processor o klockfrekvenser

[konig]

hej

 

inne i pudelns kärna för att få grundläggande förståelse en gång för alla.....i processorn nu.....

 

vi har en kiselplatta o en kristall o alla dessa elektriska ledningsbanor....eller hur.....rätta mig om jag har fel:

 

det är ju transistorerna som talar om huruvida den innehåller en spänning eller ej (dvs en 0 eller en 1) o i en "ruta" av t.ex 8 transistorer så får du då en viss betydelse (t.ex. bokstaven "A").........i o med att vi har kanske ca 50 milj transistorer eller mer i en processor så får vi en herrans massa symboler per sekund....rätt?

hastigheten bestäms av klockfrekvens men kanske framförallt av hur många transistorer som finns på den lilla kiselplattan.....eller hur?

 

några frågor:

 

vad exakt består dessa transistorer av? (verkar ju obegripligt att de får rum.......eller är det "knutpunkter" i alla tunna ledningsbanor i koppar som blir till transistorer?)

 

Kristallen:......vilket material görs den i?.........vad finns (om något) för att öka kristallens svängningar än mer i framtiden?

 

en annan sak: när man startar upp datorn så måste man ju få igång det hela......vad är det som startar upp det hela.......man slår på strömmen o man får igång en puls......vad är sedan det grundläggande programmet som får igång det hela o hur i herrans namn har man programmerat in detta och i vad???? (w00t)

[Anders Lundberg]

Jag tänker inte försöka förklara hur kiselchip är uppbyggda, det får du kolla på nånstans på nätet med en tydlig genomgång med bilder och grejer. Eller om någon annan känner sig mogen att förklara.

 

Vad jag däremot kan göra är berätta att det inte alls är antalet transistorer som bestämmer hastigheten. En processor har ett visst antal transistorer, fördelade i olika delar för att utföra olika uppgifter - t ex flytta data eller utföra beräkningar. Olika processor kan sedan behandla olika många tal samtidigt. Som exempel kan vi ta G5:an, eftersom den är så aktuell. Den kan hålla uppåt 200 olika processer (beräkingar) igång samtidigt i olika steg. Data till dessa beräkingar tas hela tiden från cashe-minnet som i sin tur får det från ram-minnet, osv. Hastigheten bestäms av hur ofta en strömpuls går genom processorn och flyttar fram processerna "ett steg". Det är det som är MHz. För att klara av en hög MHz måste processorn ha en effektiv struktur, så nära som möjligt mellan transistorerna, som i sin tur givetvis måste vara lagom många för att alla delar som en modern processor har ska finnas med.

 

Du kanske blandar ihop transistorer med kondensatorer? Transistorer är vägskäl för strömmen (släpper igenom eller inte), medan kondensatorer lagrar spänningar. Det är alltså inte fråga om miljontals "symboler" i processorn samtidigt, men iom att klockfrekvensen numera är så hög som den är så blir det ändå många miljoner per sekund.

 

Kristallen: Vilken kristall?

 

Uppstart: ROM-kretsen. Förr i tiden låg hela Mac OS kärna på den, men numera är det bara grundfunktioner, som att ladda Open Firmware (som i sin tur startar systemet, om jag inte minns fel).

 

 

edit: Rätta gärna mig om jag har fel

[konig]

tja..vad ger klockpulsen om inte en kristall.....vad annars?.............och antalet transistorer i processorn är väl ändå en stor anledning, inte bakom själva pulsen, men bakom antal beräkningar per sekund........eller........minnen skickar data fram o tillbaka genom processorn..........eller?..........man ökar ju hastigheten genom att öka antalet transistorer i processorn........

 

den som kan reda ut det på ett enkelt sätt är mycket välkommen.... :angel:

[Anders Lundberg]

Nej, transistorerna utför beräkningarna, men om man inte gör en processor som utför fler uträkningar per klockcykel så spelar antalet "ingen roll" för hastigheten. Då är det bara klockfrekvensen. Att sen olika processorer är olika bra på att utnyttja klockfrekvensen och därmed blir olika "snabba" vid samma frekvens hör inte riktigt hit.

 

Och nej det är verkligen inte så enkelt som att "minne skickar data fram och tillbaka". Processorn tar emot/hämtar data från minnet och skickar själv runt det i sig själv. Processorn tar emot data både som instruktioner (gör det här eller det där) och som själva datan som skall behandlas. Dessa tas från minnet, läggs i cashen, och tas sedan in i vad som kallas register (på PowerPC är det 7 för data och 7 för instruktioner om jag inte tar misste).

