Ukratko o meni

Zovem se Aleksandar Vujin. Završio sam gimnaziju „Jovan Jovanović Zmaj“ u Novom Sadu, smer prirodno-matematički bilingvalno nemački, i samim tim se sporazumevam dobro na nemačkom, kao i na engleskom jeziku. Mimo informacionih tehnologija najviše me interesuje razvoj različitih tehnologija u motosportu.

Teme iz oblasti informacionih tehnologija koje su me najviše zainteresovale

Najviše me je zainteresovala tema hardvera računara, specifično povezanost pojedinačnih komponenata i način na koji međusobno interaguju.

Centralna procesorska jedinica

Uvod

Centralna procesorska jedinica „CPJ“ jeste osnovna komponenta svakog računara čija je svrha izvršavanje instrukcija i upravljanje radom ostalih komponenata. U sklopu ovog seminarskog rada biće objašnjena struktura procesora, kako on izvršava komande, povećavanje efikasnosti procesora i njegova povezanost sa ostalim komponentama.

Struktura centralne procesorske jedinice

Centralna procesorska jedinica se sastoji od sledećih osnovnih komponenata i njihov međusobni odnos je dalje grafički prikazan na dijagramu 1:

– Upravljačka jedinica: Upravlja radom ostalih komponenti i tokom podataka od jedne komponente do druge, takođe dekodira i tumači instrukcije programa.

– Aritmetičko-logička jedinica (ALU): Izvršava aritmetičke i logičke operacije.

– Registri: Vrlo brza memorijska mesta koja služe za privremeno skladištenje podataka pri izvršavanju programa i informacija o trenutnom stanju programa koji se izvršava.

– Keš memorija: Brza memorija koja olakšava i ubrzava pristup često korišćenim podacima, sastoji se od L1, L2 i često L3 keša.

Dijagram 1: Grafički prikaz komponenti CPJ-a i njihov odnos

Izvršavanje instrukcija

CPJ izvršava instrukcije kroz tri osnovne faze, učitavanje, dekodiranje i izvršavanje, koje zajedno čine instrukcijski ciklus. Prvo se instrukcija učitava iz memorije na adresi koju pokazuje programski brojač. Nakon toga se instrukcija dekodira, procesor određuje koja operacija treba da se obavi i nad kojim operandima. Zatim se operacija izvršava u ALU jedinici. Rezultat operacije se upisuje u registar ili memoriju. Programski brojač se ažurira na sledeću operaciju.

Kako bi postigli veću efikasnost, moderni procesori koriste tehniku „Pipeline“ sa kojom se faze instrukcijskog ciklusa preklapaju. Jedna operacija se izvršava, sledeća se dekodira a naredna dohvata iz memorije. Ova tehnika znatno povećava efikasnost procesora ali stvara i moguće probleme ako instrukcije zavise jedna od druge ili se pogrešno granaju, tako da CPJ moraju da koriste sofisticirane mehanizme kako bi precizno upravljali tokom instrukcija

Jezgra, Niti i Efikasnost

Moderni CPJ obično ima više jezgara (“dual-core”, “quad-core”, itd.), to mu omogućava paralelno izvršavanje više zadataka. Svako jezgro je u osnovi samostalna izvršna jedinica sa sopstvenim resursima, L1 keš na primer, dok neke resurse mogu da dele, L3 keš.

Još jedan način optimizacije rada procesora je upotreba niti. Jedno jezgro može da sadrži dve ili više niti koje paralelno mogu da obavljaju različite funkcije istog procesa.

Efikasnost procesora ne zavisi samo od njegovog takta, već zavisi i od broja instrukcija koje može da izvrši po taktu, kao i od efikasnosti keš memorije i predviđanja grananja. Procesor sa nižom frekvencijom može biti brži u izvršavanju zadataka ako ima bolju arhitekturu i optimizaciju.

Razvoj centralne procesorske jedinice

Tokom razvoja CPJ-a, njegov oblik i implementacija su se menjali ali osnova izvršenja instrukcija je ostala slična. Od velikih sistema sastavljenih od mnogih odvojenih komponenti pa do integracije na jedan čip, mikroprocesor. Moderna proizvodnja procesora je veoma zahtevan i komplikovan proces tokom kog se na silicijumskim pločama pomoću fotolitografije formiraju tranzistori. Tokom procesa proizvodnje kvalitet pojedinačnih procesora se razlikuje, pa se oni razvrstavaju po kvalitetu i taktu.Sa razvojom tehnologije broj tranzistora u mikroprocesoru se sve više povećava, a njihova veličina smanjuje Danas postoje dva glavna prodavca procesora, Intel i AMD.

Slika 2 – Silicijumska ploča sa utisnutim mikroprocesorima

Zaključak

U budućnosti kroz dalji razvoj centralne procesorske jedinice očekuje se još bolja energetska efikasnost kao i naprednija paralelizacija. Najveći napredak će doneti sve veća i naprednija integracija specijalizovanih jedinica kao što su vektorske jedinice i specijalizovane jedinice za veštačku inteligenciju i mašinsko učenje. Još jedan budući napredak predstavlja tehnologija 3D slaganja sa kojom će se silicijumske ploče slagati jedne na drugu i tako omogućiti širenje procesora i po vertikalnoj osi