CPU (CENTRAL PROCESING UNIT)

1. HISTORIA DHE EVOLIMI I CPU-VE2. MENYRA E OPERIMIT3. STRUKTURA DHE PERDORIMI4. PERFORMANCA

CPU ( CENTRAL PROCESING UNIT)

CPU OSE NDRYSHE (NJESIA QENDRORE E PERPUPNIMIT ) ESHTE NJE QARK ELEKTRONIK KOMPJUTERIK QE KRYEN INSTRUKSIONET E NJE PROGRAMI KOMPJUTERIK DUKE U BAZUAR KRYESISHT NE ARITMETIKE , LOGJIKE , KONTROLL SI DHE OPERACIONET HYRJE / DALJE TE PERCAKTUARA NGA INSTRUKSIONET .

KOMPONENTET KRYESORE TE CPU-SE JANE : 1. ALU ( ARITHMETIC LOGIC UNIT ) OSE NJESIA ARITMETIKE LOGJIKE E CILA KRYEN

ARITMETIKEN DHE OPERACIONET LOGJIKE 2. CU ( CONTROL UNIT ) OSE NJESIA E KONTROLLIT E CILA MERR UDHEZIME NGA

MEMORJA DHE I EKZEKUTON ATO DUKE I KOORDINUAR SE BASHKU ME VEPRIMET E ALU-SE

CPU ( CENTRAL PROCESING UNIT)

PJESA ME E MADHE E CPU-VE MODERNE QUHEN NDRYSHE MIKROPROCESORE , QE DO TE THOTE SE ATA JANE PJESE E NJE IC ( INTEGRATED CIRCUIT ) QARKU TE INTEGRUAR .

NJE IC PERFAQESON NJE BASHKESI QARQESH ELEKTRONIKE TE NDODHURA NE NJE HAPESIRE TE VOGEL ( CHIP ) TE NJE MATERIALI GJYSEMPERCJELLES ZAKONISHT SILICI.

NJE IC QE PERMBAN CPU-NE MUND TE PERMBAJE GJITHASHTU EDHE MEMORJE , SISTEMET PERIFERIKE DHE KOMPONENTE TE TJERE TE KOMPJUTERIT SI PAJISJE TE INTEGRUARA OSE MIKROKONTROLLERE OSE SISTEME BRENDA NJE CHIPI.

DISA KOMPJUTERE PUNOJNE ME ANE TE NJE SISTEMI TE QUAJTUR ‘MULTI-CORE PROCESSOR’ QE DO TE THOTE NJE IC ( CHIP ) I VETEM PERMBAN DISA CPU BRENDA TIJ TE QUAJTUARA ‘CORE ‘ OSE BERTHAMA TE CILAT OPEROJNE PARALELISHT ME NJERA – TJETREN DHE ASNJERA PREJ TYRE NUK MUND TE KONSIDEROHET SI NJESI QENDRORE

HISTORIA E CPU

ENIAC (ELECTRONIC NUMERICAL AND INTEGRATOR ) ISHTE KOMPJUTERI I PARE I PRODHUAR ELEKTRONIK PER QELLIME TE PERGJITHSHME. AI U REALIZUA NE VITIN 1946 DHE NJIHEJ ME EMRIN “ GIANT BRAIN”

ENIAC U PROJEKTUA NGA BALLISTIC RESEARCH LABORATORY PER LLOGARITJEN E POZICIONEVE TE QITJES SE ARTILERISE SE USHTRISE AMERIKANE. PROGRAMIMET E PARA TE TIJ PERFSHININ STUDIMIN E FIZIBILITETIT TE BOMBES ME HIDROGJEN.

ENIAC kishte 17.468 tuba vakumi, 7200 dioda kristali, 1500 celesa elektrike, 70,000 rezistore ,10,000 kondestatore dhe 5 million lidhese . Ai peshonte rreth 30 ton , kishte permasa ( 2.4 x 0.9 x 30m) qe zinte rreth 167 m^2 dhe konsumonte nje fuqi prej 100 Kw .

Mirepo duke qene se ENIAC programohej fizikisht qe te kryente instruksione te ndryshme , atehere ky ishte nje kompjuter qe nuk permbante akoma nje CPU, duke qene CPU duhet te komandohej nga nje softuer per ekzekutimin e instruksioneve

HISTORIA E CPU

ENIAC

DY GRA DUKE PERDORUR ENIAC

HISTORIA E CPU

Pajisja e pare kompjuterike qe permbante nje CPU erdhi ne momentin qe u shpik nje kompjuter me nje strukture programimi brenda tij . Kjo ide ishte e planifikuar qe te realizohej edhe tek ENIAC , mirepo duke qene se inxhinieret donin qe te mbaronin me shpejt projektin e ENIAC , kjo gje nuk u implementua.

