ZELENÁ VÝSTAVA

Vzdělávací výstavy pro žáky základních a středních škol graficky uzpůsobené i pro robotické čtení pro nevidomé a doplněné o multimediální doprovodné prvky.

 

Co je to procesor:

Mozkem či motorem PC je procesor (někdy nazývaný též mikroprocesor) neboli CPU (Centra! Processing Unit) . CPU provádí v systému veškeré výpočty. Obvykle se jedná o nejdražší součást systému - cena procesoru múže být až čtyřikrát vyšší než cena základní desky, do které se procesor zasunuje. Za tvúrce prvního mikroprocesoru je všeobecně uznávaná firma Intel, která v roce 1971 uvedla  na trh čip nazvaný 4004. I v současné době má tato firma vedoucí postavení na trhu s procesory, a to přinejmenším pro počítače třídy PC. To znamená, že prakticky všechna PC jsou vybaveny buď přímo procesory firmy Intel nebo procesory, které jsou s nimi kompatibilní a jsou vyráběné několika dalšími výrobci ( např. AMD či VIA/Cyrix).

Vedoucí postavení firmy Intel na trhu však nebylo vždy jisté . Na konci 70. let byly do PC nejčastěji instalovány procesory, které nebyly vyráběny firmou Intel (ačkoliv jeden z nich byl odvozen od výrobku této firmy) . Jednalo se o procesory Z-80 firmy Zilog a 6502 firmy MOS Technologies. Přitom procesor Z-80 byl známý jako vylepšená a levnější verze procesoru 8080, který v té době Intel vyráběl. Lze říci , že firmy AMD, VIA/Cyrix, IDT č i Rise Technologies, které dnes vyrábí klony procesorú Pentium, postupují v podstatě stejným zpúsobem jako společnost Zilog. Procesor Z-80 se používal především v počítačích s operačním systémem CP/M a ve své době byl podstatně populárnější než jeho originál, procesor Intel 8080. Procesor 6502 se používal při výrobě prvních modelú počítačú značky Apple (před uvedením počítačú Mac na trh) .

V roce 1981 firma IBM uvedla na trh své první IBM PC, používající procesor Intel 8088, pracující na frekvenci 4,77 MHz. Na počítači byl instalován operační systém Microsoft Disk Operating System (MS-DOS) verze 1.0. Tento okamžik se stal zlomem v historii firem Intel a Microsoft. Od tohoto roku byly počítače PC vybavovány celou řadou procesorú firmy Intel (či procesorú s nimi kompatibilních), přičemž každý z nich umožňoval spuštění softwaru, napsaného pro předcházející model procesoru.

Datové sběrnice
Pravděpodobně nejdúležitějšími kritérii pro popis procesorú jsou rychlost a šířka vnější datové sběrnice procesoru. Toto číslo udává počet datových bitú , které mohou být v prúběhu jednoho cyklu přesunuty do nebo z procesoru. V případě procesoru se nejčastěji mluví o jeho vnější datové sběrnici. Ta je tvořena skupinou vodičú (či vývodú ), používaných k přenosu dat. Čím více signálů múže být po sběrnici přeneseno během časové jednotky, tím je sběrnice rychlejší (a širší).

Data v počítači jsou přenášena ve formě digitálních informací, při čemž v prúběhu jednoho časového intervalu jeden vodič sběrnice přenáší buď bit 1 ( napětí 5 V nebo 3,3 V) nebo bit O (napětí O V). To znamená, že např. procesor s datovou sběrnicí o šířce 32 bitú je schopen najednou přijmout či odeslat 32 bitů; procesor se sběrnicí o šířce 64 bitú je schopen přenést dvakrát více informací a je tedy dvakrát rychlejší.

Pravděpodobně nejd§ležitějším dúsledkem, plynoucím z šířky vnější datové sběrnice, je to, že tato šířka definuje i velikost jedné banky paměti. Procesor s datovou sběrnicí o šířce 32 bitú je schopen číst 32 bitú najednou ( např. procesory řady 486) a procesor se sběrnicí o šířce 64 bitú je schopen číst 64 bitú ( např. procesory řady Pentium). Z hlediska paměťových modulú to znamená, že SIMM (Single Inline Memory Module) moduly se 72 vývody (32 bitů) musí být instalovány po jednom v případě použití procesoru 486 a po dvou v případě procesoru Pentium. Naopak novější moduly DIMM (Dual Inline Memory Module) mají šířku 64 bitú, což znamená, že do počítačú s procesory Pentium je múžete instalovat po jednom. Jednu banku paměti tedy v tomto případě tvoří jeden modul.

Paměťové moduly typu Rambus představují určitou výjimku z tohoto pravidla, neboť jejich chod se řídí poněkud jinými pravidly. Šířka těchto modulú je obvykle jen 16 či 32 birú, přičemž platí, že v závislosti na typu modulu a čipové sady musí být používány po jednom či po dvou.

