1. Zdefiniuj pojęcie mikroprocesora. Mikroprocesor w skrócie CPU

1. Zdefiniuj pojęcie mikroprocesora.
Mikroprocesor w skrócie CPU(Central Processing Unit) centralna jednostka obliczeniowa. Jest to
pojedynczy układ scalony odpowiedzialny za wykonywanie większości obliczeń matematycznych i
logicznych. Jest to mózg komputera klasy PC.
2. Z jakich fizycznych elementów jest zbudowana struktura mikroprocesora ?
Mikroprocesor to krzemowa płytka zbudowana z milionów tranzystorów, uzyskiwany podczas
skomplikowanego procesu produkcyjnego. Jest ona podatna na działanie czynników
zewnętrznych,dlatego należy ją umieścić w ochronnej powłoce:
ceramicznej plastikowej lub metalowej. Obudowa mikroprocesora ma wyprowadzenia ( nóżki,
piny) umożliwiające przepływ informacji w postaci impulsów elektrycznych po zamontowaniu go
w gnieździe płyty głównej.
3.Jakie zadania realizuje jednostka zmiennoprzecinkowa FPU?
Wykonuje operacje arytmetyczne na liczbach zmiennoprzecinkowych (binarnych).
4. Scharakteryzuj pojęcie magistrali.
Magistrala jest to zestaw ścieżek łączących jednocześnie kilka komponentów umożliwiających
komunikacje między nimi. W zależności od użytej technologii magistrala może przesyłać
informację w sposób równoległy lub szeregowy, a w zależności od zastosowanego sposobu kontroli
przepływu danych może być asynchroniczne lub synchroniczne.
5. Scharakteryzuj obudowę mikroprocesora typu LGA.
LGA typ obudowy opracowany przez firmę Intel w którym nóżki zastąpiono specjalnymi
pozłacanymi stykami.
6. Jaki typ gniazda wykorzystują mikroprocesory w obudowie PGA?
-Socked 370
-Socked 423
-Socked 478/N
-Socked 495
7. Scharakteryzuj architekturę DIB i magistralę FSB.
Najstarszym rozwiązniem jest magistrala FSB. Jest to część architektury DIB opartej na dwóch
magistralach:
-Zewnętrznej FSB która łączy procesor z mostkiem północnym chipsetu
-Wewnętrznej BSB która łączy rdzeń wewnętrzną pamięcia cache L2.
Magistrala FSB jest magistralą równoległą pracującą z prędkością płyty głównej i umożwiającą
przesył danych half-duplex. Transmisja w trybie półdupleksowym jest głównym ograniczeniem
magistrali FSB powodującym znaczne opóźnienia podczas wymiany danych między procesorem a
chipsetem. Dodatkowym minusem architektury DIB jest pośredniczenie magistrali FSB w
wymianie danych między procesorem a pamięcią RAM, ponieważ kontroler pamięci jest
zintegrowany z chipsetem płyty głównej. Mimo że DIB to przestarzała architektura, firma Intel
znacznie przyspieszyła jej pracę. Magistrala normalnie może pracować z częstotliwością 400MHz,
ale tryb quad pumped(w ciągu jednego cyklu zegarowego przesyłane są 4 bity) pozwala na
efektywną pracę z częstotliwością 1600MHz.
8. Opisz cechy magistrali Hyper Transport.
Magistrala HP jest wykorzystywana przy tworzeniu szybkich połączeń między różnymi
komponentami. HP umożliwia bezpośrednie połączenie dwóch komponentów bez współdzielenia
przepustowości. Hyper Transport pozwala na jednoczesne wysyłanie i odbieranie danych.
9. Jaki wpływ na wielkość pamięci operacyjnej obsługiwanej przez mikroprocesor ma
szerokość magistrali adresowej?
Zanim mikroprocesor pobierze lub zapisze dane, musi poinformować pamięć RAM, z których
komórek pamięci będzie korzystać. Do adresowania pamięci operacyjnej służy specjalny zestaw
ścieżek określany mianem magistrali adresowej. Znając szerokość magistrali adresowej, możemy
określić, z jaką ilością pamięci może współpracować mikroprocesor. Szerokość magistral
adresowych we współczesnych procesorach przewyższa 32 bity, co pozwala na adresowanie nawet
do kilkunastu terabajtów pamięci operacyjnej.
