Функции и строение микропроцессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Процессоры персональных компьютеров отвечают единому стандарту, который задан фирмой Intel, мировым лидером в производстве процессоров для ПК. В старых компьютерах вы можете найти процессоры типов PentiumII, Pentium III, в новейших - Pentium 4. Фирма AMD выпускает процессоры, в общем аналогичные интеловским, но называются они немного иначе: K6 (пентиум второй), К7 или Athlon (пентиум третий). И приходится скромной AMD предугадывать будущее индустрии, иногда опережая Intel с ее полумиллиардными доходами. Предсказуемо появление новых идей у отстающей компании -- для нее это способ выжить. Но неожиданно то, что иногда эти идеи принимает на вооружение и Intel. Мы сейчас вели речь о так называемых IBM-совместимых персональных компьютерах. На нашем рынке, как, впрочем, и в мире, их подавляющее большинство. В расчёте именно на этот стандарт пишутся игры, программы и прочее. Но есть ещё стандарт фирмы Apple для персональных компьютеров Macintosh. «Маки» оснащены, как на войну, - в них сразу же в стандартном комплекте, есть и звуковая приставка с микрофоном и динамики, и модем для подключения к сети, и ещё кое-какие вещи, которые в IBM-совместимых PC надо покупать отдельно. Это мощные и простые в эксплуатации машины, порой (как, например, в настольных издательских системах) незаменимые. Однако в России (да и во всём мире) их гораздо меньше, чем PC, и они заметно дороже. В основе любой ПЭВМ лежит использование микропроцессоров. Он является одним из самых важнейших устройств в компьютере, которым привычно характеризуют уровень производительности ПК.

Микропроцессор является "мозгом" и "сердцем" компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Когда выбирают себе компьютер, первым делом выбирают себе микропроцессор, который будет соответствовать требованиям, тех или иных людей. От процессора зависит, как быстро будут запускаться программы, и даже насколько быстро будет происходить процесс архивации данных в WinRAR, я уже и не говорю о создании трёхмерной анимации в 3D MAX Studio. Из всего выше сказанного, я считаю, что моя тема очень актуальна и значима на сегодняшний день.

Цель моей работы состоит в том, чтобы узнать побольше о функциях и строении микропроцессора, проследить процессорную эволюцию трёх самых крупных и известных компаний: Intel, AMD и Apple. А также провести тестирование нескольких самых популярных, на сегодняшний день, процессоров и выявить явного лидера среди них. Четвёртой целью является, то, чтобы каждый прочитавший эту работу смог выбрать процессор, который будет целиком отвечать его повседневным требованиям.

1. Основная часть

1.1 Определение микропроцессора

Микропроцессор - центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ (или вычислительной системы), которое выполняет арифметические и логические операции, заданные программой преобразования информации, управляет вычислительным процессом и координирует работу устройств системы (запоминающих, сортировальных, ввода -- вывода, подготовки данных и др.). В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называют многопроцессорными. Наличие нескольких процессоров ускоряет выполнение одной большой или нескольких (в том числе взаимосвязанных) программ. пpоцессоp чип быстродействие разрядность

Основными характеристиками микропроцессора являются быстродействие и разрядность. Быстродействие - это число выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует объём информации, который микропроцессор обрабатывает за одну операцию: 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит информации, 32-разрядный - 32 бита. Скорость работы микропроцессора во многом определяет быстродействие компьютера. Он выполняет всю обработку данных, поступающих в компьютер и хранящихся в его памяти, под управлением программы, также хранящейся в памяти. Персональные компьютеры оснащают центральными процессорами различных мощностей.

Функции и строение микропроцессора

Функции процессора:

· обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

· программное управление работой устройств компьютера.

Модели процессоров включают следующие совместно работающие устройства:

· Устройство управления (УУ). Осуществляет координацию работы всех остальных устройств, выполняет функции управления устройствами, управляет вычислениями в компьютере.

· Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Так называется устройство для целочисленных операций. Арифметические операции, такие как сложение, умножение и деление, а также логические операции (OR, AND, ASL, ROL и др.) обрабатываются при помощи АЛУ. Эти операции составляют подавляющее большинство программного кода в большинстве программ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отведенных ячейках АЛУ. В процессоре может быть несколько АЛУ. Каждое способно исполнять арифметические или логические операции независимо от других, что позволяет выполнять несколько операций одновременно. Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические действия. Логические операции делятся на две простые операции: "Да" и "Нет" ("1" и "0"). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

· AGU (Address Generation Unit) - устройство генерации адресов. Это устройство не менее важное, чем АЛУ, т.к. оно отвечает за корректную адресацию при загрузке или сохранении данных. Абсолютная адресация в программах используется только в редких исключениях. Как только берутся массивы данных, в программном коде используется косвенная адресация, заставляющая работать AGU.

