„Mikroprocesszor” változatai közötti eltérés

A lap jelenlegi, 2008. február 1., 13:23-kori változata

Történeti modul

Processzorok fejlődése

A processzorok fejlődése őrületes tempóban halad, teljesítményük minden másfél évben megduplázódik. A mikroprocesszorok története 1971-ben kezdődött, amikor egy pici ismeretlen cég, az Intel a világon először több tranzisztort épített egybe, hogy központi vezérlő egységet alkosson. Nyolc évvel ezután készült el az első személyi számítógép, melyeket hat generációba tudunk osztani a benne található processzorok alapján. Az XT-ket, az AT-k – név szerint a 286-osok, a 386-osok és a 486-osok követték. Az ötödik generációs processzorok a pentiumok, a legfejlettebb ötödik generációs processzorok a Pentium MMX-ek. A legújabb hatodik generációs processzorok, a Pentium Pro, a Pentium 2 és az AMD K6 illetve az AMD K6-2. Az első generációs CPU-kban 29ezer tranzisztor volt, a legújabbakban több mint ötmillió.

• 1971. Intel 4004 (4 bites, 1 MHz)
• 1974. június Intel 8080 (8 bites, 2,5 MHz)
• 1979. XT 8088 (8/16 bites, 4,77 MHz) Z80
• 1979. AT 8086 (16 bites, 8-10 MHz)
• 1982. március AT 80186 (nem építették számítógépbe, nagyon jó a megszakításrendszere)
• 1982. december AT 80286 (16 bites, 16 MHz)
• 1985. október AT 80386
  • 1988. SX (16/32 bites)
  • DX (valódi 386-os, 32 bites, 40 MHz)
• 1989. április AT 80486 (cache memória, belső kompresszor, hűtés)
  • 1991. SX
  • DX („valódi” 486, 32 bites, 100 MHz)
  • DLC (nincs kompresszor)
  • 1992. DX2 (66 MHz - hez kellett már hűtés, kifelé 33 MHz-es)
  • 1993. április DX4
• 1993. március Pentium® (32 bites, 60-166 MHz) (pipeline-struktúra 1990)
• 1995. november Pentium Pro
  • 1997. május Pentium II. (32 bites, több független párhuzamos végrehajtóegységet tartalmaz, 400 MHz, új tokozás)
• 1997. Pentium MMX (új multimédiás utasítás készlet)
  • 1997. évvége Cyrix 5*86, 6*86, M1, M2
  • AMD 5K86, K6,
• 1999. PIII (32 bites, 1 GHz, még precízebb párhuzamosítás)
  • Celeron („csökkentett” képességű)
• 2002. PIV (32/64 bites, 3 GHz, HT- technológia- többszálú feldolgozás, többmagos processzor)

Definíciós modul

Processzor

Központi egység (CPU) alatt a vezérlő- és az aritmetikai egység kettősét értjük. Ezt nevezzük processzornak vagy a mikroszámítógépek esetében alkalmazott egy tokos processzorokat mikroprocesszoroknak. A CPU legfőbb része, melyet jelfeldolgozó program működtet.A központi vezérlőegység felépítése

Számítógép utasítás végrehajtásának menete

A processzor működésének lényegét a programutasítások feldolgozása, végrehajtása adja. Az utasításvégrehajtás lépésekre történő felbontása egyrészt lehetővé teszi az annak a vezérlésére felhasznált mikroprogramozás lényegének megértését, másrészt megadja az utasítások átlapolt végrehajtásának magyarázatát.A számítógép utasítás végrehajtásának a menete.

1. PC-be(Program Counter) bekerül a végrehajtandó utasítás memóriabeli címe
2. Cím bekerül az MAR (Memory Address Registr) regiszterbe. FETCH /utasítás lehívás/
3. Cím alapján a memóriából az MBR (Master Boot Record) -be majd az IR-be kerül az utasítás
4. Az operandus lehívása, az adatok elővétele
5. A műveletvégzéshez szükséges adat bekerül az ALU-ba.
6. Utasítás elvégzése
7. Az eredmény visszaírása a memóriába

Következő utasítás címe kerül a PC-be.