Ne 1945 , John Von Newman hartoi nje raport ne lidhje me EDVAC( Electronic Discrete Variable Automatic Computer) . Ndryshe nga ENIAC qe punonte ne sistemin decimal , EDVAC u ndertua qe te punonte ne sistemin binar .

Pas vitit 1960 , EDVAC rezultoi me I suksesshem se ENIAC dhe filloi ndertimi I komputereve te tjere

Historia e CPU

Megjithese kompjutert e pare tashme u implementuan se bashku me CPU-te e tyre , problem I tyre ishte se ato zinin nje vend te konsiderueshem ne konstruksionin e tyre.

Gjerat po vinin drejt standartizimit atehere kur filloi prodhimi I superkompjeturerve dhe I minikompjutereve si dhe ato evoluan me shpejtesi kur filloi perdorimi I qarqeve integruese

Von Newman ka meriten me te madhe per realizimin e kompjuterit te pare EDVAC me CPU , megjithese ka edhe emra te tjere te cilat kane sugjeruar ide te ngjashme si Konrad Zuse qe hartoi Harvard Architecture .

Ne ditet e sotme , pjesa me e madhe e kompjuterave bazohen ne arkitekturen e Von Newmanit , ndersa vetem kompjuteret e palevizshem ( ATM ) ndertohen sipas arkitektures se Harvardit.

EVOLIMI I CPU-VE,IC

Nje IC ( qark I integruar ) ose chip eshte nje pajisje elektronike e vogel e prodhuar nga nje material gjysempercjelles. Qarqet e para te integruara u prodhuan rreth vitit 1950 nga Jack Kilby I Texas Instruments dhe Robert Noice I Fairchild Semiconductor.

Arsyeja kryesore e perdorimit te qarqeve integruese jane si pjese esenciale e CPU-ve, por gjithashtu edhe per pajisje audio – video dhe automobila.

Qarqet Integruese shpesh klasifikohen sipas numrit te transistoreve dhe komponenteve eleltronike qe ato permbajne :

SSI( Small scale integration) deri ne 100 komonente per chip MSI ( medium scale integration) nga 100 deri ne 3000 komp elektronike per chip LSI(large scale integration) nga 3000 deri ne 100,000 komp elektronike per chip VLSI(very large scale integration) nga 100,000 deri 1,000,000 komp elekronike per chip ULSI(ultra large scale integration) mbi 1 million komponente elektronike per chip

EVOLIMI I CPU-VE, INTEL

Intel u themelua ne vitin 1968 nga Gordon E Moore ( Prej te cilit vjen ligji I famshem I Moore) dhe Robert Noice qe ishte edhe shpikesi I qarkut te integruar .

Produkti I pare I Intel ishte Schottky TTL bipolar 64-bit memorje aksesuese rastesore statike ( SRAM) , ndersa po ne kete vit prezantoi modelin 3301 Schottky 1024-bit memorje vetem per lexim ( ROM) dhe chipin SRAM 256 bit te ndertuar me porte silikoni MOSFET.

Ne 1971 , Intel krijoi mikroprocesorin ( CPU-ne ) e pare e quajtur Intel 4004 dhe mikrokompjuterin e pare ne 1972. Intel 4004 ishte nje CPU e perbere nga 4-bite dhe kishte nje clock rate prej max 740Khz.

Me pas do te kemi generate te tjera te CPU-ve nga Intel. Ne 1972 Intel krijoi Intel 8008 , nje CPU 8-bit me 14-bite adresash ne levizje dhe rezervonte nje memorje prej 16 Kb. Clock rate eshte frekuenca me te cilen nje CPU punon dhe merret si shpejtesia e procesorit . Ajo ka te beje me numrin e instruksioneve qe nje CPU realize ne fraksione te ndryshme te sekondes.

EVOLIMI I CPU-VE, GJENERATAT E INTEL

Ne 1974 , do te kemi gjeneraten e re te CPU-ve Intel te quajtur Intel 8080 . Kjo ishte nje version I permiresuar I Intel 8080 me nje clock rate prej afro 2Mhz dhe permasa minimale prej 6 µm .

