CPU [szerkesztés]

Legutóbbi változat (ellenőrizetlen)

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

A CPU (angol: Central Processing Unit – központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép „agya”, azon egysége, mely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. Egy szilícium kristályra integrált, sok tízmillió tranzisztort tartalmazó digitális egység. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza. A PC-be helyezett processzort az Intel fejlesztette ki. A processzor alatt általában mikroprocesszort értünk, régebben a processzor sok különálló áramkör volt, ám a mikroprocesszorral sikerült a legfontosabb komponenseket egyetlen szilíciumlapkára integrálni.

Tartalomjegyzék [elrejtés] 1 A processzorok története 2 A processzor főbb részei 3 A processzor működése 4 Az óra és az órajel 5 A processzor utasításkészlete 6 A processzor tokozása 7 A processzor hűtése 8 Processzorgyártók, mai processzortípusok 9 Külső hivatkozások 10 Források

A processzorok története [szerkesztés]

Az első mikroprocesszor az 1971-ben megjelent 4 bites szóhosszúságú Intel 4004 volt. Később több sikeres 8 bites sorozat jelent meg több gyártó részéről (Intel 8008, 8080, 8085, Zilog Z80, Motorola 6800, MOS Technology 6502).

A 80-as évektől kezdve megnőtt a processzorok szóhossza (Intel 8086 (az IBM PC és PC/XT processzora): 16 bit (20-bites címtartomány), Intel 80286 (a PC/AT processzora): 16 bit (24 bites címtartomány) – 1982, Intel 80386: 32 bit – 1985) az órajel folyamatos növekedése mellett.

Időrendi táblázat:

1969. május 1. – Az AMD megalakul

1969. november – Az AMD első chipje az Am9300

1972. szeptember – Az AMD a tőzsdére megy 525000 részvénnyel, 15$-os részvényenkénti áron

1975 – Az AMD belép a RAM-gyártásba az AM9102-vel

1977 – A Siemens és az AMD megalapítja az Advanced Micro Computerst ( AMC )

1981 – AMD chip a Columbia űrrepülő fedélzetén

1984 – AMD bekerül az "Amerika 100 legjobban működő vállalata" című könyvbe

1986 – A 32-bites chipek közül bemutatásra kerül a 29300-as család

1987 – Az AMD kifejleszti a Sonyval a CMOS technológiát

1991 – Bemutatásra kerül az AM386 microprocesszor család

1993. április – Bemutatják az első tagját az Am486-os mikroprocesszor-családnak

1997 – Bemutatják az AMD-K6 processzort

1999 – Bemutatják az AMD Athlon processzort

2001 – Az AMD bemutatja az Athlon XP nevű processzorát

2001 – Az AMD bemutatja az AMD Athlon MP dual processzorát, amit serverekbe szán

A processzor főbb részei [szerkesztés]

• ALU: (Arithmetic and Logical Unit – Aritmetikai és Logikai Egység). A processzor alapvető alkotórésze, ami alapvető matematikai és logikai műveleteket hajt végre. Sebessége növelhető egy koprocesszor (FPU, Floating Point Unit, lebegőpontos műveleteket végző egység) beépítésével. Az FPU korábban külön részegység volt, manapság a processzorok mindegyike beépítve tartalmazza.
• AGU: (Address Generation Unit) - a címszámító egység, feladata a programutasításokban található címek leképezése a főtár fizikai címeire és a tárolóvédelmi hibák felismerése.
• CU: (Control Unit a.m. vezérlőegység vagy vezérlőáramkör). Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következő utasítást, értelmezi és végrehajtatja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét.
• Regiszter (Register): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű memória. A regiszterek addig (ideiglenesen) tárolják az információkat, utasításokat, amíg a processzor dolgozik velük. A mai gépekben 32/64 bit méretű regiszterek vannak. A processzor adatbuszai mindig akkorák, amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. Például egy 32 bites regisztert egy 32 bites busz kapcsol össze a RAM-al. A regiszterek között nem csak adattároló elemek vannak (bár végső soron mindegyik az), hanem a processzor működéséhez elengedhetetlenül szükséges számlálók, és jelzők is. Ilyen például :
  • utasításszámláló, (PC=program counter, IP=instruction pointer) ami mindig a következő végrehajtandó utasítás címét,
  • utasításregiszter (IR=instruction register), mely a memóriából kiolvasott utasítást tárolja. E kód alapján határozza meg a vezérlőegység az elvégzendő műveletet
  • flagregiszter, amely a processzor működése közben létrejött állapotok jelzőit (igaz, vagy hamis),
  • és az akkumulátor, (AC) amely pedig a logikai és aritmetikai műveletek egyik operandusát, majd az utasítás végrehajtása után az eredményt tartalmazza.
• Buszvezérlő: A regisztert és más adattárolókat összekötő buszrendszert irányítja. A busz továbbítja az adatokat.
• Cache: A modern processzorok fontos része a cache (gyorsítótár). A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált memória, ami a viszonylag lassú rendszermemória-elérést hivatott kiváltani azoknak a programrészeknek és adatoknak előzetes beolvasásával, amikre a végrehajtásnak közvetlenül szüksége lehet. A mai PC processzorok általában két gyorsítótárat használnak, egy kisebb (és gyorsabb) elsőszintű (L1) és egy nagyobb másodszintű (L2) cache-t. A gyorsítótár mérete ma már megabyte-os nagyságrendű.

