Архітектура мікропроцесорів

Размещено на http://allbest.ru

План

Вступ

Основні характеристики мікропроцесора

Тактова частота

Базові моделі

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Тема даного реферату досить цікава й актуальна, адже її знання допоможе особисто мені у виборі комп'ютера.

Найважливіший компонент будь-якого персонального комп'ютера - це його мікропроцесор. Даний елемент більшою мірою визначає можливості обчислювальної системи і, образно кажучи, є його серцем. До теперішнього часу безумовним лідером у створенні сучасних мікропроцесорів залишається фірма Intel. Мікропроцесор, як правило, представляє з себе надвелику інтегральну схему, реалізовану в єдиному напівпровідниковому кристалі і здатна виконувати функції центрального процесора.

До обов'язкових компонентів мікропроцесора відносяться арифметико-логічний (виконавчий) пристрій і блок управління. Вони характеризуються швидкістю (тактовою частотою), розрядністю або довжиною слова (внутрішньою і зовнішньою), архітектурою і набором команд. Виконувані мікропроцесором команди передбачають, як правило, арифметичні дії, логічні операції, передачу керування (умовну та безумовну) і переміщення даних між регістрами, пам'яттю, портами вводу-виводу.

Як відомо, можна виділити чотири етапи обробки команди мікропроцесора: вибірка, декодування, виконання і запис результату. Іншими словами, у ряді випадків поки перша команда виконується, друга може декодуватися, а третя вибиратися.

З зовнішніми пристроями мікропроцесор може “спілкуватися” завдяки адресним шинам, даних і управління, виведених на спеціальні контакти корпусу мікросхеми.

Отже, метою і завданням даного реферату буде: розглянути основні характеристики мікропроцесора, його тактову частоту і базові моделі, на основі яких ми маємо сучасний комп'ютер.

Основні характеристики мікропроцесора

За функціональним призначенням розрізняють універсальні і спеціалізовані мікропроцесори (МП).

*Універсальні МП мають алгоритмічно універсальний набір команд, за допомогою якого можна здійснювати перетворення інформації відповідно до будь-якого заданого алгоритму. Продуктивність (швидкодія) таких процесорів практично не залежить від специфіки розв'язуваних задач.

*Спеціалізовані МП призначені для рішення обмеженого і строго визначеного кола задач, іноді навіть для рішення однієї конкретної задачі. До спеціалізованих МП належать: сигнальні; медійні та мультимедійні; трансп'ютери; мікроконтролери.

Сигнальні процесори (процесори цифрових сигналів) призначені для цифрової обробки сигналів у реальному масштабі часу (наприклад, фільтрація сигналів, обчислення згортки та кореляційної функції, підсилення, обмеження та трансформація сигналу, пряме та обернене перетворення Фур'є).

Медійні та мультимедійні процесори призначені для обробки аудіо сигналів, графічної інформації, відеозображень, а також для розв'язування ряду задач у мультимедіакомп'ютерах, іграшкових приставках, побутовій техніці.

Трансп'ютери призначені для масових паралельних обчислень і роботи у мультипроцесорних системах. Для них характерним є наявність внутрішньої пам'яті та вбудованого міжпроцесорного інтерфейсу, тобто каналів зв'язку з іншими МП.

За числом ВІС, використовуваних для побудови функціонально повного МП, розрізняють однокристальні, багатокристальні і багатокристальні секційні МП.

Однокристальні МП реалізуються у вигляді один ВІС. Логічна структура багатокристального МП розбивається на складні функціональні вузли, кожен з яких реалізується у вигляді окремої ВІС.

Однокристальні МП можуть бути одноядерними та багатоядерними. Багатоядерний процесор має фактично декілька обчислювальних пристроїв, розташованих на одному кристалі, яки можуть працювати паралельно та мають загальні кола введення-виведення.

Багатокристальні секційні (розрядно-модульні) МП використовуються для побудови багаторозрядних МП на основі паралельно включених мікропроцесорних секцій. Мікропроцесорна секція являє собою ВІС для обробки декількох розрядів даних (від 2 до 16), що може використовуватися як самостійно, так і як модуль для побудови МП, що обробляє більш довгі кодові слова.

Переважна більшість сучасних універсальних МП є однокристальними.

За розрядністю оброблюваних кодових слів даних МП можуть бути з фіксованою або нарощуваною розрядністю слів.

Процесорами з нарощуваною розрядністю кодів слів є тільки багатокристальні секційні МП, всі інші МП обробляють слова фіксованої розрядності.

За способом керування обчислювальним процесом розрізняють МП із мікропрограмним і з схемним (апаратним) керуванням.

