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.

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.