Ky processor njihej si “ mikroprocesori I pare I perdorshem “ dhe kishte aplikime te shumta si ne makina llogaritese, ATM, robotike, etj .

Arkitektura e Intel 8080 do te ndikoje fuqishem me vone ne pasuesin e tij Intel 8086 qe eshte edhe mikroprocesori I pare I familjes se mikroprocesoreve x86 ose 32 bit.

Persa I perket ndertimit , 8080 kerkonte dy chipa qe te funksiononte , nje gjenerator clocku , nje driver , nje kontrollues te levizshem dhe ishte ndertuar mbi bazen e transistoreve FET NMOS me pasurim dhe kerkonte tensione shtese perkatesisht +12V dhe -5V pervec tensionit +5V te kerkuar nga qarku dixhital TTL

Intel 8080 Intel 8086

Intel 8086

i quajtur ndryshe iAPX86 ishte nje mikrochip 16 bit qe u dizenjua nga Intel ndermet viteve 1976-1978 .

Ishte pikerisht ky mikroprocesor qe rezultoi me vone si me I suksesshmi I serive te mikroprocesoreve te prodhuar nga Intel .

Perbehej nga regjistra prej 16 bitesh dhe kishte nje shpejtesi te clock qe varionte nga 5 Mhz to 10Mhz.

E me pas per te vazhduar me serite e tjera si Intel 80386 . Ky ishte nje mikroprocesor prej 32 bit I prezantuar ne vitin 1985. Mikroprocesori I pare I ketij version kishte rreth 275,000 transistor dhe ishte pjese e komputerave workstation si dhe kompjuterave personale me te fuqishem te kohes .

Intel 80386 & 80486

INTEl X86

Intel 486 ishte gjenerata e fundit e procesoreve x86 . Ai u prezantua ne vitin 1989 dhe kishte rreth nje million

tranzistore. Kishte nje clock rate prej 16 MHz deri ne 150 MHz Perdorej ne pajisjet kompjuterike me te avancuara te kohes . Nje CPU mund te quhet nje sistem prej 32 bit ose x86 , per

arsye se: Ajo perdor tekniken e segmentimit ne memorje te 32 –biteve

pergjate nje adrese plane te perbere nga 16 bite . Ndersa termi x86 nenkupton thjesht faktin qe mikroprocesoret

e pare prej 32 –bitesh ne emrat e tyre e kishin termin 86 ne fund.

Intel Pentium

Ne 22 Mars 1993 , do te prezantohet generate e re e CPU-ve te quajtur Intel Pentium. Ne 1995 u lancua mikroprocesori P6 . Ky ishte ne fakt generata e 6 e serive te x86 . Permbante 7.5 million transistor ne nje siperfaqe prej 350 nm . Teknikat e reja te perdorura ne kete CPU ishin : Ekzekutimi dinamik , qe kerkonte njesi te reja memorje ne menyre qe te pershpejtohej

kryerja e instruksioneve Riemertimi I regjistrave PAE ( Physical Adress Extension ) qe eshte teknike e menaxhimit te memorjes e cila

percakton nje tabele hiearkike me tre nivele ku komponentet e tabeles nuk jane me 32 bit , por 64 bit dhe I lejojne CPU qe te kete akses ne nje hapesire memorje me te madhe se 4 Gb

Tipa te ndryshme CPU nga familja Intel Pentium

Intel Pentium 4 Intel Pentium IIIntel Pentium Dual Core

Netburst eshte nder CPU me te sukseshme te Intel deri para lancimit te Intel Core

Netburst Netburst Clock Rate

Intel Core

Eshte grupi I fundit I procesoreve te prodhuar nga Intel deri ne ditet e sotme

Cpu-ja e pare u prodhua rreth vitit 2006 . Kane nje shkalle integrimi relativisht te larte Relativisht 150 Million transistor ne nje sip 65 nm Perfaqesojne si Cpu me 32-bite , po ashtu edhe sisteme me 64-bite. Ka 3 nivele memorje cache , perkatesisht : L1 64 kB per berthame L2 1 deri ne 8 Mb per berthame L3 8 deri ne 16 Mb per berthame.