Мікропроцесори зі схемним керуванням мають фіксований набір команд, розроблений фірмою-виробником, який не може змінювати користувач. У МП з мікропрограмним керуванням систему команд розробляють при проектуванні конкретного мікропроцесорного комплекту на базі набору найпростіших мікрокоманд з урахуванням класу задач, для яких призначений МПК.

Взагалі мікропроцесорним комплектом називають сукупність інтегральних схем, сумісних за електричними, інформаційними та конструктивними параметрами і призначених для побудови електронно-обчислювальної апаратури та мікропроцесорних систем керування.

За типом архітектури, або принципом побудови розрізняють МП з нейманівською архітектурою та МП з гарвардською архітектурою.

За типом системи команд розрізняють CISC (Complete Instruction Set Computing) - процесори з повним набором команд, і RISC (Redused Instruction Set Computing) - процесори зі зменшеним набором команд.

Мікропроцесор характеризується:

1)Тактовою частотою, що визначає максимальний час виконання переключення елементів в ЕОМ;

2)Розрядністю, тобто максимальним числом одночасно оброблюваних двійкових розрядів.

Розрядність МП позначається m/n/k/ і включає:

*m - розрядність внутрішніх регістрів, визначає приналежність до того або іншого класу процесорів;

*n - розрядність шини даних, визначає швидкість передачі інформації;

*k - розрядність шини адреси, визначає розмір адресного простору. Наприклад, МП i8088 характеризується значеннями m/n/k=16/8/20.

3) Архітектурою. Поняття архітектури мікропроцесора містить у собі систему команд і способи адресації, можливість сполучення виконання команд у часі, наявність додаткових пристроїв у складі мікропроцесора, принципи і режими його роботи. Виділяють поняття мікроархітектури і макроархітектури.

Мікроархітектура мікропроцесора - це апаратна організація і логічна структура мікропроцесора, регістри, що керують схеми, арифметико-логічні пристрої, що запам'ятовують пристрої і зв'язують їхні інформаційні магістралі.

Макроархітектура - це система команд, типи оброблюваних даних, режими адресації і принципи роботи мікропроцесора.

Тактова частота

Швидкість роботи - звісно, саме на цей показник ми звертаємо увагу в першу чергу! Хоча не всі користувачі розуміють, що це означає.

Адже для нас, неспеціалістів, важливо лише те, наскільки швидко новий процесор може працювати з потрібними нам програмами - а як, скажіть, оцінити цю швидкість?

У фахівців існує своя система вимірювання швидкості процессора. Причому таких швидкостей (вимірюваних в мільйонах операцій за секунду - MIPS) може бути кілька - швидкість роботи з тривимірною графікою, швидкість роботи в офісних додатках і так далі...

Не надто зручно. Тому більшість користувачів, кажучи про швидкість процесора, передбачає зовсім інший показник. А називається він тактовою частотою.

Ця величина, що вимірюється в мегагерцах (МГц), показує, скільки інструкцій процесор здатний виконати протягом секунди Тактова частота позначається цифрою в назві процесора (наприклад, Pentium 4-1200, тобто процесор покоління Pentium 4 з тактовою частотою 1200 МГц або 1,2 ГГц).

Тактова частота - безперечно, найважливіший показник швидкості роботи процесора.

Але далеко не єдиний. Інакше як пояснити той дивний факт, що процесори Celeron, Pentium III і Pentium 4 на одній і тій же частоті? Вступають в силу нові чинники - покоління і модифікація даного процесора.

Покоління процесорів відрізняються один від одного швидкістю роботи, архітектурою, виконанням і зовнішнім виглядом, словом, буквально всім.

Причому відрізняються не тільки кількісно, але і якісно. Так, при переході від Pentium до Pentium II і потім - до Pentium III була значно розширена система команд (інструкцій) процесора.

Якщо брати за точку відліку виріб «королеви» процесорного ринку корпорації Intel, то за всю 27-річну історію процесорів цієї фірми змінилося вісім їх поколінь: 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4.

Базові моделі

Сімейство процесорів x88/x86

Перший мікропроцесор - i4004 - був виготовлений 1971 році і з тих пір фірма Intel (INTegrated Electronics) міцно утримує лідируюче положення на даному сегменті ринку. Варто, мабуть, нагадати, що максимальна тактова частота цього прадіда сучасних "числодробилок" становила всього 750 кГц. Реалізація ряду наступних проектів фірми Intel по розробці однокристалічних мікропроцесорів (i4040, i8008) сповістила про настання нової ери персональних комп'ютерів. Найбільш успішним був, мабуть, проект розробки мікропроцесора i8080. До речі, згодом саме на цьому мікропроцесорі був заснований комп'ютер "Альтаїр", для якого молодий Біл Гейтс написав свій перший інтерпретатор Бейсика. Цей 8-розрядний мікропроцесор був виконаний по n-канальній МОП-технології (n-MOS), а його тактова частота не перевищувала 2 МГц. Не буде перебільшенням сказати, що класична архітектура i8080 справила величезний вплив на подальший розвиток однокристальних мікропроцесорів. Незважаючи на заслужений успіх i8080, справжнім промисловим стандартом для персональних комп'ютерів став інший мікропроцесор фірми Intel - i8088.

