google.com, pub-5333805121326903, DIRECT, f08c47fec0942fa0

2013. január 21., hétfő

A processzor és a memória


A processzor és a memória
A processzor:
A központi feldolgozóegység (CPU: Central Processing Unit) feladata a műveletek sorrendben történő végrehajtása és végrehajtatása. A számítógép e nélkül működésképtelen. Hazánkban a legelterjedtebbek az Intel és az AMD cégek által készített processzorok. Az IBM AT számítógépekbe az 1980-as évek közepén az Intel 80286-os jelzésű processzorait építették. Ezeket a gépeket a köznyelv röviden 286-os gépeknek nevezte. Ezt a processzorcsaládot fejlesztve készítették el a 80386-os, 80486-os processzorokat és a köréjük épített gépeket. A fejlesztés következő állomása a Pentium processzorok elkészítése. Ebben a sorban megtalálható a Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III és a napjainkban használatos Pentium 4.
Nagy konkurenciát jelent az olcsó processzorok piacán az AMD. Ennek a cégnek a mai processzorai a Duron, AthlonXP, Athlon64 fantázia neveket viselik.
Egy személyi számítógépben általában egy processzor található, de számításigényes grafikai, tervező alkalmazások futtatásához, nagy teljesítményű szerverekhez építhető olyan számítógép, ami két vagy több processzort tartalmaz.
A processzor tartalmaz:
  • Egy vezérlő egységnek nevezett részt (CU: Control Unit), amelynek feladata az utasítások beolvasása, értelmezése, s ennek alapján a számítógép összes részének irányítása.
  • Egy aritmetíkai és logikai egységnek nevezett részt (ALU: Arithmetich and Logical Unit), ami a matematikai és logikai műveletek végzéséért felelős.
  • Regisztereket. Ezek a processzor gyors elérésű memóriarekeszei. Feladatuk az adatok ideiglenes tárolása. A processzoron belül 32 féle regisztert lehet elkülöníteni.
A processzor fő jellemzői:
·         Műveletvégzési sebesség: Az egyes részegységek működésének szinkronizálását egy órajel segítségével végzik. Ezt egy órajel-generátor állítja elő, és minden másodpercben azonos számú jelet ad, ami az egységekben egy-egy elemi utasítás elvégzésére ad lehetőséget. A számítógépen belül a legmagasabb órajellel a processzorok dolgoznak. Ennek mértékegysége a Hz, illetve a processzorok sebességéből adódóan a MHz és a GHz. Egy új számítógép vásárlásakor választhatunk olyan CPU-t, amelyik 3 GHz-es. Ez azt jelenti, hogy másodpercenként 3 milliárd elemi művelet végrehajtására képes.
·         Regiszterméret: meghatározza, hogy a processzor milyen nagyságú adatokat tud kezelni.
·         Címtartomány: a használható memória nagyságát határozza meg.
A processzorok a hatalmas számítási teljesítményt jelentős áramfelvétellel képesek megoldani. Ennek egy mellékhatása, hogy a felhasznált elektromos energia egy része hővé alakul. Ezt a processzortól el kell vezetni, mert az a túlmelegedés hatására tönkremehet
 A hűtést hűtőbordákkal és hűtőventilátorokkal oldják meg.
Mivel a processzorok rendelkeznek a legnagyobb órajellel, ez azt is jelenti, hogy például a memória, ami tárolja az éppen futó programokat, adatokat lassabb működésű. Ha a processzornak valamilyen adatra van szüksége a memóriából, akkor a sebességkülönbségek miatt gyakran előfordul, hogy várnia kell az adatra. Ezt a gép használója úgy érzékeli, hogy az adott program lassabban működik. Ennek a várakozásnak a csökkentésére a processzorokba beépítenek egy átmeneti tárolásra alkalmas gyors memóriát, ami a processzorral azonos sebességen működik. Amikor egy adatot a processzor megkap a memóriától, azt ebbe az úgynevezett cache memóriába helyezi el. Ha legközelebb szükség van ugyanerre az adatra, azt már ebből a gyorsítótárból tudja elővenni. Felvetődhet a kérdés, hogy miért nem az összes memóriát építik a processzorba. Ennek az oka a gyártásból adódó árban keresendő. A gyorsítótárnak használt memória előállítása sokkal költségesebb, mint a számítógépben használt egyéb memóriáké. A programok futásának sebességét tehát nemcsak a processzor órajele határozza meg, hanem a processzorba épített cache memória mérete is. Ez az érték jellemzően 256 és 512 KB.
Aritmetikai processzor
Az aritmetikai műveletek nagy száma és a lebegőpontos (hatványkitevős) számokkal való műveletvégzés gyakorisága miatt, a számítógépekbe beépítettek egy ún. társ vagy koprocesszort. Feladata a bonyolultabb matematikai műveletek, számolások segítése, elvégzése és felgyorsítása. Az aritmetikai processzort lebegőpontos processzornak is szoták nevezni (FPU: Floating Point Unit).
A régebbi számítógépeknél egy külön foglalat szolgált az aritmetikai processzor behelyezésére, míg az újabb gépeknél már egybeépítik a processzorral. Önállóan működésképtelen.

