Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Ключевые слова: ПРОЦЕССОР, МИКРОПРОЦЕССОР, ТИПЫ ПРОЦЕССОРОВ, АРХИТЕКТУРА, ПРОЦЕССЫ, РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССОРОВ, ТЕХНИКА

Цель работы - изучить сущность и структуру процессора, а так же в рассмотрении некоторых моделей процессоров от разных производителей.

Результат работы: Процессор является эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Микропроцессоры сейчас быстро приближаются к технологическим пределам своей производительности. Поэтому в последние годы идет активный поиск новых направлений развития процессорной техники, отличных от доминирующих сегодня технологий.



СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОЦЕССОРОВ
• 2. ПРОЦЕССОР. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
• 2.1 Принципы Джона фон Неймана
• 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРОВ
• 4. АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРОВ
• 5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
• 5.1 Ведущие производители на рынке микропроцессоров
• 5.2 Мобильные процессоры: высокие технологии XXI века
• 5.3 Наноэра - новый этап развития процессоров
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

В современном мире, где информационные технологии так прочно вошли в жизнь человека, мы не можем представить ни одной области деятельности людей без компьютера. Дома, на работе, на учебе - сфера использования компьютеров необъятна и безгранична, она постоянно расширяется, существенно влияя на жизнь всего общества в целом и развитие его производственных сил. С развитием общества развивается и компьютер, изменяются в лучшую сторону его технические характеристики, такие как быстродействие, удобство в работе, стоимость, размеры, количество потребляемой электроэнергии. Прежде всего компьютер рассматривается как преобразователь информации: человек вводит данные, ЭВМ обрабатывает их и выводит информацию (уже обработанную) на монитор (либо другое устройство). Все персональные компьютеры, а также прочие технические устройства (планшеты, смартфоны) обрабатывают нескончаемый поток информации с помощью специальной электронной микросхемы, называемой процессором.

История развития микропроцессорной техники насчитывает более тридцати лет. Процесс совершенствования микропроцессорной технологии есть результат постоянного стремления повысить производительность процессора за счет применения все более тонких технологических процессов.

На протяжении многих десятилетий не прекращается острое соперничество ведущих электронных фирм за лидерство в этой высокоперспективной области. Результатом борьбы за лидирующие позиции на рынке информационных технологий является разработка новых семейств и типов микропроцессоров, расширение их функциональных возможностей, быстрый рост производительности и снижение стоимости.

Полупроводниковая индустрия обладает уникальной способностью поддерживать очень высокие темпы технологического развития на протяжении долгого периода времени. Это позволяет производителям из года в год снижать цены на свои продукты, одновременно увеличивая их быстродействие и расширяя функциональность.

Актуальность нашей работы обусловлена тем, что компьютер прочно вошел в жизнь людей, но многие из них даже и не задумываются о сущности ПК, о том, как он устроен и из чего состоит.



1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОЦЕССОРОВ

Первым этапом затронувшим период с сороковых по конец пятидесятых годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом, с середины пятидесятых до середины шестидесятых, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом, наступившим в середине шестидесятых годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, затем по мере развития технологии стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы -- элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора -- микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Четвёртым этапом стало создание микропроцессора, при котором на одной микросхеме физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-х разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.



2. ПРОЦЕССОР. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Процессор - это главная микросхема компьютера, его 'мозг'. Он выполняет программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистры помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных для их последующего выполнения.

Элементы, составляющие процессор:

1. декодер команд;

2. арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее действия над операндами;

3. регистры для хранения данных, адресов и служебной информации;

4. устройство для формирования (вычисления) адресов операндов;

5. устройство управления.

­ Устройство управления (УУ) - управляет процессором последовательной выборки, декодирования и исполнения команд программы, хранимой в памяти. УУ формирует временную диаграмму работы всех узлов процессора. Часть регистров также можно отнести к УУ.

­ Устройство формирования адресов операндов - вычисляет адрес, по которому произойдёт очередное обращение к участку памяти, содержащему операнд.