i8088

Мікропроцесор i8088 був анонсований Intel в червні 1979 року, а в 1981 "Блакитний Гігант" (фірма IBM) вибрав цей мікропроцесор для свого першого персонального комп'ютера і, треба сказати не помилився. Новий чіп містив приблизно 29 тисяч транзисторів. Одним з істотних переваг мікропроцесора i8088 була можливість (завдяки 20 адресних ліній) фізично адресувати область пам'яті 1 Мбайт. Тут слід, правда, зазначити, що для IBM PC в цьому просторі було відведено всього лише 640 Кбайт. Хоча з зовнішніми периферійними пристроями (дисками, відео) i8088 був пов'язаний зовнішньою 8-розрядною шиною даних, його внутрішня структура (призначені регістри) дозволяла працювати з 16-розрядними словами.

Як відомо, на системній шині IBM PC для передачі даних було відведено 8 ліній (1 байт). Спочатку мікропроцесор i8088 працював на частоті 4,77 МГц і мав швидкодію 0,33 MIPS (Million Instruction Per Second), однак згодом були розроблені його клони, розраховані на більш високу тактову частоту (наприклад, 8 МГц).

i8086

Чіп 8086, з'явився рівно на рік раніше свого щасливого послідовника (у червні 1978 року), став популярний завдяки комп'ютеру Compaq DeskPro. Програмна модель (доступні регістри) цього мікропроцесора повністю збігається з моделлю i8088. Основна відмінність даних мікропроцесора складається в різній розрядності зовнішньої шини даних: 8 розрядів у i8088 і 16 у i8086. Зрозуміло, що більш високої продуктивності з новим процесором можна було досягти при використанні комп'ютера, на системній шині якого під дані передбачено 16 ліній. Адресна шина мікропроцесора i8086 раніше дозволяла адресувати 1 Мбайт пам'яті.

i80286

Спираючись на архітектуру i8086 і враховуючи запити ринку, в лютому 1982 року фірма Intel випустила свій новий мікропроцесор - i80286. На кристалі було реалізовано близько 130 тисяч транзисторів. Треба сказати, що цей чіп з'явився практично одночасно з новим комп'ютером фірми IBM - PC/AT. Поряд із збільшенням продуктивності цей мікропроцесор (i80286) міг тепер працювати в двох режимах - реальному і захищеному. Якщо перший режим був (за рядом виключень) схожий на звичайний режим роботи i8088/86, то другий використовував більш витончену техніку управління пам'яттю. Зокрема, захищений режим роботи дозволяв, наприклад, таким програмним продуктам, як Windows 3.0 і OS/2, працювати з оперативною пам'яттю понад 1 Мбайта. Завдяки 16 розрядів даних на новій системній шині, яка була вперше використана в IBM PC/AT286, міг обмінюватися з периферійними пристроями 2-байтними повідомленнями. 24 адресні лінії нового мікропроцесора дозволяли в захищеному режимі звертатися вже до 16 Мбайтам пам'яті. У мікропроцесорі i80286 вперше на рівні мікросхем були реалізовані багатозадачність і управління віртуальною пам'яттю. При тактовій частоті 8 МГц досягалася продуктивність 1,2 MIPS.

i80386DX

У жовтні 1985 року фірмою Intel був анонсований (представлений) перший 32-розрядний мікропроцесор i80386. Новий чіп містив приблизно 275 тисяч транзисторів. Першим комп'ютером, який використовує цей процесор, був Compaq Desk Pro 386 (інші джерела говорять про лідерство фірми ALR). Повністю 32-розрядна архітектура (32-розрядні регістри і 32-розрядна зовнішня шина даних) в новому мікропроцесорі була доповнена розширеним пристроєм керування пам'яттю MMU (Memory Management Unit), яка, крім блоку сегментації (Segmentation Unit) було доповнено блоками управління сторінками (Paging Unit). Це пристрій дозволяв легко переставляти сегменти з одного місця пам'яті в інше (свопінг) і звільняти дорогоцінні кілобайти пам'яті. На тактовій частоті 16 МГц продуктивність нового процесора становила приблизно 6 MIPS.

