Personalinio kompiuterio procesoriai

Turinys
Įžanga – 2 –
Kompiuterio technine įranga – 3 –
Duomenų apdorojimo įrenginiai – 4 –
Centrinis procesorius – 5 –
Mikroprocesoriai – 7 –
Šiuolaikinių procesorių apžvalga – 8 –
Procesorių maitinimas ir aušinimas – 10 –
Išvados – 12 –

Paveikslėlis 1. Asmeninio kompiuterio schema – 4 –
Paveikslėlis 2. Magistralės – 5 –
Paveikslėlis 3. Mikroprocesorius – 9 –

Lentelė 1. Mikroprocesoriai – 7 –
Lentelė 2. Procesorių darbinių tūrių diapazonas – 11 –

Įžanga
XXI – asis amžius – informacines visuomenės suklestėjimo amžius. Vienas reikšmingiausių XX – ojo amžiaus antrosios pusės pasiekimų – kompiuteris. Kaip gyvojoje gamtoje aukščiausias kūrinys yra žmogus, taip technikoje – kompiuteris. Kompiuteris – tai daugelio metų įvairiausių sričių teorinių taikomųjų mokslų atradimų rezultatas. Pirmieji kompiuteriai buvo tik skaičiavimo priminė, o dabartiniai – ir priemonė, su uvienijusi žmones bendrauti per kompiuterių tinklus. Kompiuteriai ir duomenų perdavimo tinklai sukūrė šiuolaikinės informacinės visuomenės, kurioje dirba tiek kompiuterių specialistų profesionalai, tiek jų vartotojai, prielaidas.
Turbūt nedaugelis atsimena mechaninę spausdinimo mašinėlę ir tuos vargus, kai padarius nors mažiausią klaidą reikėdavo perspausdinti visą puslapį ar ieškoti galimybių koreguoti. Jeigu dabar reikėtų rinktis, ką naudoti – spausdinimo mašinėlę ar kompiuterį, pirmenybę kiekvienas atiduotume naujoms kompiuterinėms technologijoms. Informacinės technologijos sparčiai tobulėja ir keičia daugelio veiklos sričių darbo specifiką.
Šiandien darbo kompiuteriu įgūdžiai žmonėms tampa vi is svarbesni visose gyvenimo srityse.
Pabandysime aptarti turbūt svarbiausią kompiuterio sudedamąją dalį – procesorių.

Kompiuterio techninė įranga

Paveikslėlis 1. Asmeninio kompiuterio schema
Kompiuterio techninė įranga vadinami visi fiziniai kompiuterio komponentai – sisteminis blokas, klaviatūra, pelė, standusis (kietasis) diskas, diskelių įtaisas, kompaktinių diskų įtaisas (CD-ROM), monitorius ir

r kt.
Sisteminis blokas – kompiuterio dalis, kurioje yra informacijos apdorojimo ir saugojimo įranga, pvz., pagrindinė plokštė, mikroprocesoriai, operatyvioji (RAM) ir pastovioji (ROM) atmintys, lanksčiųjų diskelių įrenginys, kietojo disko įrenginys, ventiliatorius, garso plokštė, vaizdo plokštė.
AK techninė įranga skiriama į 4 grupes:
Įvesties įrenginiai – įveda duomenis, pakeičia į duomenų apdorojimo įrenginiams suprantamą formą, perduoda duomenis saugoti į atmintį.
Atminties įrenginiai – saugo programas ir duomenis laikinai (RAM) ir pastoviai (diskai, diskeliai).
Duomenų apdorojimo įrenginiai – CP, atmintis – vykdo programinės įrangos nurodymus darbui su duomenimis; tikslas – gauti duomenų apdorojimo rezultatą – informaciją.
Išvesties įrenginiai – duomenų apdorojimo metu gautą informaciją pateikia vartotojui arba perduoda ryšio linijomis.
Duomenų apdorojimo įrenginiai
Įvesties, atminties, išvesties įrenginius galima matyti, paliesti, bet negalima tiesiogiai matyti duomenis apdorojančių įrenginių – mikroschemų, esančių kompiuterinės sistemos viduje, nuo kurių sudėtingumo ir priklauso kompiuterinės sistemos galia, greitis. Du uomenų apdorojimo įrenginiai (Processing hardware) yra šie:
Centrinis procesorius, CP (Central Processing Unit, CPU) arba mikroprocesorius, MP (MicroProcessing Unit, MPU)
Atmintis, kuri gali būti:
Laisvosios kreipties atmintis (Random Access Memory, RAM),
Pastovioji atmintis (Read only Memory, ROM),
Operatyvioji buferinė atmintis (cache memory, OM) ,
Virtualioji atmintis (virtual memory).
Magistralės (bus).

