Procesor
Koliko bitni so bili prvi procesorji? Kako se je imenoval prvi mikroprocesor ter katerega leta je bil izdelan?
4-bitni. Prvi mikroprocesor je bil Intel c4004, izdelan leta 1970.
Kateri je bil prvi predstavnik 64-bitnih mikroprocesorjev?
AMD Opteron.
Kaj pomeni kratica APU ter kakšna je njena naloga?
APU (angl. Accelerated Processing Unit) - sodobnejši procesorji lahko imajo aritmetično logično enoto, primerna samo za določene tipe ukazov. APU ima poleg matematičnega dela vgrajeno še sredico, ki obdeluje grafične ukaze.
Kateri so trenutni modeli oziroma družine procesorjev proizvajalca AMD? Naštej vsaj 3.
APU, Ryzen, Epic
Kaj pomeni kratica ALE ter kakšna je njena naloga?
Aritmetično logična enota. Skrbi za izvajanje operacij nad podatki, ki jih obdeluje program.
Zakaj je v razvoju mikroprocesorjev pomemben Intel 8086? Kaj je uvedel?
Bil je prvi procesor s 16-bitnimi podatkovnimi vodili. Uvedel je nabor ukazov, znan pod imenom x86, ki se je uporabljal več desetletij.
Kaj pomeni bitnost procesorja? Npr. kaj pomeni, če je procesor 64-bitni?
Bitnost mikroprocesorja pomeni, koliko bitov lahko naenkrat procesira (n-bitni lahko naenkrat procesira n bitov oziroma 2n različnih znakov).
Kaj pomeni pojem »bitnost procesorja«? Kaj ti pove podatek, da je procesor 16-bitni?
Bitnost mikroprocesorja pomeni, koliko bitov naenkrat lahko obdeluje. Bitnost je odvisna od tega, koliko bitni so delovni registri oziroma njegova ALE enota. Če je procesor 16-bitni, pomeni, da v njegove registre lahko shranimo 16 bitov in tudi naenkrat lahko ALE enota obdeluje 16 bitov.
Kaj pomeni pojem »bitnost procesorja«? Kaj ti pove podatek, da je procesor 8-bitni?
Bitnost mikroprocesorja pomeni, koliko bitov naenkrat lahko obdeluje. Bitnost je odvisna od tega, koliko bitni so delovni registri oziroma njegova ALE enota. Če je procesor 8-bitni, pomeni, da v njegove registre lahko shranimo 8 bitov in tudi naenkrat lahko ALE enota obdeluje 8 bitov.
Kateri so trenutni modeli oziroma družine procesorjev proizvajalca Intel? Naštej vsaj 3.
Celeron, Pentium, Core i3, i5, i7 in i9, Xeon E3.
Kaj pomeni kratica CPE? Razloži pomen posameznih besed te kratice.
Centralna - ker predstavlja osrednji del računalnika. Procesna - ker opravlja funkcije v računalniku. Enota - ker je zaključena celota (spada med komponente računalnika).
Kaj je cevovod? Opiši njegovo delovanje?
Cevovod deluje po principu tekočega traku, kar pomeni, da enota, ki trenutno izvaja ukaz, preda tega naslednji enoti, in je prosta za sprejem novega ukaza.
Kaj pravi Moorov zakon (najnovejša teza)?
Da se bo procesorska moč podvojila na vsakih 18 mesecev.
Kaj ti pove število strojnih ciklov? Npr. kaj želimo povedati, kadar navedemo podatek v številu strojnih ciklov (npr. 1 cikel, 3 cikle, ....)?
Koliko strojnih ciklov potrebuje procesor za izvedbo posameznega ukaza. Če poznamo frekvenco procesorja, lahko na podlagi tega podatka tudi izračunamo dolžino izvajanja ukaza.
Kaj je koprocesor?
Koprocesor se lahko dodatno imenuje tudi pomožni procesor, kot je npr. FPU ali APU.
Kateri so sestavni deli mikroprocesorja ter kakšna je funkcionalnost posameznega dela?
Krmilna enota je posebno vezje, ki nadzoruje tok podatkov skozi procesor in glede na tok podatkov prilagaja delovanje enot v procesorju. Enota za obdelavo podatkov (ALE enota) skrbi za izvajanje operacij nad podatki, ki jih obdeluje program. Registri so ena ali več povezanih pomnilniških celic, v katere je mogoče shraniti neko vrednost. Nahajajo se v notranjosti procesorja in predstavljajo najhitrejši pomnilnik v celotnem računalniku.
Napiši nivoje pomnilnika!
L1 (primarni), L2 (sekundarni), L3 in L4.
Katerega leta in kdo je uvedel nabor ukazov, znan pod imenom x86?
Leta 1978. Uvedel je Intel s procesorjem Intel 8086.
Kako se imenuje zakon, ki napoveduje, da se bo moč procesorjev podvojila za vsakih 18 mesecev?
Moorov zakon.
Naštej vsaj 3 predstavnike 32-bitnih mikroprocesorjev! Kaj je njihova glavna lastnost in kaj to pomeni?
Motorola MC 68000, Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentium, IBM/Motorola PowerPC 601, Intel Pentium Pro, Intel Pentium II, Intel Pentium III, Intel Pentium 4
Kakšna je naloga krmilne enote?
Naloge krmilne enote so\: krmili, nadzoruje in usklajuje delovanje vseh enot računalnika; organizira prenos podatkov; razpoznava in analizira ukaze (bere ukaz za ukazom iz programa, zapisanega v strojni obliki, jih dekodira) in z množico krmilnih signalov skrbi za pravilno izvajanje ukazov.
Naštej vse 4 naloge, ki jih opravlja CPE!
Naloge procesorja so\: procesiranje, obdelovanje, nadziranje in upravljanje ostalih enot.
Slabosti cevovodov so tudi cevovodne nevarnosti. Opiši podatkovne nevarnosti!
