Lankide:Ittssasso/Proba orria

Intel 80486DX mikroprozesadorea

Intel Core i7-920 bere txartel nagusian sartuta.

Mikroprozesadorea (edo “prozesadorea”) sistema informatiko baten zirkuito integraturik konplexuena da. Zentzu metaforikoan, ordenagailu baten garuna izango litzateke. Mikroprozesadorea eginkizun anitzeko, erlojudun, erregistrotan oinarritutako zirkuito digital integratua da.

Sarrera bezala datu bitarrak onartzen ditu, prozesatzen ditu

bere memorian gordetako aginduen arabera eta irteera bezala prozesamenduaren emaitzak ematen ditu. Mikroprozesadore batek bai logika digital sekuentziala eta bai logika konbinazionala du barnean. Sistema bitarrean adierazitako zenbaki eta sinboloekin egiten dute lan mikroprozesadoreek.

Gaur egungo gailuetan programa guztiak (sistema eragiletik erabiltzailearen aplikazioetara) exekutatzeko arduraduna da.

Mikroprozesadoreak agertu baino lehen, ordenagailu txikiak zirkuitu plaka multzoekin eraikitzen ziren, eskala txiki eta ertaineko zirkuitu integratu anitzekin. Mikroprozesadoreak multzo guzti horiek batzen dituzte eskala handiko zirkuitu integratu bakarrean.

Prozesamenduko unitate zentral (PUZ) bat edo gehiago eduki dezake, erregistro multzo, kontrol unitate, unitate aritmetiko-logiko eta koma higikorreko unitatez (lehen «koprozesadore matematikoa» deitutakoa) osatuta.

Orokorrean, mikroprozesadorea ordenagailuaren txartel nagusira (ama plaka) konektatzen da zokalo baten bidez, baina batzuetan soldatuta dago honi. Honen funtzionamendu egokia bermatzeko, mikroprozesadoreari hozte-sistema bat jartzen zaio gainean, normalean kobre edo aluminiozko bloke batekin, eta honi pegatuta bentiladore bat hartutako beroa disipatzeko.

Errendimendu handiko sistema informatiko bat paraleloan lana egiten duten mikroprozesadore bat baino gehiagorekin egon daiteke hornituta, eta mikroprozesadore bakoitza aldi berean core fisiko edo logiko anitzekin. Core fisikoak PUZ baten eragiketak egiten duen txip-aren atal fisiko bereizituak dira, eta core logikoak simulatutako core fisiko bat da.

Gaur egun dagoen tendentzia elementu guztiak (koma higikorreko unitateak, RAM eta bus kontroladoreak, dedikatutako prozesadore grafikoak…) mikroprozesadorearen barruan integratzekoa da, txip txikiak eta energetikoki eraginkorrak sortzeko.

Funtzionamendua

Ikuspuntu logiko eta funtzionaletik, mikroprozesadorea funtsean hainbat erregistroz osatuta dago: kotrol unitate bat, unitate aritmetiko logiko bat eta azkenik, mikroprozesadorearen arabera, koma higikorrego unitate bat .

Mikroprozesadoreak erloju batek zehaten duen seinalearen arabera funtzionatzen dute. Seinale hau azkarra eta erregularra da eta zirkuituaren funtzionamenduaren erritmoa ezartzen du. Hortaz gain, beste osagai batzuekiko sinkronizazioa ziurtatzen du, adibidez, memoriarekiko sinkronizazioa. Erlujuaren abiadura geroz eta azkarragoa izan, orduan eta handiagoa izango da programen aginduen exekuzioen prozesamendu abiadura. Hala ere, honek zenbait eragozpen ekartzen ditu; izan ere, prozesadoreak azkarrago lan egiten duen heinean elektrizitate gehiago kontsumitzen da eta gehiago berotzen da.

Gaur egungo mikroprozesadoreak gai dira erloju ziklo bakoitzeko hainbat agindu exekutatzeko. Izan ere, hainbat exekuzio- unitate paraleloan dituzten mikroprozesadoreak dira, gainera, estatistikaren laguntzari esker, hurrengo aginduei aurrea hartzen dieten sistemak dituzte.