CISC és RISC processzorok összehasonlítása

CISC: (Comlex Instruction Set Computer) Egy számítógépes architektúra, amely gépi kódú programozók számára utasítások egy széles variációját biztosítja.

RISC: (Ratuced Instruction Set Computer) Csökkentett utasításkészletű számítógép, amely csökkenti az utasításértelmezés idejét, így gyorsabb a programfutás.

CISC (Intel, AMD) CISC

• Összetett utasítások: 1 utasítás végrehajtásához, több művelet tartozik.Ebben az architektúrában az új utasítások a meglévő utasítások összeintegrálásával keletkeznek.A programozó dolgát könnyítik.
• Sok utasítás (>300 db).
• Sokféle címzési módot ismer.
• Kevés regiszter (~30 db).
• Változó hosszúságú utasítások (1-17 byte).
• Utasítások párhuzamosítása nehézkes.
• Műveleti vezérlése mikro programozott, azaz egy utasítás végrehajtásához egy mikro program lefutása szükséges. /számítógép a számítógépben/.
• Bonyolult mikro program kell hozzá.

RISC (Motorola, IBM, DEC) RISC

• Egyszerű utasítások: 1-2 gépi ciklus alatt végrehajthatóakelemi műveleteket végző utasítások a felhasználónak jó mert nagyon gyors, új processzoroknál új utasítás készlet.
• Kevés utasítás (~100 db)
• Címzési módok közül kiirtották azt, amelyik a tároló hivatkozású műveletvégző utasításban szerepel. Pld: ADD M1, M2
• Sok regisztert tartalmaz (400 vagy több száz)
• Fix hosszúságú utasítások (4 byte)
• Könnyen párhuzamosítható
• Műveleti vezérlése huzalozott, azaz az utasítások végrehajtását egy bonyolult logikai áramkör végzi.
• Bonyolult fordított program szükséges hozzá.
• A RISC processzor programozása olyan, mint a CISC processzor mikro programozása.
• P4-es processzor RISC-esített CISC processzor.

Azonosságok a CISC és a RISC processzor között:

• Mindkettőben van ALU.
• Mindkettőben van PC, IR.

Különbségek a CISC és a RISC processzorok között:

• CISC esetén megtalálható a mikro programtár.
• A PC máshol van.
• RISC esetén van CACHE: párhuzamosan keresünk a CACHE-ben és a memóriában.
• Az op. kód CISC esetén  ALU, memória, RISC esetén  ALU, (nincs tároló hivatkozású műveleti utasítás).
• IR máshol van.
• Regiszterek száma.

A 8086, 80286 processzor

Ezen processzorcsalád négy funkcionálisan elkülöníthető részből áll.

1. AU: Adress Unit : címfordító egység.

Feladata: A konkrét fizikai címek és a virtuális címek kiszámítása és kezelése, valamint a címzés megvalósítása.

Részei:

• deskriptor cache: A címzés gyorsítására szolgál, mert a "legfontosabb" lapok címeit tárolja.
• szegmens regiszterek:
  • CS: code szegmens
  • DS: date szegmens
  • SS: stecs szegmens
  • ES: extra szegmens

A CS, DS, SS és az ES a báziscímeket tárolja.

• IP utasítás számláló, a soron következő utasítás címét tartalmazza.

2. BU: BUS Unit

Feladata: A processzor és a külvilág kapcsolatának biztosítása.

Részei:

• 2 darab puffer átmeneti tároló
• A buszvezérlő a megfelelő szinkronizálást biztosítja.
• Utasítássor : FIFO tárolósor 6 byte-nyi utasítást tud tárolni

3. IU: Instuction Unit: Utasítást feldolgozó egység

Feladata: Az utasítás dekódolása.

Részei:

• dekódoló egység
• FIFO tároló sor: 3 darab dekódolt utasítás sorba állításához.

4. EU: Execute Unit: Utasítás végrehajtó egység

Feladata: Az utasítás végrehajtása, lefuttatása, a művelet elvégzése.

Részei:

• EC: Műveleti vezérlés
• µP - mikroprocesszor
• ALU: Műveletvégző egység
• Átmeneti tároló
• FLOG: Állapot regiszter
• Regiszter tár: általános című regiszterek, címző regiszterek

Ajánlott irodalmak modulja

Cserny László: Mikroszámítógépek [1]