· Математический сопроцессор (FPU). Процессор может содержать несколько математических сопроцессоров. Каждый из них способен выполнять, по меньшей мере, одну операцию с плавающей точкой независимо от того, что делают другие АЛУ. Метод конвейерной обработки данных позволяет одному математическому сопроцессору выполнять несколько операций одновременно. Сопроцессор поддерживает высокоточные вычисления как целочисленные, так и с плавающей точкой и, кроме того, содержит набор полезных констант, ускоряющих вычисления. Сопроцессор работает параллельно с центральным процессором, обеспечивая, таким образом, высокую производительность. Система выполняет команды сопроцессора в том порядке, в котором они появляются в потоке. Математический сопроцессор персонального компьютера IBM PC позволяет ему выполнять скоростные арифметические и логарифмические операции, а также тригонометрические функции с высокой точностью.

· Дешифратор инструкций (команд). Анализирует инструкции в целях выделения операндов и адресов, по которым размещаются результаты. Затем следует сообщение другому независимому устройству о том, что необходимо сделать для выполнения инструкции. Дешифратор допускает выполнение нескольких инструкций одновременно для загрузки всех исполняющих устройств.

· Кэш-память. Особая высокоскоростная память процессора. Кэш используется в качестве буфера для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью, а также для хранения копий инструкций и данных, которые недавно использовались процессором. Значения из кэш-памяти извлекаются напрямую, без обращения к основной памяти. При изучении особенностей работы программ было обнаружено, что они обращаются к тем или иным областям памяти с различной частотой, а именно: ячейки памяти, к которым программа обращалась недавно, скорее всего, будут использованы вновь. Предположим, что микропроцессор способен хранить копии этих инструкций в своей локальной памяти. В этом случае процессор сможет каждый раз использовать копию этих инструкций на протяжении всего цикла. Доступ к памяти понадобиться в самом начале. Для хранения этих инструкций необходим совсем небольшой объём памяти. Если инструкции в процессор поступают достаточно быстро, то микропроцессор не будет тратить время на ожидание. Таким образом экономиться время на выполнение инструкций. Но для самых быстродействующих микропроцессоров этого недостаточно. Решение данной проблемы заключается в улучшении организации памяти. Память внутри микропроцессора может работать со скоростью самого процессора.

1. Кэш первого уровня (L1 cache). Кэш-память, находящаяся внутри процессора. Она быстрее всех остальных типов памяти, но меньше по объёму. Хранит совсем недавно использованную информацию, которая может быть использована при выполнении коротких программных циклов.

2. Кэш второго уровня (L2 cache). Также находится внутри процессора. Информация, хранящаяся в ней, используется реже, чем информация, хранящаяся в кэш-памяти первого уровня, но зато по объёму памяти он больше. Также в настоящее время в процессорах используется кэш третьего уровня.

3. Основная память. Намного больше по объёму, чем кэш-память, и значительно менее быстродействующая.

Многоуровневая кэш-память позволяет снизить требования наиболее производительных микропроцессоров к быстродействию основной динамической памяти. Так, если сократить время доступа к основной памяти на 30%, то производительность хорошо сконструированной кэш-памяти повыситься только на 10-15%. Кэш-память, как известно, может достаточно сильно влиять на производительность процессора в зависимости от типа исполняемых операций, однако ее увеличение вовсе не обязательно принесет увеличение общей производительности работы процессора. Все зависит от того, насколько приложение оптимизировано под данную структуру и использует кэш, а также от того, помещаются ли различные сегменты программы в кэш целиком или кусками.

Кэш-память не только повышает быстродействие микропроцессора при операции чтения из памяти, но в ней также могут храниться значения, записываемые процессором в основную память; записать эти значения можно будет позже, когда основная память будет не занята. Такая кэш-память называется кэшем с обратной записью (write back cache). Её возможности и принципы работы заметно отличаются от характеристик кэша со сквозной записью (write through cache), который участвует только в операции чтения из памяти.

· Шина - это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой набор проводящих линий в печатной плате, провода, припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная шина). К шине может быть подключено много приемных устройств - получателей. Обычно данные на шине предназначаются только для одного из них. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю, когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными (т.е. осуществлять только либо передачу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять и то и другое). Однако самая быстрая процессорная шина не сильно поможет, если память не сможет доставлять данные с соответствующей скоростью.

Типы шин:

1. Шина данных. Служит для пересылки данных между процессором и памятью или процессором и устройствами ввода-вывода. Эти данные могут представлять собой как команды микропроцессора, так и информацию, которую он посылает в порты ввода-вывода или принимает оттуда.

2. Шина адресов. Используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.

3. Шина управления. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).

· BTB (Branch Target Buffer) - буфер целей ветвления. В этой таблице находятся все адреса, куда будет или может быть сделан переход. Процессоры Athlon еще используют таблицу истории ветвлений (BHT - Branch History Table), которая содержит адреса, по которым уже осуществлялись ветвления.

· Регистры - это внутренняя память процессора. Представляют собой ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, а также внутренние носители информации микропроцессора. Регистр является устройством временного хранения данных, числа или команды и используется с целью облегчения арифметических, логических и пересылочных операций. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.

Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

1. сумматор -- регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции.

2. счетчик команд -- регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти.

3. регистр команд -- регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные -- для хранения кодов адресов операндов.

