referat TM, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane


Wojskowa Akademia Techniczna

Referat z przedmiotu
Technika Mikrokomputerowa

Temat: Przegląd procesorów firmy Intel dla komputerów przenośnych

Wykonała:

Iwaniuk Renata I5X1S0

Na wstępie chciałabym przybliżyć temat poprzez wyjaśnienie kluczowego terminu procesor. Otóż nie jest to tylko skrót od CPU (Central Processing Unit), jest to przede wszystkim najważniejsza jednostka każdego komputera, będąca najczęściej pojedynczym mikroprocesorem, połączonym z płytą główną za pomocą specjalnego gniazda typu ZIF lub Slot. Składa się z jednostki arytmetyczno logicznej (ALU), jednostki sterującej i koprocesora numerycznego (FPU). Zadania procesora to przetwarzanie i wykonywanie typowych operacji arytmetyczno logicznych jakie dochodzą do niego poprzez pamięć operacyjną, a ilość takich operacji waha się w granicach od kilkuset do milionów na sekundę. Czasy działań procesora to milionowe i miliardowe części sekundy.

Bloki funkcyjne tworzące procesor:

  1. Rejestry

  2. Jednostka arytmetyczno-logiczna

  3. Układ sterowania

  4. Dekoder rozkazów

  5. Jednostka zmiennoprzecinkowa

  6. Umieszczana w niektórych procesorach pamięć robocza L1

Parametry techniczne procesora:

  1. Liczba bitów np. 8,16, 32, 64 bity

  2. Szerokość szyny adresowej

  3. Lista rozkazów

  4. Zegara taktującego mierzona w MHz

Procesor najogólniej mówiąc steruje pracą komputera, wykonuje operacje logiczne i arytmetyczne podczas realizacji programów. Ilość funkcji wykonywanych przez procesor jest bardzo duża z tego też powodu nie jest on w stanie samodzielnie obsługiwać wszystkich współpracujących z nim podzespołów. Aby tego dokonać działanie procesora wspomagane jest przez liczne układy sterujące, będące najczęściej wyspecjalizowanymi mikroprocesorami. Funkcje, które wspomagają procesor używają specjalnych mechanizmów współpracy pomiędzy procesorem i układami wspomagającymi. Istnieją przypadki, w których procesor musi posiadać możliwość oddziaływania na podzespoły wspomagające muszą one wykonywać określone przez procesor zadania. Procesor, jako główny podzespół zarządzający pracą komputera, zleca wykonywanie odpowiednich zadań. Istnieje również mechanizm odwrotny, kiedy to podzespoły wspomagające muszą mieć możliwość sygnalizowania procesorowi swoich stanów w nieznanych dla procesora chwilach czasu. Komunikacja ta jest już bardziej skomplikowana. Trzeba zdać sobie sprawę z faktu, iż procesor przez większość czasu pracy zajęty realizowaniem zadań postawionych przez użytkownika. Należy więc użyć takich mechanizmów, które pozwolą zasygnalizować procesorowi konieczność zainteresowania się stanem określonego podzespołu wspomagającego pracę procesora. Aby zasygnalizować swoje stany procesorowi podzespoły używają mechanizmu przerwań. Procesor wykorzystuje przerwania również dla potrzeb sygnalizacji sytuacji wyjątkowych, np. przepełnienie przy operacjach arytmetycznych.

Podział przerwań:

  1.  Przerwania sprzętowe: wytwarzane przez podzespoły wspomagające pracę procesora

  2. Przerwania programowe: ich źródłem są wykonywane przez procesor programy

  3. Przerwania wyjątkowe: wytwarzane przez procesor

Procesor w trakcie przetwarzania pobiera kolejne instrukcje z pamięci operacyjnej, rozpoznaje je i wykonuje z wykorzystaniem wskazanych w instrukcjach operandów (jeżeli takowe w instrukcji występują). Zalecane przez program instrukcje powodują wykonywanie funkcji sterujących, arytmetycznych i logicznych a wymagana wysoka efektywność pracy procesora wymusza wbudowanie w jego struktury wewnętrznych pamięci (o niewielkich pojemnościach) nazywanych rejestrami. Wymienione powyżej podzespoły połączone są poprzez magistrale komunikacyjne.

