Generelt om CPU

[Equerm]

Dette er ei skuleoppgåve som eg og Citric på forumet her hadde for ei stund sidan, tenkte nokon kanskje kunne ha bruk for det

 

Er litt utdatert nå med tanke på dobbelkjærner og slikt men det får våge seg

 

Prosessoren

Prosessoren er den delen av maskinvara som tek seg av alle rekneoperasjonar. Mange omtalar prosessoren som maskinens hjerne og tenker at har vi ein kraftig prosessor så er maskina bra, men faktum er at dei andre komponentane også må vere gode for at maskina i sin heilskap skal bli god. Har vi for eksempel eit dårlig hovudkort med eit dårlig brikkesett og svak RAM så vil ikkje maskina fungere godt.

 

32 og 64 bits prosessorar

I dag kan ein få 32 eller 64 bits prosessorar, før kunne ein få 16 bits prosessorar, 8 bits prosessorar har også vore på marknaden. Spelekonsollen Sega SG-1000 frå 1983 brukte ein 8 bits prosessor og den oppgraderte versjonen Sega Mega Drive som kom ut i 1989 brukte ein 16 bits prosessor men dette er ein del år sidan og ikkje normalt no.

Men kva vil det eigentleg sei at ein prosessor han 32 eller 64 bit?

I hovudsak kan vi seie at kontrolleininga i ein 64 bits prosessor kan ta imot fleire binære tall enn ein 32 bits prosessor, når ein prosessor er basert på 64 bits kan den ta imot 64 binære tall.

Mange trur at når ein får ein 64 bits prosessor vil ytinga blir det dobbelte av ein 32 bits prosessor altså 2x32. Dette er totalt feil!

 

Om man skal legge saman 561 og 10687 vil ein 32 bits prosessor gjøre dette på følgjande måte:

 

00000000000000000000001000110001 (=561)

+ 00000000000000010100110111111 (=10687)

= 00000000000000010101111110000 (=11248)

 

Dersom ein 64 bits prosessor skal utføre den same prosessen vil den gjøre det på følgjande måte:

000000000000000000000000000000000000000000000000000001 000110001 (=561)

+ 0000000000000000000000000000000000000000000000010100110111111 (=10687)

=

000000000000000000000000000000000000000000000010101111110000 (=11248)

 

 

Dette vil prinsipielt seie at ein 32 bits prosessor reknar på same måte som ein 64 bits prosessor berre med mindre 0-ar.

 

Når ein prosessor skal addere kan vi seie at den gjer det på følgjande måte:

1. Hent inn tall frå RAM/Cache og legg i register A.
   (eit register er små lagringsområder i sjølve prosessorkjerna der prosessoren mellomlagrar tall for bruk i rekneoperasjonar) Er dette ein 32 bits prosessor vil det bli lagra i 32 binære tall og om det er ein 64 bits prosessor i 64 binære tall.
   
2. Hent tall B frå register A og legg det i register B
   
3. Adder register A og B og legg svaret i register C
   
4. Så kan resultatet brukast vidare i andre rekneoperasjonar eller skrivast tilbake til RAM/cache
   

Så lenge man reknar med tall som er under 18,4 peta (18,4 milliardar milliardar) får du ikkje utnytta prosessoren fullt. Men det er dog også nokon som vil ha bruk for slike ekstreme tall, med det meinar eg folk som forskar på ting som er på størrelse med atomar. Dei kan då trenge dette fordi når ein reknar med atomar så kan ein komme opp i slike mengder.

I tillegg til og kunne behandle fleire binære tal samtidig så vil 64bits prosessorar også kunne adressere meir minne, 32bits prosessorar kunne ikkje adressere, dvs utnytte meir enn 4GB men minne. Med ein 64bits prosessor vil ein kunne behandle 8GB med minne! Dette var den største grunnen til at Intel ikkje prioriterte 64bits prosessorar for desktop miljøet, det var ikkje mange der som hadde bruk for 8GB ram! Når Intel innførte 64bit på sine desktop prosessorar valte dei også å namngi teknologien EMT64: Extended Memory 64-bit Technology. Men Ola Nordmann som skal skrive eit brev i Word vil strengt tatt ikkje ha behov for dette. Men eg meinar ikkje at han ikkje skal kjøpe det likevel. Men for å kunne utnytte ein 64 bits prosessor må ein da også ha eit operativsystem som støttar dette. Ein kan bruke Linux eller Windows XP 64 bit /2003 server, desse støttar 64 bits prosessorar.