10. Jakie czynniki wpływają na ogólną wydajność mikroprocesora?
Na ogólną wydajność mikroprocesora wpływa kilka czynników:
-Wewnętrzna architektura mikroprocesora
-Szybkość pracy zegara
-Wielkość pamięci cache
-Dodatkowe funkcje
-Wojciech Biegun
-Kamil Karpeta
-Krystian Porębski
-Maciej Dziedzic
11. Tryby pracy mikroprocesora 32-bitowego to:
– Tryb chroniony
– Wirtualny tryb rzeczywisty
12. Tryb zgodności umożliwia procesorom 64-bitowym obsługę aplikacji 32- i 16-bitowych ale
nie DOS-owych.
13.Dodatkowe funkcje charakteryzujące mikroprocesory z rozszerzeniem SSE:
– SSE2
– SSE3
– SSE4 ( HD Boost )
Kolejne zestawy dodatkowych instrukcji stał- i zmiennoprzecinkowych opracowane przez
firmę Intel. Instrukcje powodują przyspieszanie takich operacji jak przetwarzanie grafiki 3D czy
strumieniowe przetwarzanie dźwięku i obrazu.
14. Hyper-Threading Technology opracowana przez firmę Intel technologia umożliwiająca
wykonie przez jeden rdzeń dwóch niezależnych strumieni kodów programów ( wątków )
w tym samym czasie. Jednordzeniowe mikroprocesory z technologią HT są wykrywane
przez system operacyjny jako maszyny dwurdzeniowe, a dwurdzeniowe – jako
czterordzeniowe itd.
15. Pamięć cache współprace z pamięcią operacyjną RAM i jest zbudowana na bazie
asocjalnej pamięci SRAM pracującej z pełną szybkością rdzenia mikroprocesora.
Specjalny algorytm bada, które dane są najczęściej wykorzystywane przej jednostkę
centralną, pobiera z je z pamięci operacyjnej RAM i przekopiowuje do cache. \gdy
mikroprocesor zgasza zapotrzebowanie na określone informacje, zostają one
natychmiast przesłane z pamięci cache bez potrzeby sięgania do wolnego RAM-u.
Występują trzy poziomy. L1, L2, L3 (opisane niżej)
16. Mikroprocesory stosowane w komputerach PC mogą mieć trzy poziomy.
- LEVEL1- pamięć cache zawsze była zintegrowana z rdzeniem mikroprocesora. W
najnowszej architekturze umieszcza się kilkadziesiąt kilobajtów pamięci SRAM
poziomu L1. Cache L mają wszystkie procesory od czasów 486.
-LEVEL2 – na początku ze względu na ograniczenia technologiczne,był montowany na
płycie głównej . Kolejnym etapem był montaż L2 na specjalnych płytkach z
mikroprocesorem, co umożliwiło pracę cache z połową prędkości rdzenia procesora. Pod
koniec XX wieku udało się zintegrować cache L2 z rdzeniem, co umożliwiło wymianę
danych z pełną prędkością rdzenia.
-LEVEL3- najczęściej montowany w procesorach do zastosowań serwerowych
Umieszczany na płycie głównej lub wewnątrz rdzenia mikroprocesora, zwiększa
wydajność i trafność pobierania danych z pamięci operacyjnej.
17. Jakie elementy wewnętrznej budowy mikroprocesora jednoznacznie wskazują, że jest on w
stanie przetwarzać instrukcje w pełni 64-bitowe?
•
•
Magistrale danych
Rejestrów wewnętrznych
18. Omów prawo Moore'a
Prawo to mówi, że liczba tranzystorów zastosowana do budowy mikroprocesorów rośnie w ciągu
kolejnych lat w sposób wykładniczy. (podwaja się co 12 miesięcy)
19. Czy posiadanie mikroprocesora z dwoma rdzeniami jest wystarczającym argumentem do
stwierdzenia: „Nasz komputer działa wydajniej niż maszyna z procesorem jednordzeniowym”?
•
Tak, ponieważ gdy jest komputer w którym jest procesor z dwoma rdzeniami to tak jak
byłyby dwa komputery z procesorami jedno rdzeniowymi tzn gdy są 2 rdzenie i np.