 

Sist men inte minst: Jag vet inte hur du har kommit på det, men det finns då ingen kristall som skickar strömmen. Strömmen dras helt enkelt upp till högfrekvent för att sedan "pumpas" in i processorn. Fråga mig inte hur det går till fysiskt, men det är då ingen kristall inblandad så vitt jag vet.

[konig]

slog precis upp kisel i uppslagsverket o ser att det finns "kristalint kisel......med kristaller med samma struktur som kubisk diamant"......så det måste vara anledningen till klockfrekvensen....kiselplattan med dess kristaller åstadkommer svängningarna........

 

hur kan alla dessa transistorer på kiselplattan göra beräkningar?

[konig]

också...........jag fattar inte riktigt skillnaden mellan klockpuls o klockfrekvens...........en klockpuls måste ju vara: da....da...da....da......vilket ju också en klockfrekvens måste vara (svängningar per sekund......i detta sammanhang kan det ju aldrig bli något annat än: något...inget......något.....inget...........helsjukt tycker jag

[Anders Lundberg]

Genom att antingen vara av eller på, 1 eller 0, ström eller inte ström. Men du ska inte tro att jag tycker det verkar lätt, eller förstår hur man kommer på hur man ska göra och sen gör det. Jag bara konstaterar hur det är. Processorn är ju dock "hårdkodad" till hur den gör saker. Det är alltså inte så att den måste ta reda på hur man adderar två tal varje gång den skall göra det. Den bara skickar iväg datan som ska adderas till den del av processorn som utför såna beräkningar och så skickas talen genom den delen och tillbaka till stacken (översta data-registret, där senast använd data finns) kommer svaret. Lägger du ihop t ex 0001 och 1000 får du 1001... osv osv.

 

Men nej, svängningarna åstadkoms inte av att materialet är kisel, processorn har inget att göra med frekvensen. Den åstadkoms av någon finurlig elektronisk eller bara teknisk pryl som drar upp frekvensen på strömmen (som ju kommer in med 50 Hz från jacket). Moderkortet bestämmer hur snabb klockfrekvensen är, inte processorn. Annars skulle man ju t ex aldrig kunna överklocka. Olika processorer klarar olika klockfrekvens dock, så om man försöker köra 2 GHz med en PowerPC 601 så går det rent ut sagt åt helvete (eller på tok för varmt iaf )

[konig]

hmmmmmmmmmm............ska klura ett tag.......något är knäppt... (w00t)

[Anders Lundberg]

Hmm, vad kan jag mer säga. Jo, du ska veta att processorns olika beräkningsdelar i huvudsak består av ett antal enheter som kallas instruktioner. Instruktioner är vad som skiljer olika processorer och processortekniker åt. T ex så finns CISC och RISC där den senare har mycket färre instruktioner än den tidigare. Varje instruktion fungerar ungerfär som så att processorn blir programmerad att utföra en viss beräkning på vissa tal. Talen skickas genom rätt enhet som automatiskt utför sin beräkning. T ex lägga ihop talen som kommer in, eller multiplicera dom eller vad det nu är.

 

Nu känner jag att jag börjar komma ut på lite väl djupt vatten dock, det jag nu beskrivit är väldigt schematiskt. I verkligheten, hur det faktiskt går till, vet jag inte alls.

 

Kanske kommer det någon och postar en länk med en utförlig beskrivning.

[Reefer]

Kanske kommer det någon och postar en länk med en utförlig beskrivning.

http://ars-technica.com/cpu/4q99/risc-cisc/rvc-1.html

[Anvil]

T ex så finns CISC och RISC där den senare har mycket färre instruktioner än den tidigare.

Det är faktiskt tvärtom (för det mesta undantag för 8bits processorer då...)

 

RISC = Reduced Instruction Set Computer (som dom flesta vet).

Detta betyder inte att antalet instruktioner är färre, utan det som är "reduced" är antalet addresserings lägen, en RISC processor kan endast operera på dess interna register. detta gör att man inte behöver flera versioner av varje instruktion, och att instruktionerna (opkoderna) är lättare att konsturera och mindre avancerade.

Vilket resulterar i billigare tillverknings kostnad och teoretiskt snabbare processing hastighet. (och teoretiskt även högre klockfrekvenser med lägre ström förbrukning/värme producering).

