Современные микропроцессоры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Курганский государственный университет

Кафедра автоматизации производственных процессов

Реферат

На тему: "Современные микропроцессоры"

Выполнил Тихомиров Никита Григорьевич

Проверил Скобелев И.В.

Курган 2014

Введение

Микропроцессоры

Архитектура х 86 была изобретена в Intel в 1978 году. Шли годы, архитектура развивалась, становилась не только быстрее, но и гибче, и с каждым релизом приобретала все более широкий набор встроенных инструкций. Это триумфальное шествие длится уже свыше 35 лет.

INTEL 8086

Сначала Intel создал 8086 и свой первый 16-разрядный микропроцессор. И сказал Intel: "Пусть будет х 86"! И стал он х 86. И увидел Intel, что х 86 - это хорошо… В общем, впоследствии таким образом был создан целый мир, вместе с Интернетом, объединившим все население Земли в один общий дом.

Конечно, Intel - не бог, но в каждой шутке есть доля истины. Создатель чипов дал рождение процессору х 86. И даже теперь, спустя 30 лет со времени скромного старта в 1978 году, х 86 продолжает эволюционировать. В том же году Intel создала 3-микронный процессор 8086, работающий с частотой 5 МГц и разогнанный до 10 МГц в последующей версии. 8086 содержал 29000 транзисторов - всего в 4 раза больше, чем выпущенный в 1976 году 8085. Это был первый 16-разрядный микропроцессор Intel, который и положил начало 16-разрядной эре, хотя и не являлся первым в мире 16-битным процессором. Способность поддерживать софт, написанный для 8008, 8080 и 8085 и 1 МБ ОЗУ предвосхитили мгновенный и безусловный успех 8086.

Год выпуска: 1978 Тактовая частота: 4.77 МГц - 10 МГц

INTEL 286

8086 и последовавший за ним 8088 завершили 70-е годы и открыли первое действие на сцене 80-х. А затем Intel порадовал мировое сообщество новым процессором - 80286, созданным по 1,5-микронной технологии и обладающим грандиозным числом транзисторов (134000 штук) и 16 МБ памяти. Первые 286 работали с тактовой частотой 6 МГц, которая, как и в случае оригинального 8086, была впоследствии удвоена. Однако 286 сразу же в два раза превысил по эффективности 8086, осуществив таким образом удвоение эффективности для архитектуры х 86, что впоследствии больше не было осуществлено ни разу. На протяжении десятилетия 286-е процессоры стали синонимом IBM PC. По оценкам Intel, за 6 лет на 286-х процессорах в мире было выпущено около 15 миллионов ПК.

Вместе с 286 процессором был введен так называемый защищенный режим работы, при котором контролируется объем доступной оперативной памяти. Хотя эта функция позволяла выполнять прямую адресацию всех 16 МБ памяти, но разместить в 286 алгоритм переключения из защищенной моды в совместимую моду реального режима оказалось совсем не просто, поэтому эта функция не получила широкого распространения.

Год выпуска: 1982 Тактовая частота: 6.0 МГц - 12.5 МГц

РОЖДЕНИЕ КОНКУРЕНТА - AMD AM286

Многое было достигнуто в последние годы в результате лицензионного соглашения между Intel и AMD по использованию последней архитектуры х 86. Но чтобы посмотреть как все начиналось, вернемся в 1982 - именно в этом году AMD подписала контракт на производство и продажу процессоров 8086 и 8088. А уже на следующий год AMD выпустила Am286 - точный (вплоть до числа пинов) клон интеловского 286, но работающий с более высокой частотой. Новый процессор Am286 от AMD был не просто быстрее - он был быстрее почти в два раза. Его тактовая частота составляла 20 МГц. Так что Am286 вполне можно рассматривать как "первый удар" в конкурентной борьбе, которая длится между двумя этими компаниями вот уже почти 30 лет.

Год выпуска: 1983 Тактовая частота: 8 МГц - 20 МГц

INTEL I486

Большинство игроков старой школы, скорее всего, сохранили в памяти самые теплые воспоминания о часах, проведенных за миссиями различных компьютерных игр на процессорах 486DX2-66. Но с новыми требованиями, предъявляемыми 3D-графикой, 486-й процессор справлялся уже с трудом.

