Výkonnost mikroprocesoru ovlivňují nejvíce dvě hlediska - architektura mikroprocesoru a tzv. taktovací frekvence procesoru.

Transkript

1 Úvod Mikroprocesor Mikroprocesor je srdcem počítače. Provádí veškeré výpočty a operace. Je to složitý integrovaný obvod, uložený do vhodného pouzdra. Dnešní mikroprocesory vyžadují pro spolehlivou činnost dobré chlazení - to bývá zajištěno přídavnými chladícími žebry a ventilátorkem. Výkonnost mikroprocesoru ovlivňují nejvíce dvě hlediska - architektura mikroprocesoru a tzv. taktovací frekvence procesoru. Architektura mikroprocesoru se neustále vyvíjí, vývoj donedávna určovala firma Intel, které dnes úspěšně konkuruje firma AMD. Mikroprocesory (a tím i osobní počítače) můžete rozdělit do několika kategorií (modelová řada mikroprocesorů firmy Intel): 286 Zastaralý typ, který už se nevyrábí a neprodává. Tyto počítače umožňují spouštět jednoduché programy, které většinou jsou vytvořeny pro operační systém DOS. Moderní větší programy (včetně nových her) a programy určené pro operační systém Microsoft Windows na těchto typech počítačů spustit nelze. 386 Zastaralý typ, který už se nevyrábí a neprodává. Tyto počítače umožňují spouštět větší jednoduché programy. Při dostatečné operační paměti (alespoň 8 MB RAM) lze použít i starší verze systému Microsoft Windows (3., 3.). Rychlost zpracování náročnějších aplikací je však neuspokojivá. Tento typ počítače se vyskytuje ve dvou variantách SX (pomalejší bez matematického koprocesoru) a DX (rychlejší s matematickým koprocesorem). 486 Zastaralý typ, který je vhodný pro systém Microsoft Windows a středně náročné aplikace. Na těchto typech počítačů se dá provozovat většina staršího dostupného softwaru. Není vhodný pro zpracování a zobrazování multimediálních aplikací (audio, video). Většina dnešních her je právě multimediálních. Tento typ počítače se vyskytuje ve dvou základních variantách SX (pomalejší 6 bit sběrnice) a DX (rychlejší 32 bit sběrnice). Pentium Zastaralý typ, který je určen pro většinu dostupných aplikací. Na těchto typech počítačů lze velmi dobře využít operační systém Windows 95 a vyšší. Pentium Pro Zastaralý typ, který je určen pro aplikace v oblasti prostorové grafiky, modelovacích systémů a řídících síťových počítačů. Pentium MMX Zastaralý typ s účinnější podporou multimediálních aplikací. Na těchto typech počítačů lze provozovat všechny dostupné aplikace včetně multimediálních. Pentium II Zastaralý typ, který je určen pro všechny typy aplikací včetně multimediálních. Pentium Celeron II Obdobná a levnější varianta mikroprocesoru Pentium II. Tento typ má oproti mikroprocesoru Pentium II menší vyrovnávací paměť cache, takže je o trochu pomalejší.