Podatkovne/operandne nevarnosti se pojavijo takrat, kadar ukaz kot vhodni podatek potrebuje rezultat njemu predhodnega, še ne dokončanega ukaza.
Čemu je namenjena rešitev večnitenja (ang. HyperThreading)?
Pohitrenju delovanja procesorja, kjer je procesor glede na časovno enoto veliko bolje izkoriščen.
Vsebina predpomnilnika je odvisna od polnilnih strategij. Opiši polnjenje na zahtevo. Kako se imenuje druga vrsta polnilne strategije?
Polnjenje na zahtevo - podatek se prenese v predpomnilnik vsakič, ko pride do zgrešitve podatka oziroma ko podatka ni v predpomnilniku. Pri prenosu se ne prenese samo dotični podatek, temveč blok ali dva, ki zaporedno sledita v pomnilniškemu naslovu podatka. Ponavadi se želeni podatek takoj prenese v procesor, ostali bloki se prenesejo v predpomnilnik takoj, ko je vodilo sproščeno. Druga polnilna strategija se imenuje Vnaprejšnje polnjenje.
Del procesorja, ki računa z realnimi števili, se imenuje (napišite polno ime)\:
FPU (Floating point unit), ki je namenjena računanju z realnimi oz. tistimi števili, ki niso cela.
Kaj je FPU in kakšna je njena naloga?
Floatin Point Unit - pomožni procesor oziroma koprocesor, namenjen računanju z realnimi števili;
Kakšne so prednosti registrov?
Ker se registri nahajajo znotraj procesorja in so zgrajeni v hitrejši tehnologiji kot glavni pomnilnik, so zelo hitro dostopni. Ker je registrov malo, je v ukazih potrebno bistveno manj bitov za določanje operanda v registru kot v pomnilniku. Zaradi tega so ukazi krajši in zasedajo manj prostora v pomnilniku. Ker je komunikacije med procesorjem in delovnim pomnilnikom manj, je procesor zmogljivejši.
Kako si večjedrni mikroprocesor deli različne nivoje predpomnilnika (teh nivojev je 4) med jedri?
Vsako jedro ima svoj predpomnilnik L1 in L2. Predpomnilnika L3 in L4 sta skupna za vsa jedra.
Opiši 4. korak delovanja CPE pri izvajanju posameznega ukaza!
Zapis rezultata v pomnilnik\: Po izvršitvi ukaza dobimo nek rezultat. Zadnji korak se ne izvaja vedno, kajti če obstaja ukaz, ki zahteva ta rezultat, ga enota pošlje v registre, drugače ga zapiše na določeno lokacijo v pomnilniku
Druga arhitektura današnjih osebnih računalnikov je Harvardska\: a. Opiši Harvardski model računalnika! (5 točk) b. Navedi po eno prednost in eno slabost te arhitekture! (3 točke) c. Kako imenujemo drugo pomembno obliko arhitekture? (2 točki)
a. Pomnilnik je razdeljen na dva dela\: pomnilnik za ukaze (programe) in pomnilnik za podatke. Zaradi tega ima ločeno podatkovno in ukazno vodilo, kar pomeni, da lahko istočasno prenaša tako ukaze kot podatke. Tako računalnik lahko hkrati zajema en ukaz (komunikacija z ukaznim pomnilnikom) in izvršuje drug ukaz (komunikacija s podatkovnim pomnilnikom). Ker prevajalniki običajno vgrajujejo podatke med kodo, to povzroča težave, saj mora imeti računalnik možnost zapisovanja tudi v pomnilnik, v katerem so ukazi. b. Prednosti\: hitrejši. Slabosti\: dražji, kompleksnejši c. Von Neumannova arhitektura.
Prevladujoča arhitektura današnjih osebnih računalnikov je von Neumannova\: a. Opiši jo! (5 točk) b. Navedi po eno prednost in eno slabost te arhitekture! (3 točke) c. Kako imenujemo drugo pomembno obliko arhitekture? (2 točki)
a. Von Neumannova arhitektura je model računalnika, ki uporablja enoten pomnilnik za pomnenje tako ukazov kot podatkov. Torej hrani tako podatke kot programsko kodo na istem mestu. Ima enotno vodilo. Računalnik v skladu s tem modelom vsebuje\: CPE (centralno procesno enoto), glavni pomnilnik in vhodno-izhodni sistem. Vse enote so medsebojno povezane z vodili, komunikacija poteka dvosmerno (CPE iz enot bere oziroma vpisuje). b. Slabost\: do podatkov in ukazov ne moremo priti sočasno, kar predstavlja ozko grlo tega modela. Enotno vodilo omejuje hitrost obdelave, saj računalnik ne more delovati hitreje, kot to dopušča vodilo. Prednost\: cenejši, enostavnejši za izdelavo, lažje programiranje, fleksibilnejši c. Harvardska arhitektura.
Kaj je naloga predpomnilnika L2?
da neprestano bere podatke iz RAM-a, da so vedno na voljo L1 pomnilniku
Naštej vsaj dve od treh računskih funkcij, ki jih opravlja CPE!
osnovne aritmetične operacije (+, -, ×, / ...); osnovne logične operacije (IN, ALI, NE, >, <, \=, >\=, <\= ...); osnovne vhodne/izhodne operacije → V/I operacije (angl. input/output, I/O operations).
Kakšne so prednosti cevovoda?
v danem času je izvršenih več ukazov; program je hitreje izveden; učinkovitost CPE je večja.
Kaj pomeni izraz x86 arhitektura?
x86 arhitektura predstavlja nabor ukazov. Vse procesorje, ki so združljive z originalnim procesorjem Intel 8086 (oz. naborom ukazov x86) iz leta 1978, označujemo kot x86 arhitekturo.
Opiši 2. korak delovanja CPE pri izvajanju posameznega ukaza!