Intel Nethalem

Ne 2008 , u prezantua Intel Nethalem ose Intel Core i7 Ai permban 731 million transistore pergjate 45 nm siperfaqe Ka nje clock rate relativisht te larte qe shkon deri ne max 4.4 Ghz Ka tre nivele memorje L cache , por tashme me te reduktuara . Eshte me produktiv Supporton teknologji te reja si : Hyper- threading , qe mundeson kryerjen e shume veprimeve ne te njejten

kohe Teknologjia e virtualizimit , Kontrollore integrues te memorjes qe mundesojne zgjerimin e kapaciteteve

mbajtese te RAM duke perdorur DRAM

Intel Core

Intel Nehalem INT N 4 Core Intel I7

Intel Sandy Bridge

U prodhua per here te pare ne 2011 nga dega e Intel ne Izrael .

Ka nje shkalle integrimi 504 million transistore ne 32 nm Ka tre nivele memorje L cache , por tashme edhe me te

reduktuara ,perkatesisht L1 64 kb , L2 256 Kb dhe L3 1 deri ne 8 Mb per core

Ka nje clock rate qe varion nga 1.6 Ghz deri ne 3.6 Ghz Mundeson kodimin e te dhenave elektronike ne baze te

standartit AES( Advanced Encryption Standard ) Performon mire ne zgjidhjen e funksioneve transhendente

Intel Haswell

Eshte prezantuar ne 2013 nga dega e Intel ne Taivan Ka nje shkalle integrimi prej 504 Million transistore ne

22nm Ka 4 niveleve memorje cache per CPU , perkatesisht L1 64 kb , L2 256 Kb , L3 2 -20 Mb, L4 128 Mb Shpejtesia max e clock arrin max 4.6 Ghz Performon rreth 10 % me mire sesa Intel Sandy Bridge Duke qene se ka nje clock rate te larte , relativisht pritet

nje temperature operimi me e larte , dhe eshte perkatesisht +15 grade me e larte se Sandy Bridge.

Intel Skylake & Cannonlake

Eshte procesori I fundit ne serine e procesoreve Intel Core dhe aktualisht eshte ne imlementim teknik .

Lancimi pritet pergjate Gusht 2015 Ka nje shkalle integrimi prej 504 Million tranzistore ne 14

nm Ne 2017 pritet te dale ne treg Intel Cannonlake . Shkalla e integrimit medohet te jete 504 million transistore

ne 10nm

Intel SB & H & S S

Intel Sandy Bridge Intel Haswelll Intel Skylake-S

2. Menyra e operimit te CPU

Koncepti kryesor I operimit te CPU-ve pavaresisht nga forma fizike eshte qe te ekzekutoje sekuencat e instruksioneve te nje programi.

Keto instruksione rezervohen ne memorje. 3 jane hapat qe pothuajse cdo CPU ndjek ( fetch – decode –

execute ) , Pra 1. Merr 2. Deshifron 3. Ekzekuton Pasi ekzekutohen instruksionet , procesi perseritet duke

vazhduar me ciklin e radhes se instruksioneve Nje CPU komplekse do te kryeje do te marre, deshifroje dhe

ekzekutoje shume instruksione ne te njejten kohe.

Menyra e Operimit te CPU

Disa instruksione thjesht manipulojne programin sesa perpunimi I te dhenave direkt.

Keto kane te bejne me ekzekutimin e progrmave kushtezuese dhe ekzistencen e fuknsioneve.

Ne disa procesore , disa instruksioneve ndryshojne thjest gjendjen e biteve neper regjistra .

Duke pare menyren e sjelljes te nje programi, permes ndryshimit te gjendes se biteve mund te percaktohet p.sh ne qofte se CPU I paraqitet instruksioni krahaso , atehere ajo do te kontrolloje gjendejen e biteve nqse tani ata ose jo te barabarte pas ndryshimit te gjendes.

Merr, Deshifro, Ekzekuto

Hapi 1 ka te beje me marrjen e nje instruksioni qe zakonisht eshte nje sekuence numrash nga memoria e programit.

Adresa e instruksionit ne memorje percaktohet nga PC ( program Counter ) te cilit CPU I vendos nje numer ne menyre qe te identifikohet adresa e instruksionit qe merret.

Duke qene se intruksionet merren zakonisht nga memorje te ngadalta per shkak te sistemit cache dhe arkitektures me tubacione , kjo ben qe te krijohet njefare vonese ne pritjen e pergjigjes nga CPU .