1.2 Отличия процессоров SX, DX, SX2, DX2 и DX4

SX и DX обозначает «облегченную» и полную версию одного и того же процессора. Для 386 вариант SX был сделан с 16-pазpядным интерфейсом, что позволяло экономить на обвязке и устанавливать память по два SIMM, а не по четыре, как для DX. Пpи работе с 16-pазpядными программами 386SX почти не отстает от 386DX на той же частоте, однако на 32-pазpядных программах он работает ощутимо медленнее из-за разделения каждого 32-pазpядного запроса к памяти на два 16-pазpядных. Hа самом же деле большинство компьютеров с 386DX работают быстрее компьютеров с SX даже на 16-pазpядных программах - благодаря тому, что на платах с 386DX чаще всего установлен аппаpатный кэш, котоpого нет на большинстве плат с SX. Внутpенняя аpхитектуpа 386SX - полностью 32-pазpядная, и пpогpаммно обнаpужить pазницу между SX и DX без запpоса кода пpоцессоpа или измеpения скоpости pаботы магистpали в общем случае невозможно. Для 486 SX обозначает ваpиант без встpоенного сопpоцессоpа. Ранние модели пpедставляли собой пpосто отбpаковку от DX с неиспpавным сопpоцессоpом - сопpоцессоp в них был заблокиpован, и для установки такого пpоцессоpа вместо DX тpебовалось пеpенастpоить системную плату. Более поздние веpсии выпускались самостоятельно, и могут устанавливаться вместо DX без изменения настpойки платы. Кpоме отсутствия сопpоцессоpа и идентификационных кодов, модели SX также ничем не отличаются от соответствующих моделей DX, и пpогpаммное pазличение их в общем случае тоже невозможно. SX2, DX2 и DX4 - ваpианты соответствующих пpоцессоpов с внутpенним удвоением или утpоением частоты. Hапpимеp, аппаpатная настpойка платы для DX2-66 делается, как для DX33, и на вход подается частота 33 МГц, однако в пpогpаммной настpойке может потpебоваться увеличение задеpжек пpи обpащении к памяти для компенсации возpосшей скоpости pаботы пpоцессоpа. Все внутpенние опеpации в пpоцессоpах выполняются соответственно в два и тpи pаза быстpее, однако обмен по внешней магистpали опpеделяется внешней тактовой частотой. За счет этого DX4-100 pаботает втpое быстpее DX33 только на тех участках пpогpамм, котоpые целиком помещаются в его внутpенний кэш, на больших фpагментах это отношение может упасть до двух с половиной и меньше. Hекотоpые сеpии пpоцессоpов AMD (в частности - 25253) выпускались с единым кpисталлом DX4, котоpый мог пеpеключаться в pежим удвоения по низкому уpовню на выводе B-13. Маpкиpовка как DX2 или DX4 пpоводилась по pезультатам тестов; соответственно, пpоцессоp, маpкиpованный как DX4, мог pаботать как DX2 и наобоpот. Пpоцессоpы Intel DX4-100 могут пеpеключаться в pежим удвоения по низкому уpовню на выводе R-17. Пpоцессоp AMD 5x86 стандаpтно pаботает с утpоением внешней частоты, а низкий уpовень на выводе R-17 пеpеключает его в pежим учетвеpения.

1.3 Обозначение «SL-Enhanced» y пpоцессоpов Intel 486

Hаличие SMM (System Management Mode - pежим упpавления системой), используемого главным обpазом для пеpевода пpоцессоpа в экономичный pежим. Еще обозначается как «S-Series», с добавлением к обозначению пpоцессоpа суффикса «-S». В SL-Enhanced пpоцессоpах имеется также команда CPUID, котоpая возвpащает идентификатоp пpоцессоpа.

1.4 Отличия пpоцессоpов UMC 486 U5 от Intel, AMD и дpугих

Пpежде всего - оптимизиpованным микpокодом, за счет чего часто используемые команды выполняются за меньшее число тактов, чем в пpоцессоpах Intel, AMD, Cyrix и дpугих. Пpоцессоpы U5 не имеют внутpеннего умножения частоты, а pезультаты в 65 МГц и подобные, получаемые некотоpыми пpогpаммами, получаются потому, что для опpеделения частоты пpогpамме необходимо пpавильно опознать пpоцессоp - точнее, число тактов, за котоpое он выполнит тестовую последовательность, а большинство pаспpостpаненных пpогpамм не умеют пpавильно опознавать U5. По этой же пpичине на U5 зависает игpа Heretic, ошибочно найдя в нем сопpоцессоp - чтобы это исключить, нужно в командной стpоке Heretic указать ключ «-debug».

1.5 Чипы RISC и CISC

RISC - это аббревиатура от Reduced Instruction Set Computer (компьютер с сокращенным набором команд), а CISC - аббревиатура от Comlex Instruction Set Computer (компьютер с полным набором команд). Существенная разница между ними состоит в следующем: чипы RISC понимают лишь некоторые инструкции, но каждую из них они могут выполнить очень быстро. Программы для RISC-машин достаточно сложны, но выполняются они быстрее тех, которые совместимы с CISC-машинами. Hо, может быть, это и не так? (Исследования производительности еще не завершены.) Все чипы Intel 80x86 (как и чипы Motorola 680x0 (68010,68020,..,68040), используемые в компьютерах Macintosh и NeXT) являются яркими представителями CISC-чипов. Hекоторые рабочие станции, начиная с IBM, используют чипы RISC.

