Veleučilište u RijeciPoslovna informatika

Silvija Burić

Seminarski rad iz kolegija Sklopovlje računala

RAZVOJ MIKROPROCESORA

Rijeka, ožujak 2006.g.

1

ŠTO JE MIKROPROCESOR?

• eng. microprocessor • Elektronski sklop unutar računala – integrirani

krug koji obnaša funkciju centralne jedinice

• Prije pojave mikroprocesora centralne jedinice računala bile su napravljene od diskretnih integriranih krugova, tranzistora ili elektronskih cijevi. Pretapanjem cijelih ploča (ili čak cijelih soba) na mali komadić silikona dovelo je do pojeftinjenja računala, te je proširilo njihovu primjenu u poljima gdje je minijaturizacija neophodna

2

Arhitekture• CISC (Complex Instruction Set Computer)• RISC (Reduced Instruction Set Computer)

CISC• Označava računarsku arhitekturu čija je filozofija gradnje ta da uvrsti što je

moguće više naredbi na mikrorazini – tj. na razini centralne jedinice (CPU)• Prednosti:

– naredbe su izvedene na razini elektronike u centralnoj jedinici– izvršavanje naredbi je brzo

• Nedostaci:– mikroprocesor složeniji i skuplji za proizvodnju

• CISC mikroprocesori su: mikroprocesori Intel iz serije x86

− mikroprocesori Motorola iz serije 680xx

RISC • Tip središnje jedinice sa smanjenim skupom naredbi• Karakteristike:

− manji opseg naredbi− povećanje broja registara dostupnim CPU− stavljanje cache memorija na CPU

• RISC mikroprocesori su:− ARM− PowerPC− SPARC

Mooreov zakon

3

• Razvoj mikroprocesora zasniva se na poznatom ”proročanstvu” Gordona Moorea koji je 1965.g. prognozirao da će se broj tranzistora po integriranom krugu udvostručit svakih 18 mjeseci

• Tri godine kasnije Moore je postao suosnivač Intel korporacije

Prvi mikroprocesori • Prvi mikroprocesor bio je Intelov 4-bitni 4004 izrađen 1971.g.

– napravljen od 2 300 tranzistora– brzine 740 kHz

• Texas Instruments 1974.g. izradio 4-bitni TMS 1000− prvi mikroprocesor koji je sadržao RAM, prostor za programirani ROM i

podršku za ulaz/izlaz

• Intel 1974.g. izbacuje na tržište 8008, 8080, te kasnije i unaprijeđeni 8085 – 8-bitni mikroprocesori

4

• 1976.g. grupa bivših Intelovih inženjera dizajnirala Zilog Z-80 s početnim taktom od 2.5 MHz, kasnije poboljšan do 10 MHz

• Motorolini procesori iz serije 650x (6501 i 6502) – prvi procesori čija je prodajna cijena bila niža od 1.000,00 $, te su postali popularni za kućna računala kao što su čuveni Commodore i Atari

• AMD (Advanced Micro Devices) također je imao svoje predstavnike i to 4-bitni AM2901 te nešto razvijeniji AM9511

16-bitni procesori• 1978.g. Intel izdaje svoj prvi 16-bitni mikroprocesor i8086 (29 000 tranzistora, 5

MHz), a nešto kasnije i i8088, koji je IBM-u poslužio kao bazu za njegov popularni IBM Personal Computer

• 1982.g. na tržištu se pojavljuje Intel 80286 (134 000 tranzistora, 8 MHz) u kojem se prvi puta pojavljuju mehanizmi za kontrolu i zaštitu izvršavanja programa koji su trebali omogućiti nastanak prvih višezadaćnih operativnih sistema za osobna računala

32-bitni procesori • Intel 80386 (275 000 tranzistora, 16 MHz) dozvoljavao je svakom programu koji

se izvršava dodijeljivanje nivoa privilegija što je omogućavalo da sistemski

5

softver bude prioritetan u odnosu na korisnički – pojava kvalitetnih višeprogramskih operativnuh sustava

• Intel 80486 (1 200 000 tranzistora, 25 MHz) se smatra prvim predstavnikom mikroprocesora koji sadrži implementiranu pipeline teniku procesiranja

– pipelining – tehnika koja omogućuje izvršavanje više naredbi unutar jednog otkucaja unutarnjeg sata CPU-a