Elementy struktury procesora:

  1. Układ przechowujący kolejkę instrukcji: procesor bardzo szybki realizuje większość z zlecanych instrukcji, czyniąc to o wiele szybciej niż jest w stanie uzyskać kolejną, instrukcję z pamięci operacyjnej. Dla usprawnienia pracy instrukcje sprowadzane są, z pamięci operacyjnej do procesora porcjami (a nie po jednej) i gromadzone są w kolejności w tym układzie. Tego rodzaju rozwiązanie zmniejsza w istotny sposób prawdopodobieństwo przestoju procesora powodowanego koniecznością oczekiwania na kolejną instrukcję.

  1.  Urządzenie sterujące wykonywaniem instrukcji: zarządza kolejką instrukcji oczekujących na wykonywanie pobierając kolejne instrukcje z układu przechowującego kolejkę instrukcji i przekazując ją do urządzenia wykonującego instrukcje

  2.  Urządzenie arytmetyczno-logiczne: Jest podstawowym składnikiem urządzenia wykonującego instrukcje. Realizuje wszystkie operacje arytmetyczne i logiczne. Niektóre skutki tych operacji (a dokładnie stan ich wykonania) powodują ustawienie przez to urządzenie odpowiednich wartości w rejestrze flagowym

  3. Zespół rejestrów: stanowią jeden z najważniejszych składników procesora. Służą do bieżącego przechowywania danych w obrębie procesora oraz pełną funkcję wspomagające procesy współpracy procesora z pamięcią operacyjną i innymi podzespołami mikrokomputera

  4.  Zespół rejestrów segmentowych: specjalnego przeznaczenia przy dostępie do odpowiednich fragmentów pamięci operacyjnej

  5.  Specjalnego przeznaczenia rejestr IP: wskazujący adres następnej instrukcji, którą ma wykonać procesor

  6.  Rejestr flagowy: zapamiętuje i udostępnia informacje o stanie operacji przez urządzenie arytmetyczno-logiczne

Prędkość przetwarzania danych przez procesor podawana jest w MHz i jest tzw. szybkością pracy procesora. Im większa prędkość tym szybszy a zarazem lepszy procesor. Prędkość procesorów ciągle się zwiększa, zmienia się ich budowa, jednak zachowują one kompatybilność z dotychczasowym standardem. Pozwala to na stosowanie ich do istniejącego już oprogramowania. Procesory Pentium zbudowane są w oparciu o technologię 0,8 mikrometra i składają się z milionów tranzystorów bipolarnych.

Należy dodać, że obecnie wszystkie produkowane procesory zawierają w sobie koprocesor, który przyspiesza pracę komputera. Koprocesory charakteryzują się architekturą oraz częstotliwością pracy podobnie jak procesory i przyspieszają wykonywanie złożonych obliczeń numerycznych lub opracowanie grafiki. Od 486 DX/DX2/DX4 koprocesor wbudowany jest wewnątrz procesora.

Cechy procesorów:

  1. Wewnętrzna częstotliwość taktowania: liczba cykli realizowanych przez procesor w ciągu sekundy. Jej jednostką jest 1 MHz. Częstotliwość taktowania procesora jest iloczynem częstotliwości magistrali systemowej i wartości mnożnika. Np. procesor 500 MHz pracuje z częstotliwością systemową 100 MHz i mnożnikiem 5x (100 MHz x 5 = 500 MHz).

  1. Zewnętrzna częstotliwość taktowania: zwana również częstotliwością magistrali lub systemu. Jest to szybkość z jaką procesor uzyskuje dostęp do danych w pamięci roboczej, a w przypadku gniazd Socket 7 i Super 7, do danych w pamięci roboczej drugiego poziomu cache L2. Im jest ona wyższa tym lepsza wydajność komputera.

  1. Rodzaj złącza: wybór typu procesora determinuje architekturę płyty głównej oraz późniejsze możliwości rozbudowy systemu. Tak zwany Slot1 przeznaczony jest dla procesorów Pentium II/III lub wczesnych modeli Celeronów. Socket 370 dedykowany jest dla Celeronów. Możliwe jest jednak umieszczenie tego typu procesora na płycie ze złączem Slot 1 wykorzystując odpowiednią przejściówkę.