 

Prosessorane CISC og RISC

Prosessorane som blei produserte før vart klassifisert som CISC eller RISC. CISC står for Complex Constructionset Computer mens RISC står for Reducent Instructionset Computer.

Skilnaden mellom desse typane er prosessorens instruksjonssett. Bruker man ein CISC prosessor blir det gjort fleire ting per instruksjon fordi prosessoren er kraftigare og kan takle meir ”innhald” i ein instruksjon enn ein RISC prosessor. Ein RISC prosessor vil kjøre fleire mindre instruksjonar med lite ”innhald” i ein instruksjon. Altså tar ein CISC prosessor meir arbeid per instruksjon enn ein RISC prosessor, men med ein CISC prosessor tar det lengre tid å kjøre ein instruksjon enn med ein RISC prosessor.

Dagens PC-ar blir omtalt som CISC prosessorer men er eigentlig ein RISC prosessor som emulerer CISC ved å oversette instruksjonane. Grunnen til dette er bakoverkompabilitet slik at man skal sleppe å skrive all programvare på nytt for å få den optimalisert for prosessoren, dersom alle prosessorar var RISC baserte ville mye programvare som var ment for CISC prosessorar fungert dårlig. For å få et betre innblikk i dette bør man ha ein del kunnskap om assembly programmeringsspråket.

 

Floating Point Unit (FPU)

Ein Floating Point Unit (FPU) eller matteprosessor på norsk er ein eigen ”subprosessor” i prosessoren som skal ta seg av rekneoperasjonar av sokalla flyttal (eit flyttal er eit desimaltal som er lagra på ei datamaskin). Desse flyttala kjem ofte frå animasjonar og 3-D grafikk.

 

Pipeline

Prosessorar i dag har ein rekke ulike einheiter som behandlar instruksjonane der sjølve utføringa(execution) berre er ein liten del av den prosessen instruksjonane går igjennom

Den vegen instruksjonane følgjer frå dei hentast i minnet til dei skrivast tilbake til minnet kallast for ei ”pipeline”. Sidan prosessoren har fleire ulike ”execution units” har den fleire ulike pipelines.

 

Nå skal eg ta for meg korleis ein standard firetrinns pipeline fungerer.

1. Instruksjonar hentast frå minnet (Fetch)
   
2. Instruksjonane dekodast til maskinspråk (Decode)
   
3. Instruksjonane utførast i ein av prosessorens Execution Units.
   
4. Resultatet skrivast tilbake til minnet
   

Ein pipeline er altså fleire trinn som instruksjonane går igjennom. Dette er ein firetrinns pipeline men det finnest også meir avanserte pipeliner som tar for seg flteire ”trinn” vi seier at pipelina er djupare. For ein firetrinns pipeline seier vi at ein instruksjon tek ca 1 nanosekund (1 milliarddels sekund).

 

Prosessoroppgraderingane MMX, 3D Now! og SSE

 

MMX

I 1997 kom ein Intel Pentuim prosessor med støtte for MMX eller MultiMedia eXtentions. MMX er 57 nye instruksjonar som er meint for å gi betre yting på områder som lyd, bilde, video m.m. Før måtte man utføre fleire instruksjonar for å få det man nå kunne gjøre med ein instruksjon. Nå har alle nye prosessorar støtte for MMX instruksjonane.

3D Now!

Når AMD sin K6-2 prosessor kom på marknaden hadde man tatt i bruk noe man kalla for 3D Now! Seinare har også andre prosessorprodusentar tatt i bruk teknologien for eksempel IDT i sine WinChip 2-prosessorer.

Det som ligger i 3D Now! er i utgangspunktet 21 nye instruksjonar som var retta mot behandling av 3D grafikk, MPEG2-dekoding i forbindelse med DVD-avspilling. Mange trudde av 3D Now! var som er oppgradering av MMX men faktum er at MMX ikkje er spesielt retta mot 3D grafikk. MMX er berekna på ein del heiltalsoperasjonar ved for eksempel videoavspilling og gir ingen fordeler ved 3D grafikk som er flyttalsoperasjonar. 3D Now! har derfor høgna ytinga med spill vesentlig. Men for at 3D Now! skal utnyttast må det vere støtte for det i programvaren, dette kan gjerast ved at programmet er skrevet for å direkte utnytte 3D Now!-instruksjonane, de kan aksesseres gjennom DirectX og det kan gjørast ved hjelp av støtte for 3D Now! i OpenGL drivaren.

