Procesorius

Praktiškai visą PK elektroninę dalį sudaro mikroschemos, todėl jo PP (pagrindinis procesorius) šnekamojoje kalboje yra vadinamas tiesiog mikroprocesoriumi. Šiuolaikiniame PK yra ne vienas mikroprocesorius, todėl, kad jų nepainiotume, pagrindinį mikroprocesorių ir toliau vadinsime PP.

PP sandara ir veikimas. PP yra viena sudėtingiausių PK mikroschemų. Jis vykdo programą ir atlieka visas programoje nurodytas matematines bei logines operacijas. Visuose PP yra trys pagrindiniai įtaisai.

• Aritmetinis loginis įtaisas. Jo angliška santrumpa ALU. Jis atlieka aritmetines ir logines operacijas.
• Registrai – kelių baitų talpos atmintys. Juose saugomi į PP įvesti duomenys, skaičiavimo rezultatai. Yra registrai tam tikroms operacijoms atlikti.
• Valdymo įtaisas, kuris suderina visų PP įtaisų darbą. Jis valdo programos instrukcijos, paimtos iš PK atminties vykdymą.

Kokias operacijas gali atlikti ALU, kiek, kokių ir kokios talpos registrų yra PP, taip pat valdymo įtaiso sudėtinumas priklauso nuo konkretaus PP konstrukcijos.

Visi PP 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 PP į jo išorę. Valdymo signalai iš valdymo įtaiso siunčiami į visus PP įtaisus, į PP išorę bei priimami iš išorės. PP yra ir daugiau įtaisų: 1.interfeisas sujungia PP su RAM, 2. instrukcijos registras saugo iš RAM paimtą programos instrukciją, 3. dekoderis instrukciją paverčia valdymo blokui suprantamais signalais, 4. valdymo įtaisas valdo instrukcijos vykdymą, 5. ALU, vykdydamas valdymo įtaiso komandas, atlieka veiksmus, 6. registrai saugo ALU darbo tarpinius rezultatus.

Nors PK plėtrai ir labai svarbi buvo 80386 procesorių šeima, tas PK, kurį naudojame šiandien, iš esmės prasidėjo nuo 80486 modelio 1989 – aisiais. “Windows 3.x” pakankamai neblogai veikė 80386 DX kompiuteriuose, kiek lėčiau, bet pakenčiamai 80386 SX, tačiau 486 šeimos procesoriai davė daug naujesnių technologijų ir gerokai didesnę darbo spartą.

486 procesoriuje pirmą kartą buvo panaudota pirmojo lygmens spartinančioji atmintis (8 Kb), įgalinusi mažesnį kreipimąsi į DA skaičių ir gerokai spartesnį darbą, nes spartinančioji atmintis buvo įdiegta tiesiog procesoriuje. 486 taip pat buvo pirmasis procesorius turėjęs veržlaus perdavimo (burst) režimą, kuris gerokai padidino bendravimo tarp DA ir procesoriaus spartą. 486 modelis buvo pirmasis x86 šeimos procesorius su instrukcijų konvejeriu ir todėl sparčiau apdorojo instrukcijas. Procesorius turėjo apie 1.25 mln. tranzistorių – beveik 5 kartus daugiau negu 80386. Papildomi tranzistoriai buvo naudoti naujoms galimybėms diegti, slankaus kablelio operacijų posistemei ir pirmojo lygmens spartinančiajai atminčiai. 486DX buvo gaminamas 25, 33 ir 50 MHz versijų. Kaip ir 80386, 80486 turėjo DX ir SX versijas. Pigesnė SX versija buvo gaminama 16, 20, 25 ir 33 MHz, tačiau, išskyrus mažesnę spartą ir dar vieną svarbią ypatybę, ji praktiškai buvo tokia pat, kaip ir 486 DX. Ta svarbi ypatybė buvo matematinio koprocesoriaus nebuvimas. 1992 rudenį buvo išleista padvigubintų ciklų DX procesorių versija, pavadinta 80486DX2. Vėliau 1994 išleido 80486DX4, kuris veikė triguba DX ciklų sparta. Ir šiose sistemose bendravimas su kitais komponentais vyko magistralės dažniu ( 25 arba 33MHz ), tačiau vidinės procesoriaus operacijos galėjo vykti jau 75 arba 100 MHz. Šie procesoriai naudojo 3.3V įtampą, nes reikėjo sumažinti išskiriamos šilumos kiekį( 5V DX2 procesoriai privalėjo turėti įrangą šilumai išsklaidyti). DX4 procesoriams dėl šios priežasties reikėjo specialių pagrindinių plokščių.