Mikroprozesadoreak memoria nagusian sekuentzialki antolatutako zenbaki bitar gisa gordetako aginduak exekutatzen ditu. Agindu hauen exekuzioa hainbat fasetan egiten da:

• Prefetch, memoria nagusitik agindua irakurri.

• Fetch, agindua deskodeketa egiten den lekura bidali.

• Aginduaren deskodeketa, hau da, agindua zein den zehaztea eta zer egin behar den aztertzea.

• Eragigaiak irakurri.

• Memoria nagusia edota erregistroetan emaitzak idatzi.

Fase hauek CPU-aren ziklo  batean edo batzuetan egiten dira. Zikloen kantitatea prozesadorearen egituraren arabera da, baina zehazki, segmentazio-mailaren arabera.  Ziklo hauen denbora, erlojuaren maiztasunak ezartzen du. Mikroprozesadorea PLL zirkuitu batera konektatzen da, normalean kuartzozko kristal baten oinarrituta dagoena, erritmo konstatean pultsuak sortzeko eta segundo batean hainbat ziklo sortzeko gai dena.

Errendimendua

Prozesadore baten errendimendua modu desberdinetan neur daiteke. Duela gutxi arte erlojuaren maiztasuna neurri zehatz bat zela uste zen, baina mito hori, “Megahertzioen mitoa” bezala ezagutzen dena, indargabetu egin da prozesadoreek ez dutelako frekuentzia handiagorik behar izan euren konputu potentzia handitzeko.

Azken urteetan, maiztasun hori 1,5 GHz-tik 4 GHz-ra bitartekoa izan da, eta, emaitza gisa, prozesatzeko gaitasun handiagoak dituzten prozesadoreak eman dira, balio horiek lortu zituzten lehenekin alderatuta. Gainera, kapsulatze beraren barruan nukleo gehiago sartzeko joera dago, errendimendua handitzeko konputazio paralelo baten bidez. Ondorioz, erlojuaren abiadura fidagarritasun gutxiagoko adierazlea bihurtzen da. Nolanahi ere, prozesadore baten potentzia neurtzeko modu fidagarri bat ziklo bakoitzeko lortzen diren aginduen bitartez da.

Maiztasunarekin errendimendua neurtzea soilik baliagarria da arkitektura berdina edo oso antzekoak dituzten prozesadoreekin, funtzionamendua berdina izanik. Porzesadore familia baten barruan, ohikoa da erloju maiztasunei dagokionez aukera ezberdinak aurkitzea, silizio txip guztiek ez baitituzte funtzionamendu muga berdinak. Hauek, maiztasun ezberdinetan frogatzen dira, ezegonkortasun seinaleak erakusten dituzten arte, orduan, frogen emaitzaren arabera sailkatzen dira.

Laburbilduaz, prozesadoreak gamak eta gainontzekoak kontuan hartuz, barne egitura ezberdinak dituzten loteen bidez fabrikatzen dira. Loteak beren gamaren arabera lortu ondoren, proba-banku batean hainbat prozesuen menpe jartzen dira, eta, tenperaturen euskarriaren arabera edo ezegonkortasun seinaleak erakusten dituen euskarriaren arabera, maiztasun bat esleitzen zaio. Prozesadorea, maiztasun horrekin programatuta etorriko da, baina overclock praktikekin areagotu egin daiteke.

Prozesadore baten gaitasuna sistemaren gainerako osagaien araberakoa da, batez ere txipset, RAM memoria eta softwarearen araberakoa. Baina ezaugarri horiek alde batera utzita, prozesadore baten errendimenduaren gutxi gorabeherako neurketa bat egin daiteke adierazleen bidez. Adibidez, FLOPS denbora- unitateko koma higikorreko eragiketen kopururuen bidez edota MIPS denbora- unitateteko aginduen kopuruen bidez. Prozesadore baten errendimenduaren neurri zehatz bat edukitzea oso zaila da konputazioan inplikatutako faktore ugariengatik eta normalean probak eztabaidaezinak dira sorkuntza berdineko sistemen artean.