  1. Nominalne napięcie(a) pracy: procesory mogą pracować z różnym napięciem zasilającym. W przypadku procesorów Intel Celeron i Pentium II/III płyta automatycznie wykrywa rodzaj CPU i dostarcza wymagane napięcie.

  1. Pamięć podręczna: przyspiesza proces przesyłania danych pomiędzy procesorem a pamięcią RAM. Istnieją dwa rodzaje pamięci podręcznej: pierwszego poziomu (Cache L1) zintegrowana z procesorem z którym porozumiewa się z częstotliwością równą częstotliwości wewnętrznej procesora. Tego typu pamięć ma zwykle pojemność od 16 do 64 KB. I drugiego poziomu (Cache L2) znajdująca się zwykle na płycie głównej gdzie z procesorem porozumiewa się z częstotliwością taktowania zewnętrznego. W nowoczesnych komputerach jej pojemność wynosi zwykle 512, a czasem nawet 1024 KB.

  1. Jednostka zmiennoprzecinkowa FPU: (Floating Point Unit) jednostka wykonująca działania zmiennoprzecinkowe przydatna zwłaszcza gdy wykorzystujemy komputer do gier trójwymiarowych, aplikacji graficznych (CAD) lub zastosowań multimedialnych. Pierwotnie występował jako oddzielny układ scalony, obecnie często zintegrowany z układem procesora.

  2.  Chłodzenie: procesor w trakcie pracy wydziela dużo ciepła. Nadmierny wzrost temperatury może powodować "nie wyjaśnione" zawieszanie się komputera, a w skrajnym przypadku nawet uszkodzenie CPU. Warto więc zadbać, aby oprócz solidnego radiatora, "przyklejonego" za pomocą pasty przewodzącej ciepło, zamontować na procesorze łożyskowany wentylator chłodzący.

Przegląd procesorów Intel w przenośnych komputerach:

0x01 graphic

Intel 80386DX to pierwszy 32 - bitowy procesor produkowany od 1985 r. przez firmę Intel i przeznaczony gównie dla komputerów IBM PC. Jako pierwszy zawierał nowatorski jak na owe czasy koprocesor matematyczny wykorzystywany do przeprowadzania matematycznych kalkulacji. Ogólnie procesory serii 80386 produkowane były w dwóch wersjach, które początkowo nosiły symbole: 80386SX i 80386SL. Jednak gdy na rynku pojawiła się tańsza 16 bitowa wersja procesora 80386SX, dotychczasowy procesor 80386SL przemianowano na 80386DX i pod tą nazwą znany jest najbardziej. Dzięki włączeniu rozbudowanego układu zarządzania pamięcią, możliwe było przełączanie procesora między trybem rzeczywistym a trybem pracy chronionej bez konieczności restartowania komputera. 32 - bitowa szyna adresowa pozwalała na zaadresowanie do 4 GB pamięci operacyjnej RAM i do 64 TB pamięci wirtualnej. Procesor miał wbudowaną jednostkę zarządzania pamięcią MMU. Komputery z procesorem 80386 jako pierwsze umożliwiały w miarę wygodną obsługę multimedialnych gier i programów, jako pierwszy również, wykorzystywał płyty główne z pamięcią Cache L2 o wielkości 128 KB i czasem dostępu 20 nanosekund (ns). Jego wersje taktowane były zegarami o częstotliwościach: 16, 20, 25, 33 lub 40 MHz. 80386DX na obszarze 1,5 mikrometra mieścił 275000 tranzystorów.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic


0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Test Ziff-Davis CPUMark99 wykazał bowiem wzrost wydajności o 25 procent w porównaniu z wcześniejszymi układami Pentium III i Pentium III Xeon taktowanymi taką samą częstotliwością zegara. Procesory Pentium III przeznaczone do komputerów przenośnych są obecnie dostępne w trzech wersjach taktowanych zegarem o częstotliwości 400, 450 i 500. Nowe procesory przynoszą znaczny wzrost wydajności a33; w niektórych przypadkach przekraczający 100% w porównaniu z najszybszymi dotąd "notebookowymi” układami produkowanymi przez Intela. Szybkość magistrali w systemach z nowymi procesorami wynosi 100 MHz, jest to więc o 50% więcej niż w notebookach z Pentium II. Procesor Pentium III taktowany zegarem 400 MHz i zasilany bardzo niskim napięciem (1,35 V) jest przeznaczony do wykorzystania w bardzo małych komputerach przenośnych. Układy te zużywają mniej mocy niż ich odpowiedniki przeznaczone do maszyn stacjonarnych, są mniejsze i mają zaawansowane funkcje oszczędzania energii. Procesor Pentium III w najmniejszej dostępnej obudowie (Ball Grid Array a33; BGA) jest wielkości znaczka pocztowego.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Zmodyfikowany Pentium III (który z kolei wywodzi się od Pentium Pro). Pentium M został zoptymalizowany aby zużywać jak najmniej prądu i wydzielać jak najmniej ciepła co jest niezmiernie ważne w notebookach. Zużywając mniej energii Pentium M jest taktowany znacznie wolniejszym zegarem niż współczesne mu Pentium 4, ale ma bardzo podobne osiągi, na przykład, wersja Pentium M z zegarem 1,6 GHz osiąga, a w niektórych testach nawet prześciga Pentium 4 "Norwood" z zegarem 2,4 GHZ (FSB 400 MHz, wyłączony Hyper Threading).

Pentium M łączy w sobie zmodyfikowany rdzeń Pentium III połączony z magistralą kompatybilną z Pentium 4, ma poprawioną funkcję branch prediction, dodatkowe instrukcje SSE i SSE2, a także większą cache. Cache drugiego poziomu zbudowana jest w specjalny sposób który pozwala na wyłączenie tych jej części które nie są używane. Inne metody ograniczenia zużycia prądu pozwalają na dynamiczną zmianę szybkości taktowania i zasilania rdzenia, pozwalając Pentium M na znaczne spowolnienie (do około 600 MHz) kiedy nie jest wymagana cała moc procesora. Procesor ten jest częścią platformy Intela Centrino.
Pomimo, ze początkowo Pentium M był przeznaczony wyłącznie do laptopów, na początku 2004 zaczęły się pojawiać płyty głowne do komputerów stacjonarnych przeznaczone do użycia z Pentium M, a Intel rozpoczął prace nad modyfikacją procesora przygotowując się do produkcji nowej wersji dla komputerów stacjonarnych.

Na potrzeby swoich 45-nanometrowych (nm) tranzystorów Intel opracował przełomowe materiały, których kombinacja pozwoliła uzyskać tranzystor o bardzo niskim upływie prądu i rekordowo wysokiej wydajności. Tworząc pierwszy działający procesor wykonany w technologii 45-nanometrowej — o nazwie kodowej Penryn, należący do nowej rodziny procesorów Intel CoreTM 2 oraz Xeon — Intel pokonał te trudne bariery i utrzymał w mocy Prawo Moore'a. Usunięcie tych ograniczeń doprowadzi z czasem do powstania energooszczędnych, tanich, bardzo wydajnych produktów komputerowych, od laptopów i urządzeń mobilnych do stacjonarnych komputerów PC i serwerów.

Strony internetowe z których korzystałam:

www.wikipedia.org

www.intel.com

http://starepro.info/Artyku%C5%82y/HistoriaProcesorabyGracjan/tabid/74/Default.aspx

http://www.sciaga.pl/tekst/42426-43-procesor_budowa_dzialanie_historia_ukladow

http://www.pcworld.pl/

Książki:

Anatomia PC



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Referat, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
ściąga(1), WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
kody, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
Egzamin6, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
Mikrokontroler 8051(1), WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
Sylabus(1), WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
arch powerPC, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
Przerwania, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
1AlfabetStasiaka, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
swb-sciaga, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
system przerwan, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
ściąga(1), WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
Sprawko swb, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
Przeglad ukladow graficznych ATI, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
odpowiedzi egzamin, Informatyka WEEIA 2010-2015, Semestr IV, Systemy Wbudowane, Inne, egzamin

więcej podobnych podstron