AMD
K6 orgjorvi
Orgjorvi
er
samras
sem geymir
miðverk
tolvu
. Hugtakið orgjorvi a oftast við eina
kisilflogu
sem situr a
moðurborði
, en hugtakið gjorvi er notað um fleiri en eina einingu sem sinna sama verki.
Orgjorvi framkvæmir
forritaðar
skipanir sem geta snuist um að framkvæma reikniaðgerðir eða samskipti við
jaðartæki
og minni.
Orgjorva er að finna i nanast ollum rafeindatækjum með einhvers konar tolvustyringu eins og t.d.
þvottavelum
,
orbylgjuofnum
,
hraðamælum
fyrir hjol,
myndbandstækjum
,
sjonvorpum
,
geislaspilurum
og
bifreiðum
.
Einn þekktasti eiginleiki orgjorva er klukkutiðni og er það einn sa eiginleiki sem folk litur helst a við kaup a einkatolvu. Klukkutiðni orgjorva er mæld i riðum (taknað Hz, Hertz). Arið 2006 er klukkutiðni i nyjum einkatolvum oftast a bilinu eitt til fjogur gigarið.
Rafrasir orgjorvans innihalda m.a. rasaeiningar sem kallast
vippur
(e.
flip flops
). Þegar vippur eru klukkaðar (þ.e. stjornað af rafmerki sem kallast klukkupulsar) finnast ymis gagnleg not fyrir þær sem notuð eru i orgjorvum. Eftir þvi sem orgjorvinn er klukkaður hraðar þvi fljotari er hann að framkvæma skipanirnar. Það sem kemur i veg fyrir að hægt se að auka klukkuhraða upp ur ollu valdi er að erfitt er að framkalla nægilega nakvæman objagaðan klukkupuls og lata oll innri merki hans na að halda skyru gildi sem er annaðhvort af eða a (null eða einn). Orgjorvi hitnar einnig meira eftir þvi sem hann er klukkaður hraðar. Það er vegna þess að aðalbyggingareining hans er svokallaður
CMOS
smari
sem hitnar hraðar við aukna klukkutiðni (CMOS notar mjog litla orku þegar hann heldur obreyttri stoðu en notar fast magn af orku við að skipta um stoðu og su orka umbreytist einmitt i varmaorku). Yfirleitt er ofhitnun orgjorva raðandi þattur i að ekki se hægt að klukka orgjorva hraðar og hafa ahugamenn
yfirklukkað
tolvunar sinar annað hvort i stuttan tima eða með kælibunaði (gjarnan frumlegum og framandlegum) og þannig fengið tolvur sinar til að vinna orlitið hraðar.
Gisti
(e.
register
) eru mjog hraðvirk minnisholf sem oftast geyma eitt
orð
hvert. Gistin eru notuð til að geyma ymis gildi a meðan orgjorvinn er að vinna með þau. Sum gisti gegna akveðnu hlutverki (e. special-purpose register) og onnur eru eru til ?almennra nota“ og getur forritari sem forritar a
smalamali
(e.
assembly language
) fengið beinan aðgang að þeim og getur notað þau i hvað sem honum dettur i hug (e.
general purpose register
). Dæmi um gisti með akveðið hlutverk eru forritsteljari (e.
Program Counter
; PC) sem inniheldur vistfang næstu skipunar, skipanagisti (e.
Instruction Register
; IR)) sem inniheldur skipanakoða (e.
opcode
) skipunarinnar sem verið er að framkvæma,
Memory Data Register
(MDR) sem inniheldur gagnaorð sem verið er að flytja i eða ur minni og
Memory Address Register
(MAR) sem inniheldur vistfang sem a að lesa ur minni eða minnisvistfang sem a að skrifa i.
Reikniverk
(e.
ALU
;
Arithmetic Logic Unit
) eru
stafrænar rasir
sem geta framkvæmt reikniaðgerðir eins og t.d. samlagningu, fradratt, hliðrun og rokaðgerðir eins og
EKKI
(skilar andstæðu þess sem það fær),
OG/EÐA
(annað eða bæði?einig kallað EÐA?skilar jakvæðu eða sanni ef það fær e?r sannindi),
EÐA
(þ.e. EKKI OG/EÐA; skilar sannindum ef reikniverkið fær mismun),
NE
(þ.e. OG/EÐA EKKI skilar sannindum ef reikniverkið fær einungis osannindi) og
OG
(þ.e. EKKI OG/EÐA EKKI, EKKI NE eða EÐA EKKI; skilar einungis osannindum ef rokaðgerðin fær osannindi (e.