В реальному режимі (після включення живлення) мікропроцесор i80386 працював як "швидкий i8088"(адресний простір 1 Мбайт, 16-розрядні регістри). Захищений режим був повністю сумісний з аналогічним режимом i80286. Тим не менш, у цьому режимі i80386 міг виконувати і свої "природні" (native) 32-розрядні програми. Нагадаємо, що 32 адресні лінії мікропроцесора дозволяли фізично адресувати 4 Гбайта пам'яті. Крім того, було введено новий режим віртуального процесора (V86). У цьому режимі могли одночасно виконуватися кілька завдань, призначених для i8086.

i80386SX

Більш дешева альтернатива 32-розрядному процесору i80386, який надалі отримав закінчення DX, з'явився тільки в червні 1988 року. То був процесор i80386SX. На відміну від свого старшого "брата" новий мікропроцесор використовував 16-розрядну шину зовнішніх даних і 24-розрядну адресну (адресується простір - 16 Мбайт). Це було особливо зручно для стандарту PC/AT, системна шина яких використовує, як відомо, тільки 16 ліній даних.

Завдяки дешевизні нового виробу багато виробників "заліза" стали замінювати вже застарілий мікропроцесор i80286 на більш продуктивний i80386SX. Одним з вирішальних факторів для заміни була повна сумісність 32-розрядних мікропроцесорів: програмне забезпечення, написане для i80386DX, коректно працювало і на i80386SX.

Справа в тому, що внутрішні регістри їх були повністю ідентичні. Треба відзначити, що вже до кінця 1988 року мікропроцесор i80386SX випускався в кількості, істотно перевершуючи рекордні показники для i80386DX. До речі, кажуть, що індекс SX дістався від слова SiXteen (шістнадцять), оскільки розрядність зовнішньої шини даних нового тоді процесора була саме такою. В подальшому, правда, для 486-х процесорів SX став означати відсутність математичного співпроцесора.

i486

На осінній виставці Comdex в 1989 році фірма Intel вперше анонсувала мікропроцесор i486DX, який містив більше мільйона транзисторів (а точніше, 1,2 мільйони) на одному кристалі і був повністю сумісний з процесором ряду х86. Нагадаємо, що на кристалі першого члена цього сімейства - мікропроцесора i8088 - налічувалося близько 29 тисяч транзисторів. У боротьбі з мікропроцесорами-клонами фірма Intel навмисно прибрала з назви нового пристрою число 80. Нова мікросхема вперше об'єднала на одному чіпі такі пристрої, як центральний процесор, математичний співпроцесор і кеш-пам'ять. Використання конвеєрної архітектури, притаманної RISC-процесорів, дозволило досягти чотирикратної продуктивності звичайних 32-розрядних систем. Це пов'язано зі зменшенням кількості тактів для реалізації кожної команди. 8-Кбайтна вбудована кеш-пам'ять прискорює виконання програм за рахунок проміжного зберігання часто використовуваних команд і даних.

На тактовій частоті 25 МГц мікропроцесор показав продуктивність 16,5 MIPS. Створена в червні 1991 року версія мікропроцесора з тактовою частотою 50 МГц дозволила збільшити продуктивність ще на 50%. Вбудований математичний співпроцесор істотно полегшував і прискорював математичні обчислення. Однак згодом стало зрозуміло, що подібний співпроцесор необхідний тільки 30% користувачів.

i486SX

Появу нового мікропроцесора i486SX фірми Intel цілком можна вважати однією з найважливіших подій 1991 року. Вже попередні випробування показали, що комп'ютери на базі i486SX з тактовою частотою 20 МГц працюють швидше (приблизно на 40%) комп'ютерів, заснованих на i80386DX з тактовою частотою 33 МГц. Мікропроцесор i486SX, подібно оригінальному i486DX, містить на кристалі кеш-пам'ять, а от математичний співпроцесор у нього заблоковано. Значна економія (завдяки виключенню витрат на тестування співпроцесора) дозволила фірмі Intel істотно знизити ціни на новий мікропроцесор.

Треба сказати, що якщо мікропроцесор i486DX був орієнтований на застосування в мережевих серверах і робочих станціях, то i486SX послужила відправною точкою для створення потужних настільних комп'ютерів. Взагалі кажучи, в сімействі мікропроцесорів i486 передбачається кілька нових можливостей для побудови мультипроцесорних систем: відповідні команди підтримують механізм семафорів пам'яті, апаратно-реалізоване виявлення недостовірності рядка кеш-пам'яті забезпечує узгодженість між декількома модулями кеш-пам'яті і т. д. Для мікропроцесорів сімейства i486 допускається адресація фізичної пам'яті розміром до 64 Тбайт.

i80386SL

До кінця 1991 року 32-розрядні мікропроцесори стали стандартними для комп'ютерів типу лептоп і ноутбук, проте звичайні мікросхеми i80386DX/SX не повністю відповідали вимогам розробників портативних комп'ютерів. Для задоволення потреб цього сегмента ринку, в 1990 році фірмою Intel був розроблений мікропроцесор i80386SL, який містив приблизно 855 тисяч транзисторів.