Az órajel és időzítő


Az órajel a processzor működését ütemezi. A két feladatvégzés között a processzor tétlen. Minél nagyobb az óraimpulzusok száma, tehát az órajel, annál gyorsabb a processzor. Az óraimpulzusokat frekvenciával fejezik ki. A frekvencia mértékegysége a hertz. A mai számítógépek 40-400 MHz közötti órajellel dolgoznak.

Az időzítő szolgál arra , hogy az órajelet négyfelé ossza.
Eszerint használhatjuk:
0.      nem használjuk (régen az idő mérése, de ma már elemek vannak)
1.      DRAM frissítését ütemezi (kondenzátorok elektronvesztesége miatt)
2.      hangszórónak szolgáltat jeleket
szabadon felhasználható pl. programozáshoz
Memóriák
A számítógép működéséhez a központi feldolgozóegységen kívül elengedhetetlenül szükséges az operatív memória. Ez tárolja az éppen végrehajtás alatt álló programokat és a hozzájuk kapcsolódó adatokat. Ezt a feladatot a RAM (Random Access Memory: véletlen elérésű memória) látja el. Ennek a memóriának a tartalma tetszőleges (akár véletlen) sorrendben elérhető, írható, olvasható. A programok által feldolgozott adatok először mindig a RAM-ba kerülnek. A futó programok is itt helyezkednek el, és a központi feldolgozóegység innen veszi az éppen következő utasítás kódját. A RAM egyik hátránya, hogy működéséhez folyamatos áramellátásra, frissítésre van szükség. Az áramellátás megszakadása esetén tartalmát elveszíti. Emiatt a gép szabálytalan kikapcsolása vagy egy áramszünet adatvesztést eredményezhet, mert az éppen feldolgozás alatt álló, nem mentett adatok megsemmisülnek.
A RAM-nak az elmúlt évtizedekben több fajtájával találkozhattunk a személyi számítógépekben. A lassabb változat a DRAM (Dynamic RAM), a gyorsabb, de jelentősen drágább az SRAM (Static RAM). A DRAM továbbfejlesztéseként készítették el az SDRAM-okat (Synchronous DRAM). Ezek a memóriák megtalálhatók a néhány évvel ezelőtti számítógépekben. Napjainkban a megfizethető árral és az ezért nyújtott teljesítménnyel az újabb DDR SDRAM-ok (Double Data Rate SDRAM) hódítanak. Ennek a memóriának az a sajátossága, hogy egy órajel alatt két művelet elvégzésére alkalmas, azaz elvileg kétszeres adatátviteli sebesség érhető el az azonos frekvencián működő SDRAM-okhoz képest. Az Intel Pentium processzorokhoz még használható az RDRAM (Rambus DRAM).
Ez a DDR SDRAM-ok sebességének többszörösével képes működni, ezért a nagy; számolási teljesítményt igénylő gépekbe szokták építeni. Szélesebb körű elterjedését hátráltatja a gyártásból és a jelentős licencdíjból adódó magas ára.
Az adatátviteli sebesség alapvetően két tényezőtől függ.
  • Az egyik az egy időben átvihető adatbitek száma. A DDR SDRAM-oknál ez 64 bit, azaz egy lépésben 8 byte adat továbbítására alkalmas.
  • A másik fontos érték az alkalmazott órajel. DDR memóriáknál a már megduplázott értéket szokták megadni.
A két érték szorzata adja meg, hogy egy másodperc alatt mennyi adat fogadására, illetve kiszolgálására alkalmas a modul.
A számítógépekbe épített memória mennyisége nagymértékben függ a géppel elvégzendő feladatoktól. A programokhoz a szoftvercégek megadják a hardverfeltételek között a működéshez szükséges minimális és optimális memóriamennyiséget. A gép építésekor az egy időben futtatandó programokhoz szükséges memóriamennyiségek összegével kell számolni. Egy átlagos irodai felhasználáshoz megfelelő lehet 128 MB, de egy komolyabb grafikai feladathoz szükséges akár 512 MB. A szerver számítógépek között nem ritka a 3-4 GB memóriával szerelt sem.
A ROM (Read Only Memory: csak olvasható memória), mint nevéből is látszik, nem írható, csak olvasható memóriafajta. Ennek tartalmát a ROM készítésekor rögzítik, a későbbiekben ez nem módosítható. Ennek előnye a RAM-mal szemben, hogy tartalma nem vész el a számítógép kikapcsolásakor. A számítógép bekapcsolásakor a tartalma a gép számára elérhető, ezért a rendszerindító folyamatokhoz tartozó utasításokat érdemes ilyen memóriában rögzíteni. Az ily módon rögzített program lesz felelős a rendszer indulásáért, a gép önellenőrzéséért, az operációs rendszer megfelelő betöltéséért. A rendszerbetöltő feladatokat a BIOS (Basic Input Output System: Alap be- és kiviteli rendszer) végzi el. Mivel ezt ROM-ba írják, szokás ezt ROM BIOS-nak is nevezni.
