Prosessorit ja muistit - Luento 2

Prosessorin käsiteltäväksi tarkoitettu ja käsitelty tieto tallennetaan erilaisiin muistivarastoihin. Väylät kuljettavat tietoa muistivarastoista prosessorille sekä erilaisille syöttölaitteille ja vastelaitteille.

Luentotaltiointi

Ongelmia videon katselussa?

Prosessorit

Prosessori eli suoritin eli keskusyksikkö (CPU) on tietokoneen ydin. Sen tehtävänä on käsitellä muistissa olevaa tietoa. Prosessori kykenee ainakin yhteen- ja vähennyslaskuun sekä loogisiin operaatioihin (AND, OR, NOT).

Prosessorikotelo sisältää prosessorin ytimen (keskellä), välimuistia ja liitäntäpinnit. Pinnien määrä ja kotelon rakenne määräävät emolevyn liitäntäkannan muodon.

Prosessorien kannat

Liitäntäkantoja
Nimi Jännite Yhteensopivat prosessorit
Socket 478 (PGA478) 1.5V Pentium IV 1.6 - 3.0 GHz
Socket 603/604 (FCPGA) 1.3 - 1.5V Intel Xeon 1.6 - 3.0 GHz
Socket 611 1.6V Intel Itanium 2
Socket 754 1.5V Athlon 64
Socket 939 1.5V Athlon 64, Athlon FX
Socket 940 1.5V Athlon 64 FX-51/53
LGA7750.8-1.4VPentium IV, Pentium D, Intel Core
Socket AM2 1.2V Athlon 64 X2, Athlon FX, Athlon 64

Kantatyypit

Lähes kaikki prosessorikannat ovat nykyään Zero Insertion Force (ZIF) -tyyppiä eli prosessori laitetaan paikoilleen ilman voimaa ja vipua vääntämällä prosessori asettuu oikealla tavalla kantaan.

Prosessoriperheet

Prosessoreita on useita eri perheitä. Samaan perheeseen kuuluvat prosessorit jakavat saman käskykannan ("osaavat samaa kieltä."). Samat ohjelmat toimivat siis kaikilla saman perheen prosessoreilla, mutta eivät toisen perheen prosessoreilla.

Prosessoriperhe Prosessorit Muistin osoitus (bitit) Valmistaja(t) Käyttökohteet
x86 386,486,Celeron, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV
K5, K6, Duron, Athlon, Athlon XP (+Mobile-versiot)		 32 Intel
AMD		 PC:t ja sulautetut järjestelmät
x86-64 Athlon 64/X2, Opteron, Turion 64/X2, Sempron, Pentium 4/D (uudet), Xeon, Core 2 (+Mobile-versiot) 64 AMD, Intel Pöytäkoneet ja palvelinkoneet.
IA-64 Itanium, Itanium 2 64 Intel Palvelinkoneet. Epäyhteensopiva x86-ohjelmien kanssa.
Power 600-, 700-sarjat, 970 ja johdannaiset 32/64 IBM Pelikonsolit, Mac (vanhat), sulautetut järjestelmät
SPARC UltraSparc, Sparc64 32/64 Sun, Fujitsu Palvelimet
ARM ARMx 32 ARM Limited Sulautetut järjestelmät

Nopeus

Prosessorin ydin (core)
Ydin on prosessorin varsinainen käskyjä suorittava osa. Ytimen lisäksi prosessorissa voi olla (L2) muistia yms. toimintalogiikkaa. Samalla markkinanimellä voi kulkea erilaisia prosessoreja. Ytimistä käytetään erilaisia koodinimiä, kuten Prescott, Northwood, Conroe jne.
Prosessorin "bittisyys"
Yhden sisäisen rekisterin koko. 8/16/32/64 bittiä. Vaikuttaa koneen laskentatehoon raskaissa sovelluksissa.
Kellotaajuus (MHz)
Kuinka monta miljoonaa tilan vaihdosta sekunnissa prosessori pystyy suorittamaan. Vanhoissa prosessoreissa tämä oli sama kuin suoritettavien operaatioiden määrä, mutta uudemmat pystyvät tekemään rinnakkain useita toimintoja samaan aikaan.

Huomaa:

