítače. Mimochodem, pokud něco, tento konektor je umístěn na. Společnosti Intel a AMD mají své vlastní typy konektorů, které můžete vidět.

Co je registr procesoru?

Registr v procesoru je blok buněk, který tvoří ultra rychlou RAM. Takovou paměť využívá pouze procesor.

Co je mezipaměť procesoru?

Hotovost- jedná se o technologii, která je povinná u všech moderních procesorů, také se jí říká rychlá paměť. Technologie mezipaměti je vyrovnávací paměť mezi procesorem a řadičem, což je pomalá paměť. Vyrovnávací paměť je úložiště datových bloků, které se právě zpracovávají, takže procesor nemusí přistupovat k řadiči. Tato vlastnost velmi dobře zvyšuje výkon procesoru.

V současné době existuje několik úrovní mezipaměti. L1 - mezipaměť první úrovně, je nejrychlejší a pracuje přímo s jádrem. Další přichází cache druhé úrovně - L2, který interaguje s L1. Tato cache je mnohem větší než L1. Někdy se může také objevit mezipaměť třetí úrovně - L3. Je to docela pomalé a dokonce větší než L2, ale zase je to rychlejší než systémová paměť.

Také se cache dělí na výhradní A ne exkluzivní.

První typ zahrnuje mezipaměť, ve které jsou data rozdělena na původní data v přísném pořadí. Nevýhradní cache je cache, jejíž data se mohou opakovat na všech úrovních cache. Například, Intel, používá nevýhradní typ a AMD - respektive exkluzivní. Těžko říct, který je lepší, oba mají své pro a proti.

Architektura procesoru- komplex jeho hardwaru a softwarové nástroje poskytnutý uživateli. V něm obecný koncept zahrnuje sadu softwarově přístupných registrů a výkonných (provozních) zařízení, systém základní příkazy a způsoby adresování, množství a struktura adresovatelné paměti, typy a způsoby obsluhy přerušení. Například všechny modifikace Procesory Pentium, Celeron, i486 mají architekturu IA-32 (Intel Architecture - 32 bit), která se vyznačuje standardní sadou registrů poskytovaných uživateli, společný systém základní příkazy a způsoby organizace a adresování paměti, stejná implementace ochrany paměti a služba přerušení.

Při popisu architektury a provozu procesoru se obvykle používá jeho reprezentace jako soubor softwarově přístupných registrů, které tvoří registr resp. programovací model. Tyto registry obsahují údaje ke zpracování (operandy) a kontrolní informace. V souladu s tím model registru zahrnuje skupinu registrů obecný účel, které slouží k ukládání operandů, a skupina servisních registrů, které řídí provádění programu a provozní režim procesoru, organizaci přístupu do paměti (ochrana paměti, organizace segmentů a stránek atd.).

Univerzální registry tvoří registrovou paměť (RZU) - vnitřní registrovou paměť procesoru. Složení a počet servisních registrů je určeno architekturou mikroprocesoru. Obvykle zahrnují:

PC programový čítač (CS + IP v architektuře mikroprocesoru Intel);

Stavový registr SR (EFLAGS);

Řídicí registry režimu procesoru CR;

Registry, které implementují organizaci segmentů a stránek v paměti;

Registry, které poskytují ladicí programy a testování procesoru.

Procesorový provoz je reprezentován jako implementace přenosů registrů - procedur pro změnu stavu těchto registrů čtením a zápisem jejich obsahu. Výsledkem těchto přenosů je adresování a výběr příkazů a operandů, ukládání a přenos výsledků, změna pořadí příkazů a režimů činnosti procesoru v souladu s příchodem nového obsahu do registrů služeb, stejně jako všechny další postupy, které implementují proces zpracování informací podle stanovených podmínek, jsou zajištěny.

V řadě procesorů jsou alokovány registry, které se používají při provádění aplikační programy a jsou dostupné každému uživateli, a registry, které řídí režim provozu celého systému a jsou dostupné pouze privilegovaným programům, které jsou součástí operačního systému (nadřízený). V souladu s tím jsou takové procesory reprezentovány jako model uživatelského registru, který zahrnuje registry používané při spouštění aplikačních programů, nebo model registru dohledu, který obsahuje celou sadu softwarově přístupných procesorových registrů používaných operační systém.

Kromě sady spustitelných příkazů a metod adresování je důležitým architektonickým prvkem mikroprocesorů použitá paměťová implementace a organizace načítání příkazů a dat. Podle těchto vlastností se rozlišují procesory s architekturou Princeton a Harvard.