A processzor működése [szerkesztés]

1. Az utasítás beolvasása a memóriából a processzorba: A memória címtárólójából, az AR-ból (address register - címregiszter) kerül át a processzor címtárolójába az IP-be (instruction pointer). Ezek után a memória adattároló regiszteréből, a DR-ből (data register - adatregiszter) kerülnek át az adatok a processzor adattárolójába, az IR (instruction register)-be.

2. A beolvasott utasítás dekódolása, elemzése: Az ALU az utasítás kódját értelmezi, melyből kiderül milyen műveletet kell elvégeznie, és hogy mennyi adatot kell beolvasni még ahhoz, hogy meghatározhatóak legyenek az operandusok, amelyeken a műveleteket végzi.

3. A művelet végrehajtása, mely eredménye az LR3 segédregiszterbe kerül.

4. Eredmény tárolása: az LR3 segédregiszterből vagy egy másik regiszterbe, vagy a DR-en keresztül a memóriacímre kerül.

5. A következő utasítás címének meghatározása: A szekvenciális program esetében az IP értékének megnövelésével jut el az ALU a következő utasítás címéhez. Ellenkező esetben egy regiszter tartalmazza a következő utasítás címét, melyet a processzor az IP-be ír.

Az óra és az órajel [szerkesztés]

Az óra az egész számítógép működéséhez szükséges ütemet biztosítja. Az óra magában foglal egy kvarckristályt, ami az órajel előállításához szükséges rezgés stabilitását adja. Sebességét Hertzben (Megahertzben) mérjük. Az órajel generátor néhányszáz MHz-es rezgést ad, ezért a processzor órajelének előállításához egy beállítható szorzót alkalmaznak, hogy többféle sebességű processzort is a rendszerbe lehessen építeni.

A processzor részegységei (Itt a legalapvetőbb műveleteket végző részegységekre kell gondolni, tehát nem egy olyan nagy egységre, mint például az ALU.), tehát a processzor részegységei az órajel ütemére végzik feladataikat; amikor egy részegység megkapja az órajelet egy elektronikus jel formájában, akkor elvégzi a soron következő műveletet, amikor megkapja a következő jelet, akkor a következő műveletet végzi el. Egy másodperc alatt egy mai processzor egysége több milliószor kap jelet. Az órajel sebességének így ahhoz az időhöz kell alkalmazkodnia, amennyi időbe telik egy részegységnek a rá kijelölt művelet elvégzése (Különben akkor jönne a következő művelet, amikor az előző még feldolgozás alatt van, és ez érthetően problémákat okozna). Ez lényegében azt eredményezheti, hogy a processzor egységeinek a leglassúbb elem miatt kell várakozniuk. Ezt persze különféle megoldásokkal orvosolják.

Ám a műveletet nem szabad összetéveszteni az utasítással, ezek bonyolultsága miatt egy utasítás végrehajtása több órajelciklust is igénybe vehet. Az is lassító tényező, hogy a processzor az adatokat lassabban kapja, mint ahogy fel tudná dolgozni őket, ilyenkor pedig várakoznia kell.