2 Pentium III Zastaralý typ pro využití v aplikacích v oblasti prostorové grafiky, multimediálních aplikací a řídících síťových počítačů. V polovině roku 2005 byl tento typ procesoru prodáván pod označením Pentium Celeron (III). Pentium 4 Výprodejový typ, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, vyžadující vysoký výpočetní výkon ve třech základních výpočetních oblastech: celočíselné výpočty, výpočty v plovoucí řádové čárce a multimediální aplikace. Pentium Dual-Core Je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon (cca 29 milionů tranzistorů). Core2 Duo Dvou-jádrový mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Je vhodný pro běh více aplikací, které podporují rozdělování výpočetního výkonu mezi více jader (cca 350 milionů tranzistorů). Core2 Quad Čtyř-jádrový mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Je vhodný pro běh více aplikací, které podporují rozdělování výpočetního výkonu mezi více jader (cca 700 milionů tranzistorů). Intel Core i3 Dvou-jádrový (čtyř-jádrový) mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Tyto procesory byly představeny v roce 200. Patří do nejnižší výkonové skupiny procesorů Core i. Těmto procesorům chybí technologie Turbo Boost (viz. níže). Existují varianty pro stolní počítače a pro notebooky. Některé verze mají vestavěné grafické jádro. Intel Core i5 Čtyř-jádrový (dvou-jádrový) mikroprocesor patří do skupiny střední úrovně výkonnosti. Některé tyto procesory obsahují grafické jádro a technologii Turbo Boost. Nabízí vhodné řešení pro výkonný a cenově dostupný moderní domácí počítač. Intel Core i7 Vyrábí se varianty dvou-jádrové, čtyř-jádrové a šesti-jádrové. Procesory podporují všechny technologie známé z Core 2 Duo a přidávají nové. Všechny procesory obsahují technologii Turbo Boost. Některé z nich obsahují grafické jádro. Pentium Itanium Pentium Xeon Procesor určený pro servery. Procesor určený pro servery. Pentium Itanium 2 Procesor určený pro servery. Pentium Dual Core Itanium Procesor určený pro servery (cca,5 miliardy tranzistorů). Firma AMD nejprve kopírovala procesory firmy Intel, tak jako spousta jiných výrobců. Od procesoru Pentium je však architektura procesoru chráněna patentem, AMD proto vyvinula vlastní procesory označené jako K5 (obdobné jako procesor Pentium - již se nevyrábí), následovaly typy K6, K6 - II, K6 - III, jejich rozšíření 3D Now (obdoba MMX u Pentia), Duron (obdoba mikroprocesoru Celeron II), modernější nese název Athlon (Pentium III-4). S tímto procesorem dokonce přišla na trh dříve než Intel s procesorem Pentium III - bylo to poprvé, co Intel neměl 2

3 nejvýkonnější procesor. Na trhu lze ještě objevit procesory firem IBM a IDT. Jejich výhodou je nižší cena, ta je bohužel vyvážena nižší výkonností. Modelová řada mikroprocesorů firmy AMD: K5, K6 Zastaralý typ. Duron Zastaralý typ, který je určen pro většinu dostupných aplikací. Na těchto typech počítačů lze velmi dobře využít operační systém Windows 95 a vyšší. Sempron Turion Athlon Opteron Zastaralý typ, který je určen pro většinu dostupných aplikací. Zastaralý typ určený pro levné notebooky nižší třídy. Zastaralý typ, který je určen pro všechny typy aplikací včetně multimediálních. Procesor určený pro servery. Phenom Více-jádrový mikroprocesor, který je určen pro nové vizuálně orientované aplikace, pro zpracování prostorové grafiky, multimediálních aplikací vyžadující vysoký výpočetní výkon. Je vhodný pro běh více aplikací, které podporují rozdělování výpočetního výkonu mezi více jader K8 K0 Nižší výkonnostní třída mikroprocesorů. Dnes již zastaralé. Čtyř-jádrový mikroprocesor s podporou virtualizace. Athlon II Tří-jádrový (čtyř-jádrový) mikroprocesor. Je zaměřen na střední výkonnostní třídu a patří mezi doplňkový produkt řady Phenom II. Phenom II Vyrábí se varianty dvou-jádrové, tří-jádrové, čtyř-jádrové a šesti-jádrové. Podporují virtualizaci a mají vylepšenou antivirovou ochranu. Každý typ mikroprocesoru je vyráběn v řadě verzí, lišících se maximální rychlosti, kterou je mikroprocesor schopen pracovat. Tato rychlost je udávána jako takzvaná taktovací frekvence. Čím je toto číslo vyšší, tím výkonnější je mikroprocesor. Je snad zbytečné dodávat, že současně musíte očekávat i jeho vyšší cenu. Taktovací frekvence určuje počet pracovních stavů mikroprocesoru za jednu sekundu. První mikroprocesory byly taktovány frekvencí 4,77 MHz (tj změn za sekundu), dnešní maximum je více než 3,2 GHz. Taktovací kmitočet se odvozuje od kmitočtu generátoru časových pulsů (GČP hodiny). Každý procesor v osobním počítači pracuje s určitou frekvencí (vnitřní interní frekvence). Od procesorů 486 DX/2 (viz. obr. výše) se však vnitřní frekvence oproti frekvenci vnější (externí) odlišuje. Proto se v označení procesoru udává interní takt procesoru. Externí takt se označuje jako FSB (Front Side Bus). Dnešní procesory mají velmi velký výkon, který ale způsobuje velký odběr elektrické energie a tím i zahřívání procesoru. 3