A ROM tartalmát a gyártás során rögzíteni kell. Ez azt jelenti, hogy egy új programhoz a gyártósort kell átalakítani. Ez elég költséges, és csak nagy szériák esetében gazdaságos Elkészítették azt a ROM-fajtát, amely a gyárból kikerülve nem tartalmaz programot, hanem egy speciális programégető eszközzel később lehet azt beleírni. Ez a PROM (Programable ROM) egy alkalommal írható. Ettől kezdve működése megegyezik a ROM-mal.
Később elkészítették az EPROM -ot (Erasable PROM). Ez ultraibolya fénnyel törölhető, majd a PROM-hoz hasonlóan egy speciális eszközzel írható. Ezeket a memóriákat a tetejükön lévő kis üvegablakról lehet felismerni.
Az EEPROM (Electrically EPROM) törlését elektromosan lehet megtenni. Ez a memóriafajta nagymértékben hasonlít a RAM-ra, mivel az adatok felírása és kiolvasása nem igényel speciális eszközt. Előnye, hogy a gép kikapcsolásakor is megtartja tartalmát, hátránya a kisebb adatátviteli sebesség, magasabb ár.
Az EEPROM egy speciális változata a Flash memória. A számítógépek alaplapján található BIOS-t napjainkban legtöbbször már Flash memória tartalmazza. Ez lehetővé teszi a gyártóknak, hogy úgy fejlesszék az alaplap képességeit, hogy ehhez csak egy programot kell elérhetővé tenni a felhasználók számára az interneten. Ezt a BIOS-ba beírva akár nagyobb méretű háttértárak kezelése, újabb típusú processzorok támogatása válik; elérhetővé.
A Flash memóriák széles körű elterjedését kezdetben a hordozható számítógépekhez készült kiegészítő memóriakártyák segítették. Ezek a kártyák a hordozható gépek PCMCIA csatlakozójába dughatók közvetlenül, vagy egy átalakító segítségével. A digitális fényképezőgépekhez, diktafonokhoz és egyéb hordozható eszközökhöz különböző méretű és formájú tokozásban találhatunk Flash memóriát. Jellemzően 2 és 5 V közötti üzemi feszültség mellett működnek.
A leggyakoribb kártyák:
·         A SmartMedia Card (SM) egyik oldalán egy nagyméretű aranyozott csatlakozósor található. Vékony kivitele csak a memóriát rejti, ezért a használatához a vezérlést annak a készüléknek kell megoldania, amelyikhez csatlakoztatják. Emiatt a régebbi eszközök nem mindig kezelik a mai nagyobb kapacitású kártyákat. A felületén elhelyezett nagy csatlakozó könnyen megérinthető, ami a statikus feltöltődésekből adódó kisülések szempontjából nem kedvező, könnyen tönkremehet. 3,5 x 4,5 cm-es mérete mellett kevesebb, mint 1 mm vastag.
·         Compact Flash Card (CF) vastagabb, mint a SmartMedia Card. A csatlakozósor az élébe építve jobban védett helyen található. A tokozás magában rejti a memória üzemeltetéséhez szükséges áramkört is. Vastagsága 3,3 vagy 5 mm. Kapacitása akár 1 GB is lehet.
·         A MultiMediaCard (MMC) és Secure Digital (SD) kártyák méretben azonosak. Az MMC a Panasonic termékeket gyártó cég (Matsushita Electronic Corporation) fejlesztette ki, de a körülbelül 2 g-os tömege miatt több gyártó is alkalmazza digitális fényképezőgépekben, videokamerákban. 512 MB-os változata több ezer fénykép, vagy akár három óra tömörített videó tárolására is alkalmas. Az SD az MMC továbbfejlesztett változata, ami biztonsági funkciókkal egészíti ki az adattárolást.
·         Az IBM Microdrive nevű terméke átmenetet jelent a memóriakártyák és a mágneses elvű adattárolók között. Méretre, csatlakoztathatóságra megegyezik a nagyobb méretű CF kártyákkal, de belsejében egy kis méretű merevlemezes egység dolgozik. Jelenleg 1 GB kapacitású változata kapható, de már tervezik a 6 GB kapacitásút is.

0 megjegyzés:

Megjegyzés küldése