AMD AM386

AMD также не сидела сложа руки: нанеся Intel первый пробный удар в виде Am286, в 1991 году компания выводит на рынок новый процессор AM386, являющийся точной копией 386, но с тактовой частотой выше, чем у интеловского оригинала. Кроме того, впервые был предпринят такой маркетинговый ход, как использование логотипа "Windows Compatible", означавшего совместимый с ОС Windows продукт, который Нью-Йорк Таймс назвала "неприкрытым намерением завоевать доверие к клону интеловских микропроцессоров от AMD".

Intel приложила все усилия, чтобы воспрепятствовать продаже AMD новых процессоров, утверждая, что соглашение по x86 касалось только 80286 и предыдущих моделей. AMD выиграла процесс, и, хотя Intel уже выпустила в продажу следующий - 486 CPU, Am386 выдавал ту же производительность за существенно меньшую цену. Возмущение рынка продаж привело к укреплению позиций AMD в качестве реального конкурента Intel.

Год выпуска: 1991 Тактовая частота: 12 МГц - 40 МГц

INTEL PENTIUM

Пятое поколение интеловских процессоров - Pentium - не только получило новое название, но и подняло архитектуру х 86 на новый уровень. Не имея возможности запатентовать серийные номера, Intel вводит название Pentium, исключив таким образом копирование числового номера ее нового 586 чипа другими производителями.

В Pentium был воплощен ряд усовершенствований, направленных на решение нескольких проблем в предыдущих процессорах, заметно ограничивавших их производительность. Главными нововведениями стали 64-разрядная шина, два исполнительных модуля, значительно улучшенный модуль вычислений с плавающей точкой (FPU) и более быстрая тактовая частота. Начальная частота у Pentium составляла 60 МГц, но последующие процессоры уже могли работать на частотах вплоть до 233 МГц. За время производства Pentium технология изготовления этих процессоров сменилась с 0.8 до 0.3 мк, тем самым число транзисторов было увеличено с 3.1 до 4.5 млн.

Год выпуска: 1993 Тактовая частота: 60МГц - 233МГц

INTEL PENTIUM PRO

Несмотря на незначительное обновление спецификаций, Pentium Pro был заметно улучшен по сравнению с оригинальным Pentium. Фактически, Pentium Pro продемонстрировал не просто набор улучшений, а новую архитектуру, а приставка Pro "добавила" еще один миллион транзисторов (теперь их стало 5.5 млн). Но более важным стало добавление первичной кэш-памяти в 256 КБ, которая потом была увеличена до 1 МБ. Пока еще не интегрированная непосредственно в ядро процессора, кэш-память работала на той же частоте, что и CPU - между 150 и 200 МГц.

Но введение новой кэш-памяти помимо положительных моментов, принесло и проблемы процессору: размещалась она на отдельном кристалле, что вело к удорожанию производства. Тем не менее, выпуск 32-разрядных Pentium Pro играл заметную роль - началась эпоха заката 16-разрядных процессоров и ОС.

Год выпуска: 1995 Тактовая частота: 150 МГц - 200 МГц

CYRIX CX5X86

Все еще будучи новичком на рынке х 86 процессоров, Cyrix доказала, что ее первый шаг не был случайностью: за Cx486 последовал выход новой успешной серии Cx5x86. Cyrix ориентировалась на потребителей, которые искали подходящую замену своим 486. И, в отличие от интеловских Pentium, процессор Cx5x86 был совместим с 486 Socket 3 на системных платах. Тем самым Intel отдала Cyrix на откуп целый сегмент рынка.

Проблемы со стабильностью вынудили Cyrix отключить ряд возможностей, которые рекламировались для новой серии, включая предсказание ветвлений и другие функции усиления производительности. Однако, продажи Cx5x86 на рынке не были длительными и закончились преждевременно, что, впрочем, не было связано с какими-то проблемами с реализацией. Просто Cyrix не желала ограничивать сегмент рынка продаж своего нового процессора 6x86, который был выпущен всего 6 месяцев спустя после 5x86.

