Procesor. Hardware - komponenty počítačů Procesory

Transkript

1

2 Procesor Jedna z nejdůležitějších součástek počítače = mozek počítače, bez něhož není počítač schopen vykonávat žádné operace. Procesor v počítači plní funkci centrální jednotky (CPU - Central Processing Unit), která řídí a koordinuje celý počítačový systém (vykonává prakticky vše co se v počítači děje - jednoduchý pohyb myši na pracovní ploše, zobrazování oken na monitoru, matematické výpočty, grafické operace).

3 Procesor Hardware - komponenty počítačů Dříve se označoval jako mikroprocesor a jeho uvedení na trh v 70. letech minulého století (4. generace počítačů) znamenalo průlom v konstrukci počítačů. Prvním úspěšným a programovatelným mikroprocesorem byl Intel 4004 (rok 1971) 4bitový, 2300 tranzistorů, maximální taktovací kmitočet 750kHZ, instrukční sada: 45 instrukcí, cca operací za sekundu

4 Procesor Intel bitový vyroben v roce 1974 rychlost 2 MHz tranzistorů pouzdro (49x13 mm) se 40 vývody použit v počítači Altair 0.64 MIPS Moorův zákon předpověď vývoje integrovaných obvodů v roce 1965 spoluzakladatel společnosti Intel definoval princip zvyšování počtu tranzistorů.tvrdil, že každý jeden až dva roky se množství tranzistorů na počítačových čipech zdvojnásobí a to přispěje ke zvyšování výkonu počítačů??? kdy tato předpověď narazí na fyzikální limity je předmětem výzkumů a dohadů

5 Procesor jak pracuje? Procesor pracuje s daty prostřednictvím instrukcí. Procesor zvládá samozřejmě omezenou množinu jednoduchých instrukcí. Těmto instrukcím říkáme instrukční sada procesoru. To znamená, že složité operace jsou pomocí matematického aparátu rozloženy na jednodušší, tzv. elementární operace, které již procesor zvládne pomocí své instrukční sady zpracovat. To že procesor zvládá pouze elementární instrukce nevadí, protože je schopen vykonávat miliardy jednoduchých operací za sekundu.

6 Procesor z čeho se skládá? Procesor obsahuje milióny mikroskopických aktivních prvků (nejčastěji tranzistorů) např. procesor Intel Core I7 obsahuje cca 731 miliónu tranzistorů. Způsobu jakým jsou aktivní prvky procesoru propojeny se říká architektura procesoru. Konstrukčním materiálem pro výrobu procesorů je super-čistý křemík a dnes obsahuje běžný procesor na ploše 1x1 cm stovky miliónů tranzistorů. Vlastní procesor je umístěn v keramickém pouzdru o rozměrech cca 5 x 5 cm, které má na spodní straně stovky pozlacených nožiček spojovacích vodičů (piny), které se zasouvají do speciálního konektoru, tzv. patice (socket) na základní desce.

7 Procesor Core 2 Duo

8 Procesor jak se vyrábí? Na křemíkový plátek (o průměru asi 15 cm) se laserem vykreslí (v několika vrstvách) struktura procesoru, vlastně více procesorů, protože se jich na jeden plátek vejde v tuto chvíli desítky. Postupně se vytvářejí jednotlivé tranzistory a spoje mezi nimi. Nakonec jsou procesory odděleny, vloženy do pouzdra a připevní se k nim vývody.

9 Procesor jak se vyrábí? Z jedné várky tedy vznikne několik desítek procesorů. Měřícími přístroji se pak zjistí, jak rychle je procesor schopen pracovat. I mikroskopická nečistota způsobí, že procesor nemůže pracovat na maximální možné frekvenci, ale musí být pomalejší. Ty nejhorší jsou většinou vyřazeny a ty lepší a nejlepší pak zabaleny a prodány.

10 Procesor důležité parametry Taktovací frekvence (Core I7: 2,6 3,2 GHz) Frekvenci nelze zvyšovat donekonečna, příliš vysoká frekvence má za následek příliš mnoho tepelného vyzařování a vysokou spotřebu energie Počet bitů Maximální počet bitů, který je procesor schopen zpracovat během jedné operace kroku (8bitový procesor dokáže počítat s čísly od 0 do 255, 16bitový s čísly od 0 do atd.) Počet jader procesoru (dnes 2, 4, 8) V jednom fyzickém čipu (procesoru) jsou ukryty např. dva méně výkonné procesory (dvě jádra), ale celkově má procesor jako jeden celek větší výkon Velikost vyrovnávací paměti - Cache paměť (řádově stovky kb až několik MB)

11 Procesor důležité parametry Výrobní proces (dnes 32 nm Architektura Sandy Bridge) postup výroby procesoru je obvykle nazýván pode nejmenšího prvku jaký jsme schopni vyrobit U vývoje procesorů se počítá i s takovými faktory, jako je vzdálenost, kterou musí elektron překonat od jednoho tranzistoru k druhému!!! Architektura procesoru je důležitější než jeho taktovací frekvence!!! Výrobce procesoru Dnes společnosti Intel, AMD, IBM pro Apple Poměr Cena/Výkon

12 Chlazení procesorů Moderní procesory produkují nadměrné množství tepla, které je nutné nějakým způsobem odvádět procesor je nutné chladit. Procesor má vzhledem ke svým malým rozměrům tak velký tepelný výkon, že by se bez intenzivního chlazení přehřál a v krajním případě spálil. Proto je nutné na každý procesor připevnit chladič (většinou s ventilátorem), který teplo rozptyluje po okolí. Mezi chladič a procesor se většinou aplikuje speciální teplo-vodivá pasta, které zajišťuje lepší odvádění tepla z procesoru. Ventilátor je kabelem připojen do konektoru na základní desce, která sleduje jeho otáčky a teplotu procesoru. V případě přehřívání může dojít v závislosti na inteligenci základní desky k vypnutí počítače, zvýšení otáček ventilátoru, snížení rychlosti procesoru.

13 Chlazení procesorů Pasivní chlazení pouze kovový žebrovaný chladič, bez ventilátoru dochází zde k prosté tepelné výměně pouze u méně výkonných procesorů Aktivní chlazení na pasivní chladič je připevněn ventilátor nevýhodou je hluk, který chladič vydává Aktivní chlazení kombinované s vodním chlazením

14 Chlazení procesorů

15 Odkazy na videa

16 Zdroje Roubal, Pavel. Informatika a výpočetní technika pro střední školy teoretická učebnice. ISBN: Navrátil, Pavel. S počítačem nejen k maturitě. ISBN:

17 jméno autora Tomáš Žižka název projektu Informatika a digitální technika číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ číslo šablony III/2 Inovace výuky pomocí ICT předmět/ třída (ročník) Informatika/kvarta pořadové číslo DUM 7 datum název DUM metodická poznámka k využití Výuková prezentace, která je zaměřena na popis funkcí mikroprocesoru. Určeno pro frontální výuku s celou třídou. Vhodné pro nižší gymnázium.