 

AMD Athlon har fått ein meir omfattande 3D Now! teknologi som vi kallar Enhanced 3D Now! Enhanced 3D Now! har 24 nye instruksjonar i tillegg til dei 21 som var i 3D Now! 19 av de nye instruksjonane er tilpassa for å kunne få til betre 3D yting og dei siste 5 er retta mot blant anna mp3 avspilling, AC-3 og programvarebasert modem.

 

SSE

SSE vart først omtalt som MMX v.2 men MMX teknologien er retta mot heiltalsoperasjonar og ikkje flyttalsoperasjonar ved for eksempel 3D behandling.

 

SSE står for Streaming SIMD Exstension og vart introdusert med Pentium III-prosessoren. SSE har 70 nye instruksjonar som er retta mot 3D grafikk og multimediabehandling, føreutsett at støtte for dette er implementert. Støtta kan skje med direkte støtte i programvaren/spillet eller via DirectX og forskjellige drivarar.

 

Korleis Lagast Prosessorar?

Prosessorar lages av et metall som vi kallar for silisium. Silisium er jordskorpens nest mest vanlige stoff og har ein smeltetemperatur 1412 grader. Man framstillar silisium ved å smelte store mengder stein (kvarts) for å trekke silisiumet ut av dette.

For produksjon av prosessorar trenger vi 100% (99,999....%) rent silisium. Denne silisiumet blir forma og oppbevart i form av stenger som er 1-2 meter lange og har ein diameter på 70 – 300 mm. Disse stengene kan være opp mot $15 000.

I prosessorfabrikken lager de ein plate (wafer) som består av prosessorkjernar som seinare skal bli delt opp og satt på prosessorar. Når alt dette er gjort skal utstyret testast og så kommer det ut på marknaden.

Når man skal arbeide med slike ting som dette må det forgå på helt sterile områder, sokalla ”cleanrooms”.

 

Prosessoren er i hovudsak mange transistorar(en transistor er ein liten elektronisk krets som kan enten forsterke eller dempe elektroniske signaler). På 1 kvadratcentimeter er det kanskje 10 millionar transistorar eller fleire.

 

Dagens aktuelle prosessorar

Skal du oppgradere eller kjøpe ny datamaskin? Eit av dei argumenta som veg tyngs er vel kva cpu (eller prosessor på norsk) maskina har. Kva prosessor du velgjer kjem vel heilt an på kva bruksområdet maskina skal passe inn i. Driv du med videredigering, speling, programmering, 3d modellering eller enkelt og greitt internett surfing og sending av e-post? Med andre ord, før du kjøper prosessor må du finne ut kva han skal brukast til. Du deler vel kanskje prosessorar inn i grupper, sortert etter kor mange MHz eller GHz han har? Dette er i så fall ein dårlig, eller til ein viss grad feil måte og skalere prosessorens yting på. Det eg no skal ta for meg er forskjellane på arkitekturen på dei mest brukte prosessorane frå forskjellige produsentar i dag, kva fordelar og ulemper kvar enkelt prosessor medfører. Dette vil forhåpentlig vis vise kva som er forskjellen mellom dei forskjellige produsentane. Til denne oppgåva har eg vald ut, og samanlikna 3 av dei mest kjente og brukte prosessorane til heimebruk, merk heimebruk, prosessorar for serverar osv er ikkje tatt i betraktning. Dei tre som e vald ut er: Pentium 4 frå Intel, AMD 64 frå AMD, og G5 prosessoren frå MAC.

 

Intel

Intel er utan tvil den produsenten med størst marknadsandel, med sine 81,7% (11. mai 2005) Intel produserer også andre ting enn berre prosessorar for pc, dei lager også skjermkort! Du trudde kanskje ATI eller Nvidia var dei som hadde størst marknadsandel på det feltet? Då tok du feil, der leder Intel med sine 43% (1. august 2005)