AMD AM5X86

Предлагая легкие возможности обновления для 486 компьютеров, Am5x86 от AMD был в действительности 486DX с внутренним множителем x4. Это позволяло процессору достигать быстродействия в 133 МГц и обеспечивать совместимость с большинством существующих под 486 системных плат. При этом производительность Am5x86 была не хуже, чем у Pentium 75.

Но что действительно отличало Am5x86, так это первое использование оценки производительности (PR - Performance Rating). В дальнейшем эта тактика сыграет еще большую роль. AMD продавала эти процессоры под маркой Am5x86-P75, предоставляя покупателю информацию о том, что это эквивалент Pentium 75.

AMD K5

Intel сама "помогла" конкурентам, заключив лицензионное соглашение, которое открыло путь к разработке и выпуску клонов их продукции. Но эту ошибку компания не собиралась повторять, приступив к выпуску линейки Pentium. В результате AMD и все остальные не могли теперь просто производить клоны интеловской продукции и продавать в качестве собственной. В силу этого и был создан K5 от AMD - как первая попытка собственной разработки процессоров следующего поколения. Но, как и предполагалось, еще в процессе проектирования возник ряд проблем, что вызвало задержку выпуска чипа. В итоге К 5 вышел в свет только в 1996 году. Технически более совершенный по отношению к Pentium, К 5 содержал 4.5 млн транзисторов, 5 модулей целочисленных операций, значительно более мощный модуль предсказателя ветвлений и 16 КБ кэш (в два раза больше, чем у Pentium). К сожалению для AMD, принципиальным недостатком K5 стала низкая тактовая частота и поэтому процессор не смог нанести ожидаемый нокаут Pentium. Соответственно, не получилось и сногсшибательного коммерческого успеха.

Год выпуска: 1996 Тактовая частота: 75 МГц - 133 МГц

CYRIX 6X86 AND MII

Изначально процессор Cyrix 6x86 получил название MI и был совместим с интеловским Pentium и по вольтажу, и по пинам. Однако, это был не перепроектированный клон, а оригинальный проект, который не повторял Pentium на все 100%. Ранние версии с 16 КБ кэш показывали внушительную производительность, превосходящую в ряде сценариев тестовых испытаний Pentium. Это привело к тому, что Cyrix ввел собственную оценку производительности по отношению к Pentium, несмотря на сравнительно слабую производительность при операциях с плавающей точкой. Более позднюю версию 6x86 переименовали в MII. Переработка MII обеспечила меньшее тепловыделение процессора, что позволяло разогнать тактовую частоту, но иногда вело к дополнительным затратам, так как требовались шины с нестандартными частотами 75 МГц или 83 МГц для системных плат с Socket 7.

INTEL PENTIUM II И PENTIUM II XEON

Чтобы увеличить объемы производства, Intel перемещает вторичный кэш во внешний чип. Такое исполнение подразумевало работу кэш-памяти на скорости в два раза меньшей скорости процессора. В последних Pentium II Intel пыталась компенсировать снижение скорости увеличением кэша с 256 КБ до 512 КБ. Это делалось не только с целью снижения цены (в начале выпуска Pentium II стоил немалые деньги), но также чтобы упаковать процессор в единый контактный блок для системных плат с новым процессорным разъёмом Slot1. Pentium II впервые был произведен по 0.35-мкм технологии, которая впоследствии была заменена на 0.25-мкм. Он содержал 7.5 млн транзисторов и мог адресовать 64 ГБ памяти. Вдобавок, Pentium II стал родоначальником первых процессоров Xeon, реализованных в 1998 году. Но, в отличие от Pentium II, у Xeon объем L2 кэша достиг 2 МБ.

INTEL CELERON

Intel сделала отличный шаг на рынке профессиональных и высокопроизводительных серверных процессоров, выпустив Pentium II и Xeon. Но компании недоставало процессора начального уровня, ориентированного на огромный сектор рынка ПК. Intel заполнила эту нишу, выпустив в 1998 году процессор Celeron со значительно меньшей производительностью и с намного более "бюджетной" ценой.

