Budowa Mikrokomputera

Budowa Mikrokomputera
Wykład z Podstaw Informatyki
dla I roku BO
Piotr Mika
Podstawowe elementy komputera
• Procesor
• Pamięć
• Magistrala
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(2/16)
Płyta główna
(ang. mainboard,
motherboard) –
płyta drukowana
komputera,
zawierająca
najważniejsze
układy
elektroniczne, tj.
procesor, pamięć
operacyjna,
gniazda
rozszerzeń
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(3/16)
Central Procesor Unit (CPU) - procesor
• Procesor (ang. processor), elektroniczne urządzenie
cyfrowe, którego zadaniem jest wykonywanie rozkazów i
sterowanie pracą wszystkich pozostałych składników
systemu komputerowego. Procesor pobiera dane z pamięci,
interpretuje je i wykonuje rozkazy.
• Procesory (zwane mikroprocesorami) wykonywane są
zwykle jako układy scalone zamknięte w hermetycznej
obudowie.
• Czasami CPU utożsamiane jest handlowym terminem
określającym jednostką komputera złożoną z procesora,
płyty głównej, kart rozszerzeń, pamięci operacyjnej,
dysków twardych zamkniętych we wspólnej obudowie
(oprócz urządzeń peryferyjnych)
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(4/16)
Central Procesor Unit (CPU) - procesor
• Mikroprocesor składa się z:
– Arytmometru (wykonuje operacje
arytmetyczne, logiczne, przetwarzania danych –
tekstów i sygnałów)
– Układu sterującego (odpowiada za
wykonywanie rozkazów składających się na
program i sterowanie pracą pozostałych
urządzeń peryferyjnych oraz kontrolowanie
operacji przetwarzania danych)
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(5/16)
Central Procesor Unit (CPU) - procesor
• Arytmometr
– Rejestry (przechowywanie argumentów i
wyników wykonywanych operacji akumulator)
– Licznik rozkazów – adres kolejnego rozkazu do
wykonania
– Rejestr rozkazów – kod aktualnie
wykonywanego programu
– Rejestry pomocnicze
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(6/16)
Central Procesor Unit (CPU) - procesor
• Układ sterujący (sterowania)
– Zasada sterowania w pętli zamkniętej (po
wysłaniu polecenia oczekiwanie na zwrotne
potwierdzenie jego wykonania – kontrola
wykonania poleceń, możliwość wykrycia
błędów w programie lub sprzętowych)
– Działanie w ramach cyklu rozkazowego,
którego kolejny krok wywoływany jest
impulsem zegara
• Miernikiem wydajności jest częstotliwość zegara,
wyrażana w Hz, MHz, GHz,
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(7/16)
Cykl rozkazowy
•
•
•
•
Pobierz rozkaz
Pobierz dane z pamięci
Wykonaj rozkaz
Zapisz wynik w pamięci
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(8/16)
Cykl rozkazowy
• Rozpoczęcie pracy
– Podanie adresu 1 rozkazu do licznika rozkazów i
zainicjowania w ten sposób całego cyklu (START)
• Zatrzymanie programu
– Zwykłe zakończenie programu – rozkaz
przerwania (STOP)
– Wystąpienie błędu (syntax error – np.
nieprawidłowe użycie rozkazu lub nieprawidłowe
dane, execution error – np. dzielenie przez zero)
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(9/16)
Central Procesor Unit (CPU) - procesor
• Układ wykonany w odpowiedniej technologii (VLSI i
CMOS)
• Rozmiary kilku centymetrów
• Architektura
– RICS (reduced instruction set computer), 1-5 instrukcji /cykl
– CISC (complex instruction set computer) – np. INTEL, 1
instrukcja/2-10 cykli
•FPU – floating point unit –
jednostka zmiennoprzecinkowa,
koprocesor, od 1989 r w każdym
procesorze typu INTEL
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(10/16)
Central Procesor Unit (CPU) - procesor
• Przestrzeń adresowa – maksymalna ilość
pamięci, jaką można „przyłączyć” do
procesora 2L, gdzie L szerokość magistrali
adresowej
• Procesory wielordzeniowe
– Rdzeń – jądro procesora
– Możliwość jednoczesnego
przeprowadzenia wielu obliczeń
i zwiększenia wydajności
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(11/16)
Procesory wielordzeniowe
• Początkowo – zestaw komputerów z 1
rdzeniem połączone w sposób
umożliwiający szybką wymianę danych –
serwery w centrach naukowych
• Hiperwątkowość HT (hyper-threading) (np..
Pentium 4) – dwa niezależne wątki
instrukcji korzystają z procesora w tym
samym czasie – 2 procesory logiczne
– wzrost wydajności ok. 20%, ale droga i
skomplikowana technologia
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(12/16)
Procesory wielordzeniowe
• Wydajność procesora
– Częstotliwość taktowania – zwiększa się pobór
energii i wydzielanego ciepła – rozbudowane
systemy chłodzące
– Architektura Intel Core/AMD ATHLON X2 –
zwiększono ilość pamięci podręcznej (cache)
oraz liczby rdzeni, zamiast częstotliwości
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(13/16)
Wydajność procesora
• Wydajność procesora zależy od
– Architektury
– Częstotliwości taktowania (im wyższa, tym
wydajność większa)
– Ilości pamięci podręcznej (im więcej, tym
wydajność większa)
– Liczby rdzeni (im więcej, tym wydajność
większa)
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(14/16)
Procesory wielordzeniowe
• Możliwości wykorzystania
– Najnowsze programy potrafią wykorzystać architekturę
wielordzeniową
– W przypadku prostych zastosowań biurowych,
serfowania po sieci, nie ma odczuwalnej różnicy
pomiędzy wielo– a jednordzeniowym procesorem
– Obliczenia, obróbka grafiki – odczujemy wzrost
wydajności procesora wielordzeniowego
– W przypadku gier – większe znaczenie ma szybka karta
graficzna
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(15/16)
Procesory wielordzeniowe
ver. 1.0
Budowa mikrokomputera
(16/16)