 

Angånde orginal frågan, transistorer är gjorda av kisel(oftasts det finns andra varianter med) dom framställs genom att dopa kiseln med olika vätskor/preparat får den sina egenskaper.

Det finns två bastyper av transistorer PNP och NPN (du kan fråga din fysik/elektronik lärare om mer info, alternativt kan du kolla runt på nätet).

 

att en dator arbetar med ström på/ström av är en förenklat, det är faktiskt alltid ström på, oavsett om det är 0 eller 1, värdet beror på spänningen, vad som är logiskt 0 (oftast 0V-1V) och logisk 1 (3V-30V (kan vara 5V- ibland))

Man bör även tänka på att detta är delvis pga att transistorer är faktiskt inte digitala, det är analoga komponenter vars egenskaper förändras beroende på dess temperatur.

 

Transistorer är nödvändiga för allt som har med datorn att göra, från processorn till minneschips osv.

Med hjälp av transistorer kan man bygga "grindar", vilket är kretsar för logiska operationer, en processor består av miljontals grindar idag, naturligtvis är transistorerna mycket små i en processor, men teoretiskt sett kan du "löda" en processor själv om du vill...

 

Om du är intresserad av att bygga din egen dator eller tillverka din egna processor kan du fråga närmaste elektronik handlare om FPGA kretsar och utrustning för att programmera dessa. (Field Programmable Gateway Arrays) vilka kan bli programmerade att agera som iprincip vilket chip som helst.

 

Angånde kristaller: kristaller är inte "tillverkade" det är en mineral som återfinns i naturen, vad det gäller oscillatorer så är kvartz (och gissa vad den består av ?! kiseldioxid!) den vanligaste kristallen som används, men det är fullt möjligt att tillverka en oscilator utan att använda kristall, man får dock inget som är riktigt pålitligt utan kristall dock. (dvs om man ska ha frekvenser i övre kHz -> Mhz fältet bör man använda en kristall...)

 

Angånde register på PowerPCn är det 32 stycken (data/address) register (var av 31 kan användas till alla operationer, register r0 är dock lite speciellt) det finns inga specifika register för data / address, utan hanteras av samma register där av namnet GPR (General Purpose Register).

 

Detta är långt från komplett, men det du frågade efter är oerhört komplext och tar år att förstå sig på, jag kan inte exakt hur en Processor fungerar på låg fysisk nivå heller, frågan är om någon vet exakt hur dagens processorer fungerar.

[konig]

konstigt att något som i grund o botten är så enkelt är så svårt att förstå i dess bas.........jag studerar vidare o kommer jag på:t så hojtar jag till (om inte någon annan redan vet)

[Axelman]

Minsta byggstenen i en processor kallas transistor. Den är uppbyggd av material som kallas halvledarmaterial (kisel). Dvs elektriskt ledande BARA åt ett håll. Det är förutsättningen för att kunna konstruera den så att en mindre ström kan reglera en annan mindre ström eller en större ström (stereoförstärkare). Transistorn fungerar antingen som en strömbrytare, dvs med en ström kan jag slå av eller på en lampa eller en signal. Jag kan också använda den som en vattenkran och dosera efter behag (ej i dator). Transistorn kan göras på två vis: antingen slår den på en signal eller slår av en signal när den blir beordrad att arbeta.

 

Datorer använder på/av funktionen. Kallas även etta/nolla. Ett block med sådana kodar bokstäver och siffror, flera block i hop kodar ord eller matematiska tal. ju fler block ju mer "data" går att behandla. All indata, ord och siffror, tolkas om till ett språk som datorn talar, processas och tolkas tillbaka till vårt språk med ett svar. En processor innehåller miljontals transistorer som samarbetar i olika logiska processer. En logisk process kan vara att det krävs två ( eller flera) av varandra oberoende insignaler för att få en utsignal. Eller en insignal som ger växlande funktion mellan två utsignaler osv osv in absurdum...

 

Ju mer data som hinner bearbetas under en given tid ju bättre. Det styrs av dels antalet räkneoperationer som hinns med under en given tid och dels hur omfattande räkneoperationerna är under samma tid. Hertz är ju snabbheten, 32 och 64 bitar anger hur stora tal som kan processas under en viss tid. ELLER: Hertz är hur fort du tuggar, 32 eller 64 bitar är hur stor käft du har....