Princetonská architektura, často označovaná jako Von Neumannova architektura, se vyznačuje používáním sdílené paměti RAM pro ukládání programů, ukládání dat a organizaci zásobníků. Pro přístup k této paměti slouží společná systémová sběrnice, přes kterou vstupují do procesoru příkazy i data. Tato architektura má řadu důležitých výhod. Dostupnost sdílená paměť umožňuje rychle přerozdělit jeho objem pro uložení jednotlivých polí příkazů, dat a implementace zásobníku v závislosti na řešených úlohách. Je tak možné efektivněji využít dostupné množství paměti RAM v každém konkrétním případě použití mikroprocesoru. Použití společné sběrnice pro přenos příkazů a dat výrazně zjednodušuje ladění, testování a sledování provozu systému a zvyšuje jeho spolehlivost. Proto princetonská architektura dominovala světu na dlouhou dobu. počítačová věda.

Hlavní nevýhodou princetonské architektury je nutnost sekvenčního načítání instrukcí a zpracovávaných dat po společné systémové sběrnici. V tomto případě se společná sběrnice stává úzkým hrdlem, které omezuje výkon digitální systém. Stále se zvyšující nároky na výkon mikroprocesorových systémů způsobily v posledních letech stále širší využití harvardské architektury při tvorbě mnoha typů moderních mikroprocesorů.

Harvardská architektura se vyznačuje fyzickým oddělením paměti instrukcí (programů) a paměti dat. Jeho původní verze také používala samostatný zásobník pro ukládání obsahu programového čítače, který poskytoval možnost spouštět vnořené podprogramy. Každá paměť je připojena k procesoru samostatnou sběrnicí, což umožňuje načíst a dekódovat další instrukci současně se čtením a zápisem dat během provádění aktuální instrukce. Díky tomuto oddělení příkazových a datových toků a kombinaci jejich operací načítání více vysoký výkon než při použití architektury Princeton.

Nedostatky harvardské architektury souvisí s potřebou více sběrnice, stejně jako s pevným množstvím paměti alokované pro příkazy a data, jejichž účel nelze rychle přerozdělit v souladu s požadavky řešeného úkolu. Proto je nutné použít větší paměť, jejíž faktor využití při řešení různých problémů se ukazuje být nižší než u systémů s architekturou Princeton. Rozvoj mikroelektronických technologií však umožnil tyto nedostatky do značné míry překonat, a tak je harvardská architektura hojně využívána ve vnitřní struktuře moderních vysoce výkonných mikroprocesorů, které pro ukládání instrukcí a dat využívají samostatnou vyrovnávací paměť. Zároveň v vnější struktura Většina mikroprocesorových systémů implementuje principy Princetonské architektury.

Harvardská architektura byla také široce používána v mikrokontrolérech - specializovaných mikroprocesorech pro řízení různých objektů, pracovní program který je obvykle uložen v samostatné ROM.

Technická univerzita v Moldavsku

ABSTRAKT O PROGRAMOVÁNÍ

TÉMA: Architektura paměti a procesoru

Fakulta CIM

Skupina C - 092

Připravený Prosím Vladimíre.

Kišiněv 1999

Plán:

Úvod.

1) Historická retrospektiva.

2) architektonický vývoj.

3) Produkční proces.

4) Softwarová kompatibilita.

5) Přehled procesorů.

Budoucí vývoj Intel.

Procesor, nebo přesněji mikroprocesor, také často označovaný jako centrální procesorová jednotka (CPU), je centrální součástí počítače. Je to mysl, která přímo či nepřímo řídí vše, co se děje uvnitř počítače.

Když von Neumann poprvé navrhl uložit sekvenci instrukcí, takzvaných programů, do stejné paměti jako data, byl to skutečně inovativní nápad. To bylo zveřejněno v prvním návrhu zprávy o EDVAC v roce 1945. Tato zpráva popisovala, že počítač má čtyři hlavní části: centrální aritmetickou jednotku, centrální řídicí jednotku, paměť a vstupní/výstupní zařízení.

Dnes, o více než půl století později, mají téměř všechny procesory von Neumannovu architekturu.

Historická retrospektiva

Jak víte, všechny procesory osobní počítače na základě originální design Intel. První procesor použitý v PC byl čip Intel 8088. Intel čas předtím vydal více než výkonný procesor 8086. 8088 byl vybrán z důvodů hospodárnosti: jeho 8bitová datová sběrnice umožňovala levnější základní desky než 16bitová 8086. Také během návrhu časných počítačů používala většina dostupných čipů rozhraní 8bitový design. Tyto rané procesory se ani zdaleka nepřibližují tomu, aby byly dostatečně výkonné na to, aby spouštěly dnešní aplikace.

