Parametry procesorów

  25 lipiec 2010
Oceń ten artykuł
(5 głosów)

Procesory są identyfikowane według dwóch podstawowych parametrów: szybkości i typu magistrali. Szybkość procesora jest dość łatwym do zrozumienia parametrem. Jest ona wyrażana w megahercach (MHz) lub gigahercach (GHz). Ogólnie mówiąc, im ta wartość jest wyższa, tym lepiej!

Typ magistrali procesora jest pojęciem trochę trudniejszym do wyjaśnienia ze względu na fakt, że trzy podstawowe parametry procesora są określane za jego pomocą. Należą do nich:

  • magistrala danych wejścia-wyjścia (I/O),
  • wewnętrzne rejestry,
  • magistrala adresowa.

Magistrala danych wejścia-wyjścia (I/O)

Prawdopodobnie najważniejszymi parametrami procesora są jego szybkość i szerokość zewnętrznej magistrali danych. Drugi parametr określa, w jakiej ilości dane są przesyłane do i na zewnątrz procesora.

Najczęściej omawianą magistralą procesora jest jego zewnętrzna magistrala danych, czyli zgrupowanie przewodów lub końcówek służących do wysyłania i odbierania danych. Im większa ilość jednocześnie wysłanych sygnałów, tym więcej danych może zostać przesłanych w określonym przedziale czasu, a zatem uzyskujemy szybszą i szerszą magistralę.

Dane w komputerze są przesyłane w postaci cyfrowej informacji składającej się z przedziałów czasu, w których przez pojedynczy przewód podawane jest napięcie o wartości 3,3 lub 5 V odpowiadające wartości binarnej 1 lub napięcie o wartości 0 V odpowiadające wartości binarnej 0. Im większą ilością przewodów dysponujemy, tym większą ilość pojedynczych bitów można wysłać w określonym przedziale czasu. Wszystkie nowoczesne procesory, począwszy od pierwszego procesora Pentium, a skończywszy na najnowszych modelach Pentium 4 i Athlona, a nawet Itanium, posiadają 64-bitową (8-bąjtową) magistralę danych. Wynika stąd, że są one w stanie przesyłać jednocześnie 64 bity danych do i na zewnątrz chipsetu płyty głównej lub pamięci systemowej.

Kolejną informacją wynikającą ze znajomości parametrów magistrali danych procesora jest to, że jej szerokość określa również rozmiar banku pamięci operacyjnej. A zatem, procesor taki jak 486, posiadający 32-bitową magistralę danych, jednocześnie wczytuje i zapisuje do pamięci 32 bity. Procesory klasy Pentium jednocześnie wczytują i zapisują do pamięci 64 bity. Ze względu na fakt, że standardowe 72-końcówkowe układy pamięci SIMM są tylko 32-bitowe, w większości systemów klasy 486 konieczne jest zastosowanie tylko jednego modułu, natomiast w komputerach z procesorem Pentium dwóch. Układy pamięci DIMM są 64-bitowe, dlatego też w komputerach opartych na procesorach Pentium lub nowszych może być zamontowany jeden moduł. Każdy moduł DIMM odpowiada pełnemu bankowi pamięci 64-bitowej magistrali danych, co powoduje, że konfiguracja systemu jest prostsza, ponieważ jednocześnie można dodać lub wyjąć tylko jeden układ pamięci. Moduły pamięci RIMM są wśród pamięci pewną anomalią, ponieważ w ich przypadku obowiązują różne zasady. Zazwyczaj są to pamięci 16- lub 32-bitowe. W zależności od typu modułu pamięci i chipsetu mogą one być stosowane parami lub pojedynczo.

Magistrala adresowa

Magistrala adresowa jest zestawem ścieżek przenoszących informacje na temat adresowania informacji wykorzystywanych do opisu adresów komórek pamięci, do lub z których dane są wysyłane lub odczytywane. Podobnie jak w przypadku magistrali danych każda ścieżka szyny adresowej przenosi pojedynczy bit informacji. Takiemu bitowi odpowiada pojedyncza cyfra adresu. Im większa ilość ścieżek (cyfr) zostanie zastosowana do określania adresów, tym większa ilość komórek adresów zostanie uzyskana. Rozmiar (lub szerokość) magistrali adresowej określa maksymalną pojemność pamięci RAM, z którą może współpracować procesor.

Komputery posługują się dwójkowym systemem liczbowym (o podstawie liczby 2), dlatego też liczby dwucyfrowe pozwalają na określenie tylko 4 unikalnych adresów (00, 01, 10, 11) wyliczonych z zależności 22. Liczba trzycyfrowa daje tylko 8 możliwości określenia adresu (000 - 111), co wynika z zależności 23. Przykładowo, procesory 8086 i 8088 posiadają 20-bitową magistralę adresową, która umożliwia wyznaczenie ilości adresów odpowiadającej zależności 220.