Даний мікропроцесор являє собою інтегрований варіант мікропроцесора i80386SX, базову архітектура якого доповнено ще кількома допоміжними контролерами. По суті, всі компоненти, необхідні для побудови портативного комп'ютера, зосереджені в двох мікросхемах: мікропроцесорі i80386SL і периферійному контролері i82360SL. У набір i82360SL вперше введено нове переривання, називається System Management Interrupt (SMI), яке може бути використане для обробки подій, пов'язаних, наприклад, з управлінням споживаної потужності. Разом з математичним співпроцесором i80386SL даний набір мікросхем дозволяє створити 32-розрядний комп'ютер на площі, що не набагато перевищує розмір гральної карти.

i486SL

Мікросхема i486SL являє собою найбільш продуктивний процесор серії SL, розроблений фірмою Intel. Анонсована в кінці 1992 року, ця мікросхема поєднує характерні риси двох представників процесорних сімейств Intel: i486DX і i80386SL. По продуктивності новий процесор не поступається i486DX, але завдяки зниженій напрузі живлення (3,3) і розвиненою технологією управління енергопостачання (як у i80386SL) він може ефективно використовуватися в портативних комп'ютерах. Продуктивність системи на базі i486SL може суттєво покращитись завдяки 16-розрядній шині високошвидкісного периферійного інтерфейсу PI, яка підтримує швидкий інтерфейс графічного дисплея і пристроїв зберігання інформації на основі флеш-пам'яті. За деякими оцінками, системна плата на базі i486SL приблизно на 60% менше, ніж при використанні i80386SL, а середній час автономної роботи комп'ютера-ноутбука (близько 3 годин) може збільшиться на одну годину тільки за рахунок використання нового мікропроцесора. До речі, з кінця 1993 року фірма Intel почала випускати нову серію мікропроцесорів 486SL Enhanced, яка замінила 5-вольтові 486SX, 486DX, 486DX2, і OverDrive-процесори. Подібні процесори мають напругу живлення 3,3 і розвинену технологію енергозбереження, що повністю відповідає американській національній програмі Energy Star.

Процесори із збільшенням частоти

У березні 1992 року фірма Intel оголосила про створення другого покоління мікропроцесорів 486. Ці мікропроцесори, названі i486DX2, забезпечили нову технологію, при якій швидкість роботи внутрішніх блоків мікропроцесора в два рази вище швидкості іншої частини системи. Тим самим з'явилася можливість поєднання високої продуктивності мікропроцесора з внутрішньою тактовою частотою 50(66) МГц і ефективного по вартості 25/33-мегагерцової системною платою. Нові мікропроцесори раніше включали в себе центральний процесор, математичний співпроцесор і кеш-пам'ять на 8 Кбайт. Комп'ютери, що поставляються на базі мікропроцесорів i486DX2, працюють приблизно на 70% продуктивніше тих, що базуються на мікропроцесорах i486DX першого покоління. Дещо пізніше з'явилися процесори i486SX2, в яких, як випливає з назви, відсутній вбудований співпроцесор. Слід нагадати, що технологія збільщення частоти стала використовуватися також в процесорах OverDrive. До речі, як заявляють представники фірми Intel, OverDrive - це не конкретні мікросхеми, а, швидше, нова методологія заміни процесорів. По суті, основна відмінність між процесорами серії DX2 і OverDrive Intel полягає в тому, що перші монтуються на системних платах ще при складанні комп'ютерів, а другі повинні встановлюватися самими користувачами. Внутрішні функціональні вузли подібних пристроїв (математичний співпроцесор, кеш, пристрій управління пам'яттю, арифметико-логічний пристрій) використовують подвоєну тактову частоту, в той час як інші елементи системної плати (системна і зовнішня кеш-пам'ять, допоміжні мікросхеми) працюють зі звичайною швидкістю. Такий "фокус" дозволяє збільшити продуктивність системи, як правило, за рахунок зберігання частини даних і виконуваних кодів програм у внутрішній кеш-пам'яті. Зрозуміло, що в іншому випадку гра не коштувала свічок: який сенс зменшити час обробки типу регістр-регістр, якщо потім доведеться порівняно довго чекати нових операндів із зовнішньої пам'яті? Зазначимо, що підвищення продуктивності процесорів супроводжується істотним збільшенням споживаної потужності. В даний час технологія збільшеної частоти (не тільки два, але і, наприклад, в півтора, два з половиною або три рази) знаходить широке практичне застосування у всіх сучасних процесорах. Так, фірма Intel випускала серію мікропроцесорів з збільшенням частоти - DX4 (кодова назва P24C ). Процесори цього сімейства - 486DX4-75, 486DX4-83 і 486DX4-100 мають кеш-пам'ять 16 Кбайт і призначені для установки в системні плати, що працюють на тактовій частоті 25 і 33 МГц. Напруга живлення цих процесорів становить 3,3, кількість транзисторів на кристалі - 1,6 мільйона.

