Základní deska (1) Základní deska (2) – vyrovnávací cache paměť – rozšiřující sběrnici – sloty umístěné na rozšiřující sběrnici pro připojení rozšiřujících karet – ROM BIOS – CMOS paměť – akumulátor zálohující CMOS paměť – hodiny reálného času – řadič klávesnice – nastavovací propojky (jumpers), popř. nastavovací přepínače (switches) • Označována také jako mainboard, motherboard • Deska plošného spoje tvořící základ celého počítače • Zpravidla obsahuje: – procesor (mikroprocesor) – patici pro numerický koprocesor (resp. osazený koprocesor) – obvody čipové sady – operační paměť 09/10/2013 1 09/10/2013 Základní deska (3) Procesor (mikroprocesor) • Základní deska dále může obsahovat: • • • • Integrovaný obvod zajišťující funkce CPU Tvoří „srdce“ a „mozek“ celého počítače Provádí jednotlivé instrukce programu Synchronní zařízení, které pracuje podle hodinových kmitů generovaných krystalem umístěným na základní desce • Do značné míry ovlivňuje výkon celého počítače • Čím rychlejší procesor, tím rychlejší počítač • Většinou umístěn na základní desce – řadič pružných disků – rozhraní pevných disků – řadič diskového pole – RAID – řadič USB sběrnice – řadič rozhraní IEEE 1394 (FireWire) – port A.G.P. – grafickou kartu – vstupní / výstupní porty (I/O kartu) – zvukovou kartu – síťovou kartu – AMR (Audio Modem Riser) slot 09/10/2013 3 09/10/2013 4 Parametry procesoru (2) Parametry procesoru (1) – mnohdy bývá možné nastavit vyšší frekvenci, (se zachováním korektní funkce procesoru), než je frekvence, pro kterou byl procesor vyroben – overclocking – v takovém případě je nutné dbát na adekvátní chlazení procesoru – v minulosti byly základní desky navrženy tak, aby pracovaly se stejnou frekvencí jako procesor (dnes toto řešení není technicky možné) – současné základní desky pracují s různými frekvencemi (odlišnými od frekvence procesoru) • Frekvence (rychlost): – počet operací provedených za jednu sekundu – jednotka: Hertz [Hz] – např.: 4,77 MHz – 3,8 GHz – je-li základní deska navržena pro různé frekvence procesoru, je možné frekvenci na ní nastavit, např. pomocí: • propojek – jumpers • přepínačů – DIP, switches • programu SETUP (ROM BIOS) 09/10/2013 2 5 09/10/2013 6 1 Parametry procesoru (4) Parametry procesoru (3) – např.: • • • • procesor: 1,4 GHz (AMD Thunderbird) systémová sběrnice: 133 MHz („266 MHz“) port A.G.P.: 66 MHz rozšiřující sběrnice PCI: 33 MHz • • • • procesor: 2,8 GHz (Intel Pentium 4) systémová sběrnice: 200 MHz („800 MHz“) port A.G.P.: 66 MHz rozšiřující sběrnice PCI: 33 MHz • Efektivita mikrokódu: – efektivita, se kterou jsou napsány jednotlivé mikroprogramy provádějící jednotlivé instrukce procesoru – počet kroků potřebných pro provedení jedné instrukce (např.: vynásobení dvou čísel) • procesor: 3,33 GHz (Intel Core 2 Duo) • systémová sběrnice: 333 MHz („1333 MHz“) • rozšiřující sběrnice PCI: 33 MHz 09/10/2013 7 09/10/2013 Parametry procesoru (5) Parametry procesoru (6) • Šířka slova: • Numerický koprocesor (FPU): – maximální počet bitů, které je možné zpracovat během jediné operace (např.: 8, 16, 32, 64 bitů) – určuje největší číslo, které procesor může zpracovat v rámci jedné operace – větší čísla musí být rozdělena na menší a zpracována po částech – přítomnost (nepřítomnost) speciální jednotky pro přímé provádění výpočtů v pohyblivé desetinné čárce – numerický koprocesor je přítomen u všech procesorů Intel 80486DX a vyšších (vyjma 80486SX) • Šířka přenosu dat: • Počet instrukčních kanálů (pipelines): – maximální počet bitů, které je možné během jediné operace přenést z (do) čipu procesoru – je určena šířkou datové sběrnice procesoru – udává maximální počet instrukcí proveditelných v jednom taktu procesoru – rozsah: 1 – 4 instrukční kanály 09/10/2013 9 09/10/2013 Parametry procesoru (7) 10 Parametry procesoru (8) – nezávisí na šířce slova – např.: 8, 16, 32, 64 bitů • Velikost adresovatelné paměti: – velikost paměti, kterou je procesor schopen adresovat (používat) – je dána šířkou adresové sběrnice a způsobem vytváření fyzické adresy – např.: 1 MB – 64 GB • L1 (interní), L2 a L3 cache paměť: – kapacita rychlé L1 (interní), L2 a L3 cache paměti integrované přímo na čipu nebo v pouzdře procesoru – např.: 0 – 64 kB (L1), 0 – 12 MB (L2), 0 – 12 MB (L3) • Počet jader (cores): Logická (virtuální) adresa – počet jednotek (logických procesorů) vykonávajících zpracování instrukcí a dat – např.: 1 – 6 09/10/2013 8 Lineární adresa Segmentace 11 09/10/2013 Fyzická adresa Stránkování 12 2 Procesory Intel (1) Procesory Intel (2) • Procesor 4004: – kompatibilní s procesorem 8080 – používaný v prvních počítačích PC a PC/XT – vybaven 20bitovou adresovou sběrnicí  velikost adresovatelné paměti 1 MB – dodáván v pouzdrech DIP se 40 vývody – je ekvivalentem cca 29 000 tranzistorů – 4bitový procesor určený pro