Prosessorit ja emolevyt - Luento 2

Suoritin eli prosessori on tietokoneen ydin

Prosessoreihin liittyvät seuraavat käsitteet

Ohjelmalaskuri, joka sisältää seurtaavan käsiteltävän komennon muistiosoitteen
Käskyrekisteri, josta haetaan käsiteltävä komento
Yleiset rekisterit sisältävät komennon suorituksen tuloksen
Laskentayksikkö (ALU, Arithmetic Logical Unit) käsittelee komennon rekisterien sisällön kanssa
Liput muuttuvat komentojen suorittamisen seurauksena

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


 0008  8D 1E 0000 R      LEA  BX,ARR
 000C  B4 01             MOV  AH,01H
 000E  CD 21        TOP: INT  21H
 0010  88 07             MOV  [BX],AL
 0012  3C 1B             CMP  AL,01BH
 0014  74 03             JZ   DONE
 0016  43                INC  BX  
 0017  E2 F5             LOOP TOP

Prosessorin "bittisyys" 8/16/32/64 bittiä vrt. yhden sisäisen rekisterin koko
Kellotaajuus (MHz) eli 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.

Väylät

Väylän leveys (bittiä) ja kellotaajuus (MHz) määrittävät väylän nopeuden

16-bittiä leveä väylä, jonka kellotaajuus on 60 MHz:

32-bittiä leveä väylä, jonka kellotaajuus on 100 MHz:

Sisäinen väylä hoitaa prosessorin sisällä tapahtuvan tietoliikenteen
Osoiteväylä määrää kuinka paljon muistia prosessori pystyy maksimissaan osoittamaan ("näkemään")
Muistiväylä (ulkoinen väylä), jonka kellotaajuus ja leveys määräävät kuinka nopeasti prosessori keskustelee muistin kanssa.

Prosessorin kellotaajuus määrittyy yleensä ulkoisen väylän nopeuden monikertana.

ylikellotus

Välimuisti

Välimuistit tehostavat muistinkäsittelyä.

Välimuistin taso	Sijainti	Koko
Level 1	Prosessorin sisällä	8 - 64 kilotavua
Level 2	Integroitu samaan koteloon prosessorin kanssa	128 - 512 kilotavua
Level 3	Emolevyllä	256 - 2048 kilotavua

Eritasoiset välimuistit prosessorin ja muistin välillä

Jännite

Kukin prosessori vaatii toimiakseen tietyn käyttöjännitteen (5V, 3,5V 3,3V, 2,9V). Mitä pienempi jännite sitä pienempi virrankulutus ja vähemmän hukkalämpöä

Jäähdytys

Korkeilla MHz:lla toimiva prosessori kuumenee ja vaatii siis jäähdytystä. Jäähdytys toteutetaan yleensä jäähdytyssiilillä ja tuulettimella.

liitäntäkanta

Jokaisella prosessorityypillä on tietynlainen liitäntäkanta.

Nimi	Jännite	Yhteensopivat prosessorit
Socket 1	5V	486
Socket 2	5V	486
Socket 3	5V / 3.3V	486, AMD 5x86, Cyrix 5x86
Socket 4	5V	Pentium 60-66
Socket 5	3.3V	Pentium 75-133 MHz, Pentium MMX 125-166
Socket 6	3.3V	486
Socket 7	2.5- 3.3V	Pentium 75-200 MHz, Pentium MMX, 6x86, K5, K6, 6x86MX
Socket 8	3.1V / 3.3V	Pentium Pro
Slot 1	2.8V / 3.3V	Pentium II, Pentium III, Celeron
Slot 2	2.8V / 3.3V	Celeron, Celeron II, Pentium III
Socket 370	2.8V / 3.3V	Pentium II
Slot A	2.8V / 3.3V	Athlon
Socket A	2.8V / 3.3V	Duron, Athlon