Gépi ciklusnak nevezzük azt az időt, amely alatt a számítógép egy gépi műveletet végre tud hajtani. Egy gépi ciklus általában több órajelütemből áll, az egyes utasítások végrehajtásához szükséges gépi ciklusok száma utasításonként más és más lehet.

A processzor utasításkészlete [szerkesztés]

A processzor által ismert műveletek és utasítások összességét értjük a processzor utasításkészlete alatt. Legelőször a RISC (Reduced Instructions Set Computer) utasításkészletet használták, ez leegyszerűsített, rövid utasításokat tartalmazott. Elsődlegesnek tekintette a sebességet, és az egyszerűséget. Később a CISC-et (Complex Instructions Set Computer) alkalmazták, ez már több, hosszabb utasítást tartalmazott, ám a túl sok, bonyolult utasítás nem bizonyult célravezetőnek, ezért visszatértek a RISC-hez. Ma már persze rengeteg utasításkészlet van, melyben keverednek a RISC, és a CISC irányelvei (Pentium, Pentium MMX, SSE 3/4, 3D now!).

A processzor tokozása [szerkesztés]

Tokozáson a processzor külső burkát, érintkezőinek kialakítását értjük. Két elterjedt fajtája van:

• LGA-tokozás: az előző kialakításokkal szemben a tűsor az alaplapon helyezkedik el, míg a processzoron csak ún. érintőpadok találhatóak.
• PGA-tokozás: itt a csatlakozók a négyzet alakú tok alján helyezkednek el. Ezen belül is lehet:
  • CPGA, azaz kerámiatok, vagy
  • PPGA műanyag tok.
• SECC-tokozás: a tok inkább egy kazettára hasonlít, az érintkezők (tűk) az alján vannak.

A processzor hűtése [szerkesztés]

A mai processzorok olyan magas frekvencián dolgoznak, hogy egyszerűen elolvadnának az elektromos áram hőhatása miatt: ezt kell hűtőrendszerrel orvosolni. Több fajtája létezik:

• Léghűtéses: A processzorra egy hűtőbordát szerelnek, ami elvonja a hőt, erre pedig egy hűtőventillátort, ami hűti a hűtőbordát. Ezt nevezik aktív hűtésnek, passzív hűtésnek nevezik azt a fajta hűtést, ha a ventillátort elhagyják a rendszerből. A hűtőborda és a processzor közé szinte mindig hűtőpasztát tesznek, a jobb hőátadás édekében. Ez általában alumínium hűtőpaszta.
• Vízhűtéses: Csövekben vizet cirkuláltatnak, és ezt kötik rá a hűteni kívánt alkatrészre. Teljesen halk, emellett igen hatékony, ám kiépítése bonyolult és drága.

Egyéb hűtési fajták is léteznek, de ezek nem olyan elterjedtek, például:

• Peltier hűtés: a processzorra egy ún. Peltier elemet raknak, és erre kerül rá egy további hűtő egység. Az elem lényege, hogy a töltés áramlása mellett hőáram alakul ki, amelynek következtében az elem egyik oldaláról a másikra vezeti a hőt → az egyik oldala hideg, míg a másik oldala forró lesz.
• Hidrogénes hűtés
• Hőcsöves hűtés
• Folyékony nitrogénes hűtés

A processzorgyártók különféle módszereket vezettek be arra, hogy ha a CPU nincs terhelés alatt, órajeléből visszavegyen, kisebb teljesítményen dolgozzon, és ezáltal kevesebb hőt termeljen. Ilyen megoldás az AMD Cool 'n Quiet és az Intel SpeedStep technológiája is. Ezeket az eljárásokat főleg hordozható számítógépekben használják.

Prohardver.hu- s leírás a hűtésekről.

Processzorgyártók, mai processzortípusok [szerkesztés]

Manapság két nagy processzorgyártó vetekszik egymással, az Intel és az AMD. Az Intel a nagyobb, belőle vált ki az AMD. Mind a két processzorgyártónak nagy részesedése van a videókártyák piacán is. Rajtuk kívül vannak még processzorgyártók ugyan (IBM, Cyrix), de piaci részesedésük a mikroprocesszorok terén igen csekély. Mai processzorfajták:

• Intel:
  • Xeon – szerverprocesszor, LGA771, illetve Socket 603 foglalatba illeszkednek.
  • Quad-Core Xeon – négymagos processzor, csak kevés alkalmazás tudja kihasználni a négy magban rejlő előnyt, LGA775/LGA771 foglalatba illeszkednek
  • Core 2 Duo – kétmagos, rendkívül jó ár/érték mutatójú, nagy teljesítményű processzor, LGA775 foglalatba illeszkednek.
  • Core 2 Quad – Otthoni gépekbe szánt négymagos processzor, LGA775 foglalatba illeszkedik.
  • Pentium 4, Pentium D – Az Intel előző architektúrára épülő processzorcsaládja, van kétmagos is belőle, a Pentium 4-esek első verziói (Willamette) S423 foglalatba illeszkedtek, második verziói (NorthWood, Prescott 1M) S478 foglalatba illeszkednek, és a Pentium 4-esek legutolsó verziói (Prescott 1M, Prescott 2M és Cedar Mill) LGA775 foglalatba illeszkednek. A Pentium D-k (Pressler) kizárólag LGA775 foglalatba illeszkednek.
  • Celeron – mérsékelt árú és teljesítményű processzor, Willamette magosok S478, NorthWood magosok S478, és Prescott magosak pedig S478 illetve LGA 775 foglalatba illeszkednek.
  • Pentium M (Mobile), Celeron M, Core Solo, Core Duo, Core 2 Duo, mobil gépekbe szánt mérsékelt fogyasztású és hőleadású processzorok.

• AMD:
  • Opteron – szerverprocesszor, S940 foglalatba illeszkednek vagy az újabbak Socket F(S1207) foglalatba. (Az egyutas változatok S939 és AM2 foglalatot használnak.)
    • Quad-Core Opteron – négymagos processzor, Socket F(S1207) foglalatba illeszkednek.
  • Athlon FX – Csökkentett teljesítményű Opteron processzorok, az FX5x széria egymagos processzor volt, az FX6x széria pedig kétmagos. Az AMD 2007-ben vezette be az AMD 4x4-et, mellyel 4 magos rendszert lehet létrehozni úgy, hogy egy alaplapon 2db processzorfoglalat van. Egyelőre csak az nVidia gyárt hozzá chipsetet, és csak Socket F(S1207) foglalatban működnek.
  • Phenom X4 - natív négymagos processzor
  • Phenom X3 - hárommagos processzor, ami egy olyan Phenom X4-es, aminek a négy magja közül csak három működik, a negyedik mag a gyártás során elromlott.
  • Athlon X2 – Az AMD kétmagos processzora, S939 illetve Socket AM2 foglalatba illeszkednek.
  • Athlon64 – Az AMD híres egymagos processzorcsaládja, S754,S939, Socket AM2 foglalatba illeszkednek
  • Sempron – mérsékelt árú és teljesítményű processzorok, S754, S939 és Socket AM2 foglalatba illeszkednek.
  • Turion – Az AMD mobil processzora
    • Turion64, Turion64 X2 – 64 bites; illetve kétmagos mobil processzorok

Külső hivatkozások [szerkesztés]

Egy leírás a tuningról, és más alapvető tudnivalókról: [1]

Egy másik leírás: [2]

• Processzor.lap.hu - linkgyűjtemény

Források [szerkesztés]

• DR. KOVÁCS TIVADAR, DR. KOVÁCSNÉ COHNER JUDIT, OZSVÁTH MIKLÓS, G. NAGY JÁNOS: Mit kell tudni?: a PC-ről az OKJ és ECDL vizsgákhoz: a PC-k hardver, szoftver és üzemeltetési kérdéseiről : számítástechnikai alapismeretek, Windows 95, Office 97 szoftverek, adatbáziskezelés, elektronikai levelezés, 2002, ComputerBooks
  ISBN 963-618-189-6
  Ismertető
• SIKOS LÁSZLÓ: PC hardver kézikönyv 2007, BBS-INFO Kiadó
  ISBN 978-963-9425-15-6
  Ismertető
• MIKE MEYER: PC hardver és karbantartása, 2004, PANEM KFT
  ISBN 9635453825
  Ismertető
• SIMON GYULA: Számítástechnika 9. osztálynak, 2000, Pedellus Novitas Kft
  ISBN 963 9216 17 8
  Ismertető
• SIMON GYULA: Számítástechnika 8. osztálynak, 1999, Pedellus Novitas Kft
  ISBN 963 9216 04 6