Varázsszavak: processzor, órajel…

Az átlagos PC felhasználó mindig találkozik a fenti szavakkal, ha új gépet vesz, vagy fejleszteni szeretné a számítógépét. Ez a cikk nemcsak nekik szól, igyekszem a történeti áttekintés és a fejlesztési irányok leírásával mindenkinek érdekességeket nyújtani.

A számítástechnika fejlődését eddig 6 fő korszakra osztják aszerint, hogy a gépnek adott utasításokat milyen eszközökkel hajtatják végre - ezeket generációknak nevezik. Jó matematikushoz illően a számozást nem 1-től, hanem 0-tól kezdik.

0. generációsnak nevezik az elektromechanikus gépeket, amelyek relékkel és más mozgó alkatrészekkel működtek. Korszakuk 1946-ig tartott.
 

Az 1. generációs gépekben már nem voltak mozgó alkatrészek, legfontosabb elemük az elektroncső volt. Itt feltétlenül meg kell említeni Neumann János nevét, aki ekkor alkotta meg a róla elnevezett elveket, amelyek máig az összes számítógép működésének alapelvét adják.

A 2. generációs gépek jellemzője, hogy a nagyméretű elektroncsöveket felváltották a sokkal kisebb tranzisztorok.
 

1964-ben megjelentek az integrált áramkörök. Ezek néhány ezer tranzisztort tartalmaztak, kicsik voltak, és gyorsak. Az így készült gépeket 3. generációsaknak nevezzük.

A mai gépek jellemzője a mikroprocesszor (CPU), vagy chip. Ez több millió tranzisztort tartalmaz, a korábbiakhoz képest nagyon gyors és megbízható. Ez a 4. generáció, és itt tartunk most.

Az 5. generációt tulajdonképpen nem a számítógépek változása miatt vezették be, hanem az Internet, a hálózatok és a multimédia világméretű elterjedése miatt, ami minőségileg különbözik az egyedi gépek felhasználásától.

A processzorok versenyében általában két adatot szoktak feljebb tornászni a gyártók: a bit számot, és a sebességet. A megadott bit szám azt az adatmennyiséget mutatja, amennyit egyszerre fogadni tud a processzor. Minél nagyobb ez a szám, annál gyorsabb lesz a végrehajtás (most 64 bitnél tartanak). A másik fontos információ a sebesség, vagyis, hogy másodpercenként hány műveletet képes végrehajtani a CPU. Ezt Hz-ben adják meg. A mai gépeknél nem ritka a 2GHz, ami 2 milliárd műveletet jelent másodpercenként. Van még egy trükk: a mag szám. Ez igazából nem magának a processzornak a feljavítását jelenti, hanem azt, hogy egy tokba annyi különböző processzort építenek, ahány magos a CPU. Rögtön itt kell megjegyezni, hogy a régebbi programok nem képesek kihasználni a több mag kínálta lehetőségeket, de még a legújabb programok sem nagyon tudnak kettőnél több magnak munkát adni. Praktikusan egy 4 magos processzor ugyanolyan gyors lesz, mint egy kétmagos.

Az alábbi ábrán egy négymagos processzor látható.

Magának a processzornak a története 1971-ben indult, amikor megjelent az Intel 4 bites 4004-es modellje. Még a 70-es években áttértek 8 bitre, majd a 80-as évek elején megjelent két nagysikerű széria, a 8086-os 16 bites XT, és a 80286-os 16 bites AT processzor. Az én első gépem 1990-ben egy 8086-os 16 bites 4MHz-es XT volt, amin minden akkori program vidáman futott, de persze irigykedtem az AT-sekre (12 MHz). De térjünk vissza a CPU-k fejlődésére. 1982-ben már megjelent a 80386-os 32 bittel, és 20 MHz-cel. A 90-es évekig kifejlesztették a 486-os, majd a Pentium processzorokat. A sebesség szinte mindig duplázódott, ekkor a 100 MHz-es álomhatárt lépte át. Ezután jelentek meg az MMX-es processzorok, amelyek a grafikai műveletek gyorsítását oldották meg, a sebességet pedig már nem is az órajelben, hanem az órajel többszöröseiben mérték, és mérik ma is.

A mai kor gépeinek kulcsalkatrésze tehát a processzor. Ez a gép lelke, motorja, minden más alkatrész a gépben csak ezt szolgálja ki. A számolásokat, utasításokat ő hajtja végre, a gép többi része biztosítja számára a bemenő adatokat, tárolja, és megjeleníti az eredményeket. Belső részeit is tárgyalhatnánk (ALU, koprocesszor, regiszter, cache), de Önt, kedves olvasó, biztosan jobban érdeklik a gyakorlatban hasznos információk.