Merr, Deshifro , Ekzekuto

Instruksioni qe merr CPU-ja I tregon asaj se cduhet te beje. Deshifrimi behet me ane qe qarkut te deshifrimit . Instruksionet konvertohen ne sinjale qe kontrollojne pjeset e CPU Menyra se si instruksionet merren ne CPU varet nga arkitektura ISA. Nje grup bitesh , I quajtur fushe instruksionesh percakton cfare

operimesh do te kryhen , ndersa fushat e tjera japin informacion shtese per operimin qe do te kryhet.

Deshifruesi eshte nje qark I pandryshueshem . Ne disa CPU perdoret nje Mikroprogram per te perkthyer

instruksionet ne sinjale

Merr, Deshifro, Ekzekuto

Pas marrjes dhe deshifrimit , ekzekutohet veprimi. Ne varesi ne Infrastruktures se CPU , ky hap mun dte konsistoje ne nj veprim te vetem ose nje sekuence veprimesh.

Gjate kryerjes se veprimeve , pjese te ndryshme te CPU lidhen elektrikisht qe te kryhet operacioni I kerkuar.

Operacioni qe kryhet eshte ne varesi te pulsit te ores. Rezultatet e veprimit shkruhen ne nje regjister te jashtem

te CPU-se per akses te shpejte. Ose ato do te rezervohen ne memorjen kryesore.

Merr, Deshifro, Ekzekuto

Struktura dhe Perdorimi

Struktura dhe Perdorimi

ISA ose qarku I instruksioneve eshte nje pjese essenciale e CPU-se qe ka te beje me : programimin , tipet e te dhenave , instruksionet , regjistrat , menyrat e adresimit , arkitekturen e memorjes , nderprerjet , pergjigjet e shfaqjes , dhe pajisjet I/O .

ISA perdor opcode ose kodin e operimit ne baze te gjuhes se makines qe eshte ne fakt nje kombinim I caktuar bitesh

Ndersa CPU do te veproje pasi ka deshifruar kodin e operimit.

Nje program I shkruar ne gjuhen e makines konsiston thjesht ne bashkesine e instruksioneve te shkruara po ne gjuhen e makines qe CPU-ja do te ekzekutoje

Pjeset e CPU

1. Njesia e kontrollit Permban qarqe te cilat perdorin sinjale elektrike per te adresuar

sistemin kompjuterik qe te kryeje instruksionet qe permban programi. Njesia vete nuk ekzekuton programe, Ajo thjesht koordinon operacionet

e te gjithe componenteve .

2.Njesia Aritmetike Logjike Eshte nje qark dixhital brenda CPU qe realizon aritmetiken e numrave

te plote si dhe logjiken binare te numrave te plote. Ne hyrje te ALU futen te dhena fjale , informacion nga operacionet e

meparshme dhe kodi per ekzekutimin e operacionit te ardhshem .

Pjeset e CPU, ALU

Controll Unit

Karakteristikat e CPU

Integer Range ( Vargu I numrave qe mund te paraqitin ) Eshte aftesia e CPU per te prezantuar ne sistemin e saj

binar sasine e te dhenave duke u bazuar ne arkitekturen ne te cilen eshte projektuar.

P.sh nje CPU prej 8 bit mund te manipuloje numrat e plote qe paraqiten me 8 bite te cilat variojne gjer ne 2^8 ose 256 vlera diskrete .

Gjithashtu 8-bit nenkupton faktin qe ne memorja ndodhen rreth 256 vendodhje te cilat CPU mund ti aksesoje ne cdo kohe.

Keshtu nje CPU 64-bit nenkupton qe ai mund te aksesoje ne te njejten kohe 2^64 bite = 16exbit te adresave te memorjes

Karakteristikat e CPU

Clock Rate ( Frekuenca e ores ) Pjesa me e madhe e CPU-ve jane qarqe sinkrone. Ato I kryejne operacionet duke u bazuar ne fillimisht ne

sinjalin e ores. Sinjali I ores prodhohet nga nje qark oshilues I jashtem qe

gjeneron nje numer te vazhdueshme pulsesh kuadratike. Frekuenca e pulsit te ores percakton se sa shpejt nje CPU do

ti ekzekutoje instruksionet dhe per rrjedhoje nje frekuence me e madhe e pulsit do te thote me shume instruksione te kryera ne sekonde.

Performanca e CPU

Nje CPU e mire duhet te kete : Nje numer berthamash ( core ) me te madh se 2. Nje clock rate minimum 2 Ghz Nje memorje cache min 8 Mb Memorja e aksesuar e perkohshme 4 Gb Nje perdorim eficent te energjise Nje bit rate error sa me te vogel.