Pentium

У березні 1993 року фірма Intel оголосила про початок промислових постачань 66 - і 60-мегагерцових версій процесора Pentium, відомого раніше як 586 або P5. Назва нового мікропроцесора є зареєстрованою торговою маркою корпорації Intel. Таким чином, у системах Intel Inside мікропроцесор 586 фігурувати не буде. Системи, побудовані на базі Pentium, цілком сумісні зі 100 мільйонів персональних комп'ютерів, що використовують мікропроцесори i8088, i80286, i80386, i486. Нова мікросхема містить близько 3,1 мільйона транзисторів і має 32-розрядну адресну і 64-розрядну зовнішню шину даних, що забезпечує обмін даними з системною платою зі швидкістю до 528 Мбайт/с. На відміну від 486-х процесорів, для виробництва яких використовувалася CMOS-технологія, для Pentium фірма Intel застосувала 0,8-мікронну BiCMOS-технологію.

Pentium із тактовою частотою 66 МГц має продуктивність 112 MIPS (мільйонів операцій в секунду). Суперскалярна архітектура містить два п'ятиступеневих блоки виконання, що працюють незалежно і обробляють дві інструкції за один такт синхронізації. Pentium має два роздільних 8-Кбайтних кеші: один для команд і один для даних. Одним із найбільш цікавих нововведень, використовуваних у Pentium, є невелика кеш-пам'ять, називана Branch Target Buffer - BTB (буфер міток переходів), яка дозволяє динамічно пророкувати переходи у виконуваних програмах. За швидкості виконання операцій з плаваючою точкою Pentium залишає далеко позаду всіх своїх "побратимів по класу" - i486DX-33 (майже в 10 разів), i486DX2-66 (2,5 рази). Це досягається, зокрема, завдяки реалізації оптимальних алгоритмів, а також спеціалізованим блокам додавання, множення і ділення з восьмиступеневою конвеєризацією, що дозволяє виконувати операції з плаваючою точкою за один такт. Як відомо, в процесорі i486 спеціального конвеєра для пристроїв з плаваючою точкою передбачено не було.

В даний час мікросхеми Pentium зняті з виробництва.

Pentium Pro

1 листопада 1995 року фірма Intel оголосила про початок комерційних поставок мікропроцесора нового покоління Pentium Pro іменованого до недавнього часу P6. В його основі лежить комбінація технологій, відома як Dynamic Execution. Власне, це три вже відомі технології: багаторазове пророкування розгалужень, аналіз потоків даних і емуляція виконання інструкцій. У корпусі мікросхеми розміщені два кристала, одним з яких є 256 або 512-Кбайтна кеш-пам'ять другого рівня. На кристалі процесора, як зазвичай, розташований 16-Кбайтний кеш. На сьогоднішній день в сімейство Pentium Pro входять мікропроцесори з тактовою частотою 200, 180, 166 і 150 МГц. Якщо мікросхема Pentium Pro 150 випускається згідно з технологічними нормами 0,6 мкм, то процесори з більш високою тактовою частотою використовують вже технологічні норми 0,35 мкм. Показник продуктивності Pentium Pro 200 по тесту SPECint92 відповідає 366. Іншими словами, новий процесор перевершує аналогічний показник навіть для RISC-архітектур. Число транзисторів основного кристала становить приблизно 5,5, а кристали кеш-пам'яті - відповідно 15,5 або 31 мільйон. При напрузі живлення близько 3 В процесор (разом з кеш-пам'яттю другого рівня) розсіює приблизно 14 Вт. Виріб виконано в PGA-корпусі з 387 висновками. Архітектура Pentium Pro дозволяє з'єднувати між собою безліч процесорів, створюючи таким чином неперевершену масштабованість. Так, Міністерство енергетики США створило систему, що базується на 9 тисячах процесорів.

Pentium II Xeon

З початку липня 1998 року по всьому світу проходила серія заходів, присвячених представленню самого потужного процесора архітектури х86 корпорації Intel. Задовго до цього з інформації, розміщеної на Web-сайтах Intel стало відомо його назву і призначення. Особливо підкреслювалося, що слово Xeon ніжно вимовляти як“Зеон”, але російське представництво прийняло рішення підпорядкувати цю назва нормам російської (і грецької) мови. Так що в Росії ми будемо мати справу з“Ксеоном”, - адже є ж у нас Ван Кліберн і Мехіко. Новий процесор, до речі, став подарунком компанії-виробника самій собі з нагоди тридцятиріччя.