 

Sedan spelar kringkomponenterna in. Busshastigheten, dvs förmågan att skyffla data mellan enheter i datorn. Vad hjälper det om du kan tugga och svälja om halsen inte klarar av att transportera vidare lika fort...

 

Processorn har ett eget minne som man kan jämföra med en köksbänk. Det kallas cacheminne. När datorn jobbar måste den lägga i från sig data ibland för att göra annat en kort stund. Att då lägga in grejorna i skafferiet (internminnet, eller RAM-minnet) tar längre tid än att lägga dem på köksbänken. Att gå till matkällaren (hårddisken) skulle göra arbetet väldigt tungrott...

 

Cacheminne är ett MYCKET snabbt minne som sitter direkt på processorn och går inte att byta ut. Det är mycket DYRT minne vilket gör att billigare datorer har mindre och enklare cacheminne och blir långsammare med samma bit-tal och mHz.

 

RAM-minnet fungerar ju som arbetsminne. Det jag jobbar med har jag där, typ skafferiet. OS X älskar RAM-minne och går snabbare med mycket minne.

 

Hårddisken lagrar ju det vi vill spara och komma ihåg. Det tar en stund att gå till matkällaren för att hämta det man vill ha. Vill man spara mycket bilder och musik behövs det mycket plats eftersom musik och ljud tar mycket plats, för att inte tala om FILM! Idag så behövs nästan 250-500 gigabytes lagringskapacitet för en familjedator på grund av alla spel, MP3-filer, filmer mm....

 

Grafikkortet är en släkting till processorn som tar hand om den särskilda del som handlar om bildvisning. Utan den skulle processorn drunkna i arbete... Den gör att processorn avlastas så att den hinner med att göra det den ska. Precis som när jag får städa så frun hinner handla mat... Så även ljudkort om man vill arbeta speciellt med ljud och musik. Men det är en annan fråga.

[konig]

snyggt axelman........now we´re talking

 

kring grejorna är jag med på någorlunda.......när det gäller processorn: hur vet den att den är en processor?.....vad drar igång det hela......det måste finnas nån sorts mycket grundläggande programmering eller "orsakande" som startar o får det hela att bli till computing...så att säga...........eller hur?

[Axelman]

snyggt axelman........now we´re talking

 

kring grejorna är jag med på någorlunda.......när det gäller processorn: hur vet den att den är en processor?.....vad drar igång det hela......det måste finnas nån sorts mycket grundläggande programmering eller "orsakande" som startar o får det hela att bli till computing...så att säga...........eller hur?

Tack o tack allra ödmjukost, som man säger i kökskretsar.... Processorn är ju konstruerad för ett speciellt jobb. Ungefär som en häst vet heller inte om att det är en häst men fungerar bra ändå med en duktig kusk.. Vid en start sitter det en liten gubbe som drar i gång klockspelet och förser processorn med instruktioner vad den ska göra. Att OS-et laddas upp och förbereds, bildskärmen tänds, kylningen aktiveras, mm och att kaffebryggaren sätts på... Efter en stund när allting är avcheckat överlämnas kontrollen till piloten och sedan är det bara att gasa!! (w00t) (w00t) (w00t)

[konig]

HUR är proccessorn konstruerad för ett speciellt jobb...........

[Axelman]

Puh... nu går det nog över min förmåga och in på hönsens....

 

När jag skriver speciellt jobb menar jag inte ett särskilt sorts datorjobb utan jag menar att processorn är byggd för att fungera som en datorprocessor, inte som en kaffebryggare eller sopsorteringsverk... Den är byggd för att fungera på ett förutbestämt sätt. Ungefär som när jag vaknar på morgonen är jag så puckad att frun måste hjälpa mig att komma igång med klädsel och frukost. Men sedan fixar jag resten....

 

Processorn består ju av i pricip logiska transistorkretsar som pratar ettor och nollor i myriader i förutbestämda kombinationer. Ett program består av logiska ramar och verktyg som känner till de förutbestämda kombinationerna och kan slussa dina kommandon tolkade i ettor och nollor genom de logiska kretsarna till ett resultat som omtolkas till begriplighet och avläses av dig.

 

I processorn sker då ett jätteflöde av pyttesvaga elektriska strömmar som passerar genom transistorer. Beroende på hur den logska kretsen är och instruktionen är så kommer det ut svar beroende på input och process. Tänk dig ett abnormt stort hus med dörrar till döddagar... Du går in på ena sidan men beroende på vilka dörrar som öppnas och stängs kommer du ut någon annan stans.