Kanpoarekiko lotura

Intel prozesadore bateko kontaktu gainazalak LGA 775 zokalerako

Mikroprozesadoreak elementu metalikoen multzo bat du mikroprozesadorea osatzen duen zirkuitu integratuaren eta oinarrizko plakaren zirkuituen arteko konexio elektrikoa ahalbidetzen duena. Konplexutasunaren eta potentziaren arbera, prozesadore batek 8 eta 2000 elementu metaliko baino gehiago izan ditzake bere paketearen gainazalean. Prozesadorea oinarrizko plakaren gainean soldatutako PUZ zokalo baten laguntzaz muntatzen da. Normalean, hiru konexio mota bereizten dira:

• PGA (Ping Grid Array): konexioa prozesadorearen oinarrian zehar banatutako alanbre metaliko txikien bidez egiten da, oinarrizko plakan zulo txiki batzuen bidez sartuz. Prozesadorea sartzean, palanka batek pinak ainguratuko ditu kontaktu ona egin dezan eta ez daitezen askatu.

• BGA (Ball Grid Array) : konexioa zokaloarekin kontaktua egiten duten eta prozesadorera soldatuta dauden bolen bidez egiten da.

• LGA (Land Grid Array): konexioa pinu txikiekin kontaktuan dauden gainazal lauen bidez egiten da.

Konexio elektrikoen artean daude, besteak beste, pakete barruko zirkuituen elikadura elektrikoa, erloju- seinaleak, eta datuekin, helbideekin eta kontrolarekin erlazionatutako seinaleak. Funtzio hauek zokaloarekin lotutako eskema batean banatuta daude. Hortaz, prozesadore eta oinarrizko plaken hainbat erreferentzia bateragarriak dira haien artean konfigurazio desberdinak ahalbidetuz.

Prozesadorearen busak

Prozesadore guztiek bus nagusi bat edo bus sitema bat dute. Hauen bidez, datuak, aginduak, eta helbide guztiak bidali eta jasoko dira txipseteko integratuetaik edo gainontzeko gailuetatik. Prozesadorearen eta gainontzeko sistemaren arteko konexio zubia denez, sistemaren errendimendutik asko definitzen du, bere abiadura segundoko bitetan neurtzen delarik.

Bus hori modo desberdinetan inplementatu daiteke, autobus serialak edo paraleloak erabiliz eta hainbat motako seinale elektrikoak erabiliz. Modurik zaharrena bus paraleloa da, non datuetan, helbideetan eta kontroletan espazializatuako lineak definitzen diren.

Intel-eko arkitektura tradizionalean, bus horri front- side bus deitzen zaio, paralelo motakoa da 64 datu lerrorekin eta 32 helbide ditu. Hortaz gain, kontrol lerro ugari ditu ahalbidetzen dutenak prozesadorearen eta gainontzeko sistemaren artean datuak transmititzea. Eskema hau lehenengo prozesadoretik erabili da, baina seinaleztapenean hobekuntzak egin dira, 333MHz-ko erlojuekin funtzionatzea ahalbidetzeko eta ziklo bakoitzeko 4 transferentzia egiteko.

AMD-eko eta Intel Core I7-ko prozesadoreetan beste bus mota batzuk erabili dira serie motako bus nagusietarako. Hauen artean AMD-eko HyperTransport busa dago. Bus honek datuak pakete moduan maneiatzen ditu, komunikazio lerro kantitate gutxiago erabiliz eta funtzinamendu maiztasun altuagoak ahalbidetuz. Intel-en kasuan Quickpath busa dago.

AMD-eko eta Intel-eko mikroprozesadoreek gainera ausazko atzipen memoriaren kontrolagailu bat dute kapsularatzearen barruan. Hori dela eta, beharrezkoa da prozesadorearen memoria- busak inplementatzea moduluetarantz. Bus hori JEDEC-en DDR estandarren araberakoa da eta datuetarako, helbideetarako eta kontrolerako bus linea paraleloak dira. Kanal kopuruaren arabera, 1-4 memoria- bus egon daitezke.

Ikus, gainera

• Prozesatzeko unitate zentral

Kanpo estekak

• Mikroprozesadoreari buruzko artikulua