Перше, що кидається в очі, - незвично великий розмір процесорного картриджа який "пакується" Xeon. Він призначений для установки в роз'єм нової конструкції Slot 2. За словами розробників, це пов'язано з збільшенням ємності кеш-пам'яті другого рівня. На даний момент процесори Xeon з єдиною тактовою частотою поставляються в двох варіантах: з 512 Кбайт і 1 Мбайт кеша L2. Але вже в поточному році планується довести ємність кеш-пам'яті другого рівня до 2 Мбайт і підвищити тактову частоту до 450 МГц. Нагадаю, що старий Pentium II комплектувався лише 512 Кбайт. Але ще більший інтерес викликає той факт, що конструктори змогли "змусити" L2-кеш працювати на тактовій частоті процесорного ядра. Нагадаю, що та ж концепція була реалізована в Pentium Pro, але при цьому розробники "зіткнулися" на стадії виробництва (відсоток виходу двох якісних кристалів виявився нижче запланованого), і процесор виявився досить дорогим. Можливо, саме тому Pentium II спочатку створювався з"поділом" кристалів (основного і кеша L2), за що довелося розплачуватися "половиною" тактової частоти кеш-пам'яті другого рівня. Висока частота роботи кеша спровокувала збільшення тепловіддачі процесорного блоку, тому знадобилося використання масивного поглинача тепла пластини, що, в свою чергу, призвело до збільшення ваги і габаритів модуля. В кожному модулі Slot 2 три спеціальних області даних: доступна тільки для читання, область для читання/запису і динамічна інформація про температуру всередині процесорного модуля. В області першого типу поміщена інформація про версії процесора, дані про покрокові налагодження і вказана гранично допустима температура. У другу область пам'яті користувачі можуть вводити свою інформацію. Доступ до динамічних даних про зміну температури дає можливість керуючим програмами сповіщати адміністратора про небезпечні системні події. мікропроцесор компьютер розрядність

Збільшення ємності кеша другого рівня підвищує пропускну здатність системи завдяки миттєвому доступу процесорів до часто використовуваних даних і інструкцій, що зберігаються в швидкій кеш-пам'яті. За заявою Intel, збільшення ємності кеша з 512 Кбайт до 1 Мбайт призводить іноді до 20% зростання загальної продуктивності системи.

Для пояснення цього явища доречно провести аналогію з холодильниками, використовувану Intel: зберігання запасу продуктів в холодильнику позбавляє кухарів ресторану від необхідності їздити по магазинах, купуючи харчі. Чим більше холодильник, тим краще, особливо в годину пік, коли кількість клієнтів в ресторані різко зростає. Так от, у випадку з сервером "холодильник" - це кеш-пам'ять другого рівня, а "магазин" (де доступні ті ж продукти) - в принципі більш повільна системна пам'ять. Великий кеш L2 значно підвищує загальну продуктивність багатопроцесорних конфігурацій в системах, що працюють з великими масивами незіставних даних. За інформацією Intel, проведені корпорацією тести ZD ServerBench показали майже пропорційне зростання продуктивності системи по мірі встановлення додаткових процесорів з мегабайтним кешем.

Удосконалена архітектура Xeon, допускає 36-розрядну адресацію фізичної пам'яті, теоретично дозволяє процесору отримувати доступ до системної пам'яті ємністю до 64 Гбайт. Новий механізм посторінкового обміну Page Size Extension - 36 залишиться практично непомітним для очей користувача і розробників додатків. В даний час PSE-36 підтримують операційні системи Windows NT, SCO UnixWare і Sun Solaris. Для інших операційних систем оновити драйвер блоку управління пам'яттю. Intel 450NX PCIset став першим мікросхемним набором, оптимізованим для Pentium II Xeon. Він випускається в двох варіантах, Basic і Full, відповідно для серверних hi-end і систем середнього рівня. Вони мають однакову структуру ядра, але відрізняються продуктивністю і ціною. Basic PCIset підтримує до двох роз'ємів 32-розрядний PCI, один 64-розрядний і до 4 Гбайт оперативної пам'яті типу EDO. Його більш досконалий "родич" Full PCIset підтримує до чотирьох слотів типу EDO. Ці чіпсети об'єднує функціонування на 100-мегагерцовій частоті системної шини і можливість підтримки багатопроцесорних (до чотирьох Xeon) конфігурацій. 64-розрядна шина PCI здатна істотно підвищити загальну продуктивність системи з урахуванням оптоволоконної технології обміну даними з дисковими масивами, використання високопродуктивних мережевих магістралей на основі АТМ, Gigabit Ethernet та інших. Підвищується, по суті, синхронізація потужності процесора і продуктивності підсистеми вводу-виводу.