Dekodiranje ukaza\: Ukaz, ki ga je procesor prejel iz pomnilnika, je treba dekodirati, da procesor ve, kaj naj naredi in kako naj to naredi. Ukaz je sestavljen iz številčne kode, ki je lahko dolga en pomnilniški zlog (1 B), če pa je to premalo, jo lahko dopolnjuje še več naslednjih zaporednih zlogov v pomnilniku. V koraku dekodiranja ukaz razstavimo na dele, ki imajo pomen za posamezne dele centralne procesne enote\: operacijska koda nakaže zahtevano operacijo (seštevanje, odštevanje, premik podatkov, vpis ali prepis podatka, logična operacija ipd.). operand pove, s katerimi podatki naj to naredimo. Operand je lahko konstanta, ki je del samega ukaza, ali pa je sestavljen iz naslova podatka (kje se podatek nahaja) ter načina naslavljanja. Hitrost prevajanja ukazov v mikro ukaze je odvisna od kompleksnosti ukazov. Če je ukaz preprost, se jih lahko prevede več na cikel, če pa je zapleten, lahko za prevajanje potrebuje celo več kot 1 cikel.
Kako delimo CPE glede na nabor ukazov in opredeli vsaj 3 razlike med njimi?
Delimo jih na RISC in CISC. RISC ima enostavnejše ukaze, majhen nabor ukazov, vsi ukazi so tako enostavni, da za vsakega potrebujemo le en takt, težje programiranje, čim več skušamo delati v registrih CPE, manjše segrevanje, cenejša izdelava.
Kako delimo CPE glede na pomnilniško arhitekturo in kakšna razlika je med njimi?
Delimo jih na Von Neumannov model, ki hrani podatke na istem mestu kot programsko kodo, zato ima tudi enotno vodilo, ter Harvardski model, ki strogo ločuje podatke in programsko kodo, zato ima dva ločena pomnilnika in seveda tudi ločeno podatkovno in ukazno vodilo.
Kje lahko nastavljamo delovni takt procesorja?
Delovni takt procesorja lahko nastavljamo v BIOS-u.
Slabosti cevovodov so tudi cevovodne nevarnosti. Opiši kontrolne nevarnosti!
Do kontrolnih nevarnosti pride v skokih, klicih in drugih kontrolnih ukazih, ki spreminjajo vsebino programskega števca. Če se npr. programski števec spremeni šele v tretji stopnji cevovoda, ni mogoče vedeti, katere ukaze naj cevovod izvršuje v prvih dveh stopnjah. Poenostavljeno rečeno\: če se kot ukaz 2 izvaja pogojni stavek, ki je odvisen od rezultata ukaza 1, procesor ne bo vedel, kateri pogojni stavek se naj izvede v okviru ukaza 2, dokler ukaz 1 ne bo izvršen v celoti.
V povedih opredelite čemu služijo programsko nedostopni registri in programsko dostopni registri v centralni procesni enoti?
Do programsko dostopnih registrov lahko dostopajo programerji, neposredno so namenjeni reševanju problemov, v njih pa so shranjeni operandi, nad katerimi se izvajajo operacije. Do programsko nedostopnih registrov programerji nimajo dostopa in so namenjeni delovanju procesorja.
Kaj določa dolžina notranje besede? Kaj ti pove podatek, da je dolžina notranje besede 8-bitna?
Določa širino naslovnega vodila, koliko pomnilnika lahko CPE največ naslovi/uporabi. Če je dolžina notranje besede 8-bitna, lahko naslovi samo 256 B pomnilnika.
Kaj določa dolžina zunanje besede? Kaj ti pove podatek, da je dolžina zunanje besede 8-bitna?
Določa širino podatkovnega vodila. Določa hitrost prenašanja vsebine. Če je dolžina zunanje besede 8-bitna, pomeni, da se lahko iz CPE v RAM ali obratno hkrati prenese 8 bitov.
Opiši 4-stopenjski cevovod. Iz opisa naj bodo jasno razvidni vsi ukazi, ki jih cevovod pri tem izvaja.
Imamo npr. 5 ukazov, ki bi jih radi izvršili. Stanje v prvem ciklu\: IF enota začne izvrševati 1. ukaz. Stanje v drugem ciklu\: IF enota zaključi in preda ukaz ID enoti ter prevzame naslednji, 2. ukaz. Stanje v tretjem ciklu\: ID enota preda 1. ukaz ALE enoti, IF enota preda 2. ukaz ID enoti, ter prevzame nov, 3. ukaz. Stanje v četrtem ciklu\: ALE enota preda 1. ukaz enoti MEM, ID enota preda 2. ukaz ALE enoti, IF enota preda 3. ukaz ID enoti. IF enota prevzame nov, 4. ukaz. Stanje v petem ciklu\: MEM enota preda 1. ukaz WB enoti, ALE enota preda 2. ukaz MEM enoti, ID enota preda 3. ukaz ALE enoti ter IF enota preda 4. ukaz ID enoti. Ker je cevovod samo 4-stopenjski, ne more prevzeti novega ukaza, saj so 4 enote zaposlene. Novi ukaz bo lahko prevzela šele v naslednjem ciklu, ko se bo zaključil 1. ukaz.
Podrobno opiši indeksni in statusni register!
Indeksni register (angl. Index Register) → X\: Indeksni register uporabimo v ukazih, kjer indeksno naslavljamo (določamo) naslov operanda. Statusni register (angl. Condition Code Register) → CCR\: V statusnem registru je opis zadnjega izvedenega ukaza. Bitom v tem registru pravimo zastavice (angl. flags). Prikazuje torej stanje CPE enote, ki ga upoštevajo nekateri ukazi pri izvajanju (vejitveni ukazi, ukazi za pomike, aritmetični ukazi itd.). Ti biti omogočajo povezovanje predhodnih ukazov z naslednjimi, ki se bodo izvedli.
Kateri mikroprocesor je uvedel nabor ukazov, znan pod imenom x86? Koliko biten je bil ter katerega leta je bil predstavljen?
Intel 8086. Bil je 16-biten. Predstavljen je bil leta 1978.
Opiši 3. korak delovanja CPE pri izvajanju posameznega ukaza!