NOT
,
OR
,
XOR
,
AND
,
NOR
). Allar rokaðgerðirnar taka við tveim kostum (e. input) nema EKKI (e.
NOT
) ? sem tekur bara við einum og er hægt að mynda þær allar með grunnaðgerðunum tveim: EKKI (e. NOT) og OG/EÐA (e. OR).
Braut
(e.
bus
) er flutningsleið milli eininga orgjorvans. Ef leggja a saman gildi i gistum eða flytja gildi milli gista þa eru brautir su flutningsleið sem er notuð til að færa gildi milli gistanna og reikniverksins þar sem samlagnin er framkvæmd. Algengt er að orgjorvar hafi fleiri en eina braut og sinna þær oft mismunandi hlutverkum, t.d. flytja sumar brautir bara vistfong, aðrar flytja gildi einungis akveðnar leiðir (t.d. tildæmis flytja sumar einungis fra gistum (e.
general-purpose registers
) til reikniverks meðan aðrar flytja fra reikniverki til gista).
Skipana afkoðari
er stundum hluti af styrieiningu, Skipana afkoðari, afkoðar skipanakoðann og færir niðurstoðuna til styrieingarinnar.
Styrieining
(e.
Control Unit
), Styrieiningin framkallar styrimerki sem stjorna framkvæmd hverrar skipanar. Flest styrimerki eiga ser ser linu sem er annaðhvort kveikt a eða slokkt a. Dæmi um styrimerki geta t.d. verið: merki sem lætur gildi gistis ut a braut, merki sem lætur gisti taka gildið sem er a braut og merki sem lætur reikniverkið leggja saman og skila niðurstoðunni i akveðið gisti.
Ilags- og fralagseining
(e.
I/O device
; I/O =
input/output
). Ser um samskipti við jaðartæki eins og t.d. prentara, skja, lyklaborð, mys.
Flytiminni
(e.
cache
) geyma gildi ur
aðalminni
sem mikið eru notuð og er einskonar speglun a hluta þess. Aðgangur að flytiminni er margfallt hraðari (færri klukkupulsar) heldur en að aðalminni. Ekki eru allir gjorvar með aðalminni og eru ymist a somu kisilflogu (L1 eða level 1 cache) og orgjorvinn, og a ser flogu (L2 eða level 2 cache). Margir orgjorvar hafa bæði.
Afkost orgjorva eru gjarnan mæld með svokolluðum SPEC profum. SPEC er stofnun sem er ekki er rekin i hagaðarskini sem ser um að framkvæma profin. Profin ganga ut a það að lata orgorva keyra ser valin forrit og bera timan sem það tekur saman við timan sem það tekur valda viðmiðunarvel að keyra sama forrit.
Klukkutiðni er ekki eini þatturinn sem ræður afkastagetu orgjorva heldur ma setja fram eftir farandi jofnu fyrir henni:
þar sem t er timinn sem það tekur orgjorva (asamt aðalminni og e.t.v. fleiri einingum) að keyra eitthvert tiltekið forrit. n er fjoldi skipana i forritinu, s er fjoldi
klukkupulsa
sem það tekur að meðaltali að framkvæma hverja skipun i forritinu. r er klukkutiðni orgjorvans. Auðvelt er að sja að ekki bara klukkutiðnin; r hefur ahrif a afkastagetu orgjorvans heldur einnig fjoldi skipana sem þarf að framkvæma; n og fjoldi klukkupulsar sem það þarf til að framkvæma hverja skipun; s. Til að minnka s er algengt að notuð se
pipun
(e.
piping
,
pipelining
), þa er byrjað að keyra skipun aður en að buið er að keyra skipunina a undan. Til að keyra skipun þarf fyrst að na i hana (e. fetch) siðan afkoðahana (decode), og að lokum framkvæma hana (e.