Níže uvedená tabulka ukazuje hlavní skupiny procesorů Intel od první generace 8088/86 po šestou generaci Pentium Pro a Pentium II:

Třetí generace procesorů založených na Intel 80386SX a 80386DX byly první 32bitové procesory používané v PC. Hlavní rozdíl mezi nimi byl v tom, že 386SX byl interně pouze 32bitový, protože komunikoval s vnějším světem přes 16bitovou sběrnici. To znamenalo, že se data mezi procesorem a zbytkem počítače pohybovala poloviční rychlostí oproti 486DX.

Čtvrtá generace procesorů byla rovněž 32bitová. Všechny však nabízely řadu vylepšení. Nejprve byl kompletně přepracován celý design generace 486, což samo o sobě zdvojnásobilo rychlost. Za druhé, všechny měly 8kb interní cache, hned vedle logiky procesoru. Toto ukládání datových přenosů z hlavní paměti do mezipaměti znamenalo, že průměrná latence procesoru požadavku paměti na základní desce byla snížena na 4 %, protože zpravidla nezbytné informace již v mezipaměti.

Model 486DX se od 486SX lišil pouze interně dodávaným matematickým koprocesorem. Tento samostatný procesor je určen k provádění operací s čísly s pohyblivou řádovou čárkou. V každodenních aplikacích se málo používá, ale radikálně mění výkon numerických tabulek, Statistická analýza, návrhové systémy a tak dále.

Důležitou novinkou bylo zdvojnásobení frekvence představené u 486DX2. To znamená, že uvnitř procesoru pracuje dvakrát rychleji než externí elektronika. Data mezi procesorem, vnitřní mezipamětí a koprocesorem jsou přenášena dvojnásobnou rychlostí, což vede ke srovnatelnému nárůstu výkonu. 486DX4 posunul tuto technologii dále, ztrojnásobil frekvenci na interních 75 nebo 100 MHz a také zdvojnásobil primární mezipaměť na 16 kb.

Pentium, definující pátou generaci procesorů, výrazně překonalo svého předchůdce 486 čipů prostřednictvím několika architektonických změn, včetně zdvojnásobení šířky sběrnice na 64 bitů. P55C MMX provedl další významná vylepšení, zdvojnásobil velikost primární mezipaměti a rozšířil instrukční sadu o operace optimalizované pro multimediální aplikace.

Pentium Pro, představený v roce 1995 jako nástupce Pentia, byl první v šesté generaci procesorů a zavedl několik architektonických prvků, které ve světě PC ještě nebyly vidět. Pentium Pro byl prvním mainstreamovým procesorem, který radikálně změnil způsob provádění instrukcí tím, že je převedl do mikroinstrukcí podobných RISC a provedl je ve vysoce pokročilém vnitřním jádru. Je také pozoruhodný tím, že má výrazně rychlejší sekundární mezipaměť než všechny předchozí procesory. Namísto použití mezipaměti založené na základní desce běžící rychlostí paměťové sběrnice používá integrovanou mezipaměť L2 na vlastní sběrnici běžící na plná frekvence procesor, obvykle třikrát rychlejší než mezipaměť v systémech Pentium.

Další nový čip po Pentiu Pro Intel představil téměř o rok a půl později - Pentium II, které od Pentia Pro znamenalo velmi velký evoluční krok. To podnítilo spekulace, že jedním z hlavních cílů Intelu s Pentiem II bylo vyhnout se potížím s výrobou drahé integrované L2 cache v Pentiu Pro. Architektonicky se Pentium II příliš neliší od Pentium Pro, s podobným jádrem emulujícím x86 a většinou stejných funkcí.

Pentium II vylepšilo architekturu Pentium Pro zdvojnásobením velikosti primární mezipaměti na 32 kb pomocí speciální mezipaměti pro zvýšení efektivity 16bitového zpracování (Pentium Pro je optimalizováno pro 32bitové aplikace a nezpracovává 16bitový kód jako dobře) a zvětšování záznamů o velikosti vyrovnávací paměti. Hlavním tématem rozhovorů kolem nového Pentia II však bylo jeho uspořádání. Sekundární mezipaměť integrovaná do Pentia Pro běžícího na plné frekvenci procesoru byla u Pentia II nahrazena malým obvodem obsahujícím procesor a 512 kb sekundární vyrovnávací paměti běžící na poloviční frekvenci procesoru. Shromážděné dohromady jsou uzavřeny ve speciální jednostranné kazetě (jednostranná kazeta - SEC), která je navržena pro vložení do 242kolíkového konektoru (Socket 8) v novém stylu základní desky Pentium II.

