Wydajność mikroprocesora

1. Wewnętrzna architektura -to szerokość magistral, rejestrów( komórki pamięci o niewielkich rozmiarach (najczęściej 4/8/16/32/64/128 bitów) umieszczone wewnątrz procesora i służące do przechowywania tymczasowych wyników obliczeń, adresów lokacji w pamięci operacyjnej itd. Większość procesorów przeprowadza działania wyłącznie korzystając z wewnętrznych rejestrów, kopiując do nich dane z pamięci i po zakończeniu obliczeń odsyłając wynik do pamięci) jednostki ALU oraz sposób współpracy z pamięcią operacyjna i urządzeniami I/O:

1. Przy mikroprocesorach wielordzeniowych ważny jest mechanizm zarządzania zadaniami rozdzielanymi między rdzeniami,

2. Oprogramowanie.

2. Szybkość pracy zegara-operacje mikroprocesora sterowane są przez sygnał zegara. Rolę oscylatora spełnia nacięta płytka kwarcowa( zintegrowana z chipsetem płyty głównej, która pod wpływem prądu wpada w wibrację. Te drgania są przenoszone poza płytkę w postaci prądu, który zmienia swoją wartość zgodnie z częstotliwością drgań płytki. Im wyższa częstotliwość, tym mikroprocesor może wykonywać szybciej operacje. Generowany prąd zmienny stanowi sygnał zegarowy, który wyznacza podstawę czasu, zgodnie, z którą komputer wykonuje obliczenia.

3. Wielkość pamięci Cache (pamięć podręczna, pamięć statyczna SRAM ).

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),
- L2 (umieszczone w jednym chipie razem z procesorem), obecnie zintegrowane z rdzeniem co umożliwia wymianę danych z pełną prędkością rdzenia,
-L3 montowany w procesorach do zastosowań serwerowych, umieszczany na płycie głównej lub wewnątrz rdzenia procesora, zwiększa wydajność i trafność pobieranych danych.

Tryby pracy mikroprocesora -jedną z cech mikroprocesora jest kompatybilność wsteczna stosowanie starszego oprogramowania na komputerze z nowym procesorem umożliwiają specjalne tryby procesory 32 i 64 bitowe pozwalają na pracę w kilku trybach:

1. Architektura x86:

• Tryb rzeczywisty-umożliwia uruchamianie w jednym czasie tylko jednej aplikacji, ponieważ nie ma ochrony danych zapisanych w pamięci RAM
  W trybie rzeczywistym pracowały procesory 80xx a przy użyciu 16 bitowych rejestrów wewnętrznych wykonywały 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.

2. Architektura IA-32:

• Tryb chroniony-powstał wraz z wprowadzeniem procesora 386X
  -oprogramowanie 32-bitowe,
  -umożliwia adresowanie pamięci w większym zakresie niż 1MB,
  -specjalny mechanizm chroniący dane pamięci RAM przed nadpisaniem przez inną aplikację.

• Wirtualny tryb rzeczywisty
  -oprogramowanie 16-bitowe na platformie 32-bitowej,
  -tryb pozwala na jednoczesne uruchamianie wielu aplikacji 16-bitowych na procesorze 32 bitowym bez zawieszenia systemu.

3. Architektura IA-32e, x86-64, AMD64, EM64T:

• Tryb 64-bitowy-umozliwia uruchamianie aplikacji 64-bitowej na platformie 64-bitowej,

• Tryb zgodności- umożliwia procesorom 64-bitowym obsługę aplikacji32-i 16 bitowych.

4. Podział w zależności od wykonywanych instrukcji:

1. CISC -duża liczba rozkazów, mała optymalizacja - niektóre rozkazy potrzebują dużej ilości cykli procesora do wykonania,

2. RISC -mniejsza ilość rozkazów niż CISC.

RISC działają szybciej w porównaniu do CISC.

5. Dodatkowe funkcje mikroprocesora

1. Instrukcje MMX poprawiające zdolności mikroprocesora do kompresji
   i dekompresji strumienia audio-wideo,

2. SSE, SSE2, SSE3, SSE4 (HD Boost) - opracowane przez Intel kolejne zestawy instrukcji stało i zmiennoprzecinkowych,

3. 3DNow - opracowane przez firmę AMD jako odpowiedź na rozszerzenia Intela. Analogiczna technologia jak dla SSE, lecz dla procesorów AMD,

4. Hyper Threading Technology (technologia wielowątkowości) - opracowana przez Intela technologia umożliwiająca wykonywanie przez jeden rdzeń dwóch niezależnych strumieni kodów programów (wątków) w tym samym czasie. Jednordzeniowe mikroprocesory z technologią HT traktowane są jak maszyny dwurdzeniowe, a dwurdzeniowe jak czterordzeniowe itd.,

5. Przetwarzanie wielordzeniowe - zapewnia równoległe wykonanie operacji obliczeniowych przez dwa niezależne rdzenie w tym samym czasie. Każdy rdzeń może wykonywać do 4 pełnych instrukcji jednocześnie,

6. Intel Turbo Boost - pierwszy raz użyta w procesorach Core 5 i 7. Umożliwia automatyczną regulację częstotliwości pracy mikroprocesora w zależności od obciążenia,

7. AMD PowerNow - technologia umożliwiająca włączanie i wyłączanie elementów mikroprocesora AMD w celu oszczędzania energii,

8. AMD Turbo Core - technologia AMD umożliwiająca automatyczną regulację częstotliwości pracy mikroprocesora w zależności od obciążenia.

Pamięć Cache- (pamięć podręczna procesora, systemu, innych urządzeń) to rodzaj pamięci tymczasowej pośredniczącej w operacjach pomiędzy innymi, zazwyczaj wolniejszymi urządzeniami lub rodzajami pamięci przyspieszająca dostęp wolniejszej pamięci lub innego urządzenia.

Specjalny algorytm bada, które dane najczęściej są wykorzystywane przez mikroprocesor, pobiera je z pamięci RAM i kopiuje je do pamięci Cache. Gdy mikroprocesor zgłasza zapotrzebowanie na określone informacje, zostają one przesłana z pamięci Cache bez sięgania do wolniejszej pamięci RAM.

Funkcje Cache:

1. Zmniejszenie czasu dostępu do danych dla procesora.

2. Minimalizowanie obciążenia szyny pamięci, w celu udostępnienia jej innym urządzeniom.
   
   

---