Prosessoritermistöä

Front Side Bus (FSB)
Prosessorin ulkoinen muistiväylä. Prosessorin kellotaajuus = FSB * kerroin. Näitä arvoja voi muokata BIOS:sta, joskin ne voivat olla prossessorikohtaisesti lukittuja
Ylikellotus
Nostetaan väylänopeuksia tai prosessorin kerrointa yli suosituksien. Tällöin tietokoneen nopeus luonnollisesti kasvaa. Myös näytönohjaimia voi ylikellottaa. Saattaa kuitenkin aiheuttaa toimivuusongelmia. Korjataan nostamalla jännitettä hieman ja jäähdyttämällä voimakkaasti. Ylikellotuksessa on huomioitava, että myös muistipiirit ovat riittävän nopeita. Takuu ei luonnollisesti korvaa rikkoontunutta ylikellotettua prosessoria.
Jännite
Kukin prosessori vaatii toimiakseen tietyn käyttöjännitteen (0.8V-5V). Mitä pienempi jännite sitä pienempi virrankulutus ja vähemmän hukkalämpöä.
Jäähdytys
Korkeilla kellotaajuuksilla toimiva prosessori kuumenee ja vaatii siis jäähdytystä. Jäähdytys toteutetaan yleensä jäähdytyssiilillä ja tuulettimella.
HyperThreading (HT)
Pentium 4:ssa oleva tekniikka, jossa yksi fyysinen prosessori tunnistetaan käyttöjärjestelmässä kahdeksi prosessoriksi. Tästä on hyötyä ohjelmissa, jotka on suunniteltu tuplaprossessorijärjestelmille.
Dual core
Prosessori sisältää kaksi suoritinydintä. Tästä on hyötyä, jos käyttöjärjestelmä ja käytettävä ohjelma tukevat kahden prosessorin tietokoneita. Tällöin kuormaa voidaan jakaa kahdelle ytimelle.
3dNow! / MMX / SSE / SSE2 / SSE3
Prosessorien käskykannan laajennuksia multimediaa varten. SSE3:sta tukevat vain uusimmat prosessorit (max. pari vuotta vanhat).
Pakkaustiheys
Yhden transistorin leveys ytimessä, esim. 0.065 - 0.25 mikronia (millimetrin tuhannesosaa). Mitä enemmän transistoreja saadaan pakattua pienelle alueelle, sitä nopeampi prosessorista (yleensä) tulee.

Välimuisti

Välimuistit tehostavat muistinkäsittelyä.

Välimuistin tasoSijaintiKoko
Level 1Prosessorin sisällä8 - 128 kilotavua
Level 2Integroitu samaan koteloon prosessorin kanssa128 kt - 8 Mt
Level 3Emolevyllä tai prosessorissa2 - 256 Mt

Eritasoiset välimuistit prosessorin ja muistin välillä

Prosessorin sisäinen toiminta

prosessorin toiminta

Konekieli on prosessorin ymmärtämä kieli. Assembler on ihmisen ymmärtämä symbolinen versio konekielestä.


;
;  bin[3*i+1]=( (tmp&2)>> 1) + 48;
;
; MP  komento   symbolinen komento        selite

 0390 8B46FE    mov  ax,word ptr [bp-2] ; siirretään tmp ax:ään
 0393 250200    and  ax,2               ; tehdään ax:lle looginen AND binääriluvun 10 kanssa
 0396 D1F8      sar  ax,1               ; ax:n bitittäinen siirto oikealle yhden verran
 0398 0430      add  al,48              ; lisätään 48 al:aan eli muutetaan luku ascii-merkiksi
 039A 50        push ax                 ; talletetaan luku (ax) pinoon
 039B 8BC9      mov  ax,si              ; siirretään i ax:ään
 039D BA0300    mov  dx,3               ; siirretään luku 3 dx:ään
 03A0 F7EA      imul dx                 ; kerrotaan ax dx:ällä
 03A4 8BD8      add  ax,di              ; lisätään ax:n binääritaulun alkuosoite
 03A6 58        mov  bx,ax              ; siirretään ax:ssä oleva osoite bx:ään
 03A7 884701    pop  ax                 ; palautetaan talletettu luku ax:ään
 03AA 8BC6      mov  byte ptr [bx+1],al ; siirretään tavu al:stä muistiin taulun kohtaan 3*i+1

Huomaa, että luvuilla voidaan ilmaista myös muunkinlaista tietoa kuin numeroita, kunhan vain sovitaan mitä mikäkin luku ilmaisee ja millainen lukujen järjestyksen pitää olla. Luvuilla voidaan esim. esittää tekstitietoa tai grafiikkaa.

Käskykanta

Käskykanta on prosessorien ymmärtämä konekielisten käskyjen joukko. Prosessorit voidaan jakaa niiden käskykannan perusteella seuraaviin luokkiin:

CISC RISC
KERRO muistipaikka_1, muistipaikka_2 SIIRRÄ muistipaikka_1, rekisteri_1
SIIRRÄ muistipaikka_2, rekisteri_2
KERRO rekisteri_1, rekisteri_2
SIIRRÄ tulosrekisteri, muistipaikka_1

Tiivistelmä

Käsitekartta prosessoreista ja emolevyistä

Muistit

Muistia tarvitaan väliaikaiseen tiedon tallentamiseen.

Muistien päätyypit

Muistien ominaisuuksia

DRAM-muistityyppejä

Tiivistelmä muisteista

Kaaviokuva muistityyppien jakautumisesta

Linkkejä

Käyttäjien kommentit

Kommentoi tätä sivua Lisää uusi kommentti
Kurssimateriaalien käyttäminen kaupallisiin tarkoituksiin tai opetusmateriaalina ilman lupaa on ehdottomasti kielletty!
http://appro.mit.jyu.fi/laitteistot/luennot/luento2/
© Jukka Mäntylä (jmantyla@mit.jyu.fi) <http://www.iki.fi/jmantyla/>
Tommi Lahtonen (tommi.j.lahtonen@jyu.fi) <http://hazor.iki.fi/>
Antti Ekonoja (anjoekon@jyu.fi) <http://users.jyu.fi/~anjoekon/>
2007-05-24 12:38:55