elektronické kalkulátory • Procesor 8080: – 8bitový procesor určený pro první 8bitové osobní počítače • Procesor 8086: • Procesor 8088: – uveden na trh v letech 1979 – 1980 – plně 16bitový procesor: – podobný svému předchůdci – má pouze 8bitovou datovou sběrnici – zaveden z cenových důvodů • šířka slova: 16 bitů • šířka přenosu dat: 16 bitů 09/10/2013 13 09/10/2013 Procesory Intel (3) Intel 80386 (1) • Procesor 80186/80188: • Na trh uveden v roce 1986 • Později prodáván pod oficiálním názvem 80386DX • Dodáván v zapouzdření PGA (později PQFP) se 132 vývody • Je ekvivalentem cca 275 000 tranzistorů • Plně 32bitový procesor: – podobné procesorům 8086/8088 – efektivnější mikrokód – nezaznamenaly většího rozšíření • Procesor 80286: – navržen v roce 1981 – obsahuje asi 134 000 tranzistorů – plně 16bitový – pracuje ve dvou režimech: – šířka slova: 32 bitů – šířka přenosu dat: 32 bitů • reálný režim (real mode) • chráněný režim (protected mode) 09/10/2013 14 15 09/10/2013 Intel 80386 (2) 16 Intel 80386 (3) • Pracuje ve třech režimech: – virtuální režim (virtual mode): – reálný režim (real mode): • plně podřízen chráněnému režimu • procesor pracuje podobně jako procesory 8086/8088 (80186/80188) • má možnost virtualizovat 1 MB operační paměti, který mohl adresovat procesor 8086 a uložit jej kdekoliv do 4 GB operační paměti • režim podobný reálnému režimu předchozích procesorů • používá stejný adresovací mechanismus: – stejná maximální velikost operační paměti (1 MB) – stejná velikost jednoho segmentu (64 kB) • v tomto režimu mohou pracovat programy určené pro předešlé procesory (8086/8088, 80186/80188) – chráněný režim (protected mode): • podobný chráněnému režimu procesoru 80286 • adresová sběrnice má šířku 32 bitů  fyzický adresový prostor 4 GB 09/10/2013 17 09/10/2013 18 3 Intel 80386 (4) Intel 80386 (5) • Proces segmentace: 09/10/2013 • Proces stránkování: 19 09/10/2013 20 Intel 80386 (7) Intel 80386 (6) • Blokové schéma: • Proces stránkování vyžaduje dva přístupy k tabulkám, které jsou umístěny v operační paměti  přístup k nim může být pomalý • Procesor je vybaven jednotkou TLB (Translation Lookaside Buffer), ve které jsou uchovávány posledně používané lineární adresy a k nim odpovídající adresy fyzické 09/10/2013 21 09/10/2013 Intel 80386 (8) Intel 80386 (9)  IPU (Instruction Prefetch Unit – jednotka předvýběru instrukcí): • Základní jednotky procesoru:  BIU (Bus Interface Unit – jednotka styku se sběrnicí): • stará se o naplňování šestnáctibytové fronty předvybraných instrukcí pro IDU • nepřetržitě požaduje po vyzvednutí instrukce ze své fronty, aby BIU doplnila frontu z následující adresy • instrukce jsou do fronty zapisovány po 4 bytech • v případě provedení instrukce, která způsobí skok, provede IPU vyprázdnění celé fronty a další plnění se provádí od nové adresy • tvoří bránu procesoru k okolnímu světu • všechny ostatní jednotky procesoru využívají tuto jednotku pro přenos dat mezi procesorem a okolím • pracuje výhradně s fyzickými adresami  je nutné, aby adresa, která je poskytována k provedení operace, byla nejprve převedena na fyzickou adresu 09/10/2013 22 23 09/10/2013 24 4 Intel 80386 (10) Intel 80386 (11)  IDU (Instruction Decode Unit – jednotka pro dekódování instrukcí): • má podobnou funkci jako IPU • vyzvedne z fronty naplněné IPU první byte instrukce a podle něj zjistí délku celé instrukce (může být dlouhá až 16 B) • pak vyzvedne z fronty celou instrukci (popř. požádá BIU o doplnění chybějící části) a převede ji na vnitřní formát • takto dekódovanou instrukci umístí do své fronty dekódovaných instrukcí, která je schopna pojmout až 3 dekódované instrukce • zde je instrukce uložena pro potřebu EU 09/10/2013 25  EU (Execution Unit – prováděcí jednotka): • provádí vlastní výpočty • jejím jádrem je ALU (Arithmetic-Logical Unit), která obsahuje obvody potřebné k aritmetickým a logickým operacím a k provádění instrukcí • obsahuje také sadu registrů procesoru • úkolem EU je také informovat BIU, že výsledek je potřeba zapsat do operační paměti nebo na periferní zařízení 09/10/2013 Intel 80386 (12) Intel 80386SX  SU (Segmentation Unit – jednotka segmentace): • má význam především v chráněném a virtuálním režimu • provádí převod virtuální (logické) adresy na adresu lineární • Velmi podobný procesoru 80386DX • Pracuje ve stejných režimech • Není plně 32bitový: - šířka slova: 32 bitů - šířka přenosu dat: 16 bitů  PU (Paging Unit – stránkovací jednotka): • uplatňuje se pouze v chráněném a virtuálním režimu, a to jenom při zapnutém režimu stránkování • provádí převod lineární adresy dané SU na adresu fyzickou • ke své činnosti využívá rychlou vyrovnávací paměť TLB 09/10/2013 26 27 • Zaveden z cenových důvodů • Dovoluje, aby na něm pracoval 32bitový software • Výkon odpovídal zhruba procesoru 80286 09/10/2013 28 5