execute
). Þessi þrju stig eru unnin af mismunandi hlutum orgjorvans og geta allar einingarnar verið meðhondlað mismunandi skipanir samtimis (oft þarf þo fleiri einingar eins og t.d. fleiri brautir til þess að það se hægt). Pipun getur latið s (meðal klukkupulsafjoldi per skipun i forriti) stefna a 1. Hægt er að notast við superscalar arkitektur sem þyðir að fleiri en ein skipun a sama pipustigi (e.
pipestage
) m.o.o hægt er að ljuka keyrslu fleiri en einnar skipunar a sama klukkupulsi, þ.a. hægt er að na s niður fyrir 1. Notkun
flytiminnis
(e.
cache
) getur stytt allverulega soknartima i minni og þannig sem gerir einnig kleift að halda s sem lægstu. Að minnka n (fjoldi skipana i forriti) er oftast i hondum
þyðandans
(e.
compiler
, hugbunaður sem breyrir forritskoða af
hærra stigs forritunarmali
(e.
higher level programing language
) i skipanir a
velamali
), einnig getur forritari haft ahrif a það (serstaklega ef hann forritar a
smalamali
en smalamal krefst ekki þyðanda). Einnig eru
CISC
(
complex instrucion set computer
) með oftast með lærra n þar sem þeir hafa stærra
skipana sett
(einnig kallað skipana mengi) og serhæfðari skipanir en aftur a moti hafa CISC orgjorvar oftast hærra s, þar sem erfiðara er að pipa þa og hanna superscalar CISC gjorva auk þess sem þeir eru oftast með svokallaða orforritaða styriseiningu (
microprogrammed control unit
) meðan
RISC
(
reduced instruction set computer
) orgjorvi hefur t.d oftastsvokallaða harðviraða (e.
hardwired
) styriseiningu sem er erfiðari að hanna (serstaklega fyrir stort og flokið skipanasett) en er hraðvirkari. RISC orgjorvar na meiri afkastagetu þvi að þo að þeir hafi hærri n þvi að reynslan er su að floknu skipanirnar i CISC orgjorvans (sem RISC orgjorvinn hefur ekki og þarf þvi að keyra nokkrar skipanir til að vinna sama verk), eru ekkert rosalega tiðar i flestum forritum sem tolva þarf að framkvæma, þess fyrir utan ma oftast klukka RISC orgjorva hraðar.
Það ber að taka fram að til eru orgjorvar sem eru hannaðir til að sinna akveðnum serhæfðum hlutverkum og eru þa hannaðir með skipanasett i samræmi það og CISC orgjorvar geta verið fljotari að vinna sum serhæfð verkefi.
Helstu framleiðendur og honnuðir orgjorva
[
breyta
|
breyta frumkoða
]
IBM PowerPC orgjorvi
Framleddu orgjorva með nanast samskonar
skipanasetti
og x86 orgjorfar fra Intel, seldu siðar eigin verksmiðjur en hanna enn nynar utgafur af orgjorvum (og lata aðra framleiða þa i sinu nafni) og eru enn i harðri samkeppni við Intel.
Framleiddu og honnuðu fullt af orgjorvum og voru stærstir og leiðandi framan af. Honnuðu og framleiddu POWER orgjorva seriuna, hanna enn nyja orgjova i seriunni en lata aðra framleiða kubbana.
Einn helstu orgjorvaframleiðandi fyrir einkatolvur fra og með 9. aratugnum. Framleiddu
x86
linuna sem m.a.
Pentium
orgjorvar tilheyra. Þeir keyrðu Dos og Windows styrikerfin. Nyjasta flaggskip Intel er
Quad Core
orgjorvinn sem keyrir bæði
Windows
og
Mac OS
styrikefri.
Framleiddu orgjorva i
Apple
tolvur fram til arsins
2006
. Framleiddu
68k
linuna og
PowerPC
i samstarfi við IBM linurnar.
Einnig ma nefna fleiri eins og t.d.
Samsung
,
Toshiba
,
Texas Instruments
,
Microchip
(framleiða PIC orgjorva) og
Siemens
. Og ARM hannar orgjorva, og t.d. notar Apple þannig gerð.
- Fyrirmynd greinarinnar var ?
Microprocessor
“ a
ensku
utgafu
Wikipedia
. Sott 5. mai 2006.
- Hamacher, Vranesic og Zaky - Computer Organisation