Izvršitev ukaza\: Ko procesor izve, kaj mora narediti, ukaz nato izvrši. Aritmetično logična enota s pomočjo registrov izvede zahtevano operacijo.
V povedih opredelite razlog, zakaj prvi nivo predpomnilnika dosega hitrosti takta primerljive s samim jedrom procesorja?
Ker je vgrajen v samo jedro procesorja in dela z isto frekvenco kot procesor.
Opiši podatkovni, naslovni, statusni register! Katere registre še poznaš?
Naslovni register (angl. Adress Register) → AR\: V naslovnem registru se nahaja naslov pomnilniške besede, do katere želi procesor dostopati Podatkovni register (angl. Data Register) → DR\: Podatkovni register vsebuje podatek, ki ga procesor želi vpisati v pomnilnik, ali pa vsebuje vsebino pomnilniške lokacije, ki jo je prebral iz pomnilnika. Statusni register (angl. Condition Code Register) → CCR\: V statusnem registru je opis zadnjega izvedenega ukaza. Bitom v tem registru pravimo zastavice (angl. flags). Prikazuje torej stanje CPE enote, ki ga upoštevajo nekateri ukazi pri izvajanju (vejitveni ukazi, ukazi za pomike, aritmetični ukazi itd.). Ti biti omogočajo povezovanje predhodnih ukazov z naslednjimi, ki se bodo izvedli. Poznamo še A in B akumulator, Indeksni register, Skladovni kazalec, Programski števec, Ukazni register.
Opiši vlogo naslovnega vodila ter kaj je zanj značilno?
Naslovno vodilo je skupek žic, ki prenašajo podatke, potrebne za naslavljanje pomnilniške lokacije (oziroma pomnilniške besede) tja, kamor bodo podatki poslani oziroma iz katerega bodo prebrani. Določa naslov pomnilniške lokacije, do katere želi CPE dostopati. Vodilo je enosmerno. Večje kot je število žic v tem vodilu, več pomnilniških lokacij lahko naslavljamo. Kolikor ima naslovno vodilo žičk, toliko bitna je njegova širina.
Naštej vsaj 4 sisteme, kamor so vgrajeni mikrokontrolerji.
Navigacijski sistem, gospodinjski aparati, semafor, fotoaparat.
Naštej vsaj 2 predstavnika 16-bitnih mikroprocesorjev! Kaj je njihova glavna lastnost in kaj to pomeni?
Njihova glavna lastnost je, da lahko naenkrat procesirajo 16 bitov oz. 216 različnih znakov. Predstavnika sta\: Intel 8086, Intel 80286.
Naštej vsaj 3 predstavnike 64-bitnih mikroprocesorjev! Kaj je njihova glavna lastnost in kaj to pomeni?
Njihova glavna lastnost je, da lahko naenkrat procesirajo 64 bitov oz. 264 različnih znakov. Predstavniki so\: Opteron, Pentium 4F, Core Duo, Core 2 Quad, FX-8150, Fusion, AMD APU, AMD Ryzen, AMD Epic, Intel Celeron, Intel Core i3, i5, i7 in i9, Xeon E3.
Posamezna serija procesorjev ima lahko enako ali različno vrsto podnožja. Od česa je odvisna vrsta podnožja pri posamezni seriji procesorjev?
Od arhitekture procesorja.
Od česa je odvisna hitrost izvajanja ukaza?
Od delovne frekvence oziroma takta procesorja.
Hitrost delovanja računalnika je odvisna od več lastnosti. Naštej vsaj 5 lastnosti CPE, ki vplivajo na zmogljivost računalniškega sistema.
Od nabora ukazov, pomnilniške arhitekture, delovne frekvence, bitnosti procesorja, predpomnilnika ter koliko jeder ima.
Čemu služita A in B akumulator v procesorju?
Osnovna funkcija tega registra je shranjevanje operandov, nad katerimi se izvajajo aritmetične in logične operacije.
Vsebina predpomnilnika je odvisna od polnilnih strategij. Kateri vrsti poznaš? Opiši ju?
Polnjenje na zahtevo - podatek se prenese v predpomnilnik vsakič, ko pride do zgrešitve podatka oziroma ko podatka ni v predpomnilniku. Pri prenosu se ne prenese samo dotični podatek, temveč blok ali dva, ki zaporedno sledita v pomnilniškemu naslovu podatka. Ponavadi se želeni podatek takoj prenese v procesor, ostali bloki se prenesejo v predpomnilnik takoj, ko je vodilo sproščeno. Vnaprejšnje polnjenje - v računalniškem sistemu imamo vgrajen mehanizem, s katerim skušamo čim natančnejše ugotoviti, kateri podatki se bodo v prihodnosti uporabljali.
Kaj je mikrokrmilnik?
Poseben (mikro)procesor, ki je izdelan v obliki enega integriranega vezja (čipa). Mikrokrmilnik je majhen računalnik, ki je dovolj zmogljiv za majhne namenske operacije. Vsebuje vse značilnosti velikih računalnikov, le da ima običajno vgrajen spomin in vhodno izhodne enote.
V povedih opredeli glavne lastnosti (kje se nahaja, njegova hitrost glede na hitrost takta) posameznega nivoja predpomnilnika, ter kakšna je glavna naloga predpomnilnika kot celota.
Predpomnilnik pohitri delovanje procesorja, saj omogoča višje hitrosti branja in pisanja podatkov kot delovni pomnilnik. Večji, kot je predpomnilniki, večja je verjetnost, da se podatek, ki ga zahteva procesor, nahaja v njem, manj dostopov procesor potrebuje do delovnega pomnilnika in zaradi tega je celoten sistem hitrejši. Poznamo naslednje stopnje predpomnilnikov\: L1 cache (primarni) je vgrajen v sredico, jedro mikroprocesorja in deluje na isti frekvenci kot CPE. Njegova velikost je od 64 KiB do 1024 KiB. L1 je običajno razdeljen na dva dela\: eden za podatke, drugi za ukaze. L2 cache (sekundarni) je običajno precej večji, njegova velikost je od 1 MB do 8 MB. Namen L2 je, da neprestano bere podatke iz pomnilnika (kadar ima procesor le 2 nivoja predpomnilnika), da so vedno na voljo pomnilniku L1. L3 ter L4 cache sta počasnejša ter večja od prejšnjih dveh, vendar še vedno hitrejša in manjša od delovnega pomnilnika. Ponavadi se uporabljata pri večjedrnih procesorjih, kjer sta ta dva pomnilnika skupna vsem jedrom. Namenjena sta prenosu podatkov med jedri mikroprocesorja. Določeno jedro lahko obdela podatek, ki ga potrebuje drugo jedro.
