Centralna Procesorska Jedinica – Seminarski Rad

Ukratko o meni

Ja sam Aleksanar Miladinović, student VISER – a na studijskom programu AVT. Imam 25 godina i zavšio sam srednju mašinsku školu, smer elektrotehničar računara. U svoje slobodno vreme ja volim da čitam knjige i stripove, kao i da gledam filmove i serije.

Prednodno sam radio u NCR-u kao tehnička podrška.
Index – AVT96-24

Teme iz oblasti informacionih tehnologija koje su me najviše zainteresovale – Software Računara

Računarski software mi je jedna od omiljenih stvari kod računara zato što je veoma „raznovrsan“ tj imamo dosta različitih stvari poput nečega kao Photoshop za editovanje slika i slikanje – crtanje, nešto poput pro tools-a za editovanje zvuka, kao i dosta drugih stvari koje rade posao a mi ne znamo kako to sve uspevaju. Pogotovo volim video igre kao i njihovu raznovrsnost, od igara za učenje, za borbu, simulaciju sve je moguce u njima.

Centralna Procesorksa Jedinica

Sadržaj

Uvod
Blaga Istorija Procesora
Princip Rada Procesora
Karakteristike Procesora
Zaključak
Literatura

Uvod

Centralna Procesorska Jedinica – CPU (eng. Central Processing Unit) je glavna komponenta računara, možemo reći njen mozak. CPU se sastoji od sledećih delova :

Kontrolna Jedinica – CU (eng. Control Unit) je deo procesora koji upravlja računarskim sistemom i daju sistemu instrukcije za izvršavanje računarskih naredbi.
Aritmetičko Logička Jedinica ALU (eng. Arithmetic logic unit) je deo procesora koji izvršava aritmetičke i logičke operacije, tj matematičke proračune i logička poređenja
Memoriska Jedinica (eng. Memory Unit) je deo procesora koji upravlja korišćenjem „keš“ memorije kao i protokom podataka između rama i procesora
Keš Memorija (eng. Cache ) je memorija na procesoru koja je znatno brža od RAM-a i omogućava procesoru brži pristup podataka od RAM-a
Registri (eng. Registers) je memorija na procesoru koja se koristi za stalno ponavljajuće podatke koji se redovno obrađuju
Takt/Sat (eng. Clock) je deo procesora koji upravlja elektronskim sklopovima procesora slanjem električnih impulsa. Brzina tih impulsa naziva se brzina takta- radni takt i meri se u hercima (Hz), megahercima (MHz), gigahercima (GHZ).
Registri (eng. Register) je deo procesora koji pokazuje instrukcije koje procesor treba da izvede
Magistrale (eng. Buses) je deo procesora koji služi za prenos podataka između procesora i ostatka računara

Blaga Istorija Procesora

Procesor je najvažnija komponenta naših računara i bez njega nebi smo mogli da koristimo računar. Ali kada je u pitanju procesor – CPU i njegovom otkriću, teško ćemo doći do odgovora ko ga je „otkrio ili izumeo“. Kada govorimo o CPU govorimo o samom računaru i njegovo „otkriće ili izum“ ne možemo precizirati pošto je više zemalja nezavisno u nekom sličnom vremenskom periodu „napravila“ CPU. Odprilike možemo reći da su prvi procesori počeli sa radom oko 1950-tih godina. Prvi procesori su bili zasnovani na tehnologiji vakumskih cevi, dok su 1960 – tih i 1970 – tih godina počela proizvodnja procesora sa tranzistorima i poluprovodnicima, što im je omogućilo da oni budu brži, efikiasniji kao i jeftiniji od procesora iz prošlih decenija.

Sledeći korak je bio upotreba integrisanih kola, koje su „izumeli“ Jack Kilby i Robert Noyce. Upotrebom integirsanih kola mi u procesore možemo ubaciti ALU, CU i memorijske elemente na 1 komadu silikona. Ovim „otkrićem“ procesori postaju dosta brži kao i fizički manji i jeftiniji nego pre.

Prvi sledeći korak napredka se desio kada je intel izbacio svoj Intel 4004 procesor koji je bio komercialno dostupan uz pomoć kojeg je bilo moguće prvi put sklopiti sopstveni računar.

sl. 1 Intel 4004 procesor

Sledeće veliki napredak se dešava 1999-2000 godine kada Intel i AMD izbacuju na tržište prve procesore sa radnim taktom od 1Ghz-a. Ne zna se tačno koji je bio prvi procesor koji uspeva da ostvari radni takt od 1Ghz ali je to bio vremenski period 1999. i 2000. god.

Sledeći napredak nam donosi još interesantih stvari. 2001. god. IBM proizvodi prvi višejezgreni procesor IBM Power4, a kasnije AMD 2005. god. proizvodi Athlon X2 procesor.

Princip rada procesora

Kako zapravo funkcionišu naši procesori? Oni funkcionišu tako što procesor „hvata ili uzima“ (eng. Fetch) naše podatke, zatim ih posle dekodira (eng. Decode), da bi ih on na kraju izvršio (eng. Execute). Procesor uzima naše ulazne informacije koje mu mi šaljemo, koje dalje procesuje da bi smo mi na kraju uz pomoć naših izlaznih uređaja dobili povratnu informaciju o tome što je procesor uradio.