Позже, в игровых версиях х 86 несколько моделей Celeron стали настоящим искушением для любителей сэкономить на процессоре путем его разгона. Но первые Celeron на ядре Pentium II вызвали прохладную реакцию у основной массы пользователей. В первую очередь, это было обусловлено отсутствием вторичного кэша, позволявшего увеличить производительность. Позже Intel реализовала другую версию с вторичным КЭШем объемом 128 КБ, что в некоторых случаях позволило увеличить производительность в два раза. Комбинация полнокровного вторичного кэша со скоростью чипа и способностью к разгону сделали Celeron хитом среди массы разгоняемых процессоров.

Далее, линейка Celeron сопровождала главную линию процессоров Intel, при этом последующие Celeron были построены на архитектуре, близкой к Allendale и имели два ядра.

Год выпуска: 1998 Тактовая частота: 266 МГц - 3.2 ГГц

AMD K6-2 AND K6-2+

Продолжая успех К 6, K6-2 был выпущен компанией AMD в 1998 году. Он имел другой модуль ММХ и новые инструкции SIMD, известные как 3DNow! Эти нововведения на некоторое время сделали AMD лидером в среде 3D-приложений, пока Intel не "засверкал" опять с собственным набором команд SSE. Тем не менее, К 6-2 стал вполне привлекательным апгрейдом для считающих деньги владельцев системной платы с Super Socket 7. Позже AMD выпустил K6-2+, в котором добавил 128 КБ вторичной кэш-памяти и уменьшил технологический процесс с 250 нм до 180 нм.

Год выпуска: 1998 Тактовая частота: 233 МГц - 500 МГц

INTEL PENTIUM III И PENTIUM III XEON

Позже Intel выпустила Pentium III Coppermine. Coppermine имел интегрированные 256 КБ вторичной кэш-памяти, работающие с частотой ядра, удвоенный конвейер и другие улучшения, которые привели к повышению производительности в несколько раз по сравнению с первым Pentium III.

Другой PIII чип, названный Tualatin, имел более высокую тактовую частоту, больший объем кэш-памяти, меньший размер кристалла и более низкое энергетическое потребление. Tualatin обеспечил начальную структуру интеловских мобильных процессоров Pentium-M, которые позже привели к появлению Core i7.

Как и для Pentium III Xeon, интеловский процессор для серверов не отличался принципиально от аналогов для настольных компьютеров, хотя позже для PIII Xeon кэш-память была увеличена до 2 МБ и была реализована поддержка четырехядерной конфигурации.

Год выпуска: 1999 Тактовая частота: 450 МГц - 1.4 ГГц

AMD ATHLON (CLASSIC И THUNDERBIRD)

Через некоторое время AMD еще больше усовершенствовал Athlon и дал новой версии имя Thunderbird. Новая ревизия ядра вместе с повышением производительности L2 кэша и рядом других улучшений, сделали новый процессор еще более качественным. Вместе с этим AMD ввел Socket A (462) - один из наиболее успешных во все времена сокетов в системных платах.

Год выпуска: 1999 Тактовая частота: 500 МГц - 1.4 ГГц

AMD DURON

Занимать лидирующее положение по производительности - это только половина успеха, и поэтому в 2000 году в дополнение к интеловскому Celeron AMD выпускает процессор Duron и покоряет "бюджетный" сектор рынка. Первые Duron обладали медленной шиной со 100 МГц и урезанным кэшем, что и определяло их низкую стоимость. Duron выпускался только с 64 КБ вторичной кэш-памяти (в отличие от привычных к тому времени 256 или 512 КБ). Диапазон частот лежал в области от 600 МГц до 950 МГц.

Следующее поколение процессоров Duron производилось на базе архитектуры Athlon XP, в них также была добавлена поддержка инструкций SSE. Финальная версия Duron базировалась на Thoroughred Athlon XP и использовала более быструю шину (133 МГц) и тактовую частоту до 1.8 ГГц.

