Základná doska a procesor – hardvérová časť

Základná doska a procesor – hardvérová časť

Základná doska

• Počítač ako celok je postavený na modulárnom princípe (ako stavebnica).
• Jednotlivé moduly je možné vymeniť.
• Základná doska je mechanicky upevnená v skrinke počítača a elektricky napájaná zo zdroja.
• Do základnej dosky sa pripájajú ostatné komponenty potrebné pre činnosť počítača.
• Patria sem:
  • Procesor (CPU)
  • Operačná pamäť (RAM)
  • HDD (SSD)
  • Optické mechaniky
  • Ďalšie rozširujúce karty a moduly.
• Jednotlivé komponenty komunikujú s procesorom pomocou vodivých prepojení viacvrstvového plošného spoja = zbernice.
• Zbernice sú ukončené slotmi do ktorých sa pripájajú prídavné karty a moduly.
• Základná doska obsahuje konektory vyvedené zvyčajne na zadnej strany skrinky.
• Slúžia na pripojenie klávesnice, myši, monitora a ostatných externých prídavných zariadení.
• Niektoré moduly môžu byť na základnej doske priamo integrované napríklad: grafická karta, zvuková karta, sieťová karta a podobne.
• Na základnej doske je osadená pamäť v ktorej je uložený BIOS.
• Všetky nastavenia sú uložené v pamäti CMOS, ktorá je napájaná batériou osadenou na základnej doske.
• Súčasťou základnej dosky je chipset, po slovensky čipová sada.
• Čipová sada pomáha procesoru komunikovať s komponentmi.
• Delí sa na Northbridge (severný most) a Southbridge (južný most).

Northbridge

• Komunikuje priamo s procesorom.
• Obsahuje rýchle komponenty počítača (grafická karta, RAM).
• Tiež zabezpečuje komunikáciu medzi Southbridgom a procesorom.

Southbridge

• Má na starosti pomalšie komponenty.
• S procesorom komunikuje pomocou Northbridgu.
• Obsluhuje: HDD (SSD) – externý aj interný, DVD, Blu-ray mechaniky, BIOS, Flash pamäte a všetky externé prídavné zariadenia.
• Pod čipovou sadou rozumieme pomocné integrované obvody, ktoré sú osadené priamo na základnej doske a zabezpečujú väčšinu funkcií základnej dosky.
• Platí, že dve dosky, ktoré majú rovnakú čipovú sadu sú funkčne totožné.
• Procesor nie je priamo osadený na základnej doske, je tam osadený iba socket (slot) pripravený na osadenie slota.
• Ak už máme kúpenú základnú dosku je nutné vyberať procesor podľa typu socketov, ktorý je na základnej doske.
• Pri výbere procesora sa musíme ubezpečiť, že daný procesor je kompatibilný s čipovou sadou na základnej doske.
• O type základnej dosky rozhoduje aj to do akej počítačovej skrinky ju chceme osadiť.

Zbernica

• Je to sústava vodivých prepojení nachádzajúcich sa na základnej doske, zabezpečuje komunikáciu a prenos údajov medzi jednotlivými časťami základnej dosky.
• Rýchlosť zbernice je závislá od jej šírky a od frekvencie na ktorej zbernica pracuje.
• Zbernice sú usporiadané hierarchicky, pomalšia zbernica je vždy zapojená do rýchlejšej.
• Je počítačový podsystém a má za úlohu prenášať dáta medzi komponentmi alebo medzi počítačmi.
• Je tvorený prenosovými cestami a konektormi.
• Na jednu zbernicu môže byť pripojených viacero zariadení.
• Delíme ich podľa:

Podľa umiestnenia

• Vnútorné – Prepájajú vnútorné komponenty počítača so základovou doskou (CPU, RAM, Grafická karta).
• Vonkajšie – Prepájajú periférie so základovou doskou alebo počítačmi (videokamery, tlačiareň, skener).

Podľa množstva prenášaných dát

• Sériové – V jednom čase okamihu sa prenáša len jeden bit.
• Paralelné – V jednom čase okamihu sa prenáša viac bitov súčasne.

Podľa typu prenášaného signálu

• Adresová – Adresy zariadení alebo pamäťových buniek.
• Dátová – Informácie medzi komponentmi.
• Riadiaca – Riadiace signály (príkazy).

Podľa spôsobu synchronizácie

• Synchrónne – Hodinový signál sa prenáša po zvláštnom vodiči.
• Asynchrónne – Hodinový signál je zlúčený s dátami.

