• Nem Talált Eredményt

Egy modern x86-os processzor felépítése

In document Informatikai alapok (Pldal 103-108)

4. A számítógépek felépítése, hardvere

4.3.3. Egy modern x86-os processzor felépítése

Modern x86-ős processzorra példaként az Intel 2017-ben kibocsátott 9. generációs Coffee Lake processzorát tanulmányozzuk. Legfőbb adatai:

104

 Csíkszélesség: 14 nm. (A tranzisztorszám nem ismert92.)

 Sebesség: 1,7-4 GHz (alap), 3,3-5 GHz (turbó) (asztali számítógépekben).

 64 bites architektúra.

 Utasításkészlet: x86-64, számos utasításkészlet-kiterjesztéssel.

 Pipeline: szuperskalár, 14-19 lépéses szuperpipeline93. utasítás-sorrendtől eltérő utasítás-végrehajtás94, spekulatív elágazás-kezelés95, regiszterátnevezés96.

 Cache: magonként L1I97, L1D98 és L2, L3. Csak Iris Pro GPU-n tokonként L4.

 Magok száma: 2, 4, 6, 8.

 Processzorfoglalat: LGA 1151.

 GPU: max. 1,05-1,2 GHz; GT2, GT3e99.

4.17. ábra. Core i7-8700K Coffee Lake100 Az egyes magoknak három fő részegysége van (lásd 4.18. ábra):

 Előkészítő rész (Front End), funkciói: utasításlehívás, elődekódolás és dekódolás, utasítás szétosztás/kibocsátás.

 Végrehajtómotor (Execution Engine): funkciói regiszterátnevezés, utasítás-végrehajtás.

(EUs: Execution Units, végrehajtóegységek.)

 Memória-alrendszer (Memory Subsytem): funkciói adat ki-/beírás.

92 Az Intel már nem publikálja processzorai tranzisztorszámát. Szakemberek a 7. generációs Core processzorok tranzisztorszámát 3,5-7,5 milliárdra becsülik.

93 Szuperpipeline: Több, kiesebb feladatot elvégző lépést tartalmazó pipeline.

94 Out of order utasítás-végrehajtás: Utasítássorrendtől eltérő utasítás-végrehajtás. A legtöbb nagyteljesítményű CPU-ban használt paradigma arra, hogy a CPU elkerülje az „üresjáratot”. Az előző utasítás befejezéséig feldolgozhat sorrendben később következő, a program logikáját nem megváltoztató utasításokat.

95 Spekulatív elágazáskezelés: A pipelining zavartalan működése érdekében az ugró utasítások várható irányának megjóslására alkalmazott processzoreljárás.

96 Regiszterátnevezés: Szuperskalár architektúrájú processzorokban alkalmazott megoldás, amely különösen akkor hasznos, ha a programutasításokban használható regiszterkészletnél jóval nagyobb a processzorba fizikailag beépített regiszterkészlet.

97 L1I: 1st Level Instruction cache, első szintű utasítás-cache.

98 L1D: 1st Level Data cache, első szintű adat-cache.

99 GT: Intel Graphics Technology. Az Intel processzorokba integrált egyik grafikusprocesszor-sorozat összefoglaló neve. Az integrált GPU (Graphics Processing Unit) a processzorral egy tokban vagy ugyanazon a lapkán van. Első példánya 2010-ben került bemutatásra.

100 Gordon Mah Ung: Core i7-8700K Review: Intel's response to Ryzen is faster and cheaper than ever, 2017.10.05., https://www.pcworld.com/article/3230369/core-i7-8700k-review-prices-specs-benchmarks.html, megtekintve: 2019.05.05.

105 4.18. ábra. Intel Coffee Lake mikroarchitektúra magja101

A Coffee Lake egylapkás rendszer (System-on-a-Chip, SoC) fő részei az alábbiak (lásd 4.19.

ábra):

 CPU magok.

 Gyűrű sínrendszer (Ring Interconnect): a magok, az integrált GPU és a rendszerügynök közötti kapcsolatteremtéshez.

101 WikiChip: Coffee Lake - Microarchitectures – Intel, 2019.04.24.,

https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/coffee_lake#System_Agent, megtekintve: 2019.05.05.

106

 Rendszerügynök (System Agent): a processzor végrehajtó magokon, illetve a grafikus motoron kívüli részeit fogja össze:

o IMC (Integrated Memory Controller, integrált memóriavezérlő). Többcsatornás DDR3 (Double Data Rate 3).

o Beágyazott monitorvezérlő.

o PCIex16 vezérlő.

o L3 cache-vezérlő.

o DMI-vezérlő (Direct Media Interface controller): az Intel szabadalmaztatott összeköttetése a számítógép-alaplapi északi és déli híd között.

o PCU vezérlés a Turbo Boosttal.

 Memória-interfész.