Pakkaustiheys

Pakkaustiheys eli transistorin leveys esim. 0.25 mikronia (millimetrin tuhannesosa)

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	Valmistaja(t)	Käyttökohteet
x86	286,386,486,Celeron, Pentium,Pentium II, Pentium III, Pentium IV K5, K6, Duron, Athlon	Intel AMD	PC:t, sulautetut järjestelmät
68xxx	68000, 68010, 68020, 68030, 68040	Motorola	Amiga, Mac, sulautetut järjestelmät
PowerPC	600-sarja, 700-sarja	Motorola/IBM	Mac, sulautetut järjestelmät
Crusoe	TM5400, TM5500, TM5600, TM5800	Transmeta	Kannettavat PC:t, sulautetut järjestelmät

CISC, RISC ja VLIW

Prosessorit voidaan jakaa niiden käskykannan perusteella seuraaviin luokkiin:

CISC (Complex Instruction Set Computer) esim. x86 ja 68xxx
RISC (Reduced Instruction Set Computer) esim. PowerPC
VLIW (Very-Long Instruction Word) esim. Crusoe

Sheet3
Prosessori	Julkaisu vuosi	Suurin kellotaajuus	Sisäinen väylä (leveys)	Ulkoinen väylä (leveys)	Ulkoinen väylä (nopeus)	Osoite väylä	Sisäinen välimuisti (L1)	Sisäinen välimuisti (L2)	Jännite	Kanta	Pakkaustiheys	Maks.lämpö	Virrankulutus	Transistorit
Intel 4004	1971	108 kHz	4	4		12	-
Intel 8008	1972	300 kHz	8	8		14	-
Intel 8080	1974	3.125 MHz	8	8		16	-
Intel 8086	1978	10 MHz	16	16		20	-
Intel 8088	1979	10 MHz	16	8		20	-
Intel 80286	1982	20 MHz	16	16		24	-
Intel 386DX	1985	33 MHz	32	32		32	-
Intel 386SX	1988	33 MHz	32	16		24	-
Intel 486DX	1989	50 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
Intel 486SX	1991	33 MHz	32	16		32	8 yhdistetty
Intel 486DX2	1992	66 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
Intel Pentium	1993	200 MHz	32	64		32	8/8
AMD Am486DX	1993	40 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
AMD Am486DX2	1993	100 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
Cyrix CX486DX	1993	50 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
Cyrix CX486DX2	1993	80 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
Intel 486DX4	1994	100 MHz	32	32		32	16 yhdistetty
AMD Am48xDX4	1994	120 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
Cyrix 5x86	1994	120 MHz	64	32		32	16 yhdistetty
Intel Pentium Pro	1995	200 MHz	300	64		36	8/8
AMD Am5x86	1995	133 MHz	32	32		32	16 yhdistetty
AMD K5	1995	120 MHz	32	64		32	16/8
Cyrix CX486DX4	1995	100 MHz	32	32		32	8 yhdistetty
Cyrix 6x86	1995	150 MHz	64	64		32	16 yhdistetty
Intel Pentium MMX	1996	266 MHz	32	64		32	16/16
Intel Pentium II	1997	450 MHz	300	64		36	16/16
Intel Pentium II M		1200 MHz	300	64	133 MHz	36	16/16	521	1.4		0.13	100	10-22W	44 milj.
AMD K6	1997	300 MHz	64	64		32	32/32
Cyrix 6x86 MX	1997	188 MHz	64	64		32	64 yhdistetty
Intel Celeron	1998	1200 MHz	300	64	100 MHz	36	16/16	256	1.475	Socket 370	0.13	69	30W	28 milj.