2. Практическая часть

2.1 Тестирование процессоров Intel Pentium 4 3,2 ГГц, Intel Pentium 4 3,2 ГГц Extreme Edition и процессоров AMD Athlon 64 FX-51, AMD Athlon 64 3200+, AMD Athlon XP 3200+

Осень 2003 года выдалась жаркой. И главным возмутителем спокойствия стала компания AMD, анонсировавшая в конце сентября новые микропроцессоры Athlon 64 и Athlon 64 FX, предназначенные для использования в настольных ПК и ноутбуках, и позволяющие выполнять как 32-, так и 64-разрядные инструкции. Intel также не осталась в долгу, выпустив процессор Pentium 4 Extreme Edition, оборудованный интегрированной трехуровневой системой кэш-памяти, что является, на сегодняшний день, единственным подобным решением в сегменте процессоров для настольных ПК.

Тестовые конфигурации

Платформа на базе Athlon 64 FX-51 была представлена системой, имевшей следующую конфигурацию:

· Процессор: AMD Athlon 64 FX-51;

· Системная плата: ASUS SK8N на чипсете nForce 3 Pro 150;

· Память: 1 ГБ ECC (2х512 Мб) DDR400 Legacy Electronics;

· Графический адаптер: Leadtek WinFast A350 Ultra TDH (FX 5900 Ultra) 256 Мб;

· Дисковая система: 2 HDD Western Digital WD360 36 Гб 10000 об/мин SATA (Raptor) и WD400 40Гб (7200 об/мин);

· Накопители: Sony DW-U1DA (DVD+RW), Sony DDU1612 16X (DVD-ROM), Sony MPF920-Z (1.44 FDD).

Платформа на процессоре Athlon 64 3200+ имела следующую конфигурацию:

· Процессор: AMD Athlon 64 3200+;

· Системная плата: AOpen AK86-L (чипсет VIA K8T800);

· Память: 1 ГБ DDR400 Sansung;

· Графический адаптер: AOpen FX5900 128 Мб;

· Дисковая система: 2 HDD Serial ATA Maxtor 80Гб (7200 об/мин), объединенные в RAID-массив уровня 0;

· Накопители: AOpen DVD+RW, 1.44 FDD.

Платформа на базе процессора Athlon XP 3200+ имела следующую конфигурацию:

· Процессор: AMD Athlon XP 3200+;

· Системная плата: Soltek SL-75FRN2-L (чипсет nForce 2 Ultra 400);

· Память: 1 ГБ DDR400 Sansung;

· Графический адаптер: Sapphire Radeon 9800 Pro;

· Дисковая система: Western Digital WD400 40Гб (7200 об/мин, 8 Мб).

Платформа на базе процессоров Intel имела следующую конфигурацию:

· Память: 1 ГБ DDR400 Hynix;

· Графический адаптер: Sapphire Radeon 9800 Pro;

· Дисковая система: Western Digital WD400 40Гб (7200 об/мин, 8 Мб).

Чтобы поставить все платформы в относительно равные условия, во время тестирования на всех системах использовался жесткий диск Western Digital WD400 40Гб (7200 об/мин, 8 Мб) и видеокарта Sapphire Radeon 9800 Pro. В качестве операционной системы использовалась Windows XP Professional SP1, драйвера видеокарты ATI Catalyst 3.8, а также последние версии драйверов для соответствующих наборов логики.

2.2 Тепловой режим работы процессоров

Непосредственно после анонса Pentium 4 Extreme Edition многие обозреватели высказывали опасения, что для охлаждения этого процессора понадобятся экстремальные кулеры. Смею вас заверить, это не так. Стандартный кулер на медной основе, который входит в коробочную поставку старших моделей Pentium 4, полностью справляется с охлаждением Pentium 4 Extreme Edition. Замеры, проведенные с помощью программы CPUBurn, показали, что температура Pentium 4 Extreme Edition не поднималась выше 48-51 градуса. Равно, как и температура "обычной", не экстремальной версии Pentium 4.

Процессоры Athlon 64 и Athlon 64 FX-51 во время работы также оставались прохладными. После продолжительной нагрузки температура ни одного из процессоров не превышала 50 градусов (по внутреннему датчику), учитывая, что платы с процессорами находились в закрытых корпусах.