Opiši vlogo podatkovnega vodila ter kaj je zanj značilno?
Prek podatkovnega vodila poteka izmenjava vsebine (programskih ukazov in podatkov) med registri in celicami pomnilnika, torej branje ali zapis v pomnilno celico, kar pomeni, da je vodilo dvosmerno.
Naštej korake, ki jih procesor izvede pri izvajanju določenega ukaza!
Prevzem ukaza, Dekodiranje ukaza, Izvršitev ukaza in Zapis rezultata v pomnilnik.
Naštej vse 4 korake delovanje CPE. Opiši 3. in 4. korak delovanja CPE.
Prevzem ukaza, Dekodiranje ukaza, Izvršitev ukaza in Zapis rezultata v pomnilnik. Izvršitev ukaza\: Ko procesor izve, kaj mora narediti, ukaz nato izvrši. Aritmetično logična enota s pomočjo registrov izvede zahtevano operacijo. Zapis rezultata v pomnilnik\: Po izvršitvi ukaza dobimo nek rezultat. Zadnji korak se ne izvaja vedno, kajti če obstaja ukaz, ki zahteva ta rezultat, ga enota pošlje v registre, drugače ga zapiše na določeno lokacijo v pomnilniku
Naštej vse 4 korake delovanje CPE. Opiši 1. in 2. korak delovanja CPE.
Prevzem ukaza, Dekodiranje ukaza, Izvršitev ukaza in Zapis rezultata v pomnilnik. Prevzem ukaza\: V prvem koraku pridobimo ukaz iz programa, ki je shranjen v pomnilniku. Zaporedno prinašanje ukazov in podatkov iz pomnilnika v CPE je omogočeno z uporabo specialnega registra, ki se imenuje programski števec (angl. program counter ali PC), ki ga vsebuje vsaka CPE. Programski števec kaže na trenutni naslov v pomnilniku, iz katerega mora procesor prebrati ukaz (določa lokacijo ukaza/podatka v pomnilniku). Ko CPE pridobi ukaz, se programski števec poveča za dolžino ukaza in tako kaže na naslednji ukaz. Dekodiranje ukaza\: Ukaz, ki ga je procesor prejel iz pomnilnika, je treba dekodirati, da procesor ve, kaj naj naredi in kako naj to naredi. Ukaz je sestavljen iz številčne kode, ki je lahko dolga en pomnilniški zlog (1 B), če pa je to premalo, jo lahko dopolnjuje še več naslednjih zaporednih zlogov v pomnilniku. V koraku dekodiranja ukaz razstavimo na dele, ki imajo pomen za posamezne dele centralne procesne enote
Opiši 1. korak delovanja CPE pri izvajanju posameznega ukaza!
Prevzem ukaza\: V prvem koraku pridobimo ukaz iz programa, ki je shranjen v pomnilniku. Zaporedno prinašanje ukazov in podatkov iz pomnilnika v CPE je omogočeno z uporabo specialnega registra, ki se imenuje programski števec (angl. program counter ali PC), ki ga vsebuje vsaka CPE. Programski števec kaže na trenutni naslov v pomnilniku, iz katerega mora procesor prebrati ukaz (določa lokacijo ukaza/podatka v pomnilniku). Ko CPE pridobi ukaz, se programski števec poveča za dolžino ukaza in tako kaže na naslednji ukaz.
Centralno procesna enota pri izvajanju posameznega ukaza deluje v 4ih korakih. Napiši jih ter opiši posamezen korak.
Prevzem ukaza\: V prvem koraku pridobimo ukaz iz programa, ki je shranjen v pomnilniku. Zaporedno prinašanje ukazov in podatkov iz pomnilnika v CPE je omogočeno z uporabo specialnega registra, ki se imenuje programski števec (angl. program counter ali PC), ki ga vsebuje vsaka CPE. Programski števec kaže na trenutni naslov v pomnilniku, iz katerega mora procesor prebrati ukaz (določa lokacijo ukaza/podatka v pomnilniku). Ko CPE pridobi ukaz, se programski števec poveča za dolžino ukaza in tako kaže na naslednji ukaz. Dekodiranje ukaza\: Ukaz, ki ga je procesor prejel iz pomnilnika, je treba dekodirati, da procesor ve, kaj naj naredi in kako naj to naredi. Ukaz je sestavljen iz številčne kode, ki je lahko dolga en pomnilniški zlog (1 B), če pa je to premalo, jo lahko dopolnjuje še več naslednjih zaporednih zlogov v pomnilniku. V koraku dekodiranja ukaz razstavimo na dele, ki imajo pomen za posamezne dele centralne procesne enote Izvršitev ukaza\: Ko procesor izve, kaj mora narediti, ukaz nato izvrši. Aritmetično logična enota s pomočjo registrov izvede zahtevano operacijo. Zapis rezultata v pomnilnik\: Po izvršitvi ukaza dobimo nek rezultat. Zadnji korak se ne izvaja vedno, kajti če obstaja ukaz, ki zahteva ta rezultat, ga enota pošlje v registre, drugače ga zapiše na določeno lokacijo v pomnilniku
Kaj pridobimo s predpomnilnikom? Razloži, zakaj.