Pentium yra sukurtas panaudojant naujus techninius sprendimus, kurie jį padarė dvigubai greitesnį už tuo pačiu dažniu veikiantį 486. Pentium turi 64, o ne 32 bitų duomenų magistralę; dvi spartinančiąsias atmintis – vieną duomenims, kitą instrukcijoms; įtaisą dviems instrukcijoms tuo pačiu metu apdoroti; daug greitesnį matematinį procesorių ir prognozavimo įtaisą. Platesnė vidinė duomenų magistralė paspartina duomenų perdavimą. PP turintis atskiras spartinančiąsias atmintis instrukcijoms ir duomenims, veikia greičiau, nes jis gali tuo pačiu metu imti ir duomenis, ir naujas instrukcijas. Tai ypač svarbu, nes visų Pentium vidinis dažnis yra didesnis už išorinį dažnį (pvz., 200 MHz Pentium išorinis dažnis 66 MHz).

Pentium instrukcijas apdoroja konvejeriniu būdu, panašiai, kaip 486, tik dvi iš karto, todėl per vieną ciklą jis gali apdoroti ne vieną, o dvi instrukcijas.

Prognozavimo įtaisas analizuoja instrukcijų seką ir dažniausiai teisingai nusprendžia, kurias instrukcijas apdoroti. Todėl PP greičiau veikia, ypač kai vykdomos pasikartojančios operacijos, nes nereikia laukti, kol iš RAM ateis informacija, kokią operaciją vykdyti.

1997 – aisiais “Intel” rinkai pateikė Pentium su MMX ( multimedia extention ), 57 papildomų instrukcijų rinkinio, skirto pagerinti daugiaterpes procesoriaus galimybes. Naujos instrukcijos remiasi lygiagretaus vykdymo principu ir naudoja technologiją, vadinamą “ viena instrukcija, keli duomenys (VIKD) ”. VIKD leidžia vienai instrukcijai tuo pat metu naudoti kelis duomenų rinkinius, vadinasi greičiau atlikti užduotis. Tai ne vienintelis Pentium MMX privalumas. Konvejeriai prailgėjo nuo 5 iki 6 etapų, abi pirmojo lygmens spartinančios atmintys buvo padidintos nuo 8 iki 16 Kb, taip pat pagerintas ir šakų spėjimas.

Dar prieš metus kai pasirodė Pentium su MMX technologija, buvo pristatytas Pentium Pro procesorius. Pentium Pro konvejerio etapų skaičius buvo padidintas nuo 5 iki 14, pačių konvejerių buvo trys, o ne du, vadinasi, ir darbo sparta gerokai padidėjo. Dar daugiau, net keturi Pentium Pro procesoriai galėjo būti montuojami viename kompiuteryje ir dirbti kartu. Ankstesnės Pentium sistemos tegalėjo turėti du procesorius. Pentium Pro turėjo 5.5 mln. tranzistorių.

Pentium II procesoriuje padvigubinta pirmojo lygmens spartinančioji atmintis iki 32 Kb ir vietoj Pentium Pro antro lygmens spartinančiosios atminties panaudojo didesnę 512 KB spartinančią atmintį, kurios magistralė veikia 0.5 Pentium II procesoriaus ciklų dažnio.

Pentium III yra patobulintas Pentium II variantas, tačiau MES tikslių duomenų neskelbsime korporacijos saugumo sumetimais. Galime pasakyti tik tiek, kad vidinis dažnis yra didesnis.