Uverím, až otestujem... - Vitajte na stránkach www.einsty.hostujem.sk

S E R V I SHardvér pod lupou / 3. èas: MikroprocesorAlfou a omegou kadého stolného PC jemikroprocesor. Tentoraz vás oboznámimes touto hardvérovou súèasou na najzá−kladnejšej úrovni. Nebudeme rozoberavšetky inštrukcie a inštrukèné súpravy sú−èasných i dávno minulých typov proceso−rov. Budeme sa venova aktuálnemu nor−málu z h¾adiska cenovej a výkonnostnejprístupnosti ku koncovému pouívate¾o−vi. Povieme si nieèo o procesoroch Intel,ale vzh¾adom na to, e AMD má väèšiezastúpenie nielen na slovenskom trhu,bude tento èlánok viac zameraný právena procesory tejto znaèky. Vysvetlíme siaj základné postupy pretaktovania. K pre−taktovaniu bezpochyby patrí i kvalitnéchladenie, ktorého problémy a alternatívysi rozoberieme na záver.ZÁKLADNÁ CHARAKTERISTIKA.Mikroprocesor do istej miery urèuje výkonpoèítaèa. Skladá sa z dvoch základnýchèastí. Operaèná èas má za úlohu vykoná−va aritmetické a logické operácie s ope−randmi na základe povelov z riadiacej èas−ti. O výsledku informuje riadiacu èas pro−stredníctvom príznakov. Operaènú èas mô−eme rozdeli na aritmeticko−logickú jed−notku (ALU – Arithmetic−logic Unit), ktorávykonáva všetky operácie s operandmi, aregistre, ktoré slúia na prechodné uloe−nie operandov, ako aj na uloenie výsled−kov operácií. V neposlednom rade obsa−huje aj komunikaèné obvody, ktoré umo−òujú vykonávanie prenosu medzi registra−mi. Z fyzického h¾adiska sú konštruovanéako multiplexory, respektíve demultiplexo−ry alebo ako zbernice. Operaèná èas in−formuje riadiacu èas príznakmi. Ako prí−klad uvediem príznak záporného výsledku,príznak nulového výsledku alebo príznakpreteèenia, prechodu do vyššieho radu apodobne. Riadiaca èas procesora usku−toèòuje výber a dekódovanie inštrukcií,dbá na ich vykonanie a zároveò riadi spo−luprácu procesora s okolím. Inštrukcia jepríkaz pre procesor, ktorá mu urèuje, akúèinnos má vykonáva. Samotná inštrukciasa skladá z viacerých polí. Kód operáciešpecifikuje operáciu, ktorá sa má vykona.Pole spôsobu adresovania urèuje, akýmspôsobom získame adresu a kde sa nachá−dzajú operandy. Adresové pole špecifikujekonkrétnu adresu pre operand, ktorý sanachádza zväèša v operaènej pamäti. In−štrukcie globálne delíme na presunové(MOV), výpoètové (napr. AND), skokové(JMP) a riadiace (INT). Presunové inštrukcieslúia na presun údajov medzi registramiprocesora, medzi registrom a pamäou,medzi registrom a vstupno−výstupným za−riadením alebo medzi pamäovými miesta−mi navzájom. Sústava inštrukcií tvorí mik−roprogram. Mikroprogram je uloený v pa−mäti mikroprogramov, ktorá je súèasouriadiaceho obvodu. Z obsahu pamäte mik−roinštrukcií sa dá zisti, e ich vykonanie sinevyaduje, aby procesor pristupoval k zber−nici v kadom cykle. To znamená, e zber−nica nie je absolútne vyuitá. V koneènomdôsledku ani poèas výberu a dekódovaniainštrukcií nie sú vyuité niektoré èasti pro−cesora. Musíme si tie uvedomi rozdielnurýchlos procesora a prístupu do pamäte.Z týchto dôvodov procesor obsahuje aj jed−notku predvýberu inštrukcií, ktorou sanebudeme zaobera. Toto je len struènácharakteristika toho tajomného na mikro−procesore (aj to mám výèitky svedomia z„okyptenia“ takých dôleitých informácií).Proces integrácie polovodièových sú−èiastok sa stále stupòuje nielen v mikro−procesorovej technike. V súèasnosti pouí−vaná technológia 0,13 µm dokáe do jad−ra integrova milióny polovodièových