Pridobimo hitrost delovanja procesorja. Procesor za svoje delo potrebuje podatke, ki jih dobiva iz delovnega pomnilnika. Ker je bil delovni pomnilnik prepočasen za procesorjeve potrebe, so kot rešitev uvedli predpomnilnik. Ko procesor zahteva podatek, najprej preveri, ali se želeni podatek nahaja v predpomnilniku. Če podatka v predpomnilniku ni, se zahteva prenos želenega podatka iz glavnega pomnilnika v procesor. Istočasno se podatek zapiše tudi v predpomnilnik. Večji kot je predpomnilnik, večja je verjetnost, da se zahtevani podatek nahaja v njem. Zaradi tega bo računalnik deloval hitreje, saj bo procesor potreboval manj dostopov do delovnega pomnilnika. Predpomnilnik je hitrejši od delovnega pomnilnika, saj omogoča višje hitrosti branja in pisanja podatkov.
Kateri procesor bi izbrali za domači računalnik? Zakaj?
Procesor izbereš na podlagi tvojih želja, zmožnosti ter karakteristik posameznega procesorja ter obrazložiš izbiro.
Kako lahko predpomnilnik pospeši delovanje računalniškega sistema?
Procesor za svoje delo potrebuje podatke, ki jih dobiva iz delovnega pomnilnika. Ker je bil delovni pomnilnik prepočasen za procesorjeve potrebe, so kot rešitev uvedli predpomnilnik. Ko procesor zahteva podatek, najprej preveri, ali se želeni podatek nahaja v predpomnilniku. Če podatka v predpomnilniku ni, se zahteva prenos želenega podatka iz glavnega pomnilnika v procesor. Istočasno se podatek zapiše tudi v predpomnilnik. Večji kot je predpomnilnik, večja je verjetnost, da se zahtevani podatek nahaja v njem. Zaradi tega bo računalnik deloval hitreje, saj bo procesor potreboval manj dostopov do delovnega pomnilnika. Predpomnilnik je hitrejši od delovnega pomnilnika, saj omogoča višje hitrosti branja in pisanja podatkov.
Vsak mikroprocesor vsebuje programski števec. Kaj predstavlja programski števec in kakšna je njegova naloga?
Programski števec, znan tudi kot ukazni števec (angl. Instruction Counter) je register, ki skrbi za zaporedje izvajanja ukazov po programu. Vsebuje naslov lokacije naslednjega ukaza, ki ga bo prevzela CPE. Njegova naloga je, da »kaže« na ukaz, ki naj se izvede. Program torej poteka tako, da programski števec »koraka« od ukaza do ukaza. Vsebina programskega števca se povečuje samodejno.
V povedih opredelite kakšne registre imamo v mikroprocesorju s stališča programerja in kaj je njihova bistvena razlika?
Programsko dostopni, Programsko nedostopni Do programsko dostopnih registrov lahko dostopajo programerji, neposredno so namenjeni reševanju problemov, v njih pa so shranjeni operandi, nad katerimi se izvajajo operacije. Do programsko nedostopnih registrov programerji nimajo dostopa in so namenjeni delovanju procesorja.
Kateri je bil prvi 8-bitni mikroprocesor? Kako se je imenoval?
Prvi 8-bitni mikroprocesor je bil Intel 8008.
Kateri je bil prvi izumljen mikroprocesor in kateri prvi mikrokontroler?
Prvi izumljen procesor je bil Intel 4004, ki se je uporabljal v kalkulatorju Busicom, zmogel je odštevati in seštevati, prvi mikrokontroler pa je bil TMS 1000.
Kateri je bil prvi mikrokrmilnik ter katerega leta je bil narejen?
Prvi mikrokrmilnik je bil Texas Instruments TMS 1000, ki je bil narejen leta 1974.
Katerega leta je bil izdelan prvi mikroprocesor, kako se je imenoval ter koliko biten je bil?
Prvi mikroprocesor je bil Intel c4004, izdelan leta 1970. Bil je 4-biten.
Kakšna je razlika med procesorjema v sami zgradbi (prvi procesor ima eno jedro in dve niti, drugi procesor ima dve jedri, vsako jedro ima samo eno nit)?
Prvi procesor ima podvojene notranje registre ter cevovod. Krmilna enota, predpomnilnik ter vodila so v skupini rabi. Drugi procesor ima dve jedri, vsako jedro ima svojo izvršilno enoto ter svoj predpomnilnik L1 in L2. Predpomnilnika L3 in L4 sta skupna za vsa jedra.
Procesorje delimo tudi glede na nabor ukazov (CISC in RISC). Kakšna je razlika med njimi ter kje jih uporabljamo?
RISC ima enostavnejše ukaze, majhen nabor ukazov, vsi ukazi so tako enostavni, da za vsakega potrebujemo le en takt, težje programiranje, čim več skušamo delati v registrih CPE, manjše segrevanje, cenejša izdelava. RISC procesorje uporabljamo predvsem v mikrokrmilnikih, CISC procesorje v splošno namenskih računalnikih.
Napišite primer kje uporabljamo CISC mikroprocesorje in kje uporabljamo RISC mikroprocesorje?
RISC procesorje uporabljamo predvsem v mikrokrmilnikih, CISC procesorje v splošno namenskih računalnikih.
Naštej slabosti cevovoda.
Samo delovanje cevovoda (prehodi iz ene stopnje v drugo) porabi nekaj časa. Med delovanjem cevovoda se lahko pojavijo cevovodne nevarnosti (angl. pipeline hazards), zaradi katerih se mora cevovod ustaviti in počakati, da nevarnost mine.
Kakšne so slabosti cevovoda? Katere vrste cevovodnih nevarnosti poznaš? Opiši vse tri!