Adresová sběrnice
Adresovou sběrnici lze definovat jako sadu vodičů, přenášejících informace o těch adresách v paměti, do kterých budou data ukládána nebo ze kterých budou čtena. Podobně jako v případě datové sběrnice i v případě adresové sběrnice platí, že každý vodič adresové sběrnice je schopen přenést 1 bit informace. Tento 1 bit je pak 1 číslicí, tvořící údaj o adrese v paměti. Čím více vodičů tedy adresová sběrnice má, tím více adres může být využito. To znamená, že šíře adresové sběrnice vlastně určuje maximální velikost RAM, kterou je schopen procesor využít.

Jak víte, počítače využívají dvojkovou číselnou soustavu. Jestliže tedy bude mít adresová sběrnice jen dva vodiče, budete moci vytvořit jen číslo, mající dvě číslice. Ve dvojkové soustavě a v případě adresové sběrnice to znamená 4 (22) různé, jedinečné adresy. Zvýšíte-li počet vodičů na tři, budete schopni využít 8 jedinečných adres (23). Je nutné zdůraznit, že velikost datové sběrnice nijak nezávisí na velikosti adresové sběrnice. Návrhář procesoru může při svém návrhu použít v podstatě libovolnou šířku. Obvykle však platí, že procesory s většími datovými sběrnicemi mívají i širší adresové sběrnice. Velikost obou sběrnic může pro vás být užitečným vodítkem při odhadování relativního výkonu procesoru, přičemž ten musíte hodnotit ze dvou pohledů: zaprvé velikost datové sběrnice určuje schopnost procesoru přenášet určité objemy dat a zadruhé velikost adresové sběrnice určuje maximální velikost paměti, se kterou je procesor schopen pracovat.

Mezipaměť
Je zařazena mezi dva subsystémy s různou rychlostí a vyrovnává tak rychlost přístupu k informacím. Účelem cache je urychlit přístup k často používaným datům na „pomalých“ médiích jejich překopírováním na média rychlá. Příkladem „pomalého“ a rychlého média může být pevný disk a paměťový modul, kde rozdíl v rychlosti může činit až tři řády. Jindy může být pevný disk tím „rychlým“ médiem. „Pomalým“ médiem pak může být například obsah získávaný ze sítě. Cache byla vynalezena v první polovině 60. let 20. století.

Cache paměť v procesoru ukládá kopie dat přečtených z adresy v operační paměti. Pokud při čtení obsahu slova z adresy v paměti je tato položka nalezena v cache paměti, je její obsah přečten z cache paměti, a ne z operační paměti. Mezi procesorem a cache pamětí se přenášejí jednotlivá slova, mezi cache pamětí a operační pamětí se přenášejí rámce slov o velikosti několikanásobku velikosti slova procesoru. Protože asi 90% operací procesoru je čtení paměti, většinou sekvenční, je tímto způsobem dosaženo větší propustnosti dat z operační paměti do procesoru, tím i vyššího výpočetního výkonu.

Vyrovnávací paměť procesoru bývá dvojstupňová. Část paměti o malé kapacitě je přímo součástí procesoru a je stejně rychlá, jako vlastní procesor (značí se L1). Další paměť, pomalejší, ale s větší kapacitou, je mezi procesorem a operační pamětí, dnes se již umisťuje do pouzdra s procesorem (značí se L2). Protože cena pamětí stoupá s její rychlostí (a samozřejmě s kapacitou), je možné tímto uspořádáním najít kompromis mezi cenou a rychlostí. Na přelomu roku 2008 a 2009 se začíná používat L3 cache i v běžných procesorech (Intel Core i7, AMD Phenom), která je pro všechna jádra společná a většinou má velikost několik megabajtů.

Velikost paměti cache, její rychlost a algoritmus řízení paměti cache se liší u jednotlivých výrobců a typů procesorů a je to jeden z parametrů, který podstatně ovlivňuje výkon a cenu počítače.