Paveikslėlis 2. Magistralės
Centrinis procesorius
Pagrindinė kompiuterio dalis (jo „smegenys“) yra centrinio procesoriaus. Būtent jis valdo ir koordinuoja visų kompiuterio dalių veiklą, vykdo programų komandas ir atlieka skaičiavimus bei logines operacijas. Bet ai labai bendras procesoriaus apibūdinimas, nes procesorių ir jų at

tliekamų funkcijų įvairovė labai didelė ir ką nors pasakyti, kad tiktų visiems procesoriams, yra sunku. Netgi kompiuteris gali turėti kelis įvairios paskirties procesorius. Tačiau kai kalbama apie kompiuterio procesorių paprastai turimas omeny jo centrinis procesorius, o kiti kompiuterio procesoriai vadinami koprocesoriais.
T. p. žr. mikroprocesorius.
CP vykdo programą ir atlieka visas programoje nurodytas matematines bei loginies operacijas. Jį sudaro:

Aritmetinis loginis įrenginys (ALU). Jis atlieka aritmetines ir logines operacijas.

Registrai – kelių baitų talpos atmintis. Juose saugomi į CP įvesti duomenys, skaičiavimo rezultatai. Yra registrai tam tikroms operacijoms atlikti. Pvz.: instrukcijos registras – saugo iš RAM paimtą programos instrukciją.

Valdymo įtaisas- suderina visų CP įtaisų darbą.
Visi CP įtaisai tarpusavyje yra sujungti vidinėmis duomenų ir adresų bei valdymo signalų magistralėmis. Duomenų magistrale abiem kryptimis cirkuliuoja duomenys ir adresai, o adresų magistrale – tik adresai iš CP į jo išorę. CP yra ir daugiau įtaisų pvz:80386:

Interfeisas – sujungia CP su RAM.

Dekoderis – instrukcijas paverčia valdymo blokui suprantamais signalais.