Vnútorné zbernice		Vonkajšie zbernice
Paralelné	Sériové	Paralelné	Sériové
ISA, EISA	I2C	ATA (PATA)	USB
PCI	PCI Express	PC card (PCMCIA)	SATA
AGP	FireWire	SCSI	CAN Bus

Procesory

1971

Firma Intel prišla s jej prvým procesorom s označením Intel 4004.

• Bol to 4-bitový procesor s výkonom 60 000 operácii/za sekundu.
• Bol použitý v elektrických kalkulačkách.
• V tom čase spoločnosť Texas Instruments vydala 4-bitový procesor s označením TMS1000.
• Narozdiel od Intelu 4004 mal tento procesor integrované pamäte RAM a ROM a nebolo nutné pridávať externé obvody.

1972

Vyšiel procesor Intel 8008.

• Bol to 8-bitový procesor.
• Dokázal spracovať už aj alfa-numerické znaky.

1974

Firma Zilog prišla 8-bitovým procesor s označením Z80.

1976

Spoločnosť Texas Instruments prišla so 16-bitovým procesorom s označením TMS9900.

1978 – Intel 8086

• 16-bitový procesor.
• 16 MB pamäte.
• Tento procesor sa stal základom architektúry x86.
• Štvrtá generácia mikroprocesorovej techniky začala s používaním týchto dvoch techník MSI a LSI.
• Integrácia súčiastok strednej a vysokej hustoty.
• Zmenšením rozmerov narástol výkon a klesol príkon.

1982

Prišiel Intel so 16-bitovým procesorom s označením Intel 286.

1985 – Intel 386

• 32-bitový procesor s taktovacou frekvenciou 16 – 40 MHz.

Začiatkom 90. rokov nastupuje nová technológia VLSI veľmi vysoká hustota osadenia integrovaných obvodov.

1989

Intel 486 mal už integrovaných 1,2 milióna obvodov do 50 MHz.

V 90. rokoch prichádza piata generácia mikroprocesorov.

1993

Intel Pentium 32-bitový procesor.

1995

Intel Pentium Pro – 32-bitový procesor

• 5,5 miliónov tranzistorov.
• pre servery a pracovné stanice.

Sun UltraSPARC – 64-bitový RISC mikroprocesor.

1996

Intel Pentium MMX – 32-bitový mikroprocesor, prvý so sadou inštrukcii pre podporu 2D grafiky.

1997

Intel Pentium II – 32-bitový mikroprocesor novej generácie s novou sadou MMX (7,5 milióna tranzistorov).

Sun picoJava – mikroprocesor určený na spracovanie Java byte kódu.

AMD K6-II – 32-bitový prvý so sadou inštrukcii pre podporu 3D grafiky (3DNow!).

1999

AMD K6-III – 32-bitový procesor do základnej dosky so super socket 7. Od tejto chvíle už nemá Intel a AMD procesory do toho istého socketu.

Intel Pentium III – 32-bitový mikroprocesor novej generácie s novou sadou inštrukcii SIMD známou ako SSE (9,5 miliónov tranzistorov).

Intel Celeron – 32-bitový mikroprocesor odvodený pôvodne od Intel Pentium II pre lacnejšie počítače.

2000

AMD Athlon K75 – Prvý procesor s frekvenciou 1 GHz.

Intel Pentium IV – 32-bitový mikroprocesor s radou technológii orientovaných na dosiahnutie vysokej frekvencie.

Parametre procesorov

• Procesor je najdôležitejšia súčasť počítača, vykonáva všetky aritmeticko-logické operácie, dáta načítava z operačnej pamäte alebo cache pamäte, ak už boli dáta raz načítané. Riadi.
• Aktuálne sa vyrábajú procesory v dvoch architektúrach x86 pre stolové počítače a pre mobilné zariadenia ARM.
• Najväčší podiel na trhu majú firmy Intel a AMD.
• Pri výbere procesore je dôležité pozerať okrem iného aj na šírku registrov.
• Táto informácia udáva koľko bitov je schopný procesor spracovať za 1 operáciu.
• Poznáme 32 a 64-bitové procesory.
• Nevýhodou 32-bitových procesorov je aj to, že dokážu využiť maximálne 3 GB pamäte.
• Dôležitým parametrom je taktovacia frekvencia a počet jadier.
• Taktovacia frekvencia udáva koľko operácii môže procesor spracovať za 1 sekundu (zvyčajne 1 – 5 GHz/sekunda).
• Medzi hráčmi je veľmi obľúbená a populárna funkcia pretaktovania.
• Ide o zvýšenie frekvencie procesora.
• Výsledkom je výkonnejší počítač, v záťaži však prudko stúpa spotreba a teplota.
• Aby hráči nevyužívali túto možnosť, aby nedochádzalo k prehoreniu procesora priniesol Intel šikovné riešenie TURBO BOOST. Ide o funkciu, kde sa pri potrebe dočasne zvýšeného výkonu pretaktuje 1 jadro procesora, ďalším jadrám sa frekvencia zníži alebo úplne prestanú pracovať.
• Týmto je zabezpečená a nezmenená teplota a spotreba.