Samo delovanje cevovoda (prehodi iz ene stopnje v drugo) porabi nekaj časa. Med delovanjem cevovoda se lahko pojavijo cevovodne nevarnosti (angl. pipeline hazards), zaradi katerih se mora cevovod ustaviti in počakati, da nevarnost mine. Razlikujemo tri vrste cevovodnih nevarnosti\: Strukturne nevarnosti\: Te nevarnosti nastanejo, kadar več ukazov v različnih stopnjah cevovoda v neki urini periodi potrebuje isto enoto. Pod enoto se razume registre, ALE in pomnilnik. Če imamo samo eno enoto, mora ena od stopenj počakati. Tipičen primer je, kadar en ukaz v koraku prevzema ukaza (fetch) želi brati podatek, ki ga drug ukaz v koraku zapis rezultata (angl. writeback) ravnokar vpisuje ali prepisuje. Podatkovne/operandne nevarnosti\: Pojavijo se takrat, kadar ukaz kot vhodni podatek potrebuje rezultat njemu predhodnega, še ne dokončanega ukaza. Kontrolne nevarnosti\: Te nevarnosti pride v skokih, klicih in drugih kontrolnih ukazih, ki spreminjajo vsebino programskega števca. Če se npr. programski števec spremeni šele v tretji stopnji cevovoda, ni mogoče vedeti, katere ukaze naj cevovod izvršuje v prvih dveh stopnjah. Poenostavljeno rečeno\: če se kot ukaz 2 izvaja pogojni stavek, ki je odvisen od rezultata ukaza 1, procesor ne bo vedel, kateri pogojni stavek se naj izvede v okviru ukaza 2, dokler ukaz 1 ne bo izvršen v celoti.
Iz česa je sestavljena krmilna enota?
Sestavljena je iz\: jedra krmilne enote → krmili delovanje mikroprocesorja; ukaznega registra → sprejme naslednji ukaz, ki ga mora mikroprocesor izvesti; ukaznega dekodirnika → dekodira ukaz in generira krmilne signale za njegovo izvedbo in programskega števca → določa naslov naslednjega ukaza, ki se mora izvesti.
Kakšna je razlika med sinhronimi in ne-sinhronimi procesorji?
Sinhroni procesorji delujejo v taktu centralne ure, torej morajo počakati, da svoje delo v njej opravi najbolj počasen element. Asinhroni procesorji delujejo s svojim tempom in se jim ni potrebno usklajevati s taktom centralne ure.
Zakaj se uporablja skladovni kazalec?
Skladovni kazalec ali kazalec na sklad se uporablja pri delu s skladom (podatkovna struktura v programiranju, ki deluje po načelu LIFO oz. zadnji noter, prvi ven (angl. Last In - First Out)). in kaže vedno na prvo prosto lokacijo, kamor se lahko prenese podatek iz CPE.
Kakšna je naloga aritmetične enote ter katere so njene osnovne operacije, ki jih izvaja?
Skrbi za izvajanje operacij nad podatki, ki jih obdeluje program. Izvaja naslednje osnovne operacije\: aritmetične\: seštevanje, odštevanje, povečevanje; premiki, rotacije bitov; logične negacije, AND in OR; primerjalne\: > \= < ...
Slabosti cevovodov so tudi cevovodne nevarnosti. Opiši strukturne nevarnosti!
Strukturne nevarnosti nastanejo, kadar več ukazov v različnih stopnjah cevovoda v neki urini periodi potrebuje isto enoto. Pod enoto se razume registre, ALE in pomnilnik. Če imamo samo eno enoto, mora ena od stopenj počakati. Tipičen primer je, kadar en ukaz v koraku prevzema ukaza (fetch) želi brati podatek, ki ga drug ukaz v koraku zapis rezultata (angl. writeback) ravnokar vpisuje ali prepisuje.
Katere vrste cevovodnih nevarnosti poznaš? Opiši kontrolne nevarnosti!
Strukturne nevarnosti, podatkovne/operandne nevarnosti, kontrolne nevarnosti Do kontrolnih nevarnosti pride v skokih, klicih in drugih kontrolnih ukazih, ki spreminjajo vsebino programskega števca. Če se npr. programski števec spremeni šele v tretji stopnji cevovoda, ni mogoče vedeti, katere ukaze naj cevovod izvršuje v prvih dveh stopnjah. Poenostavljeno rečeno\: če se kot ukaz 2 izvaja pogojni stavek, ki je odvisen od rezultata ukaza 1, procesor ne bo vedel, kateri pogojni stavek se naj izvede v okviru ukaza 2, dokler ukaz 1 ne bo izvršen v celoti.
Katere vrste cevovodnih nevarnosti poznaš? Opiši podatkovne nevarnosti!
Strukturne nevarnosti, podatkovne/operandne nevarnosti, kontrolne nevarnosti Podatkovne/operandne nevarnosti se pojavijo takrat, kadar ukaz kot vhodni podatek potrebuje rezultat njemu predhodnega, še ne dokončanega ukaza.
Katere vrste cevovodnih nevarnosti poznaš? Opiši strukturne nevarnosti!
Strukturne nevarnosti, podatkovne/operandne nevarnosti, kontrolne nevarnosti Strukturne nevarnosti nastanejo, kadar več ukazov v različnih stopnjah cevovoda v neki urini periodi potrebuje isto enoto. Pod enoto se razume registre, ALE in pomnilnik. Če imamo samo eno enoto, mora ena od stopenj počakati. Tipičen primer je, kadar en ukaz v koraku prevzema ukaza (fetch) želi brati podatek, ki ga drug ukaz v koraku zapis rezultata (angl. writeback) ravnokar vpisuje ali prepisuje.
Kaj nam pove takt (frekvenca) procesorja?
Takt (frekvenca) procesorja pove, koliko operacij oz. strojnih ciklov procesor izvede v eni sekundi.
Opredeli pojem strojni cikel, delovna frekvenca oziroma takt procesorja ter navedi, kako sta si medsebojno odvisna.
Takt (frekvenca) procesorja pove, koliko operacij oziroma strojnih ciklov procesor izvede v eni sekundi. S frekvenco podamo hitrost, s katero mikroprocesor izvaja ukaze. Večja, kot je frekvenca, hitreje izvaja ukaze, torej je urin cikel krajši. Njuno razmerje je\: f\=1/T.