Segmentavimo ir puslapiavimo įtaisas – atėjusį kodą paverčia RAM adresu.
IBM tipo kompiuteriuose naudojami firmos Intel mikroprocesoriai taip pat juos atitinkantys kitų firmų ( AMD,Cyrix ir kt.) mikroprocesoriai.
Norint padidinti kompiuterio našumą papildomai yra montuojami specialūs koprocesoriai (pvz. matematinis koprocesorius padidina našumą atliekant matematinius skaičiavimus).
Taip pat darbą pagreitina procesoriaus luste esančios nedidelės talpos sparčiosios kreipties atmintinės (angl. cache). Kompiuteryje gali būti ir
r daugiau procesorių. Prie CPU jungiamos dvi magistralės, kuriomis cirkuliuoja kompiuterio informacija. Pagrindine sistemos magistrale perduodamos komandos ir duomenys, o kita magistrale perduodamos įtaisų valdymo komandos.
CPU našumas (sparta) priklauso nuo :
 Procesoriaus dažnio arba takto periodo – laiko tarpo, per kurį atliekami paprasčiausi veiksmai (jei dažnis 550MHz, takto trukmė 1/550 ms)
 Taktų skaičiaus – per kiek taktų įvykdoma kiekviena programos komanda
 Programos komandų skaičiaus (kaip efektyviai dirba progr. sistema, verčianti programos tekstą į komandų seką. Taktinis dažnis matuojamas megahercais (MHz) arba gigahercais (GHz).
Kiekvienos vėlesnės kompiuterių kartos galia didėjo – CPU matmenys vis mažėjo, greitis sparčiai augo, didėjo atminties apimtis, standžiųjų diskų talpa. Tokio kompiuterių matmenų mažėjimo rezultatas buvo mikrikompiuteriai, kurių „smegenys“, t.y. mikroprocesorius, MP telpa rankos nykščio dydžio silicio ar galio arsenido plokštelėje – didžiojoje arba labai didelės apimties integralinėje schemoje, sukurtoje ketvirtosios kartos kompiuteriams. Mikrikompiuteriai, kurie dabar vadinami asmeniniais kompiuteriais, gali būti padedami ant stalo, nešiojami rankinėje, kišenėje ar dėvimi ant kūmo laip rankiniai laikrodžiai arba žiedai. Pirmosios kartos kompiuterių CPU svėrė 3 tonas ir užėmė didžiulį plotą.
Mikroprocesoriai
Karta Tipas Data D/A magistr. plotis Vidinis kešas Dažnis (MHz) Mag. dažnis (MHZ)
I 8088 1979 8/20 Nėra 4,77 – 8 4,77 – 8
I 8086 1978 16/20 Nėra 4,77 – 8 4,77 – 8
II 80286 1982 16/24 Nėra 6 – 20 6 – 20
III 80386DX 1985 32/32 Nėra 16 – 33 16 – 33
III 80386SX 1988 16/32 Nėra 16 – 33 16 – 33
IV 80486DX 1989 32/32 8KB 25 – 50 25 – 50
IV 80486SX 1989 32/32 Nėra 25 – 50 25 – 50
IV 80486DX2 1992 32/32 8KB 50 – 80 25 – 40
IV 80486DX4 1994 32/32 8KB+8KB 75 – 120 25 – 40
V Pentium 1993 64/32 8KB+8KB 60 – 200 60 – 66
V Pentium MMX 1997 64/32 16KB+16KB 166 – 233 66
VI Pentium Pro 1995 64/32 8KB+8KB 150 – 200 66
VI Pentium II 1997 64/32 16KB+16KB 233 – 450 66 – 75

Lentelė 1. Mikroprocesoriai
1971 metais kompanija Intel realizavo savo inžinieriaus Merciano Tedo Hoffo idėją ir su

ukūrė pirmąjį mikroprocesorių Intel 4004. tai buvo labai silpnas palyginti su šiandieniniais standartais 4 bitų mikroprocesorius. Šių 4 bitų užteko užkoduoti tik 16 simbolių – visus skaitmenis nuo 0 iki 9 ir aritmetiniu veiksmų kodus. Tai buvo geras kalkuliatorius, dirbantis 108 KHz dažniu. Didėja kiekvienos naujos MP kartos registrų skaičius ir matmenys, duomenų ir adresų magistralės tampa platesnės, todėl didėja kompiuterių sistemų sparta ir galia bei apdorojamų duomenų kiekis. MP projektuoja kompanijos Intel, Zilog, AMD, Sun Microsystems, IBM, Cyrix, Motorolla, Digital Research ir kitos, bet kompanija Intel yra didžiausia MP gamybos technologijų pažangumą ir spartos rodiklius, taip pat dominuoja pagal savo prekių paklausą, nors AMD mikroprocesorius Athlon ir pirmasis peržengė 1 GHz taktinio dažnio ribą. Intel ir AMD yra svarbiausios mikroprocesorių gamintojos ir konkurentės. Šiuo metu asmeniniuose kompiuteriuose vyrauja Intel Pentium 4 su branduoliais Willamette (0,18 mikronų technologija), NorthWood (0,13 mikronų technologija) ir AMD Athlon/Athlon XP (0,18 mikronų technologija).