INTEL PENTIUM 4

Благодаря высокоэффективному дизайну, Pentium III пользовался большой популярностью. Если бы Intel продолжила совершенствование этой версии, AMD вряд ли смогла бы подняться так высоко. Но вместо этого Intel все больше внимания уделяла увеличению тактовой частоты, и для достижения этой цели в итоге ввела в Pentium 4 чрезвычайно длинную конвейерную архитектуру. С одной стороны, это действительно позволяло повышать тактовую частоту, с другой - появлялась большая вероятность того, что для выполнения команды потребуется результат предыдущей команды, а это означало перезагрузку конвейера.

Но Pentium 4 вовсе не был плох и он поддерживал наборы инструкций SSE2 и SSE3. А в комбинации с HyperThreading, Pentium 4 превосходно справлялся как с мультимедийными и контентными задачами, так и с кодами, оптимизированными под новое ядро. А использование графических карт для 3D-графики еще больше улучшало производительность, таким образом, процессор Р 4 заложил основу для развития игровых инструментов. Оверклокеры проявили большой интерес к ядру Northwood, выпущенному в 2002 году. С подходящей системной платой и памятью даже начинающие оверклокеры могли поднять тактовую частоту на 1 ГГц при воздушном охлаждении.

Но чтобы Pentium 4 действительно заблистал, потребовалось поднять тактовую частоту до рекордных цифр. Intel предполагала, что этого удастся добиться с ядром Prescott - первым чипом, изготовленным по 90 нм технологии. Но Prescott дал лишь незначительное повышение производительности, в противовес громким рекламным обещаниям, а в игровых тестах значительно уступал процессорам AMD.

Год выпуска: 2000 Тактовая частота: 1.40 ГГц - 3.8 ГГц

AMD ATHLON XP

Часть семейства Athlon, после ревизии XP и добавления инструкций SSE, стала еще одним агрессивным шагом в маркетинге AMD. XP поддерживал eXtreme Performance и прекрасно ладил с Windows XP. Кроме того, AMD вернулась к использованию системы Performance Rating (PR) для маркирования процессоров. Официально, PR от AMD должно было характеризовать производительность процессора XP по отношению к ядру Thunderbird, так что теоретически AMD Athlon XP 1800+ должен был иметь такую же производительность, как и Thunderbird на частоте 1.8 ГГц. Однако, на практике эта аббревиатура ошибочно использовалась гораздо шире, например, в качестве указателя на соответствующий интеловский процессор - во многом из-за совпадения аббревиатур "Pentium Rating" и "Performance Rating".

Другие версии процессора - Thoroughbred или T-Bred - были реализованы с изменением технологии изготовления со 180 нм до 130 нм. Позже модели также увеличили свои шины от 100 МГц (Thunderbird) и 133 МГц (XP) до 166 МГц (T-Bred).

Но самый популярный Socket A Athlon был создан на основе ядра Barton, появившегося в 2003 году и обещавшего огромные возможности разгона. В частности, интерес вызвала первая версия процессора - Barton 2500+, которая поставлялась с разблокированным множителем. При увеличении значения множителя большинство процессоров Barton 2500+ могли легко достигать производительности флагманской модели AMD 3200+.

Но не только процессоры Barton хорошо подходили для разгона: высокопроизводительные системные платы Asus A7N8X Deluxe и Abit NF7-S Rev2, на которые устанавливались эти процессоры, в то время были двумя самыми подходящими для этих целей. Когда AMD сделал блокировку множителя, эти и другие высокопроизводительные системные платы все равно позволяли работать 2500+ подобно 3200+ за счет увеличения тактовой частоты шины.

С технической стороны ядро Barton увеличило вторичную кэш-память до 512 КБ и нарастило число транзисторов с 37 млн до 54.3 млн.

Год выпуска: 2001 Тактовая частота: 650 МГц - 2.25 ГГц

AMD ATHLON 64

Вершиной успеха AMD стал 64-разрядный процессор Athlon 64, предназначенный для основной массы пользователей. В то время как инженеры Intel пытались создать процессор Р 4 на базе NetBurst, AMD занялась производством чипов с более эффективной архитектурой и интегрированным контроллером памяти.