2.3 Результаты

1) Начнем с синтетического пакета - SiSoftware Sandra 2004. Он уже правильно распознает как Athlon 64, так и Pentium 4 EE (см. приложение 1, диаграмма 1). Как мы видим, скорость блоков ALU процессоров Intel Pentium 4 в данном тесте несколько превосходит целочисленные модули процессоров линейки AMD Athlon. Обратим внимание на результаты теста блоков FPU. Процессоры Athlon, ввиду некоторой схожести внутренней архитектуры демонстрируют вполне прогнозируемые результаты. Athlon 64 FX-51 и Athlon XP 3200+ по этому показателю равны, потому как частота обоих процессоров составляет 2.2 ГГц. Athlon 64 3200+ имеет несколько меньший результат, потому что его частоты на 200 МГц меньше предыдущих процессоров. А вот ситуация с процессорами Pentium 4 не столь однозначна. Pentium 4 EE 3.2 ГГц имеет здесь практически 25%-ный прирост производительности по сравнению со своим "собратом", работающим на той же тактовой частоте. В новое ядро Athlon 64 включен блок выполнения инструкций SSE2. Вряд ли стоит надеяться, что он окажется быстрее, чем у Pentium 4. Но, тем не менее, ввиду появления все большего количества приложений, оптимизированных для работы с этими инструкциями, их поддержка отнюдь не будет лишней.

2) Интересная ситуация в тесте пропускной способности подсистемы памяти (см. приложение 2, диаграмма 2). Налицо преимущество использования двухканального контроллера памяти в системе с Athlon 64 FX-51. Рекордные показатели в тесте за этой системой. Так как в системе с Athlon 64 3200+ используется одноканальный контроллер памяти с максимальной пропускной способностью 3.2 Гб/с, то ожидать значительно больших показателей, чем у системы на Athlon XP 3200+, не приходится. Тем не менее, она все же немного ближе к теоретическому максимуму. Системы на Pentium 4 имеют высокую скорость работы с памятью, но угнаться за Athlon 64 FX в этом тесте не удается.

3) В данном тесте уверенно лидируют новые процессоры от AMD (см. приложение 2, диаграмма 3). Причем их отрыв от "преследователей" довольно велик. Прирост производительности Pentium 4 EE 3.2 ГГц по сравнению с "не экстремальным" процессором составил здесь 6.5%, но даже и ему не удалось догнать Athlon 64 3200+. Система на Athlon 64 FX-51 здесь и вовсе вне досягаемости. Athlon XP 3200+ с относительно небольшим объемом кэш-памяти и невысокой скоростью работы с памятью, прогнозируемо оказался на последнем месте.

4) ZD Content Creation 2002 также состоит из набора реальных приложений, предназначенных для создания мультимедийного контента. Во время выполнения этого теста производится обработка звуковых треков, идет работа с видео, графикой, html-страницами. Все приложения тоже весьма громоздки и предъявляют к системе довольно высокие требования. Как видим (см. приложение 3, диаграмма 4) Athlon 64 FX-51 здесь также никому не оставляет шансов взобраться на пальму первенства, прочно захватив лидирующую позицию. Pentium 4 EE 3.2 ГГц в этом тесте несколько уступает системе на Athlon 64 3200+, а Athlon XP 3200+ в свою очередь немного не дотягивает до уровня Pentium 4 3.2 ГГц.

5) Компрессия данных широко используется каждым пользователем при повседневной работе, поэтому процесс архивирования файлов представляет неподдельный интерес (см. приложение 3, диаграмма 5). Для этих целей воспользуемся архиватором WinRAR 3.2 (максимальная степень сжатия данных, объем словаря - 4096 Кб). Позиции процессоров от Intel в этой области весьма крепки. В первую очередь, благодаря очень удачному алгоритму работы кэш-памяти второго уровня, скоростные показатели которого ощутимо превосходят аналогичные значения для процессоров Athlon. 64-разрядным процессорам от AMD удалось обогнать Pentium 4 3.2 ГГц, но с Extreme Edition ему тягаться не приходится. Следует также заметить, что Athlon 64 FX-51 улучшил результаты Athlon XP 3200+ почти на 30%, но все равно это не позволило ему обогнать топовый процессор от Intel.

6) Развиваем тему компрессии данных. Оценим результаты кодирования WAV-файла (цифровая копия музыкально трека) в формат MP3 (см. приложение 4, диаграмма 6). Снова процессоры от Intel являются фаворитами. Дополнительный кэш в этом тесте особой погоды не делает, но результаты и без того весьма достойные. Нужно заметить, что кодек Lame 3.93 во время кодирования активно использует доступные процессору SIMD-инструкции SSE2. А так как этот блок у Pentium 4 работает быстрее, чем у Athlon 64, то итоговый результат довольно закономерен.

7) Любительский пакет Corel Bryce 5 предназначен для рендеринга трехмерных сцен и пейзажей. Рендеринг серьезной сцены требует больших вычислительных ресурсов. В данном случае наиболее активно используется блок FPU процессора, без каких-либо оптимизаций. Этот компонент всегда был "коньком" семейства К7 процессоров AMD. Итак, что же мы видим в итоге (см. приложение 4, диаграмма 7)? Athlon 64 FX-51 справился с заданием намного раньше остальных и, дабы не простаивать, требовал для себя новых пейзажей.