Vi er inne i ein periode med spesielt store forandringar i prosessor utvikling, grunnar til dette er 64bit og dobbeltkjerne. For 3år sidan var Intel leder innan ”GHz” kappløpet, på den tida var fokuset størst på å auke mengda MHz framfor i staden for å forbetre utnyttinga av kvar enkelt MHz, dette førte til høge klokkefrekvensar, mykje straumforbruk og ei stor varmeutvikling. Etter at AMD lanserte sin 64bits prosessor i september 2003, fekk Intel problem med å følgje etter i utviklinga. Intel gjore nokre forsøk på å forbetre prosessorane sine, dei lanserte ”Prescott”, som er arvetakar etter den game slitaren ”NorthWood”. Dei største forandringane var mengda ”cashe” (hurtigminne til prosessoren, her lagrast den informasjonen som prosessoren brukar ofte, dette minnet er mykje raskare enn RAM, men det er for lite til og lagre store mengder data) og innføring av 90nanometers produksjonsteknologi. Dette førte til store problem med varmeutviklinga, og ytinga var ikkje som håpt på. Dette og det at prisen var relativt høg kontra AMD 64 prosessoren gjore at AMD auka sin marknadsanndel og kunne setje seg sjølve på ytingstrona. Intel fekk også implementert støtte for 64bits kode rundt juletider 2004, dette vart ingen stor suksess, for i mellomtida hadde AMD utvikla prosessorar med endå høgare klokkefrekvens. Intel slit i dag med lite effektiv arkitektur, dette håper dei og forbetre etter årsskifte, med prosessorar som ”Presler” Denne nye generasjonen er det store forhåpningar til, skal Intel få bukt med problema og igjen ta opp konkurransen med AMD og igjen lede ann i utviklinga?

Prosessorar frå Intel har fordelar i applikasjonar som.

• Videoredigering, dette er mykje takka være ein teknologi kalla ”Hyper Threading” eller forkorta HT. Dette er ein teknologi som får datamaskina til og tru at der er meir enn ein logisk prosessor i maskina, dette gjer at det kan handtere fleire strengar samtidig.
  
• Stort sett alt IO intensivt arbeid, som talknusing.
  

AMD

AMD er Intels hovudkonkurrent, slik som Intel lager også AMD andre ting enn prosessorar, dei lager også flash minne, til for eksempel mp3 spelarar og USB minnebrikker. Før år 2003 sleit AMD i kampen mot Intel, AMD klarde ikkje å halde følgje med Intel, forskjellen blei spesielt merkbar ut i år 2002, då Intel gikk frå 533MHz til 800MHz FSB (Front Side Bus) på sine prosessorar. Dette auka bandbredda først og fremst bandbreidda på Intels prosessorar. AMDs redning var lanseringa av sin 64 bit prosessor, denne vart snart ein stor suksess, særleg sidan AMD prosessorar alltid har vore billige i forhold til Intels. (Er kanskje i ferd med å snu seg, sidan dobbelkjerne prosessorane til AMD er mykje dyrare enn dei tilsvarande frå Intel, dette kjem av forskjellige produksjonsteknologiar) Sidan den gong har AMDs marknadsandel stege betrakteleg, AMD har alltid sett lyst på framtida, dei har også satt seg ambisjonar om å nå 50% av prosessormarknaden i 2015.

AMD er tydelegvis ”i vinden”, her er applikasjonar der AMD prosessorar har fordelar.

• 3D rendering, takket være AMDs gode FPU og korte pipelines.
  
• Spilling
  
• Kontorbruk, AMD prosessorar er som regel litt billegare enn Intel, og treng ikkje same straumstyrke, pluss at du slepp den same varmeutviklinga.
  

MAC

MAC har ikkje vore so mykje i søkelyset som AMD og Intel, grunna til dette er at Ola Nordmann ikkje bruker Windows men eit UNIX system som vi kallar for OS-X. Dette har ikkje så stor støtte for spel og programvare som Windows. I dei siste åra, etter at mp3 spelaren iPod kom på marknaden, vart også søkelyset retta mot Apples andre produkt, blant anna MAC, dette er først og fremst pga det gode designe Apple har valt og bruke på sine produkt. Typisk for desse er den kvite og avrunda forma, Apple har også lagt stor vekt på brukarvennlegheit, dette har dei fått stor merksemd for. I passer MACs prosessordesign godt til lyd/videoredigering og grafisk design, tru det eller ei, Windows XP logoen var laga på ein MAC. Dagens mest aktuelle MAC for skrivebordsbruk er vel kanskje MAC PowerPC 970FX. Dette er ein RISC prosessor, med støtte for 64 bit og har eit 5 trinns pipeline design.

Er du motebevis og vil følgje med i tidene, er Apples MAC eit strålande val, men du må rekne med å betale ein litt stiv pris.

Endret 20. november 2006 av Equerm

[KjellSpell]

Good work man;)

 

Bra jobba ja. Va noen ting eg lurte på ja. Så nå har eg svaret:P

[Hagr]

oj. her har vi kanskje en kandidat til å bli sticky ? Good Work