Šiuolaikinių procesorių apžvalga:

1998 IV ketvirtis
Pentium II (Intel): buvo gaminamas su Deschutes branduoliu iki 1999 II ketvirčio; darbiniai dažniai 350,400,450 MHz, L2 512Kb; sisteminė magistralė 100 MHz.
Pentium II Xeon (Intel): buvo gaminamas 400 ir450 MHz dažniu; L2 512,1024 arba 2048 Kb; sisteminė magistralė 100MHz.
Celeron (Intel) versijos: 300MHz be L2, 300 ir 333 MHz su 128 Kb L2 įstatyta į procesoriaus korpusą; sisteminė magistralė 66 MHz.
AMD K6-2: 400 MHz dažnio versija be L2. Perdirbtas K6 branduolys; sisteminė magistralė 100 MHz. Palaiko instrukcijų rinkinį 3DNow!
M3 (Cyrix): 350 MHz; sisteminė magistralė 100 MHz.
C6+ (IDT): 300 MHz dažnis; L2 256 Kb; sisteminė magistralė 100MHz.

1999 I ketvirtis
Celeron (Intel): 366 MHz dažnio versija; 128 Kb L2; sisteminė magistralė 66 MHz dažniu.
K6-3 (AMD): kodinis vardas Sharptooth, pradžioje atsirado 400 MHz dažnio versija ir 256 Kb L2 dirbančia procesoriaus dažniu; sisteminė magistralė 100 MHz; palaiko 3DNow!; naudojama jungtis Super Socket 7.
Katmai (Intel Pentium II): pradžioje atsirado 450 MHz versija su sistemine 100 MHz magistrale. Vėliau atsirado 500 ir 533 MHz versijos; palaiko naują instrukcijų rinkinį MMX2, labiau žinomą, kaip KNI (Katmai New Instruction).

1999 II ketvirtis

Tanner (Intel Pentium Xeon versijos tęsinys): pradžioje atsirado 500 MHz dažnio versijos; 512,1024 arba 2048Kb L2; sisteminė magistralė 100 MHz.

K7 (AMD): pirmas buvo 500 MHz; sisteminė magistralė 200 MHz, 512 Kb L2 dirbo 1/3 procesoriaus branduolio dažniu, 128 Kb L1 (64 Kb duomenims + 64 Kb komandoms). Palaiko 3DNow!. 2000 pradžioje K7 pasiekė 1000 MHz (1GHz) dažnį; L2 nuo 512 Kb (integruotas) ir iki 8 Mb (vidinis) dirbantis dažniais nuo 1/3 iki pilno branduolio dažnio. Skirtingai nuo prieš tai išvardintų procesorių, kurių, technologinis procesas buvo 0,25 mkm K7 jį sumažino iki 0,18 mkm.

1999 III ketvirtis
Celeron (Intel): 400 MHz versija; 128 Kb L2; sisteminė magistralė 66/100 MHz.
Cascades (Intel): pirmosios versijos turėjo 600 MHz; L2 256 Kb (integruota) dirbo procesoriaus dažniu; sisteminė magistralė 133 MHz; technologinis procesas 0,18 mkm.
Coppermine (Intel): pirmosios versijos 600 MHz; L2 512 Kb; sisteminė magistralė 133 MHz; techninis procesas 0,18 mkm. Bus gaminamos versijos nešiojamiems kompiuteriams.
Iki 2000 II ketvirčio atsirado tik prieš tai išvardintų procesorių galingesnės versijos.

2000 II pusmetis
M4 (Cyrix): pirma versija 500 MHz; technologinis procesas 0,25/0,18 mkm; L2 256 Kb.
K7 (AMD): gaminami 1000 MHz ir galingesni; buvo planuota kad L2 pasieks 8 Mb.
Merced (Intel): pirmas procesorius kuriame realizuota IA64 architektūra, turi trijų lygmenų spartinančiąją atmintį; technologinis procesorius 0,18 mkm. Pirmosios versijos 800 MHz; sisteminė magistralė 200 MHz; jungtis Slot M, palaiko MMX ir MMX II (KNI).