Intel Mobile Celeron		933 MHz	300	64	100 MHz	36	16/16	128	1.7		0.18	100	<3W	28 milj.
AMD K6-2	1998	550 MHz	64	64	100 MHz	32	32/32	(1024)	2.2/3.3	Super Socket 7	0.25	70	15-25W	9.3 milj.
AMD K6-3	1998	450 MHz	64	64		32	32/32
Cyrix MII	1998	300 MHz	64	64		32	64 yhdistetty
Cyrix III		700 MHz			133 MHz		128		1.9	Socket 370	0.18	70	17W	11.2 milj.
Cyrix C3E		733 MHz			133 MHz		128	64	1.5	Socket 370	0.15			15 milj.
Cyrix C3		866 MHz			133 MHz		128	64	1.5	Socket 370	0.13		7-12W	15 milj.
Intel Pentium III	1999	1266 MHz	300	64	133 MHz	36	16/16	512	1.45		0.13	69	31W	44 milj.
Intel Pentium III Xeon		1000 MHz			133 MHz		16/16	256	2.8/5/12	Slot 2	0.18	55	33-35W	28 milj.
AMD Athlon	1999	700 MHz	64	64		32	64/64
Intel Pentium IV	1999	2000 MHz	300	64	400 MHz	36	8/12 ETC	256	1.75	Socket 478	0.18	76	75W	42 milj.
Intel Xeon	2001	2000 MHz			400 MHz		8/12 ETC	256	1.7	Socket 603	0.18	78	78W
AMD Athlon	1999	1400 MHz	64	64	266 MHz	32	64/64	256	1.75	Socket A	0.18	95	65-72W	37 milj.
AMD Duron	2000	1100 MHz	64	64	200 MHz	32	64/64	64	1.75	Socket A	0.18	90	45-50W	25.2 milj.
AMD Mobile Duron		900 MHz	64	64	200 MHz	32	64/64	64	1.2-1.5	Socket A	0.18	95	2-24W	25 milj.
AMD Ahtlon 4	2000	1100 MHz	64	64	200 MHz	32	64/64	256	1.2-1.5	Socket A	0.18	95		37.5 milj.
AMD Athlon XP	2001	1800 MHz	64	64	266 MHz	32	64/64	256	1.75	Socket A	0.18	90	66W	37.5 milj.
AMD Athlon MP	2001	1800 MHz	64	64	266 MHz	32	64/64	256	1.75	Socket A	0.18
Crusoe TM3200	2000
Crusoe TM5400	2000	700 MHz					128	256	0.9-1.3		0.18		0.2-6W
Crusoe TM5500	2001	800 MHz			133 MHz		128	256	0.9-1.3		0.13		0.4-1W
Crusoe TM5600	2000	700 MHz					128	512	0.9-1.3		0.18		0.2-6W
Crusoe TM5800	2001	800 MHz			133 MHz		128	512	0.9-1.3		0.13		0.4-1W

prosessorien suhteellinen nopeus verrattuna 8086:een

prosessorien suhteellinen nopeus verrattuna Pentium 200:aan

EMOLEVYT

Emolevy toimii koko järjestelmän "kapellimestarina"

Emolevyn osat:

Prosessorikanta (Socket 1 - 8, Super Socket 7, Slot 1, Slot 2, Slot A)
Prosessorin ulkoinen välimuisti (Level 2/3 (Secondary) cache)
Liitännät
- kovalevylle
- cd-rom-asemalle
- levykeasemalle
- Muille lisälaitteille (sarja-, rinnakkais-, näppäimistö- ja usb-liitäntä)
Paikat muistikammoille
Virtaliitin
piirisarja: Intelin tai jonkun muun valmistama. Määrää emolevyn pääominaisuudet
Prosessorin kellotaajuus riippuu emolevyn asetuksista
Emolevyn koko ja muoto: ATX tai Baby AT

Edellisvuosien vastaavat luentomateriaalit

Edellisvuosien luentosivuilta löytyy paljon hyödyllisiä linkkejä ja muuta materiaalia joita kannattaa tutkiskella

http://appro.mit.jyu.fi/2001/syksy/laitteistot/luennot/luento2/index.html