Časová osa
1971 – Intel 4004 – první mikroprocesor – 4bitový
1972 – Intel 8008 – 8bitový mikroprocesor
1974 – Intel 8080 – 8bitový mikroprocesor, který se stal základem prvních 8bitových osobních počítačů
1975 – MOS Technology 6502 – 8bitový mikroprocesor, montovány do Apple II, Commodore 64 a Atari
1975 – Motorola 6800 – první procesor firmy Motorola
1975 – AMD nastupuje na trh s řadou Am2900
1976 – TI TMS 9900 – 16bitový mikroprocesor
1976 – Zilog Z80 – 8bitový mikroprocesor, s rozšířenou instrukční sadou Intel 8080, frekvence až 10 Mhz
1978 – Intel 8086 – 16bitový mikroprocesor, první z architektury x86
1978 – Intel 8088 – 16bitový mikroprocesor s 8bitovou sběrnicí, který byl použit v prvním IBM PC v roce 1981
1979 – Motorola 68000 – 32/16bitový mikroprocesor
1979 – Zilog Z8000 – 16bitový mikroprocesor
1980 – IBM 801 – 24bitový experimentální procesor s revoluční RISC architekturou dosahující vynikajícího výkonu
1980 – Intel 8051 – 8bitový mikroprocesor se základní sadou periferií pro embedded systémy
1982 – Intel 80286 – 16bitový mikroprocesor
1983 – TMS32010 – první DSP firmy Texas Instruments
1985 – Intel 80386 – 32bitový mikroprocesor (měl 275 000 tranzistorů)
1986 – Acorn ARM – 32bitový RISC mikroprocesor, z Advanced RISC Machine, původně Acorn RISC Machine, použit i v domácích počítačích
1989 – Intel 80486 – 32bitový mikroprocesor s integrovaným matematickým koprocesorem
1989 – Sun SPARC – 32bitový RISC mikroprocesor, z Scalable (původně Sun Processor ARChitecture)
1992 – DEC Alpha – 64bitový RISC mikroprocesor
1992 – Siemens 80C166 – 16bitový mikroprocesor pro průmyslové embedded systémy s bohatou sadou periferií
1993 – Intel Pentium – 32bitový mikroprocesor nové generace (3,3 milionu tranzistorů)
1995 – Intel Pentium Pro – 32bitový mikroprocesor nové generace pro servery a pracovní stanice (5,5 milionu tranzistorů)
1995 – Sun UltraSPARC – 64bitový RISC mikroprocesor
1996 – Intel Pentium MMX 32bitový první se sadou instrukcí MMX pro podporu 2D grafiky
1997 – Intel Pentium II – 32bitový mikroprocesor nové generace s novou sadou instrukcí MMX (7,5 milionu tranzistorů)
1997 – Sun picoJava – mikroprocesor pro zpracování Java bytekódu
1997 – AMD K6-2 – 32bitový první se sadou instrukcí pro podporu 3D grafiky 3DNow!
1999 – AMD K6-III – 32bitový poslední procesor do základní desky se super socket 7. Od této chvíle již nemá Intel a AMD procesory do stejného socketu.
1999 – Intel Pentium III – 32bitový mikroprocesor nové generace s novou sadou instrukcí SIMD známou jako SSE (9,5 milionu tranzistorů)
1999 – Intel Celeron – 32bitový mikroprocesor odvozený původně od Intel Pentium II pro nejlevnější PC
2000 – AMD Athlon K75 První procesor s frekvencí 1GHz
2000 – Intel Pentium 4 – 32bitový mikroprocesor s řadou technologií orientovaných na dosažení vysoké frekvence
2001 – Intel Itanium – 64bitový mikroprocesor nové generace pro servery
2001 – AMD Opteron – 64bitový mikroprocesor nové generace pro servery od AMD. Jedná se o historicky nejkvalitnější procesor, jaký kdy AMD vyrobilo.
2003 – AMD Athlon 64 – 64bitový mikroprocesor nové generace pro desktopy s instrukční sadou AMD64, zpětně kompatibilní s x86
2006 – Intel Core – 64bitová architektura, na které jsou postaveny procesory Core Duo, Core 2 Duo, Core Solo, Core 2 Quad
2007 – Společnost AMD uvádí novou řadu procesorů Phenom
2008 – Intel Core i7 – nová řada CPU od Intelu pod názvem Nehalem a AMD Phenom II, který staví na 45 nm výrobě
2010 – Intel vydává slabší a ořezanější procesory Core i3 a Core i5 postavené na architektuře Nehalem a AMD vydává svůj první šestijádrový procesor Phenom II X6
2011 – Intel vydává novou architekturu Sandy Bridge a AMD vydává první procesory s integrovanou grafikou
2012 – Intel vydává novou architekturu Ivy Bridge s tzv. "3D" (Tri-Gate) technologií tranzistorů ve 22nm výrobním procesu
2013 – Intel vydává architekturu Haswell vycházející z Ivy Bridge, která má velmi znatelně snížit spotřebu

1. jaký je rozdíl mezi 32bitovou a 64bitou sběrnicí?
2. jaké napětí má bit přenášející jedničku?
3. k čemu slouží v procesoru cache?

Jaký text je napsán v binárním kodu:

1110000 1110010 1101111 1100011 1100101 1110011 1101111 1110010 100000 1101010 1100101 100000 1110011 1110010 1100100 1100011 1100101 100000 1110000 1101111 1100011 1101001 1110100 1100001 1100011 1100101


 

 DOPROVODNÝ PROGRAM

 Krátký dokument na téma procesor

Veškeré foto, audio, video a knižní materiály umístěné na tomto vzdělávacím portále jsou výhradně pro účely doplnění konkrétní výstavy
a je zakázáno jakékoliv kopírování, šíření obsahu třetím stranám.  Další distribucí se uživatel vystavuje postihu porušení autorského zákona.