8) Применив профессиональный пакет 3Dstudio MAX 5.02, мы получили диаметрально противоположные результаты (см. приложение 5, диаграмма 8). В первую очередь это объясняется тем, что 3Dstudio MAX 5.02 изначально оптимизирована для работы с многопроцессорными системами, т.е. используется многопоточная обработка. В этом случае наличие у процессоров Intel технологии Hyper-Threading очень позитивно сказывается на полученных результатах. К тому же очевидно, что в этом приложении частота процессора играет не последнюю роль. А у Pentium 4 3.2 ГГц тактовая частота на 1 ГГц больше, чем у старшего процессора из семейства Athlon 64. Athlon XP 3200+ и Athlon 64 3200+ показывают одинаковые результаты, а Athlon 64 FX-51работает на 10% быстрее (за счет того же 10%-ного увеличения тактовой частоты). К скорости работы с памятью и объему кэш-памяти данное приложение практически равнодушно.

9) Посмотрим на счетные возможности каждого из процессоров. Для этого мы использовали программу Super_PI, которая позволяет рассчитывать число PI с точностью до 256 миллионов знаков после запятой. Впрочем, 256 миллионов знаков она будет считать около суток, поэтому тесты проводились до 4-х миллионного знака. Прямо скажем, задача не "на каждый день", но лишний раз проверить возможности блока FPU никогда не помешает (см. приложение 5, диаграмма 9). На первую позицию вновь выходит Athlon 64 FX-51. За ним, с 9%-ным отставанием следует Pentium 4 Extreme Edition 3.2 ГГц. Далее Athlon 64 3200+ , а замыкают тест Pentium 4 3.2 ГГц и Athlon XP 3200+ (практически одинаковые результаты).

10) Для проверки потенциала процессоров в научных расчетах использовался тест ScienceMark 2. В частности было смоделировано поведение молекулы Аргона. Здесь Athlon 64 FX-51 снова оказывается недосягаем для своих конкурентов (см. приложение 6, диаграмма 10). Отрыв от ближайшего преследователя, которым оказался процессор Athlon XP 3200+ составил порядка 8%. Процессор Athlon 64 3200+ из-за меньшей тактовой частоты отстал от своего предшественника и идет плечом к плечу с Pentium 4 3.2 ГГц. А вот Pentium 4 Extreme Edition 3.2 ГГц благодаря кэш-памяти в этом тесте практически настигает Athlon XP 3200+.

11) Игровую составляющую нашего тестирования начнем с 3DMark 2001 SE. Результаты говорят сами за себя (см. приложение 6, диаграмма 11). Проведенная "модернизация", позволила процессорам AMD занять лидирующие позиции в этом тесте. Система на Athlon 64 FX-51 преодолела ранее недостижимый рубеж. Athlon 64 3200+ также демонстрирует большой отрыв от Athlon XP 3200+, невзирая на меньшую тактовую частоту ядра. Процессор Pentium 4 3.2 ГГц по рейтингу близок к Athlon XP 3200+, результаты "экстремальной версии" близки к Athlon 64 3200+.

12) Какой быстрой не была бы видеокарта, а найдется приложение, в котором все старания процессора будут разбиваться о гранит возможностей графической подсистемы. В этом несложно убедится (см. приложение 7, диаграмма 12). 3DMark 2003 очень требователен к возможностям видеокарты. Поэтому, как оказалось, даже Radeon 9800 Pro было недостаточно для того, чтобы избавиться от влияния видеокарты на конечный результат. Процессоры Athlon 64 FX-51 и Pentium 4 EE 3.2 ГГц по этой причине не до конца раскрыли свой потенциал.

13) На тест процессора (CPU Test) из данного пакета на самом деле довольно важное влияние имеет пропускная способность памяти, а также применяемая видеокарта. В принципе это характерно практически для любой 3D-игры, поэтому результаты этого теста также имеют определенную ценность для анализа производительности всей системы (см. приложение 7, диаграмма 13). Athlon 64 FX-51 и здесь уверенно лидирует, более чем на 5% обгоняя Pentium 4 EE 3.2 ГГц. Несмотря на более низкую тактовую частоту, Athlon 64 3200+, ввиду низкой латентности подсистемы памяти и увеличенного объема кэш-памяти второго уровня, позволяет значительно улучшить результат по сравнению с Athlon XP 3200+. Pentim 4 3.2 ГГц уверенно обошел Athlon XP 3200+, но в общем зачете он - лишь четвертый.

14) Совсем недавно появилась новая тестовая утилита - AquaMark 3. Это очень динамичный тест сполна использующий возможности, как последних процессоров, так и видеокарт. Данное приложение позволяет частично оценить уровень быстродействия систем в играх, которые появятся в ближайшее время. В очередной раз можно убедится в важности графической подсистемы. Все процессоры показывают соизмеримые результаты (разница между самой быстрой и самой неторопливой в этом тесте системой составляет ~7.5%). Тем не менее, здесь обе платформы на процессорах от Intel имеют некоторое преимущество. Аутсайдером в этом тесте является Athlon XP 3200+ (см. приложение 8, диаграмма 14).