Słuchanie muzyki i jednoczesne bawienie się w zaawansowaną obróbkę grafiki w
Photoshopie to jeden rdzeń zajmuje się zadaniami związanymi z obróbką grafiki a drugi za
przetwarzanie muzyki. A teraz przypadek gdy jest jeden rdzeń procesor nie może sobie
poradzić z wykonaniem obu zadań jednocześnie więc musiały by być dwa komputery na
jednym słuchać muzyki a na drugim obrabiać zdjęcia. W obecnych czasach raczej nie ma
sensu aby nabywać procesor w którym są więcej niż dwa rdzenie ponieważ malo która
aplikacja potrafi skorzystać z tylu jednostek wykonawczych.
20. Wymień pięć różnych oznaczeń (nazw) mikroprocesorów produkowanych przez firmę Intel
i opisz w dwóch zdaniach jeden z nich.
•
8008;
•
8085;
•
6800;
•
6501;
•
6502.
•
Intel 8008 – 8 bitowy, wykorzystany m.in. przez nastolatka Billa Gatesa w jego firmie,
zajmującej się zliczaniem ruchu na autostradach. Taktowany zegarem 200 KHz. Na
powierzchni 10 mikrometrów, zawierał 3500 tranzystorów.
•
•
•
Pytania:
•
•
•
21. Wymień trzy oznaczenia mikroprocesorów firmy AMD niekompatybilnych sprzętowo z
produktami firmy Intel.
22. Wymień przynajmniej trzy firmy projektujące i wytwarzające mikroprocesory do
komputerów klasy PC.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
23. Z jakich powodów mikroprocesory wydzielają spore ilości ciepła?
24. Opisz różnice między radiatorem pasywnym i aktywnym.
25. Scharakteyzuj przynajmniej jedną alternatywną metodę odprowadzania ciepła z
powierzchni mikroprocesora.
26. Co oznacza stwierdzenie, że mikroprocesor 4-rdzeniowy pracuje na ośmiu wątkach w
technologii HT?
Odpowiedzi:
21. Mikroprocesory firmy AMD niekompatybilne z produktami firmy Intel.:
-AM2
-AM2+
-AM3
-AM3+
22. Firmy projektujące i wytwarzające mikroprocesory to:
- AMD
- Intel
- IBM
23. Mikroprocesory wydzielają duże ilości ciepła, ponieważ:
Nowe mikroprocesory są budowane na bazie milionów tranzystorów, które nagrzewają się
podczas pracy, co przekłada się na wzrost temperatury całego rdzenia.
W przypadku overclockingu (podkręcania zegara), gdy częstotliwość magistral, pamięci i
mikroprocesora są sztuczne podwyższane przez użytkowników w celu zwiększenia
wydajności komputera, wymagane jest znacznie lepsze chłodzenie niż wtedy, gdy maszyna
ma standardowe ustawienia
24. Różnice między radiatorem aktywnym a pasywnym.:
a) Radiator pasywny charakteryzuje się mniejszą wydajnością i jest większy z uwagi na
konieczność stosowania większych powierzchni wypromieniowujących ciepła. Radiator
pasywny nie posiada wiatraka.
b) Radiator aktywny ma połączenie tradycyjnego radiatora z wentylatorem, który
odpowiada za chłodzenie ożebrowania i zwiększenia tym samym wydajności chłodzenia.
Może wystąpić w różnych kształtach.
25. Alternatywne metody chłodzenia.:
a) Chłodzenie z wykorzystaniem cieczy (Heat pipe – cieplne rurki), jest to układ
miedzianych lub aluminiowych rurek wypełnionych specjalną chłodzącą cieczą. Pod
wpływem zmiany temperatury ciecz paruje, przemieszczając się do zimniejszego fragmentu
rurki. Rurka wewnątrz ma porowatą strukturę ułatwiającą w przemieszczaniu się cieczy.
b) Chłodzenie wodne – Układ tworzą:
-Pompka wodna,
-Pojemnik na płyn,
•
•
•
-Wymiennik ciepła,
-Zestaw rurek i złączek.
Woda z pojemnika jest pompowana przez plastikowe lub gumowe rurki do wężownicy
wymiennika ciepła umieszczonego na obudowie komputera, przepływając odbiera ciepło z
rdzenia CPU. Istnieje ryzyko zalania komputera.
•
26. Stwierdzenie, że „ mikroprocesor 4-rdzeniowy pracuje na ośmiu wątkach” oznacza, iż
jest zbudowany na bazie czterech rdzeni, z których każdy może pracować nad ośmioma
wątkami, co daje łącznie 32 „wirtualne” rdzenie.