Hyper Threading

• Ide o funkciu kde sa jadrá procesora virtuálne rozdelia na dvojnásobok (v jednom jadre vzniknú dve vlákna).
• Tieto vlákna pracujú na nižšej frekvencii ako je frekvencia jadra.
• Výhodou je, že každé vlákno môže spracovávať samostatný výpočet.
• To znamená, že procesor v prvom čase dokáže spracovať viac operácii bez zvýšenia spotreby alebo teploty.

Pamäť Cache

• Je to rýchla vyrovnávacia pamäť, kde si procesor ukladá výpočty.
• Táto možnosť je integrovaná v samotnom procesore a pracuje rýchlosťou procesora.
• K tejto pamäti nemáme prístup, slúži výhradné pre potreby procesora.
• Ak procesor dostane požiadavku na spracovanie dát, najprv prehľadá cache pamäť či nie sú dáta v nej, ak nie načíta ich z pomalej ramky.
• Pri zápise do cache pamäte sa musia zmeny premietnuť aj v pamäti RAM.
• Sú nato vytvorené 2 metódy:

1. Priamy zápis (write – through)

Údaje sa zapisujú súčasne do cache pamäte a RAM.

• Dáta zapísané do cache pamäte, najprv do L1, ak sa pamäť L1 zaplní údaje sa postupne kopírujú do L2 a z L1 sa vymazávajú údaje.
• Ak sa zaplní L2, údaje sa kopírujú do L3, ak sa zaplní L3, najstarší údaj z L3 sa vymazáva.

2. Oneskorený zápis

• Dáta sa prvýkrát načítavajú z RAM-ky, po spracovaní sa ukladajú do cache pamäte L1 a L2, ak sa L1 pamäť zaplní, dáta sú nakopírované do L3, ak sa zaplní pamäť L2, dáta sa kopírujú do RAM (súčasne zostáva uložené v L3).
• Keď sa zaplní L3, dáta sa z cache pamäte vymazávajú.

Cache pamäť pri viacerých jadrách procesoru

• Pri viacerých jadrách má každé jadro svoju vyrovnávaciu cache pamäť.

Exkluzívny zápis = write-back

Inkluzívny zápis = write-through

• Pri exkluzívnom zápise sa načítajú dáta do procesora a úlohy sa rozdelia medzi jednotlivé jadrá.
• Spracované údaje pošle jadro do cache pamäte L1, ak sa pamäť L1 zaplní, dáta sa skopírujú do pamäte L2, dáta sa z pamäti L1 vymažú, ak sa zaplní pamäť L2, dáta sa skopírujú do pamäti L3, ak sa zaplní pamäť L3, dáta sa skopírujú do pamäti RAM, dáta sa vymažú z pamäti L3.

Exkluzívny zápis

• Tento spôsob je veľmi rýchly, pretože sa dáta nezapisujú duplicitne.
• Nevýhodou tohto zápisu je, že ak chce iné jadro zistiť či už bol údaj spracovávaný, musí prehľadať všetky cache pamäte všetkých jadier.

Inkluzívny zápis

• Dáta sa načítajú z RAM-ky do procesora, úlohy sa rozdelia medzi jednotlivé jadrá, po spracovaní dát jadrom, sa dáta zapíšu do pamäte L1 a kópia do pamäte L2.
• Ak sa zaplní pamäť L1, dáta sa skopírujú do pamäte L3. Ak sa zaplní pamäť L2, dáta sa skopírujú do RAM-ky.
• Výhodou je, že jadro nemusí prehľadávať všetky cache pamäte, zvyčajne iba pamäť L3 (poprípade pamäť L1).

L1 = 64 kB

L2 = 512 kB

L3 = 2 MB⁺

• Pred samotným výberom procesora je najdôležitejšie zistiť aký typ socketu (pätice) máme osadený na základnej doske.
• Procesor je nutné vybrať podľa tohto socketu (pätice).

B) Tabuľkový kalkulátor (softvérová časť)

Microsoft Excel

• Operačný systém je softvér, ktorý spravuje zariadenie.