2001 metai
Willamette (Intel): pirmosios versijos bus 1000MHz ( 1 GHz); technologinis procesas sumažės iki 0,12 mkm, jungtis Slot1; sisteminė magistralė 133/200 MHz; L2 1024 Kb. IA32 architektūra.
Foster (Intel): pirmosios versijos bus 1000 MHz ( 1 GHz); technologinis procesorius 0,13 mkm; jungtis SlotM; sisteminė magistralė 133/200 MHz; L2 1024 Kb; IA32 architektūra.
McKinley (Intel): pirmos versijos 1000 MHz (1 GHz); technologinis procesas 0,13 mkm, jungtis SlotM; sisteminė magistralė 200 MHz; L2 virš 1024 Kb; IA64 architektūra.

Paveikslėlis 3. Mikroprocesorius

Procesorių maitinimas ir aušinimas
Jaunesnės kartos procesoriai (iki pirmų 486 modelių) naudojo 5V maitinimo įtampą (su kai kurių procesorių išimtimi portatyviniams kompiuteriams). Technologijų vystymasis privedė prie būtinybės ir galimybės sumažinti maitinimo įtampą iki 3,3V ir žemiau. Standartinis maitinimo blokas procesoriaus, užtikrina tik +5V maitinimą, todėl procesorių sisteminėje plokštėse su pamažinta maitinimo įtampa pradėjo naudoti papildomus įtampos reguliatorius VRM (Volt Regulation Module). Šie reguliatoriai turi įtampos stabilizatoriaus mikroschemą, fiksuoto arba valdomojo lygio. Galingų procesorių maitinimui, ji statosi ant radiatoriaus, kai kuriose sisteminėse plokštėse 486, kaip šilumos nuvedimui naudojama varinė aikštelė po mikroschema pačioje spausdintoje plokštėje. Valdomųjų reguliatorių įtampa užduodama džemperiais, kartais jie, kad atskirti, gaminami raudonos spalvos. Nustatyta įtampos maitinimo reikšmė turi atitikti procesoriaus nominalą. Per daug žema įtampa priveda prie nestabilaus darbo, per daug aukšta gali išvesti iš rikiuotės procesorių. Procesoriams su atskiru maitinimu (naujausi Pentium modeliai, įskaitant MMX ir kt.) plokštėje turi stovėti du ar net trys reguliatoriai.
Procesorių aušinimui naudojami radiatoriai ( Heat Sink – šilumos nuvedimas). Radiatorius efektyviai dirba tik, jei užtikrinamas jo sandarus prigludimas prie viršutinio procesoriaus korpuso paviršiaus (net plonas oro tarpelis turi žemą šilumos suvedimą). Gana efektyviai naudojama šilumos nuvedimo mastika (glaistas), kuri užtepama plonu sluoksniu ant procesoriaus korpuso, po to radiatorius „prisitrina“ prie procesoriaus. Gerus rezultatus duoda ir radiatoriaus priklijavimas prie procesoriaus (bet tik specialiais tam tikslui skirtais klijais, nes įprasti „lipdukai“ ne atsparūs šilumai ir turi didelį šiluminį pasipriešinimą) kada pasyvaus šilumos nuvedimo, užtikrinamo tik radiatoriumi, kuris paskaičiuotas tik oro cirkuliacijai kompiuterio korpuso viduje, nebeužtenka, naudoja aktyvius šilumos nuvedėjus (Cooler). Jie turi papildomus ventiliatorius (Fan), statomus ant procesorių radiatorių. Ventiliatoriai paprastai yra nuimami įrenginiai, kurie maitinasi nuo +12V šaltinio per specialią pereinamą jungtį. Kai kurie procesoriai turi ventiliatorius priklijuotus gamykloje. Procesoriai Pentium OverDrive (486 pakeitimas) statomi su įtaisytais ventiliatoriais, kurie maitinasi tiesiai nuo atskirų lizdo (soket) kontaktų. Ventiliatorių dydžiai (gabaritiniai ir įstatomieji) ir radiatorių dydžiai procesorių 486, Pentium ir Pentium Pro skiriasi (kuo vyresnis procesorius, tuo didesnis radiatorius ir ventiliatorius). Procesoriams Pentium su 200MHz dažniu ir daugiau, reikalingas aukštesnis radiatorius su galingesniu ventiliatoriumi, nei kitų modelių.
