VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA U NIŠU
Studijski program: Savremene Računarske
Tehnologije
PREDMET:
Aplikativni Softver
SEMINARSKI RAD
Kako rade procesori
Aleksandar Bogojević
2013
Niš, 2013
1.
UVOD U PROCESORE
Procesor (u stvari kratak oblik za reč mikroprocesor, koji se često zove i CPU ili
centralna procesorska jedinica) predstavlja središnji sastavni deo PC računara.
Ova vitalna komponenta je na neki način odgovorna za sve što radi PC
računar. Procesor pored ostalog određuje, u najmanju ruku delimično, koji
operativni sistemi će se upotrebiti, koji softverski paket može da radi na PC
računaru, koliko mu je električne energije potrebno i koliko će sistem biti
stabilan. Procesor takodje uglavnom odredjuje i koliko će ceo sistem da košta:
što je procesor noviji i moćniji, “mašina” će biti skuplja. Kada je mađar po
rodjenju John von Neumann prvi predložio pamćenje niza instrukcija - to će
reći programa - u istoj memoriji gde se nalaze i podaci, to je stvarno bila
inovativna ideja. On je to napisao 1945. godine u svom "Prvom nacrtu izveštaja
o EDVAC-u". U tom izveštaju, računar je bio organizovan u četiri glavne celine:
centralna aritmetička jedinica, centralna upravljačka jedinica, memorija i
ulazno/izlazni uredjaji. Danas, posle više od pola veka, gotovo svi procesori
imaju "von Neumann-ovu" arhitekturu.
Osnovni delovi procesora su:
Jezgro (Mancheter, Northwood, Prescott, Smithfield, Toledo...),
L2 cache,
L1 cache (instrukcijski),
L1 cache (informacioni),
Logicki čip,
Memorijska sabirnica (BUS),
FSB,
Pinovi (''noge procesora''),
Utor (nalazi se na maticnoj ploci) {socket 940, 462, 939, 780,754,370,
478...}.
2
Profesor:
Dr. Borivoje Milošević
Studenti:
Aleksandar Bogojević REr 16/12
Aleksandar Bogojević
2013
prenos (pozivanje) svake instrukcije izoperativne memorije u
upravljačku
jedinicu;
prenos podataka iz operativne memorijeili registra procesora u
aritmetičko-logičku jedinicu;
izvršenje (realizacija) operacijepredviđene tom instrukcijom;
pamćenje rezultata u operativnoj memoriji ili registrima.
3.
PRINCIP RADA PROCESORA
Principi kojima podležu svi računari su isti. U osnovi, oni svi uzimaju signale u
obliku nula (0) i jedinica (1) (koji se zato zovu binarni signali, manipulišu
njima saglasno nekom skupu instrukcija i proizvode izlaze, opet u obliku nula
i jedinica. Napon na liniji u trenutku kada se signal pošalje, odredjuje da li je
taj signal 0 ili 1. U sistemu koji radi na 3,3V, napon od 3,3V znaci da je to 1, dok
napon od 0V znaci da je 0. Procesor radi pomoću reagovanja na ulaz od više 0 i
1 na odredjene načine i vraćanja izlaza zasnovanog na odluci. Sama odluka se
dešava u elektronskim sklopovima koji se zovu logicka kola (od kojih svako
zahteva najmanje jedan tranzistor), čiji su ulazi i izlazi razlicito uređeni
pomocu različitih operacija. Činjenica da današnji procesori sadrže milione
tranzistora ukazue na to koliko je složen takav logicki sistem. Logicka kola u
procesoru rade zajedno na stvaranju odluka koristeći Bulovu logiku, koja se
zasniva na algebarskom sistemu koji je osnovao George Boole. Glavni Boole-ovi
operatori su I, ILI, NE i NILogicka kola rade putem hardvera koji se naziva
prekidac - posebno digitalni prekidac. U vreme računara velicine oveće
prostorije, to su stvarno bili fizicki prekidaci, ali danas se više ništa ne krece
izuzev same struje. Najuobičajeniji tip prekidača u današnjim računarima je
transistor poznat kao MOSFET (metal-oksid poluprovodnicki tranzistor sa
efektom polja). Ova vrsta tranzistora izvodi jednostavnu, ali suštinski bitnu
funkciju: kada mu se dovede napon, on reaguje uključujući ili isključujući
kolo. Većina PC procesora danas radi na 3,3V, ali raniji procesori (do pojave,
pa i ukljucujuci neke od Pentijuma) radili su na 5V. Sa uobicajenim tipom
MOSFET tranzistora, ulazni signal na maksimalnoj vrednosti naponskog
opsega, ili blizu nje uključuje kolo, dok ga onaj koji je blizu 0 iskljucuje. Milioni
MOSFET tranzistora rade zajedno, prema instrukcijama programa, da bi
upravljali tokom elektriciteta kroz logička kola i proizveli zahtevani rezultat.
Svako logičko kolo sadrži jedan ili više tranzistora i svaki tranzistor mora da
kontroliše struju tako da se kolo uključuje, isključuje ili ostaje u trenutnom
stanju. Ako pogledamo na I i ILI logička kola na slici 1, videćemo kako ona
rade. Svako od ovih logičkihkola ima dva ulaza koji proizvode jedan izlazni
signal.
4
Aleksandar Bogojević
2013
Logičko I
znači da oba ulaza moraju da budu 1 da bi izlaz bio 1;
Logičko ILI
znači da bilo koji ulaz može da bude 1 da bi izlaz bio 1. U I kolu,
oba ulazna signala moraju da budu na visokom nivou napona (odnosno
logičkom 1) da bi kolo propustilo struju kroz sebe. Tok elektriciteta kroz svako
kolo se kontroliše pomoću tranzistora u tom kolu. Medjutim, ovi tranzistori
nisu pojedinačne i diskretne jedinice. Umesto toga, njihov veliki broj se
proizvodi od jednog komada silicijuma i medjusobno povezuje pomoću
metalnih provodnika ili nekog drugogspoljašnjeg materijala.Ovakve jedinice se
zovu integrisana kola (
IC
) i njihov razvoj je, u osnovi, učinio ostvarivom
složenost mikroprocesora. Integracija kola se nije zaustavila na prvim
rezultatima. Baš kao što su prva integrisana kola povezala više tranzistora,
tako su se kasnije povezivala i višestruka integrisana kola, u procesu koji je
poznat kao visok stepen integracije (Large Scale Integration –LSI. Na kraju su
i ovakvu skupovi integrisanih kola bili povezivani, u procesu koji se zove
veoma visok stepen integracije (Very Large Scale Integration - VLSI).
4.
JEDINICE KOJIMA SE MERI BRZINA PROCESORA
Najbitnija karakteristika savremenih procesora jeste radni takt, i on se danas
meri gigahercima - tu nema mnogo nedoumica, ali se one pojavljuju kod
osnovne frekvencije. Razvoj procesora tekao je brže od razvoja ostalih delova
racunara, pa su negde kod frekvencije od 50 MHz magistrale pocele da
zaostaju; rešenje je nađeno u dvojnoj brzini procesora: dok obraduje podatke,
on radi vecom brzinom, a kada pristupa magistrali, brzina se smanjuje.
Tehnicki gledano, to je rešeno tako što procesor dobija niži radni takt i njega
koristi u komunikaciji s magistralom; kad se bavi "unutrašnjim poslovima",
on taj takt udvostruci (utrostruci, udesetostruci itd.). To upraksi znaci da ce
5