4 Stejně jako v jiných oblastech počítačové techniky, i v oblasti mikroprocesorů panuje překotný vývoj. Každý rok jsou uváděny nové procesory o vyšším výkonu. Velmi rychle proto zastarávají nejen technické informace, ale i počítače samotné. Turbo Boost Turbo Boost je funkce, která umožňuje zvýšení násobiče (a spolu s tím i frekvence) procesoru v případě, že jej zatěžují aplikace neoptimalizované pro vícejádrové procesory a část procesoru není vytížena. V takovém případě procesor automaticky zvýší násobič u jednoho či více jader tak, aby nepřekročil stanovené limity maximální spotřeby, čímž může dojít k významnému navýšení výkonu. Hlavní použití má v případě, kdy procesor má vytížené jedno jádro, některou aplikací používající jedno jádro. V takovém případě je možno automaticky zvednout frekvenci využívaného jádra a to tak, že zvedneme násobič až o 5, ovšem za podmínky, že ostatní jádra mají minimální vytížení. Hlavním důvodem tohoto pravidla je to, že nesmíme překročit doporučenou pracovní teplotu procesoru. Pokud jsou 2 jádra plně vytížena a zbylá dvě jsou v minimálním zatížení, pak je možno zvednout násobič o 2-3. Pokud jsou všechna jádra maximálně zatížena, pak lze zvednout násobič o -2. Zvyšování výkonu procesoru pomocí technologie Turbo Boost je zobrazeno na obrázku. Grafy parametrů procesorů Intel Procesory do roku

5 Intel 8080 Intel 8086 Intel Intel DX Intel SX Intel SL Intel DX Intel SX Intel DX2 Intel DX4 Intel Pentium Intel Pentium MMX Intel Pentium Pro Intel Pentium II Intel Pentium II Xeon A Intel Pentium III Intel Pentium III Xeon Intel Pentium 4 Intel Itanium Intel Pentium M M D Intel Pentium D Dual-Core Intel Itanium Intel Pentium Dual-Core Dual-Core 2 4, Intel DX Intel SX Intel SL Intel DX Intel SX Intel DX2 Intel DX4 Intel Pentium Intel Pentium MMX Intel Pentium Pro Intel Pentium II Intel Pentium II Xeon A Intel Pentium III Intel Pentium III Xeon Intel Pentium 4 Intel Itanium Intel Pentium M M D Intel Pentium D Dual-Core Intel Itanium Intel Pentium Dual-Core Dual-Core 3,2 3,0 3,0 5,0 5,0 6, 0,0 2,8 8,0 5,7 2,2 7,8 22,0 30,8 25,2 37,5 35,0 27,0 27,0 50,0 75,3 70,0 65,0 65,0 65,0 65,0 84,0 9,0 95,0 6,0 05,0 30,0 Technické vybavení osobních počítačů Ztrátový výkon [W] Ztrátový výkon [W] 40,0 20,0 00,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Frekvencí [MHz] Frekvence [MHz]

6 Intel 8080 Intel 8086 Intel Intel DX Intel SX Intel SL Intel DX Intel SX Intel DX2 Intel DX4 Intel Pentium Intel Pentium MMX Intel Pentium Pro Intel Pentium II Intel Pentium II Xeon A Intel Pentium III Intel Pentium III Xeon Intel Pentium 4 Intel Itanium Intel Pentium M M D Intel Pentium D Dual-Core Intel Itanium Intel Pentium Dual-Core Dual-Core Intel 8080 Intel 8086 Intel Intel DX Intel SX Intel SL Intel DX Intel SX Intel DX2 Intel DX4 Intel Pentium Intel Pentium MMX Intel Pentium Pro Intel Pentium II Intel Pentium II Xeon A Intel Pentium III Intel Pentium III Xeon Intel Pentium 4 Intel Itanium Intel Pentium M M D Intel Pentium D Dual-Core Intel Itanium 2 Intel Pentium Dual-Core Dual-Core,500,000,000,000,000,000 0,800 0,600 0,350 0,350 0,350 0,350 0,250 0,250 0,250 0,30 0,090 0,090 0,090 0,090 0,045 0,045 3,000 6,000 Technické vybavení osobních počítačů Velikost tranzistoru [µm] Velikost tranzistoru [µm] Operace [mil./sec.] Operace [mil./sec.]

7 Procesory od roku 2008 do roku 20 7

8 8