Hlavní struktura

Hlavní funkční součásti procesoru

• Jádro: Srdcem moderního procesoru je prováděcí modul. Pentium má dva paralelní celočíselné proudy, které vám umožňují číst, interpretovat, provádět a odesílat dvě instrukce současně.
• Prediktor větvení: Prediktor větvení se snaží uhodnout, která sekvence bude provedena pokaždé, když program obsahuje podmíněné větvení, aby si předem načítací a dekódovací zařízení připravila instrukce předem.
• blok s plovoucí desetinnou čárkou. Třetí prováděcí modul uvnitř Pentia, který provádí neceločíselné výpočty
• Primární mezipaměť: Pentium má dvě 8kb mezipaměti na čipu, každou pro data a instrukce, které jsou mnohem rychlejší než větší externí sekundární mezipaměť.
• Rozhraní sběrnice: přebírá směs kódu a dat do CPU, odděluje je, dokud nejsou připraveny k použití, a znovu je připojuje a odesílá.

Všechny prvky procesoru jsou synchronizovány pomocí frekvence hodin, která určuje rychlost operací. Úplně první procesory pracovaly na frekvenci 100 kHz, dnes je běžná frekvence procesoru 200 MHz, jinými slovy, hodiny tikají 200 milionůkrát za sekundu a každé tiknutí znamená provedení mnoha akcí. Program Counter (PC) je interní ukazatel obsahující adresu další instrukce, která má být provedena. Když přijde čas na její provedení, řídicí jednotka umístí instrukci z paměti do registru instrukcí (IR). Současně se zvýší počet programů tak, aby ukazoval na další instrukci a procesor provádí instrukci v IR. Některé instrukce řídí samotnou řídicí jednotku, takže pokud instrukce říká "skok na adresu 2749", hodnota 2749 se zapíše do programového čítače, takže procesor tuto instrukci vykoná jako další.

Články a Lifehacks

Pro mnoho uživatelů je znalost počtu jader čipové sady více než dostačující.

A pro ty, které zajímají detaily, prozradíme, co je to pojem „architektura procesoru“ a jaké to je ve smartphonu nebo tabletu.

Při výběru gadgetu jsou takové informace sotva užitečné, ale pomohou alespoň jako první přiblížení vyhodnotit SoC v něm použité.

Formální definice

Klasifikace architektur se zpravidla provádí pomocí sady příkazů, přesněji podle jejich počtu a složitosti.

K dnešnímu dni v mobilní zařízení používají se procesory dvě hlavní architektury:

První z nich, ARM, patří do tzv. typu RISC (reduced inspection set computer), který se vyznačuje zvýšením výkonu díky zjednodušení instrukcí.

Navíc má velmi příznivý vliv na energetickou účinnost.

Naprostá většina mobilních zařízení proto využívá čipsety založené na architektuře ARM.

Tato architektura byla známější u procesorů pro PC a notebooky, ale je jich více moderní modely jsou CISC kompatibilní s jádrem RISC. Ve své čisté podobě byl x86 zachován v mobilních SoC Intel Atom.

Kdo vytváří procesory založené na architektuře ARM

Nemá vlastní výrobní zařízení pro mikroelektroniku, ale procesorová jádra Cortex, která vyvinula, používají jiní.

Zde je jen několik společností, které používat licence pro jeho vývoj:

• Qualcomm;
• MediaTek;
• Nvidia;
• Intel;
• Nintendo;

Mobilní čipové sady používají několik druhů jader Cortex-Ax, kde je výkon jádra vyšší, tím větší je hodnota x.

ARM Limited se však neomezuje pouze na procesory chytrých telefonů, a tak jádra jeho vývoje založeného na architektuře ARM najdeme například v routerech nebo tiskárnách. Tam mají jiné značení - Mx nebo Rx.

Jádra se neustále aktualizují, objevují se nová a přestává se používat stará v nových modelech čipsetů. V době psaní relevantní byly:

• Cortex-A15.
• Cortex-A17.
• Cortex-A53.
• Cortex-A57.
• Cortex-A72.

A proto, aby se snížila „žravost“ čipové sady jako celku, navrhla společnost ARM Limited nová technologie big.LITTLE, jehož podstata je zakódována v jeho názvu.

SoC využívá jádra ze dvou odlišné typy: špičkové a ekonomické. V pohotovostním režimu, kdy není vyžadován vysoký výkon, jsou dobrá energeticky úsporná jádra, a pokud začne fungovat aplikace náročná na zdroje, pak se připojí produktivnější.

Ale co x86?

Hlavním problémem při použití této architektury v mobilních zařízeních je softwarová kompatibilita.

Smartphony založené na této rodině SoC se však pravidelně objevují a řada modelů dokonce používá například Android ASUS ZenFone 5, představený v roce 2014.