AMD procesori • Na tržište mikroprocesora ulazi uz “pomoć” IBM-a koji uvjetuje Intelu da svoje

patente podijeli s jos jednim proizvođačem• U početku proizvodi “klonove” Intelovih procesora (Am386, Am486)• Prvi procesor “iz vlastitog domaćinstva” AMD izdaje 1995.g. pod nazivom K5

• 32-bitni K5 se sastojao od 4 200 000 tranzistora, a radnog takta 75 MHz • Nadalje AMD izdaje K6, zatim K7 - popularnije poznat pod nazivom Athlon,

radnog takta do 1400 MHz

6

• Konkurenciju Intelovom Celeronu predstavlja AMD-ov Duron (kasnije ga zamijenjuje Sempron), koji dostiže 1800 MHz

• AMD-ovi 64-bitni procesori su: Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2, Turion 64, Opteron a kasnije i Sempron

• AMD64 donosi slijedeće novine:– podržane su aritmetičko-logičke operacije s 64-bitnim integerima– povećan broj registara što uvelike utječe na samu brzinu– povećan virtualni adresni prostor sa 232 na čak 248 byte-a– povećan fizički adresni prostor sa 240 na 252 byte-a RAM-a

Intel Pentium procesori

7

• Peta generacija mikroprocesora• Novosti u odnosu na 486-icu:

– dvije podatkovne staze (pipeline-a), karakteristično za RISC arhitekturu– MMX – set instrukcija za poboljšanje upravljanja multimedijskim

aplikacijama– MultiMedia Extensions

• Modeli: P5 (poznat kao “coffee warmer” zbog velikog zagrijavanja), P54, P54C, P55C, Tillamook (za laptope)

Pentium Pro • Šesta generacija (P6)• RISC tehnologija• Unaprijeđene karakteristike:

Superpipelining arhitektura puno brži integrirani L2 cache

– Dual Independent Bus (DIB) – 64-bitna sabirnica za pristup L2 cache-u odvojena od "glavne" sabirnice podataka koja se koristi za pristup memoriji i ostalim komponentama sistema, što omogućava nezavisnost ovih operacija

– SSE – nove instrukcije u cilju povećanja brzine rada u programima za rad sa 3D grafikom, u području digitalne obrade slike, prepoznavanja govora i sl.

8

Pentium II• Radnog takta od 266 do 450 MHz• MMX – multimedijalne ekstenzije• Pentium II sustavi uvode i novu generaciju RAM standarda – SDRAM, te novu

generaciju grafičkih kartica – AGP• Do 512 KB cache memorije• Nešto jeftiniji i u performansama “lošiji” Pentium II izdaje se pod imenom

Celeron. Kao i zahtjevniji model Xeon• Modeli: Klamath, Tonga, Deschutes, Dixon

Pentium III• Katmai – vrlo sličan Pentiumu II, poboljšan L1 cache, uveden SSE (), radnog

takta 450-600 MHz • Coppermine – 256 KB L2 cache memorije, radnog takta do 1.13 GHz• Tualatin – 512 KB L2

cache memorije, radnog takta do 1.4 GHz

Pentium IV • Sedma generacija mikroprocesora• Netburst mikroarhitektura:

– pipeline (cjevovod) P4 procesora sada ima više faza, i upravo je to karakteristika koja je najviše doprinijela povećanom radnom taktu u odnosu na PIII

– Advanced dynamic execution predstavlja složeni sistem namijenjen za spekulativno izvršavanje i izvršavanje instrukcija preko reda – bolje predviđanje grananja je jako bitno za superpipeline arhitekture sa velikim brojem faza

– SSE2 set od 144 128-bitnih instrukcija, namijenjen proširenju postojećih MMX i SSE mogućnosti

– L1 cache je riješen na novi način – postoji 8 KB cache-a za podatke dok je instrukcijski cache napravljen kao Execution Trace Cache (osobina P4 da “cache-ira” dekodirane x86 instrukcije - mikrooperacije)

9

Pentium Extreme Edition • Hyperthreading (HT) tehnologija – omogućuje da se jedan fizički procesor

prikaže računalu (i operativnom sustavu) kao dva logička procesora, što bi trebalo poboljšati performanse

– ne povećava performanse samog procesora već iskorištenje resursa, koji bi inače čekali da obave neki posao. Ideja je da bi procesor mogao paralelno baratati podacima dviju aplikacija (umjesto serijski, kao što to sad radi), a to bi moglo potpuno iskoristiti procesorske resurse umjesto samo djelomično, kao što je to bilo do sada

Literatura

• Internet (Google, Wikipedia,...)

10

11