Magistrala danych i adresowa są wzajemnie niezależne, natomiast projektanci procesorów mają swobodę przy ustalaniu ich szerokości. Jednak zazwyczaj procesory wyposażone w szynę danych o większej szerokości mają również taką magistralę adresową. Szerokości obu magistral mogą być źródłem ważnych informacji dotyczących relatywnej wydajności procesora, która może być określona na dwa sposoby. Szerokość magistrali danych jest wskaźnikiem możliwości procesora związanych z przesyłaniem danych, natomiast szerokość magistrali adresowej informuje, z pamięcią o jakiej pojemności procesor może współpracować.

Rejestry wewnętrzne (wewnętrzna magistrala danych)

Szerokość rejestrów wewnętrznych informuje, jaka ilość danych może być jednocześnie przetworzona przez procesor oraz w jaki sposób dane są w nim wewnętrznie przekazywane. Czasem w stosunku do rejestrów wewnętrznych używa się terminu wewnętrzna magistrala danych (ang. Internal data bus). Rejestr jest komórką umieszczoną wewnątrz procesora służącą do przechowywania danych. Przykładowo, po dodaniu liczb znajdujących się w dwóch różnych rejestrach procesor może zapisać wynik operacji w trzecim. Rozmiar rejestru określa ilość danych, które mogą być przetworzone przez procesor. Na podstawie rozmiaru rejestru można również określić typ programów lub instrukcji wykonywanych przez procesor. Oznacza to, że procesor wyposażony w 32-bitowe wewnętrzne rejestry może wykonać 32-bitowe instrukcje przetwarzające 32-bitowe porcje danych, ale procesory z 16-bitowymi rejestrami już nie. Najbardziej zaawansowane modele procesorów obecnie dostępnych, począwszy od 386, a skończywszy na Pentium 4 wykorzystują 32-bitowe rejestry wewnętrzne, a zatem można na nich uruchamiać te same 32-bitowe systemy operacyjne i aplikacje. Procesor Itanium posiada 64-bitowe rejestry wewnętrzne, które w celu ich pełnego wykorzystania wymagają stworzenia nowych wersji systemów operacyjnych i aplikacji.

Niektóre procesory są wyposażone w wewnętrzną magistralę danych (złożoną z linii danych i jednostek przechowujących dane nazywanych rejestrami), która jest szersza od jej zewnętrznego odpowiednika. Przykładem są procesory 8088 i 386SX, w których szerokość wewnętrznej magistrali danych jest dwukrotnie większa od szerokości magistrali zewnętrznej. Tego typu rozwiązania czasami zwane też hybrydowymi zwykle składają się na tańszą wersję procesora standardowego. Na przykład procesor 386SX do wewnętrznego przesyłania danych wykorzystuje pełną szerokość 32-bitowego rejestru, natomiast w przypadku komunikacji ze światem zewnętrznym jest ograniczony do stosowania 16-bitowej szyny danych. Takie rozwiązanie pozwala inżynierom systemowym tworzyć niedrogie płyty główne wykorzystujące 16-bitową magistralę oraz w dalszym ciągu wprowadzać zestaw aplikacji i instrukcji w pełni kompatybilnych z 32-bitowym procesorem 386.

Często się zdarza, że szerokość wewnętrznych rejestrów jest większa niż magistrali danych, co oznacza, że zanim rejestr będzie w pełni sprawny, procesor do jego wypełnienia potrzebuje dwóch cykli. Przykładowo, zarówno procesor 386SX, jak i 386DX są wyposażone w 32-bitowe rejestry wewnętrzne, ale do ich wypełnienia procesor 386SX potrzebuje, mówiąc w przenośni, dwóch "oddechów", natomiast 386DX realizuje to zadanie już tylko po jednym. Taka sama sytuacja wystąpi również w przypadku przesyłania danych z rejestrów do magistrali systemowej.

Procesor Pentium jest przykładem tego typu rozwiązania. Wszystkie procesory z serii Pentium posiadają 64-bitową magistralę danych i 32-bitowe rejestry czyli mają budowę, która na pierwszy rzut oka może się wydać dziwna, ale tylko do momentu uświadomienia sobie, że procesor Pentium jest wyposażony w dwa 32-bitowe wewnętrzne potoki służące do przetwarzania informacji. Procesor Pentium (i to na wiele sposobów) jest jak dwa 32-bitowe układy zawarte w jednym. 64-bitowa magistrala danych jest stosowana do bardzo wydajnego wypełniania wielu rejestrów. Wiele potoków określa się terminem architektury superskalarnej (ang. superscalar) po raz pierwszy zastosowanej w procesorze Pentium.

Bardziej zaawansowane procesory szóstej generacji, takie jak Pentium III i Pentium 4, dysponują sześcioma potokami wykonującymi instrukcje. Chociaż niektóre z wewnętrznych potoków są przeznaczone do realizowania specjalnych funkcji, to jednak wyposażone w nie procesory są w stanie wykonać do trzech instrukcji w ciągu jednego cyklu zegara.

Skomentuj

Popularne Artykuły

Pomagaj z nami

Warto zobaczyć

Reklama

Nowości

Bestsellery książkowe

  • Autor:
  • Cena:
  • Status:

Książka chwilowo niedostępna.

Szukaj

Newsletter

Kupuj najtaniej

Społeczność