Не без некоторых начальных усилий А 64 стал первым подходящим процессором для системных плат Socket 754, которые нуждались в поддержке двухканальной памяти и для сервер-ориентированной Socket 940, требовавшей буферизации памяти.

Хотя А 64 предложил собственную 64-разрядную основу, он был также полностью совместим с 32-битной кодировкой без какой-либо заметной потери в производительности. Это было очень важно для пользователей Windows, которые все еще жили в 32-разрядном мире (это все еще справедливо и сегодня, хотя у многих работают 64-разрядные ОС Vista и XP).

INTEL PENTIUM D

Невезучая архитектура NetBurst окончательно сдала свои позиции в последнем бренде Intel Pentium D. Процессоры Pentium D, содержащие два одноядерных процессора, трансформировались впоследствии в многоядерные модули. Не столь элегантный, как двуядерная разработка AMD, Pentium D предлагал приличную многозадачную производительность, хорошие возможности для разгона по сравнительно невысокой цене. Pentium D обеспечил приверженцам Intel уверенную альтернативу AMD.

Год выпуска: 2005 Тактовая частота: 2.66 ГГц - 3.73 ГГц

AMD ATHLON 64 X2

INTEL CORE 2

Пробудившись от "спячки", Intel начинает штурмовать процессорный мир со своей новой архитектурой Core 2. Вместо концентрации на достижении максимальной тактовой частоты, Intel сфокусировался на более высокой производительности его процессорного конвейера. Это означало возврат к более низким тактовым частотам, но с другой стороны, повышало производительность процессоров. Но после того, как обнаружилась несостоятельность Prescott, средства массовой информации с осторожностью отнеслись к обещаниям Intel по поводу производительности Core 2. Но, к глубокому разочарованию AMD, Core 2 полностью соответствовал заявленным возможностям.

Первый Core 2 Duos буквально взорвал рынок со своими 167 млн транзисторов, 65 нм технологией, 2 МБ вторичной кэш-памяти и 1,066 МГц частотой шины. Несмотря на дебют с невысокими частотами 1.86 МГц и 2.13 МГц (Е 6300 и Е 6400 соответственно), производительность, а также агрессивная ценовая политика сделали Core 2 желанным и популярным.

Позднее Core 2 был переведен на 45 нм технологию изготовления. Так появилась версия Penryn, в которой 820 млн транзисторов было упаковано в четырехядерный процессор, работающий с частотой, достигающей 3.2 ГГц.

Год выпуска: 2006 Тактовая частота: 1.8 ГГц - 3.2 ГГц

AMD PHENOM

Нельзя сказать, чтобы Phenom был такой уж плохой архитектурой - у него, несомненно, имелись и собственные достоинства: несколько SIMD инструкций, включая MMX, Enhanced 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3 и SSE4a, 4-ядерный процессор и неплохая производительность. Но все это несравнимо уступало уровню последних процессоров Intel, к тому же, AMD проиграл Intel в ценовой политике.

Год выпуска: 2007 Тактовая частота: 1.8 ГГц - 3.0 ГГц

INTEL CORE I7

А Intel тем временем окончательно отошел от традиционной шины в пользу QuickPath Interconnect, которая являлась аналогом HyperTransport от AMD. Это двухточечное межкомпонентное соединение (point-to-point interconnect) позволяет намного быстрее осуществлять связь между процессором и различными подсистемами. Правда, из-за этого оверклокерам пришлось "повышать квалификацию", в том числе осваивать несколько новых терминов, чтобы научиться грамотно осуществлять разгон.

Заключение

В конце 20 века человечество вступило на путь информационного общества. Но это общество невозможно представить без электроники, интернета, радио и телевиденья, мощных компьютеров и современных микропроцессоров.

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.).

Список литературы

1. http://www.hwp.ru/articles/Kratkaya_istoriya_protsessorov

2. http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/processors/22651

3. http://www.ngpedia.ru/id156352p1.html

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Intel_Core_2_Quad

Размещено на Allbest.ru