15) Возвращаясь ко дню сегодняшнему, и игрушкам, которые сейчас отнимают у игроманов немалое количество времени, посмотрим на результаты, полученные в Unreal Tournament 2003 (см. приложение 8, диаграмма 15). Тесты Flyby довольно критичны к подсистеме памяти, так как требуют "прокачки" больших массивов данных. Системы на базе процессоров от Intel оказались немного более расторопными в этом деле. Дополнительная кэш-память третьего уровня также была востребована, но прирост производительности оказался не очень велик (+ 2.4%). Совсем иначе картина обстоит в тестах Botmatch. Просчет искусственного интеллекта (AI) виртуальных противников требует высокой производительности вычислительных модулей процессора. Здесь идут в ход все возможные ресурсы (высокая тактовая частота процессора, объемы и скорость работы кэш-памяти, возможности блоков ALU и FPU). Убедительнее выглядят процессоры от AMD. Причем даже результаты Athlon XP 3200+ оказываются выше показателей Pentium 4 Extreme Edition 3.2 ГГц, кэш-память третьего уровня которого обеспечивает прирост в 11% по сравнению с базовой версией.

16) Игра Quake III традиционно чувствительна к изменениям в скорости работы оперативной и кэш-памяти. По этой причине процессоры Pentium 4 в этой игре обычно всегда имели ощутимый перевес. Уменьшение задержек при работе с памятью (интегрированный контроллер), а также увеличение пропускной способности этой подсистемы (двухканальный контроллер у Athlon 64 FX) позволили новым процессорам AMD существенно прибавить в этом тесте, оставив позади Pentium 4 3.2 ГГц (см. приложение 9, диаграмма 16). Но с Pentium 4 Extreme Edition 3.2 ГГц, который улучшил результат Pentium 4 3.2 ГГц почти на 20%, бороться не осталось сил. Рейтинг Athlon XP 3200+ на фоне полученных результатов кажется немного завышенным. Совсем другое дело с Athlon 64 3200+, который опередил в этом тесте Pentium 4 3.2 ГГц.

17) Ситуация аналогичная предыдущей наблюдается и в Comanche 4 (см. приложение 9, диаграмма 17). Разница лишь в смене лидера. Теперь это Athlon 64 FX-51.

Заключение

В настоящее время компьютеры превратились в мощные высокопроизводительные устройства. По всем основным показателям (быстродействие, емкость оперативной и дисковой памяти и др.) они в сотни раз превосходят первоначальную модель, а стоят обычно даже дешевле. Если бы такими же темпами развивалось, скажем, автомобилестроение, то сейчас за несколько тысяч долларов предлагались бы автомобили, передвигающиеся со скоростью космических ракет и вмещающих сотни человек. Я предприняла это исследование, так как мне очень интересна эта тема, я хотел больше знать о строении и функциях процессора, о том, как развивались, со временем, эти высокотехнологические шедевры и самое главное я хотел узнать, какой же микропроцессор самый высокопроизводительный на сегодняшний день. Для этого я провёл тестирование в основной части работы. Я сравнивала следующие процессоры: Intel Pentium 4 3,2 ГГц, Intel Pentium 4 3,2 ГГц Extreme Edition и процессоры AMD Athlon 64 FX-51, AMD Athlon 64 3200+, AMD Athlon XP 3200+. Прежде всего, следует отметить, что AMD удалось создать новую аппаратную платформу, которая призвана стать в самое ближайшее время технологической основой всех решений этой корпорации. Чтобы оценить серьезность намерений AMD, достаточно лишь отметить, что уже к середине 2005 года доля процессоров, основанных на 64-разрядных ядрах, превысит в спектре продукции AMD 50%. О поддержке 64-разрядной платформы AMD заявили едва ли не все ведущие производители аппаратного обеспечения, в том числе - разработчики наборов системной логики (nVidia, VIA, SiS, ULi), материнских плат (ASUS, MSI, TYAN, Gigabyte, ECS, AOPEN, EPoX и многие другие). Известные разработчики ПО, в том числе - Microsoft - тоже не остаются в стороне, планируя к выпуску 64-разрядные версии своих продуктов.

