19. Charakteristika IA - 32 + 64.pdf

Otázka VOŠ a SPŠ, Jičín | Maturita  Charakteristika mikroprocesorů IA-32 včetně 64bitového rozšíření Témata 8086 základní charakteristika - je v dalších µP Pentium - výrazné novinky v konstrukci 32b µP NetBurst - problémy a řešení Intel Core architektura zásadní změny v konstrukci s nástupem Cor...

Otázka VOŠ a SPŠ, Jičín | Maturita  Charakteristika mikroprocesorů IA-32 včetně 64bitového rozšíření Témata 8086 základní charakteristika - je v dalších µP Pentium - výrazné novinky v konstrukci 32b µP NetBurst - problémy a řešení Intel Core architektura zásadní změny v konstrukci s nástupem Core i7 (3, 5) - FSB x QPI (DMI), NB do µP, GPU do µP cesty ke zvyšování výkonu – pipelining, DIB, cache on die, Hyper Threading, rozšiřování instrukční sady, více jader, sdílení cache, Turbo Boost, APU, chiplet design, ... AMD - technická řešení použitá dříve než u Intelu Co je to Intel 8086? mikroprocesor instrukční soubor i HW procesoru shora kompatibilní (jsou podmnožinou vyšších procesorů = tvoří pro ně základ) Kolikabitový je Intel 8086? 16bitový (=ALU je 16bitová) Jakou architekturu procesoru Intel 8086 používá? CISC (Complex Instruction Set Computer) mnoho instrukcí různé složitosti různá délka i formát instrukcí (měří se v počtu strojových cyklů) malý soubor specializovaných registrů složité instrukce rozloží řadič na mikroinstrukce častý výskyt jednoduchých operací vede ke zpomalení při zpracování složitým řadičem myšlenka CISC podporovat složité a čitelnější instrukce a jejich optimalizaci vyřešit na straně CPU problémy CISC objevují se nové instrukce, cena výroby CPU se tím zvyšuje CPU vydává i více tepla, protože spotřebovává více energie Co je to registr v Intel 8086? registr je úložiště pro informace o velikosti, kterou dokáže přenášet datová sběrnice v tomto případě tedy platí, že 1 registr = 16 bitů (binární číslo o 16 cifrách = 65536 v desítkové soustavě) Kolik registrů má programátor k dispozici u Intel 8086? 14 registrů Kolikabitové jsou registry Intel 8086? 16bitové Jaké existují sběrnice Intel 8086? adresní datová Co je to adresní sběrnice a k čemu slouží? používá se pro přenos fyzické adresy má 20 bitů adresuje maximálně 220 B = 1 MB operační paměti pokud procesor potřebuje z určité adresy v paměti načíst data nebo na určitou adresu v paměti data zapsat, nastaví fyzickou adresu požadovaného paměťového místa na adresní sběrnici hodnota, kterou paměť při čtení vrátí, nebo hodnota, která se má do paměti uložit, se naproti tomu předává po datové sběrnici Co je to datová sběrnice a k čemu slouží? používá se pro přenos dat mezi: CPU a operační pamětí CPU a I/O zařízením má 16 bitů (dokáže přenést binární číslo o 16 cifrách) je obousměrná Jaké existují typy přerušování v Intel 8086? maximálně 256 použitelných přerušení softwarové hardwarové interní externí 1. nemaskovatelné 2. maskovatelné Co je to softwarové přerušení? vyvoláno instrukcí INT X X je číslo reprezentující konkrétní přerušení Co je to hardwarové přerušení? interní = vyvolává se uvnitř mikroprocesoru (např. dělení nulou) externí = vyvolává se vně mikroprocesoru (např. stisk tlačítka na klávesnici) 1. nemaskovatelné = nastanou vždy (neovlivní programátor, např. výpadek napájení) 2. maskovatelné = provedení lze ovlivnit programově (přerušení ze sériového portu) Intel Pentium 32bitový procesor 2x 32bit ALU 64bit datová sběrnice superskalární architektura jeden ze způsobů zvyšování výkonu procesoru podporuje současnou práci více jednotek (např. více ALU) procesor si vnitřně rozloží složité instrukce na mikroinstrukce umožnuje zpracovat více instrukcí naráz (paralelně) paralelní zpracování není možné, pokud následující instrukce pracuje s výsledkem předcházející instrukce v takovém případě je nutné počkat, až je předchozí strojová instrukce dokončena jako první umožňuje zpracování instrukcí ve více instrukčních frontách rozvinutý pipelining - proudové zpracování instrukcí v paralelních strukturách zároveň jako první využívá datové sběrnice o šíři 64 bitů Co je to NetBurst? architektura procesoru (editace, kódování a publikování videa na internetu MPEG-2, kódování MP3) přináší velký nárust pracovní frekvenci (nad 3 GHz) snaha o hlubší pipeline ne moc povedená (Intel od této architektury upouští, pokračuje architekturou Core) nevýhody vysoká energetická náročnost (=velké ztrátové teplo) problémy s chlazením nevhodná pro využití v noteboocích Co je to rozšíření SSE? urychlení přenosu dlouhých proudů dat do OP a z OP zrychlení zpracování videa L2 cache on-die (stejná rychlost jako procesor) Co je to rozšíření SSE 2? NetBurst (multimédia, web aplikace) velký nárůst pracovní frekvence vysoký stupeň pipeliningu vysoká energetická náročnost Hyper-Threading Co je to Intel Core? architektura procesoru, která se snažila vyřešit problémy architektury NetBurst vrací se k nižším taktům přínosy vyšší výkon při nižší spotřebě energie snižovala tepelný výkon, což vedlo ke snížení hlučnosti (větráky se nemuseli tak rychle otáčet) nepodporuje Hyper-Threading Jaké existují cesty ke zvyšování výkonu CPU? Pipelining (viz Pentium) DIB (viz Pentium) Cache on die (viz Pentium) Hyper-Threading (Netburst SSE 2) Rozšiřování instrukční sady Více jader (viz Intel Core) Sdílení cache (viz intel Core) Turbo Boost (viz 2. Generace Intel Core) APU Chiplet design Co je to pipelining? proudové zpracování instrukcí paralelně myšlenka: rozdělit zpracování jedné instrukce mezi jednotky procesoru - tím i umožnění zpracovávat více instrukcí najednou více ALU tedy spolu pracují paralelně, ale instrukce zpracovává každá z nich sériově v případě procesoru Intel Pentium máme 2 ALU, tedy jsou paralelně zpracovávány 2 instrukce každá ALU vykoná vždy 1 instrukci za 1 strojový cyklus Jaké jsou fáze provedení instrukcí? 1. Výběr instrukce 2. Dekódování instrukce 3. Generování fyzické adresy 4. Provedení instrukce 5. Dokončení instrukce nebo 1. Načti instrukci do ALU 2. Předej instrukci další ALU - ta ať ho začne dekódovat (zjisti, o jakou instrukci se jedná) 3. Vygeneruj z logické adresy fyzickou adresu 4. ALU, proveď instrukci (začni počítat výsledek) 5. ALU, dokonči instrukci (vrať výsledek) nebo Analogický příklad s pračkou, sušičkou a procesem skládání prádla máme Ondru, Honzu, Petra, kteří si chtějí vyprat máme Miloše, který se nabídl každému z nás prádlo složit máme 1 pračku (vyprat trvá 30 minut) máme 1 sušičku (vysušit prádlo trvá 40 minut) máme 1 Miloše pro skládání prádla (složit prádlo trvá 20 minut) první obrázek je bez pipeliningu (zabere to celkem 360 minut = 6 hodin) druhý obrázek je s pipelingem (zabere to celkem 200 minut = 3 hodiny 20 minut) Co je to DIB? anglicky: Dual Independent Bus česky: dvojí nezávislá sběrnice Bez DIP = severní můstek nemohl komunikovat zároveň s operační pamětí a L2 cache S DIP = severní můstek může komunikovat zároveň s operační pamětí i L2 cache Co je to Cache on die? cache/mezipaměť na čipu procesoru (L2 cache na CPU) zrychluje se tím komunikace mezi cache pamětí a CPU cache paměť tak dokáže běžet stejnou rychlostí jako CPU účelem cache je urychlit přístup k (často používaným) datům, která jsou uložena na „pomalých“ úložištích tím, že je (požadovaná) část dat umístěna do rychlejšího úložiště (paměti) - „nacacheovat“ Co je to Hyper-Threading? 1 fyzické CPU se tváří jako 2 logické používá se pro vícevláknového paralelní zpracování instrukcí snižuje latenci (odezvu) systému zvyšuje výkon u aplikací, které využívají více vláken prostředky jsou mezi vlákny sdílené Co je to rozšiřování instrukční sady? skupina nových instrukcí, které rozšiřují instrukční sadu dané mikroarchitektury procesoru většinou přichází s uvedením nového procesoru na trh výkon sice roste, ale je nutný SW využívající nové instrukce Co nám přináší více jader? vícejádrový procesor je mikroprocesor, který na jednom čipu integruje více CPU (říkáme jader) jádra spolu spolupracují skrze RAM - multitasking/multithreading více jader neznamená vždy větší rychlost bude vždy rychlejší při paralelní práci s více programy v případě, že využíváte primárně jen jeden program, musí být optimalizován pro práci s více jádry, a to stále řada aplikací neumí Co je to sdílení cache? L3 cache sdílí prostředky mezi jádry CPU nachází se na CPU Co je to Turbo Boost? technologie Intelu aktivuje se, když OS vyžaduje nejvyšší výkon procesoru turbo frekvence - nejvyšší možná frekvence, kterou lze dosáhnout Core i3, i5, i7, i9, Xeon Co je to APU? Accelerated Processing Unit v jednom pouzdře integrováno CPU a zároveň GPU klasické použití - mobilní telefony např. AMD Bulldozer Co je to Chiplet design? více křemíkových čipů na 1 pouzdře Jaká technická řešení byla použita dříve u AMD než u Intelu? nahrazení paralelní sběrnice sériovou (Hyper Transport - technologie pro propojení počítačových procesorů) Pentium Pro v 1 pouzdru 2 čipy: procesor, L2 cache dvojí nezávislá sběrnice (CPU-L2 cache, CPU-OP) vyšší propustnost MMX SIMD packed types Pentium MMX, Pentium II (Pentium Pro) SSE 3 Pentium 4 Pentium 4 Socket 775 pro LGA Intel VT virtualizace systémů s různými OS v první generaci ještě s paralelní FSB Intel Core i počátek integrování funkcí Northbridge do procesoru náhrada paralelní FSB sériovou integrovaný řadič OP QuickPath Interconnect (QPI) - náhrada FSB TurboBoost - zvednutí násobiče kmitočtu při zachování max. TDP (Thermal Design Power) Intel Core i5 16 PCIe linek - odpadá potřeba Northbridge DMI (Direct Media Interface) - Southbridge, sériová fullduplex návrat k hyperthreadingu Intel Core i5, i7 vylepšený Turbo Boost gra cké jádro na čipu s procesorem vlastní napájení a Turbo frekvence GPU patice LGA 1155 AMD Athlon HyperTransport: sériová fullduplex sběrnice místo paralelní halfduplex FSB integrace řadiče OP na čip procesoru 64bit 3 provozní módy - zpětná kompatibilita s 32bit, 16bit včetně multimediálních rozšíření (3DNow x SSE) © Ondřej Švorc  Odhlásit se