Ventiliatorius, kaip elektromechaninis įrenginys principe turi mažesnį patikimumą (tarnavimo laiką), negu procesorius. Su ventiliatoriais gali būti surišti skirtingų laipsnių sunkumai – nuo padidėjusio triukšmo dirbant iki sustojimo. Dažna ventiliatoriaus sustojimo priežastis yra vidinių sujungiamųjų laidų lietimas (diskų interfeisinių šleifų, išorinės panelės mygtukų ir indikatorių pajungimas). Todėl rekomenduojama po kompiuterio surinkimo pririšti laidus prie korpuso magistralės – laidų ir ventiliatoriaus išsaugojimui. Yra ventiliatorių su gedimo signalizacija: jie turi sukimosi daviklį ir paprastą elektronikos plokštę sumontuotą ventiliatoriuje, ši plokštė jungiasi tarp standartinės kolonėlės jungties ir pačios kolonėlės. Sustojus ventiliatoriui kolonėlė pradeda skleisti signalą, kai įjungiamas maitinimas.
Labai tobulos sistemos (naudojamos serveriams) gali turėti ir temperatūros daviklius, kurie nutraukia darbą ją viršijus. Procesoriai Pentium Pro ir Pentium II turi vidinį temperatūros daviklį, avarijos atveju sustabdantis procesorių. Pentium II ventiliatorius turi sukimosi daviklį, atliekantį porą impulsų per vieną apsisukimą. Daviklio signalas išvestas į ventiliatoriaus maitinimo jungtį.
Diapazonai leidžiamų darbinių temperatūrų skirtingiems paprasto veikimo procesoriams. Ši temperatūrą matuojama procesoriaus korpuso viršutinio paviršiaus centre (ne radiatorius, o procesorius) nusistovėjus darbiniam režimui. Procesoriai mobiliam naudojimui paprastai turi mažesnį naudojamą galingumą ir aukštesnę leidžiamą korpuso temperatūrą. Yra ir specialios paskirties procesorių su dideliu temperatūros diapazonu. Jie brangūs ir naudojami itin retai.
Procesorius Darbinių temperatūrų diapazonas, o C
Intel486SX, Intel486DX, Intel486DX2, Intel486DX4, 0.+85
Intel486DX2, Intel486DX4, OverDrive 0.+95
Pentium 60 0.+80
Pentium 60.166 0.+70

Lentelė 2. Procesorių darbinių tūrių diapazonas
Išvados: iki pirmų 486 modelių procesoriai naudojo 5V maitinimo įtampą. Technologijų vystymasis privedė prie būtinybės ir galimybės sumažinti maitinimo įtampą iki 3,3V ir žemiau. Ventiliatorius, kaip elektromechaninis įrenginys turi mažesnį patikimumą (tarnavimo laiką), negu procesorius. Su ventiliatoriais gali būti surišti skirtingų laipsnių sunkumai – nuo padidėjusio triukšmo dirbant iki sustojimo.
Procesorių aušinimui naudojami radiatoriai (Heat Sink – šilumos nuvedimas).

Naudota literatūra:
1. D. Janickienė, R. Valterytė. Informatika ( Microsoft Windows 2000, Microsoft Office 2000, Internetas ), VDU leidykla, Kaunas, 2002. – 337 p.
2. D. Janickienė. Informatika. VDU leidykla, Kaunas, 2002. –

Leave a Comment