Zhrnutie na Informatika, siete a kybernetická bezpečnosť

## Úvod Procesory (CPU) sú srdcom počítača, vykonávajú inštrukcie a riadia chod systému. Tento materiál pre neprítomného študenta popisuje vývoj procesorov, multiprocessing, moderné funkcie súčasných CPU, jednotky výkonu, jednoduchú úlohu s frekvenciou FSB a podrobne sa venuje správe a prideľovaniu operačnej pamäte. > **Definícia:** Procesor (CPU) je elektronické zariadenie, ktoré vykonáva inštrukcie programu podľa určitého poriadku a spracúva dáta. ## 1. Hlavné vývojové etapy v konštrukcii procesorov a napredovanie parametrov ### 1.1 Ranné generácie (1950–1970) - Použitie diskrétnych súčiastok a neskôr integrovaných obvodov (SSI, MSI) - Nízke takty, veľké rozmery, vysoká spotreba ### 1.2 Mikroprocesory (1970–1985) - Integrácia celej CPU na jednom čipe - Zvýšenie frekvencie, zníženie rozmerov - Príklady: Intel 4004, 8086 ### 1.3 Rýchlostný rast a pipelining (1985–2000) - Zavedenie pipeliningu, širších zberníc, cache pamäte - Rast počtu transistorov podľa Mooreovho zákona - Príklady: Intel Pentium, AMD K6 ### 1.4 Paralelizmus a viacjadrovosť (2000–2015) - Viac jadier na čipe, supreskalarita, out-of-order execution - Rast výkonu cez paralelizmus namiesto iba vyšších taktov ### 1.5 Heterogénne a energeticky efektívne návrhy (2015–súčasnosť) - Integrácia GPU, NPU, špecializovaných akcelerátorov - Dôraz na energetickú efektívnosť, technológie 7 nm, 5 nm a menšie ### Kľúčové parametre postupného zlepšovania - Frekvencia (MHz/GHz) - Počet jadier a vlákien - Veľkosť cache (L1, L2, L3) - Počet tranzistorov a technológia výroby (nm) - Spotreba a tepelný výkon (TDP) > **Definícia:** Pipelining je technika delenia vykonania inštrukcie na etapy tak, aby sa mohli paralelne spracovávať rôzne inštrukcie v rôznych štádiách. ## 2. Význam multiprocesingu u súčasných počítačov, jeho druhy a metódy realizácie ### 2.1 Prečo je multiprocessing dôležitý - Umožňuje súbežné spracovanie viacerých úloh - Zvyšuje výkon pri viacvláknových aplikáciách a serverových úlohách - Zlepšuje responzivitu systému ### 2.2 Druhy multiprocessing - Symetrický multiprocessing (SMP): všetky jadrá rovnaké, zdieľajú pamäť a I/O - Asymetrický multiprocessing (AMP): jadrá majú odlišné úlohy alebo privilégiá - Heterogénny multiprocessing: kombinácia rôznych typov jadier (napr. big.LITTLE) ### 2.3 Metódy realizácie - Viac jadier na jednom čipe (multi-core) - Viac procesorových soketov na doske (multi-socket) - Simultaneous Multithreading (SMT) – viaceré vlákna na jadro (napr. Hyper-Threading) - Klastre a distribuovaný výpočtový výkon (mimo rozsah CPU-focused otázok) > **Definícia:** Symetrický multiprocessing (SMP) je architektúra, kde viac procesorov zdieľa rovnakú pamäť a operačný systém ich považuje za rovnocenné. ## 3. Nové technológie podporované aktuálne používanými procesormi ### 3.1 Turbo Boost / Turbo Core - Dynamické zvyšovanie frekvencie jadier pri dostupnom TDP a termálnych podmienkach - Výhoda: vyšší výkon pre jednovláknové úlohy - Nevýhoda: variabilita výkonu, vyššia spotreba ### 3.2 Extended Frequency Range (EFR) - Rozšírený rozsah taktovania pri špecifických termálnych a napäťových podmienkach - Umožňuje krátkodobé zvýšenie frekvencie nad štandardné Turbo hodnoty ### 3.3 Integrácia GPU - APU/SoC architektúry spájajú CPU a GPU na jednom die - Výhoda: menšia latencia pri grafických/vektorových úlohách, úspora miesta - Nevýhoda: zdieľaná pamäť a obmedzený výkon voči dedikovaným GPU ### 3.4 Hyper-Threading (SMT) - Každé fyzické jadro prezentuje viac logických vlákien OS - Výhoda: lepšie využitie zdrojov jadra pri paralelných inštrukciách - Nevýhoda: nezdvojnásobuje výkon, v niektorých prípadoch môže zhoršiť výkon kvôli zdieľaniu zdrojov ### 3.5 Podpora HW virtualizácie - Rozšírenia ako Intel VT-x, AMD-V umožňujú efektívnejšiu virtualizáciu - Zlepšujú izoláciu, znižujú režijné náklady pri prechode do hostovaného OS > **Definícia:** Hyper-Threading je implementácia SMT, ktorá na fyzickom jadre emuluje dve (alebo viac) logické vlákna pre lepšie par