Fetch faza

Tokom faze „hvatanja“ podataka, programski brojač sadrži adresu sledeće instrukcije koja treba da se preuzme iz memorije. Adresa sledeće instrukcije ili podataka koji treba da se „dohvate“ kopira se u registar memorijske adrese (Memory Adress Register – MAR). Adresa instrukcije ili podataka se zatim šalje putem adresne magistrale i čeka signal sa kontrolne magistrale. Signal koji se šalje preko kontrolne magistrale potiče iz upravljačke jedinice (CU) i upućen je glavnoj memoriji. Podaci ili instrukcije koje se dobiju iz glavne memorije prenose se u registar memorijskih podataka (Memory Data Register – MDR). Kopija instrukcije ili podataka se zatim smešta u registar trenutne instrukcije (Current Instruction Register – CIR). Na kraju ove faze, programski brojač (Program Counter – PC) se uvećava za 1 kako bi pokazivao na sledeću instrukciju koja će biti izvršena.

Decode faza

Tokom dekodiranja procesor mora da utvrdi šta instrukcija zahteva. To se postiže tako što se instrukcija deli na dva dela:

Opcode (operacioni kod) – određuje koja je instrukcija i

Operand – određuje na čemu se instrukcija izvršava

Operand može predstavljati podatak ili adresu na kojoj se podatak nalazi u memoriji.

Execute faza

Tokom faze izvršavanja procesor izvšava instrukciju koja je prethodno „dohvaćena“

Ovaj ciklus se dešava milionima ako ne i milijardama puta po sekundi sa modernim procesorima.

Karakteristike procesora

Moderni procesori imaju mnoštvo stvari koje treba paziti pri kupovini, a ovo su nam neke od najbitnijih:

Broj jezgara
Podnožje (eng. Socket)
Radni Takt
Količina Keš memorije
Količina energije koju koristi za rad -> Količina toplotne energije koju procesor postiže koju mi trebamo ohladiti
Posedovanje integrisane grafike

Šta nam znače sve ove karakteristike?

Broj jezgara je količina fizičkih jezara koje procesor poseduje, kao i količina „veštačkih jezgara“ tj. „Thread-ova). Procesorska jezgra se koriste za rad, a veći broj jezgara označava da naš procesor može raditi više stvari nego neki procesor sa manjim brojem jezgara.

Višejezgreni procesori su relativno nova inovacija koja je došla između 2000. i 2005. god. Tada su nam došla velika unapređenja performansi.

grafik 1 poređenje intelovog prvog dvojzegrenog procesora Pentium D sa njegovim predhodikom Pentium 4

Procesorsko Podnožje (Socket)

Procesorsko podnožje je deo na matičnoj ploči na koje stavljamo tj povezujemo naš procesor. Različiti procesori imaju različite sockete u koje se stavljaju, dok su neki procesori zalemnjeni za njihove matične ploče pr. laptop i mini PC. Postoje 2 generalna tipa desktop socketa. LGA i PGA

LGA (Land Grid Array) je socket gde su kontaktne iglice postavljene na matičnoj ploči a ne na procesoru.

sllika 2 LGA procesor i njegovi kontakti

slika 3 Socket za lga procesor sa njegovim kontaktim iglicama

PGA (Pin Grid Array) je socket gde su kontaktne iglice postavljene na procesoru a ne matičnoj ploči.

slika 4 procesora sa iglicama na njemu

slika 5 PGA socket

Radni takt je karaktiristika procesora koja nam govori koliko računica procesor radi u sekundi i meri se u Mhz i Ghz. Nekada je ovaj broj bio od velikog značaja procesora,pošto je u većini slučajeva veća frekvencija značila bolji procesor, a zbog raznih napredaka u tehnologiji u današnje vreme ovaj broj je manje više beznačajan pošto drugi faktori imaju mnogo veći uticaj na performanse naših procesora.

Keš Memorija procesora je tip memorije koji se nalazi na samom procesoru i koristi se za čuvanje često pristupanim informacijama. Keš memorija je znatno brža od RAM-a i zbog toga omogućava bolje performanse upređenju sa njim, ali je zato procesori znatno manje imaju(Keš memorija se kreće od par MB do par stotina MB, dok nam je RAM u računarima u GB).

Količina energije koju koristi za rad je kao što mu samo ime kaže količina energije koju procesor koristi tokom nekog njegovog rada. Ovo nam isto znači da procesor proizvodi sličnu količinu toplotne energije koju mi treba da ohladimo. Ovo se meri u W.

Posedovanje integrisane grafike je karakteristika kao što ime kaže da li naš procesor ima integrisanu grafiku. Ako je ima onda nam zasebna grafička karta nije obavezna, dok ako je naš procesor je nema, onda nam je obavezna.

Zaključak

Procesori danas se nalaze svuda i služe ključnu ulogu u izvršavanju programa i obradi podataka. Procesori su istorijiski veoma napredovali i drastično menjali tokom njihovog razvoja. Njihovim razvojem procesori su postali sve brži i efikasniji, a kasnije su se dodavale i druge stvari poput većeg broja jezgara kao i grafičke jedinice. Procesori se mogu pronaći u ličnim računarima, mobilnim uređajima, automobilima kao i indurstrijskim mašinama. Dalji procesorski razvoj se kreće navjiše ka AI industriji kao i mobilnoj industriji, gde su nam trenutno najveća poboljšanja, dok su nam na desktop strani procesori došli do male stagnacije trenutno.