tran−zistorov. Vyššia frekvencia procesora nie jevdy daná novým jadrom procesora, alejeho testovaním, respektíve nastavením.Na základe maximálneho výsledku sa pod−dimenzuje a finálne sa nastaví prostredníc−tvom sústavy mostíkov. Nastavenie sa vy−konáva laserom. Dåka mostíkov je asi1,2 mm. Neraz je ich poddimenzovanie lenmarketingový ah (drahé, výkonnejšie pro−cesory dotujú menej výkonné), aj keï ide oten istý kus procesora, len s iným nastave−ním. To však u neplatí pri procesorochIntel, ktoré majú akési kovové puzdro, chrá−niace èip mikroprocesora. Na procesorochPentium 4 je takisto pouitá 0,13 µm tech−nológia so 14 000 000 polovodièových tran−zistorov. Procesor je vybavený 64−bitovouarchitektúru EPIC [Explicit Parallel Instruc−tion Computing, narrow VLIW (Very LongInstruction Word)] s podporou multiproce−sorových systémov.INŠTRUKÈNÉ SÚPRAVY FPU, MMXA 3DNOW. Na takmer všetkých proceso−roch je integrovaná aj jednotka operácií sèíslami s pohyblivou desatinnou èiarkou,ktorá sa nazýva FPU (Floating−Point Unit).V podstate ide o matematický koprocesor,ktorého ovládanie je totoné s predchá−dzajúcimi typmi matematických koproce−sorov. Dokáe pracova s ôsmimi typmi:16−bitové celé èíslo (Word Integer), 32−bi−tové celé èíslo (Short Integer), 64−bitovécelé èíslo (Long Integer), prièom pod poj−mom celé èísla myslíme uloenie èísla soznamienkom, zhustené BCD èíslo (PackedBCD) so znamienkom v 80 bitoch (zna−mienko je uloené v najvyššom bite takako pri celých èíslach), 32−bitové reálneèíslo (Single Precision), 64−bitové reálneèíslo (Double Precision) a 80−bitové reálneèíslo (Expanded Precision), ukladané pod¾aštandardu IEEE 754 (Institute of Electricaland Electronic Engineers). Do mantisy saukladajú binárne èíslice. Neukladajú sa nu−ly nachádzajúce sa na¾avo od poslednejnenulovej èíslice. Mantisa vyjadruje èíslo vtvare 1xxxxxxx. Exponent potom urèuje po−èet binárnych rádov, o ktoré musíme desa−tinnú èiarku posunú, aby sme dostalipoadované èíslo. Pokia¾ je exponent zá−porný, posúvame desatinnú èiarku do¾avaa naopak. Exponent je celé èíslo, ktoré mô−e by kladné alebo záporné. Nie je vyjad−rené v dvojkovom doplnkovom kóde, ale vkóde posunutej nuly. Pokia¾ je priestor nauloenie exponentu 8−bitový (single preci−sion), je k zapisovanému èíslu pripísanáhodnota 7Fh (127). Aj keï sa tento spôsobukladania èísla zdá zloitý, má jednu ve¾kúvýhodu. Nájdeme ju v jednoduchom po−rovnaní dvoch hodnôt reálnych èísel bezoh¾adu na ich šírku. Obe èísla porovnáva−me od znamienkového bitu smerom k naj−niším bitom. Len èo nájdeme rozdielnuhodnotu bitu, zistíme, ktoré èíslo je nume−ricky vyššie. Komunikácia procesora s FPUnie je tvorená oddeleným inštrukèným to−kom. Hneï ako procesor rozpozná, e jeinštrukcia urèená pre FPU, odovzdá ju naV/V bránu, urèenú na odovzdávanie príka−zu FPU. Pokia¾ FPU poaduje viacero infor−mácií, nastaví signál PEREQ (ProcessorExtension Request) do aktívnej úrovne.Pokia¾ FPU potrebuje prenies dáta, odo−vzdá ich prostredníctvom dátovej V/Vbrány (800000fCh). Poèas vykonávaniainštrukcie je nastavená úroveò signáluBUSY, to znamená, e procesor nemôeprijíma ïalšie príkazy FPU. V takomto prí−pade procesor èaká na dokonèenie èinnos−ti FPU. Procesory s multimediálnou tech−nológiou MMX (Multi Media eXtension)pouívajú packed data format. Dáta súkomprimované v 64−bitovom registri MMXalebo pamäovom operande ako 8 bajtov,4 word alebo 2 double word (celoèíselné140 PC REVUE 4/2003