Kaj določa ura v procesorju? Kakšna je njena naloga?
Ura v procesorju določa frekvenco. Usklajuje frekvence med posameznimi napravami.
V katerem koraku pri izvajanju posameznega ukaza le-tega razstavimo na dele, ki imajo pomen za posamezne dele CPE? Kateri deli so to?
V drugem koraku, dekodiranju ukaza. Ti deli so\: operacijska koda nakaže zahtevano operacijo (seštevanje, odštevanje, premik podatkov, vpis ali prepis podatka, logična operacija ipd.). operand pove, s katerimi podatki naj to naredimo. Operand je lahko konstanta, ki je del samega ukaza, ali pa je sestavljen iz naslova podatka (kje se podatek nahaja) ter načina naslavljanja.
Kakšna je razlika med naslovnimi in podatkovnimi registri?
V naslovnem registru se nahaja naslov pomnilniške besede, do katere želi procesor dostopati Podatkovni register vsebuje podatek, ki ga procesor želi vpisati v pomnilnik, ali pa vsebuje vsebino pomnilniške lokacije, ki jo je prebral iz pomnilnika.
V katerem koraku delovanja procesorja pri izvajanju posameznega ukaza ima programski števec pomembno vlogo ter kakšna to je?
V prvem koraku, pri prevzemu ukaza, kjer pridobimo ukaz iz programa, ki je shranjen v pomnilniku. Programski števec kaže na trenutni naslov v pomnilniku, iz katerega mora procesor prebrati ukaz (določa lokacijo ukaza/podatka v pomnilniku). Ko CPE pridobi ukaz, se programski števec poveča za dolžino ukaza in tako kaže na naslednji ukaz.
Kaj so registri? Opiši vsaj 3 registre.
V računalniku so registri ena ali več povezanih pomnilniških celic, v katere je mogoče shraniti neko vrednost. A in B Akumulator\: Osnovna funkcija tega registra je shranjevanje operandov, nad katerimi se izvajajo aritmetične in logične operacije. Indeksni register (angl. Index Register) → X\: Indeksni register uporabimo v ukazih, kjer indeksno naslavljamo (določamo) naslov operanda. Skladovni kazalec (angl. Stack Pointer) → X\: Skladovni kazalec ali kazalec na sklad se uporablja pri delu s skladom (podatkovna struktura v programiranju, ki deluje po načelu LIFO oz. zadnji noter, prvi ven (angl. Last In - First Out)). in kaže vedno na prvo prosto lokacijo, kamor se lahko prenese podatek iz CPE. Naslovni register (angl. Adress Register) → AR\: V naslovnem registru se nahaja naslov pomnilniške besede, do katere želi procesor dostopati Podatkovni register (angl. Data Register) → DR\: Podatkovni register vsebuje podatek, ki ga procesor želi vpisati v pomnilnik, ali pa vsebuje vsebino pomnilniške lokacije, ki jo je prebral iz pomnilnika. Statusni register (angl. Condition Code Register) → CCR\: V statusnem registru je opis zadnjega izvedenega ukaza. Bitom v tem registru pravimo zastavice (angl. flags). Prikazuje torej stanje CPE enote, ki ga upoštevajo nekateri ukazi pri izvajanju (vejitveni ukazi, ukazi za pomike, aritmetični ukazi itd.). Ti biti omogočajo povezovanje predhodnih ukazov z naslednjimi, ki se bodo izvedli. Programski števec (angl. Program Counter) → PC\: Programski števec, znan tudi kot ukazni števec (angl. Instruction Counter), skrbi za zaporedje izvajanja ukazov po programu. Vsebuje naslov lokacije naslednjega ukaza, ki ga bo prevzela CPE. Njegova naloga je, da »kaže« na ukaz, ki naj se izvede. Program torej poteka tako, da programski števec »koraka« od ukaza do ukaza. Vsebina programskega števca se povečuje samodejno. Ukazni register (angl. Instruction Register) → IR\: V njem se shrani vsak ukaz, ki ga CPE vzame iz pomnilnika. Shrani se samo tisti del ukaza, ki določa operacijo in ki mu pravimo operacijska koda.
Kakšna je razlika med Hyper Threading-HT tehnologijo in večjedrno tehnologijo? Katera je hitrejša in zakaj?
Večnitenje (HT) je izvajanje procesov v več nitih, ki se lahko hkrati izvajajo v jedru procesorja. Procesor ima podvojene notranje registre ter cevovod. Krmilna enota, predpomnilnik ter vodila so v skupini rabi. Večjedrna tehnologija omogoči, da si lahko večjedrni procesor predstavljamo kot več fizičnih procesorjev v enem čipu, kjer ima vsako jedro svojo izvršilno enoto ter svoj predpomnilnik L1 in L2. Predpomnilnika L3 in L4 sta skupna za vsa jedra. Zaradi tega je večjedrna tehnologija zmogljivejša, ima manjšo porabo energije ter hladnejše delovanje zaradi nižjih frekvenc delovanja.
Zakaj je v razvoju mikroprocesorjev pomemben Intel 80286? Kaj je imel vgrajeno?
Vgrajen je imel MMU (angl. Memory Management Unit), ki je skrbel za navidezni pomnilnik (angl. virtual memory). Naslavljal je do 16 MB pomnilnika, saj je imel 24-bitno naslovno vodilo.
Naštej enote iz katerih je sestavljen mikrokontroler?
Vključuje pomnilnik ter le tiste vhodno/izhodne enote, ki jih zahteva aplikacija.
Vsebina predpomnilnika je odvisna od polnilnih strategij. Opiši vnaprejšnje polnjenje. Kako se imenuje druga vrsta polnilne strategije?
Vnaprejšnje polnjenje - v računalniškem sistemu imamo vgrajen mehanizem, s katerim skušamo čim natančnejše ugotoviti, kateri podatki se bodo v prihodnosti uporabljali. Druga polnilna strategija se imenuje Polnjenje na zahtevo.