Nos, egy processzor négy legfontosabb adata a gyártó, a modell, a sebesség és a tokozás.

Ma két igazán nagy versenytárs rukkol elő jobbnál jobb processzorokkal: az Intel, és az AMD. Vannak még rajtuk kívül is gyártók, pl. a Cyrix, de ők a legjobbak.

Fontos tudni, hogy különböző gyártótól származó CPU nem működik ugyanabban az alaplapban.

A gyártó után a modell is fontos adat, pl.: Pentium IV, vagy Celeron, stb., de még ez sem elegendő, mert még ugyanazon modellen belül is különbözhetnek a processzorok a sebességben.

Ha még a sebesség is megegyezik, akkor sem biztos, hogy felcserélhető két processzor, mert lehet eltérő a tokozásuk, vagyis az egyiknek nem annyi lába van, mint a másiknak.

Összefoglalva: azt ajánlom mindenkinek, hogy ha másik processzorra vágyik, adja el a régi gépét, és vegyen egy újat. Nem érdemes a régit bővítgetni, mert a processzor nagyon érzékeny alkatrész. Ha bármelyik beállítás (feszültség, bitek, hűtés) nem megfelelő a számára, gyorsan tönkremegy.

Azt, hogy milyen processzor dolgozik a gépben, egyszerűen megnézheti bárki, a gép szétszedése nélkül is. Windows oprendszert feltételezve: Start-jobb gomb a sajátgépen-Tulajdonságok-Hardver fül-Eszközkezelő gomb. Itt meg lehet keresni a processzort, ami valami ilyet tartalmaz: Intel Celeron 1,8 GHz.

És most az érdekességek, először a mai fejlesztésekről, aztán a futurisztikus elképzelésekről.

Milyen problémák megoldásán törik a fejüket a processzorok tervezői?

Hány nanométer vékonyra lehet csinálni a szilícium lapkát, és ezen mennyi tranzisztort lehet összezsúfolni? Ugyanis minél vékonyabb a lapka, és minél több a rávihető tranzisztor, annál kisebb feszültségen működtethető a processzor. Ez utóbbi adat pedig azért fontos, mert akkor kevésbé melegszik, így nagyobb sebességet érhet el. Az ábra a CPU hűtését mutatja.

Az eredmények:

1994:

Pentium MMX, 200 MHz (66MHz-es órajelnél), 3,3 millió tranzisztor, 350 nm-es lapka, 5V feszültség, 70 Celsius fok hőmérsékletig hibátlanul működik.

2006:

Intel Xeon DP, 3600 MHz = 3,6 GHz, (200MHz-es órajelnél), 125 millió tranzisztor, 90 nm-es lapka, 1,5V feszültség, 71 Celsius fok.

Tehát ugyanazon a hőmérsékleten 15-szörös sebességen képes működni a tavalyelőtti CPU. Ezek az adatok mutatják, micsoda fejlesztési munka húzódik meg amögött, hogy a gép akadozás nélkül játszik le nekünk egy filmet.

Mit hoz a jövő?

Ha hinni lehet a tudósoknak, a mai elven működő processzorok már nem nagyon fejleszthetők tovább. (Azért én ebben kételkedek. Sokszor hallottam már ilyet, aztán egy új ötletből egész iparágak születtek.). A jövő számítógépeire én eddig két jóslást hallottam.

Az egyik a kvantum számítógép. Ez olyan gyors lesz, hogy kivárható időn belül keresést tud végezni a mai világ összes Internetre kapcsolt számítógépén. (Ha valaki összehasonlítást keres, indítson el egy keresést a saját gépe összes meghajtójára, és mérje az időt! És ez csak egy gép!)

A másik jóslat a biológiai, pontosabban genetikai elven működő gép. Ezzel kapcsolatban az az előrejelzés, hogy ugyan nem lesz túl gyors, de eredeti ötletei lesznek. Bár sok mindent megcsinálnak a mai gépek is, de semmi olyat nem tesznek, amit egy ember meg ne tudna csinálni, csak sokkal gyorsabbak. Tulajdonképpen a mai gépeket a programozók teszik képessé egy művelet végrehajtására, tehát akármit is csinál a gép, azt előzőleg a program írója tudta. Ezek az új gépek, ha kapnak egy problémát, akkor olyan megoldásokat is produkálhatnak, ami előzőleg senkinek nem jutott az eszébe.

A középkorban nem hitték el, hogy egy gép képes elkészíteni egy szőttest. Az ipari forradalom után nem hitték el, hogy egy gép ki tudja számolni egy lövedék röppályáját. Ma nem hisszük el, hogy egy gép tudományos felfedezést tehet. Ha a fenti jóslat megvalósul, már csak egy dolog marad kizárólag az emberé: a művészet. Vagy lesz kor, amikor már az sem?