 Integrált grafika: a lapka nagy részét elfoglalja. Belépő szintű képmegjelenítést biztosít.

Az ábrán fel van még tüntetve az LLC (Last Level Cache, legalsó szintű cache) szelet.

4.19. ábra. Az Intel Coffee Lake SOC főbb komponensei102 4.3.4. Okostelefon-architektúra103

A mai okostelefonokban SoC architektúrájú processzor található, amelynek fő részei:

 Alkalmazásprocesszor (Application Processor): a felhasználó szoftverét egy köztesszoftver és az operációs rendszer utasításaival hajtja végre.

 Alapsáv- vagy modemprocesszor (Cellular Baseband): saját operációsrendszer-komponenseivel alapsávú rádióátvitelt és audio-, video-, továbbá adatfogadást végez.

 Perifériák: különböző perifériák a felhasználói felülethez.

102 WikiChip: Coffee Lake - Microarchitectures – Intel, 2019.04.24.,

https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/coffee_lake#System_Agent, megtekintve: 2019.05.05.

103 A fejezet [20] felhasználásával készült.

107 4.20. ábra. Okostelefon hardver-architektúrája [4]

Az okostelefonok kommunikációja kapcsán a vevőt és az adatátvitelért felelős egységet emeljük ki:

 Vevő (Rx, Receiver): a modemprocesszor Rx hardveregysége fogadja a bejövő jeleket, és megszakításokat generál az operációs rendszerben a rádióinterfésznek. A rádióinterfész és az operációs rendszer a modemprocesszoron fut. A jelek fogadása után egy fizikai rétegbeli kézfogás104 történik, majd a modemprocesszor feldolgozza a bejövő hangot, videót, adatokat. A rádió-operációsrendszer összetevői a perifériák illesztőprogramjaival tartják a kapcsolatot, hogy a felhasználónak a kijelzőn, hangszórón stb. megjelenítsék a bejövő adatokat.

 Adó, továbbadó (Tx, Transmission): az eszközmeghajtók az átvitt adatokat a memóriába írják, ahonnan a rádió-operációsrendszer komponensek összegyűjtik azokat. Az adatok származhatnak a mikrofontól (hang), fényképezőgéptől (kép/videó), lehet GPS-pozíció stb. Ezeket az adatokat aztán a modemprocesszor dolgozza fel az átviteli protokoll szerint. Az átvitelt a rádióinterfész kezdeményezi az átviteli hardveren keresztül. A SIM kártya (Subscriber Identification Module, előfizetői azonosító modul) fontos szerepet játszik a vétel és az átvitel terén.

Az alkalmazás-processzoron futnak a felhasználói programok és az operációs rendszer. Az alkalmazások lehetnek például audio-/videókódolók, játékok, képfeldolgozók, beszédfeldolgozók, internetböngészők, szövegszerkesztők. Az intenzív grafikus megjelenítést

104 Kézfogás: handshaking, handshake protokoll. Eljárás, amely aszinkron adatátviteli összeköttetés szervezett és hibamentes lefutását biztosítja. Legegyszerűbb esetben egy tevékenységet kezdeményező egység kérőjelet (request) bocsát ki egy másik egység felé. Amikor a megkért másik egység kész a kért tevékenység elvégzésére, nyugtázó jelet (acknowledgement) küld vissza a kérőnek.

108 igénylő alkalmazások többségét a GPU dolgozza fel. A mai okostelefonok nagy kapacitású, 1-2 GB-os, gyors memóriával (SDRAM105) rendelkeznek, valamint ennél nagyobb, jellemzően legalább 10 GB-os nem felejtő tárolóval.

Tipikus periféria az LCD-s érintőképernyő, a billentyűzet, a kamera, a GPS, a hangszóró, a mikrofon, a Bluetooth, a WiFi és a HDTV. A felhasználó ezeken keresztül kommunikál az okostelefonnal. A perifériák illesztőprogramjai telepítve vannak az okoseszközre.

Az okostelefonok processzorainak tervezési szempontjai, illetve korlátjai eltérnek az asztali számítógépekétől, laptopokétól. Lényeges az energiafogyasztás és a teljesítmény egyensúlyban tartása. A piacon az ARM processzor terveit vásárolja minden félvezetőgyártó. Amellett, hogy az energiafogyasztást és a teljesítményt egyensúlyban tartja, kis méretű és alacsony tranzisztorszámú. Bizonyos architektúrák modemgyorsítót is használnak a processzormaggal.

A 4.21. ábra az okostelefonok tipikus ARM processzorának architektúráját mutatja.

4.21. ábra. Okostelefon tipikus ARM processzorának architektúrája [4]

A modern okostelefonoknak 2, 4, 8 vagy még több alkalmazás-processzora van, amelyek természetesen egyre több energiát fogyasztanak.

In document Informatikai alapok (Pldal 103-108)