 

Sedan samlas all output, systematiseras och tolkas och visas på en skärm i text, ljud eller bild. Detta går med ofattbar rasande hastighet med många miljarder räkneoperationer i sekunden.

 

Hur är processorn uppbyggd frågar du. Jo, tack bra... skulle man kunna säga. Vill du gå in på arkitektur, problemlösningar mm så får någon annan ta över.

 

Processorn får grundinstruktioner vid uppstart så den vet vad den ska göra i tur och ordning, som jag beskrev lite bildligt tidigare, så att den kan bli klar för användning. Processorn hålls i tyglar av ett litet program som aktiverar den så att den övergår från kiselklump till lydande logiksluss.

 

Ja... man kanske skulle söka jobb i databranschen som utbildare!!!

(w00t) (w00t) (w00t) (w00t)

[konig]

jag tror jag börjar komma underfund med mitt missförstånd i ämnet........det verkar som att jag helt enkelt tittat på processorn på fel sätt..........masn har ju alltid hört att den är hjärnan o hjärtat i datorn.....hjärta är enkelt med dess klockpuls.........hjärna däremot såg jag på fel sätt..........jag såg den som "den som skapar" och som är överordnat allt annat, vilket ju är helt fel.........den processar ju bara.......vi, människor, har ju så att säga "transformerat oss" in i datorn via program vilka i sin tur instruerar processorn, det är ju instruktionerna som får processorn att jobba....dvs. instruktionerna bossar över processorn (arbetshästen)......vilken i sin tur bearbetar o förändrar o som senare visar det vi vill på t.ex. en bildskärm..........ja jag säger då det: piece of cake

[konig]

precis axelman......logiken sitter i programmen..........processorn jobbar bara.........min miss var att jag fått för mig att logiken satt i processorn.......... (w00t)

[Axelman]

Observera att jag talar i PRINCIP. En processor är feruktansvärt kompilicerad! (medveten felstavnig... ) Men det är OS + programm som styr processorn, den är död i sig själv. Annars är det precis som du säger; skitenkelt!!

 

När vi ändå är på G; har du något mer som ska lösas? (w00t)

[konig]

hm........jag får för mig att det borde finnas någon form av BASIC BASIC program..........ungefär som att kroppar har sin genetiska plueprint....typ..........

[konig]

BIOS finns i ROM kretsar på moderkortet (bl.a.)öter datorns startprocess bla. ........tydligen finns det ett bibliotek........någon form av drivrutiner.........(sitter o läser......får läsa vidare)

[konig]

ok, så jag fattar nu (rent allmänt)......precis som att en människa har en genetisk blueprint.........typ.......en snubbe även om han är helt "tom i bollen" skulle, om han blev hungrig........ändå skaffa sig något o äta (åtminstone 98 x av 100 (w00t) (w00t) )........så har datorn sitt ROM minne med BIOS.........som ju drar igång det hela o får det att funka..........så där är väl då basics: ROM/BIOS o så an processor PLUS instruktioner o en jävla massa minnen

[konig]

o jag fortsätter med att reda ut........."MINNEN".........en hård disk t.ex. är INTE ett minne som jag trodde förrut.......det är en LAGRINGSENHET...............minnen däremot är KRETSAR!!

[konig]

det här med minnen är ju smått missvisande.........det är ju kretsar = sluten ledning för elektricitet.......en form av arbetsyta där man hanterar byte.............vidare utgörs tydligen denna krets av transistorer och kondensatorer........en transistor kan förstärka elektricitet medan en kondensator tillfälligt kan lagra el ( det borde då vara en "etta")........de s.k. minnen är ju mer en fråga om olika arbetsinsatser........typ: intensivarbete......normalarbete........"komunalare" (w00t) ..på en viss bestämd "arbetsyta" (ledning).

 

processorn består bara av transistorer?......dvs öka/minska styrkan i electriciteten.näääää, va?.....isåfall skulle ju processorn vara mer av en motor (fast då är man inne på "hjärta".....men det ska vara hjärta OCH hjärna)........är det så att man också har kondensatorer i processorn? (då är jag med)......annars kan jag inte se hur processorn gör beräkningar om det inte är så att en transistor vid en viss "styrka" blir "1" och vid en svagare styrka blir "0"....rätt?