Тестирование показало, что новая платформа AMD в целом стабильна и совместима с имеющимися аппаратными и программными средствами. Как процессоры AMD Athlon 64 и Athlon 64 FX-51, так и процессоры Intel Pentium 4 и Pentium 4 Extreme Edition продемонстрировали высочайшую производительность. Победителя в этом соревновании нет - в некоторых приложениях побеждает Athlon 64 FX-51, в других же - Intel Pentium 4 3.2 ГГц Extreme Edition. Процессоры Athlon 64 3200+ и Pentium 4 3.2 ГГц также находятся примерно на одном уровне по скорости работы. Отдельно хочется отметить, что с выпуском Athlon 64, AMD полностью ликвидировала отставание, которое наметилось, между ее процессорами и процессорами Intel и в ряде случаев сумела опередить соперника. Но тут нужна оговорка. Процессоры AMD 64 тестировались в 32-разрядных приложениях, а хотя они рассчитаны на 64-разрядные, а то есть эти процессоры не показали всю свою мощь, на которую они способны. Но даже и временное отсутствие приложений, совместимых с AMD 64, не является препятствием для популяризации 64-разрядной платформы AMD. Как мы могли убедиться в ходе тестирования, процессоры Athlon 64/Athlon 64 FX-51 демонстрируют высочайшую, часто - рекордную производительность в 32-разрядных приложениях. Нет пока 64-разрядных программ, и не беда, используйте 32-разрядные, причем более эффективно, чем на процессорах AMD предыдущего поколения. А там, глядишь, и 64-разрядные подтянутся. Из этого следует, что на сегодняшний день есть два самых высокопроизводительных процессора: AMD Athlon FX-51 и Intel Pentium 4 3.2 ГГц Extreme Edition. Какой покупать - дело ваше. В тестах они показали практически одинаковую производительность. Но всё же кто хочет взять себе классный компьютер, то всё-таки брать его следует на базе процессора AMD Athlon 64 FX-51. И дело не в том, что мне понравилось его название. Просто не за горами выход 64-разрядных приложений, а то есть и в этих приложениях AMD Athlon 64 FX-51 будет демонстрировать высочайшую производительность, а Intel Pentium 4 3,2 ГГц Extreme Edition - нет. Поэтому я думаю, что следует взять процессор, который не придётся выкидывать, когда многие начнут переходить на 64-разрядные процессоры. Тем пользователям, которые в основном работают в Word и Excel, а то есть в Office, я посоветую не брать рухлядь. Возьмите, хотя бы, Intel Pentium 4 1,5 ГГц, на котором в случае чего, можно будет достойно отредактировать фотографию или поиграть в игрушки. Мало ли что может случиться в жизни. Также я не могу забыть и о компьютерах компании Apple - Macintosh. Это очень красивые и высокопроизводительные компьютеры. Я бы посоветовал покупать эти компьютеры для дизайнеров и обыкновенных пользователей, для тех, кто впервые покупает компьютер, да и вообще для всех. Мне хотелось бы обсудить здесь еще один вопрос, который часто при сравнении PC и Macintosh пытаются обойти стороной: вопрос о стоимости. Обычно IBM PC компьютер стоит в два раза дешевле Macintosh аналогичной конфигурации.

Чем же обусловлена такая разница и стоит ли приобретать Macintosh, если можно существенно и, главное, безболезненно сэкономить? Высокая цена объясняется качеством комплектующих и их гарантированной совместимостью. Все аппаратные составляющие проходят ряд дополнительных тестов и устанавливаются в Macintosh только в том случае, если удовлетворяют всем требованиям. Для Macintosh эталонное качество всех компонентов -- железное правило, и оно проявляется во всем. Что же касается целесообразности покупки Macintosh, то привлекательная, на первый взгляд, возможность сэкономить на приобретении PC кустарной сборки может обойтись потребителю очень недешево. Во-первых, хотя бы потому, что велик риск получить детали совсем не лучшего качества. Во-вторых, у Macintosh меньше стоимость владения. В нее входит цена самого компьютера, программного обеспечения, приобретаемого за все время использования, оплата технического обслуживания. В комплекте с каждым Macintosh кроме операционной системы поставляется ПО для работы с видео, аудио и цифровыми фотографиями. С моделями, ориентированными на домашний и образовательный рынок, идет упрощенный офисный пакет Apple Works. Теперь о модернизации. Не секрет, что среднее время жизни типичного PC составляет полтора-два года, после чего ему приходится делать ряд оздоровительных процедур: ускорять процессор и устанавливать производительную видеосистему. А Macintosh, являясь на момент своего выхода в свет пределом технического совершенства, не устаревает морально четыре-пять лет. И всё это с великолепным дизайном самого компьютера, устойчиво работающей и дружелюбной операционной системой. В целом же сравнивать платформы PC и Macintosh -- всё равно, что выбирать между автомобилями «Таврия» и «Тойота». Ездит и тот и другой. Но если владельцу первого приходится частенько заглядывать под капот, то обладатель второго может целиком посвятить себя вождению. Кому-то нравится заниматься ремонтом, а кому-то -- с ветерком колесить по дорогам, и это -- личное дело каждого. Выбирать вам!

Использованные литературы

1. А. Левин «Самоучитель работы на компьютере». - И.: КноРус, Москва 2001, с. 7-12

2. Д. Бройтман «Микроархитектура процессора P6», с. 1995г., с. 6-11.

3. Д. Бройтман «Процессор P6: общий обзор», 1995г., с.8-12.

4. В.Л. ГРИГОРЬЕВ «Микропроцессор i80486». - И.: БИНОМ, Москва 1993

5. М. ГУК «Аппаратные средства IBM PC» Санкт-Петербург 1997

6. Энциклопедия Кирилл и Мефодий

7. Компьютерный еженедельник «Компьютера», № 24, 2000 год

8. http://www.hardvision.ru/?dir=editorials&doc=intel_2004_2005_analize

9. http://www.epos.kiev.ua/pubs/pr/et.htm

10. http://www.composter.kiev.ua/review.pl?ID=113

11. http://www.composter.kiev.ua/review.pl?ID=86

12. http://www.ixbt.ru

13. http://www.computerra.ru

14. http://www.zdnet.ru

Размещено на Allbest.ru