Xeon, як я вже зазначала, призначений не тільки для серверів, але і для робітників і графічних станцій, для яких одним з найважливіших параметрів є продуктивність відеопідсистеми. Для них розроблено чіпсет Intel 440GX AGPset на базі відомого мікросхемного набору 440BX. 440GX керує роботою порту AGP в режимі 2х. Режим подвоєної продуктивності реалізується завдяки так званій технології подвійного накачування - дані передаються як по передньому, так і по задньому фронтах тактових імпульсів (у звичайної AGP - тільки по передньому), при цьому смуга пропускання досягає значення 533 Мбайт/с. Фізичні параметри інтерфейсу AGP залишаються колишніми. Ще однією особливістю набору чіпсету 440GX стала можливість звернення до пам'яті ємністю до 2 Гбайт, що в два рази більше, ніж у його наступника. Незважаючи на той факт, що в даний момент поняття багатопроцесорності асоціюється у Intel лише з чотирма пристроями на одній платі, ведуться роботи щодо створення симетричних мультипроцесорних систем, що підтримують до восьми "Ксеонів". Розробки восьмиканального чіпсету для Xeon ведуться фірмою Corollary, дочірньою компанією Intel. І, само собою, можливі кластерні рішення, скажімо, на основі архітектури розподіленої пам'яті (NUMA). В обох випадках, як правило, не потрібно "переписувати" прикладні програми (щоправда, операційна система вимагає деякої оптимізації). В процесорної шини чіпсету Intel 450NX PCIset передбачений так званий роз'єм кластерного з'єднання, що спрощує побудову кластерного з'єднання на основі стандартних чотирипроцесорних вузлів. Ще одним перспективним напрямком є кластер з передачею повідомлень. Суть її полягає у відсутності поділу ресурсів. Окремо стоять вузли кластера обмінюються даними, наприклад, тактовими імпульсами, що сигналізують при нормальному стані системи. І хоча LAN-з'єднання залишається працездатним, існує необхідність в мережі нового типу - так званої SAN (System area Network).

Висновок

Сказати, що комп'ютери розвиваються неймовірно швидко - нічого не сказати.

Ще в 1965 році Гордон Мур зазначив, що кількість транзисторів, які можна вмістити на кремнієвий чіп, щороку збільшується вдвічі. Ці маніакальні темпи трохи сповільнилися - тепер подвоєння відбувається приблизно раз у два роки.

Обізнаність про запаморочливій швидкості, з якої розвиваються комп'ютерні технології, просочилася в суспільну свідомість.

Хто ще не чув жарт про те, що якщо придбати комп'ютер в магазині, він застаріє до того часу, як ви його довезете додому?

Що буде з комп'ютерами в майбутньому?

Якщо припустити, що виробництво мікропроцесорів буде жити по закону Мура, обчислювальна потужність комп'ютерів повинна подвоюватися кожні два роки. Виходить, через 100 років комп'ютери будуть в 1 125 899 906 842 624 рази потужніше, ніж сьогодні. Це важко уявити.

Але навіть сам Гордон Мур застерігав від того, що закон Мура протримається так довго.

У 2005 році інженер сказав, що транзистори досягнуть атомарних масштабів, і ми зіткнемося з фундаментальними бар'єрами, які не зможемо перетнути. Потім ми не зможемо вмістити більше транзисторів в точку простору.

Можливо, ми зможемо обійти цей бар'єр за рахунок будівництва більш великих процесорних чіпів.

Але транзистори генерують тепло, а гарячі процесори призводять до того, що комп'ютер вимикається.

Комп'ютерам з швидкими процесорами потрібні ефективні системи охолодження, щоб уникнути перегріву.

Чим більше процесорний чіп, тим більше тепла комп'ютер буде виробляти при роботі на повній швидкості.

Інша тактика - перейти до багатоядерної архітектури. Багатоядерний процесор розподіляє свою обчислювальну потужність на кожне з ядер.

Вони добре справляються з завданнями, які можна розбити на менші компоненти, але погано справляються з обробкою великих обчислювальних завдань, які розбити не можна.

Комп'ютери майбутнього, можливо, будуть спиратися зовсім на іншу модель, ніж традиційні машини. Якщо ми відмовимося від старих процесорів на базі транзисторів??

Список використаної літератури

1)А. Борзенко. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. -Москва. : "Компьютер Пресс", 1996. -344 с.

2)К. Ахметов, А. Борзенко. Современный персональный компьютер. -Москва. : "Компьютер Пресс", 1995. -317 с.

3)Локазюк В.М. и др Микропроцессоры и микроЭВМ в производственных системах Киев Издательский центр Академия 2002

4)Смирнов А. Д. Архитектура вычислительных систем : Учебное пособие для вузов. -- М.: Наука, 1990

5)http://hronika.info/tehnologii/15474-kak-budut-evolyucionirovat-kompyutery-v-blizhayshie-100-let.html

Размещено на Allbest.ru