­ АЛУ - комбинационное логическое устройство, имеющее два (многоразрядных) входа (на которые подаются два слова сходных операндов), на выходе АЛУ формируется результат операций, которые процессор выполняет над операндами, таких, как сложение, умножение и т.п. Минимальный набор операций (машина Фон-Неймана), которые должно выполнять АЛУ, включает операции сложения, инверсии и логического "И", все остальные операции можно получить на базе этих.

­ Регистры. Минимальный набор регистров, необходимый для функционирования процессора включает следующие регистры:

­ Аккумулятор - хранит результат операций, часто имеет удвоенною. длину по сравнению с разрядностью процессора (для хранения результатов операций умножения и сдвига).

­ Счётчик команд - содержит адрес следующей команды.

­ Регистр адреса - содержит адрес операнда, используется при косвенной адресации.

­ Регистр флагов (состояния и управления) - содержит код, характеризующий результаты предыдущих операций, а так же информацию о текущем состоянии центрального процессора компьютера.

Мы можем выделить четыре этапа обработки команды процессором: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. В ряде случаев, пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

Процессор также выполняет ряд функций:

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

­ программное управление работой устройств компьютера.

2.1 Принципы Джона фон Неймана

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1) Принцип программного управления.

Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп". Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2) Принцип однородности памяти.

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции; перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3) Принцип адресности.

Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без "счетчика команд", указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановской.



3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРОВ

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы. Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Основными характеристиками процессоров являются: разрядность и тактовая частота.

Тактовая частота - это параметр, показывающий количество тактов, выполняемых процессором в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц), 1 МГц = 1 000 000 тактов в секунду. Чем данный параметр выше тем быстрее процессор.

Каждая производимая операция занимает какое-то количество тактов. Поэтому чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее он выполняет задачу или задачи.

При производстве процессора его тестируют на различных режимах тактовой частоты при изменяющихся температурах и давлении. Результатом тестов и является максимальная тактовая частота процессора, которая будет указана в маркировке и документации. То есть с такой тактовой частотой процессор будет работать в стандартных условиях.

На любой современной материнской плате можно регулировать возможность выбора тактовых частот в определенных пределах. Однако в целом любой процессор может работать на различных тактовых частотах, поэтому он легко синхронизируется с частотой материнской платы, в которую будет установлен.

Разрядность - это параметр который является важным для таких устройств компьютера, как внутренние регистры, шина ввода вывода данных, шина адреса памяти.

Зная разрядность регистров процессора, можно определить его микроархитектуру. Разрядность определяют по целочисленным регистрам, так как данные целого типа встречаются чаще (особенно в офисных приложениях). Разрядность процессора оценивается числом разрядов в наименьших целочисленных регистрах -- РОН.

Секции процессора с плавающей запятой 64- и 80-разрядные. Чем выше разрядность процессора, тем быстрее идет обработка данных.



4. АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРОВ

· CISC-процессоры

Complex Instruction Set Computing -- вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).

· RISC-процессоры

Reduced Instruction Set Computing (technology) -- вычисления с сокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson). Самая распространённая реализация этой архитектуры представлена процессорами серии PowerPC, включая G3, G4 и G5. Довольно известная реализация данной архитектуры -- процессоры серий MIPS и Alpha.

· MISC-процессоры

Minimum Instruction Set Computing -- вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).

· Многоядерные процессоры

Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах). Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию системы «Мультипроцессор». На данный момент массово доступны процессоры с двумя ядрами, в частности Intel Core 2 Duo на ядре Conroe и Athlon64X2 на базе микроархитектуры K8.

В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Двухядерность поцессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Duo состоит из двух физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.

10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхьядерные процессоры для серверов AMD Quad-Core Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barсelona. 19 ноября 2007 вышел в продажу четырёхьядерный процессор для домашних компьютеров AMD Quad-Core Phenom. Эти процесоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10). 27 сентября 2006 года Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора. Предполагается, что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс, а это в свою очередь ожидается к 2010 году.



5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

5.1 Ведущие производители на рынке микропроцессоров

Процессор - важнейшая составляющая любого компьютера, а потому производители уделяют особое внимание к выпуску своих новинок. Процессорная индустрия не менее динамична, нежели остальные сферы информационных технологий. Постоянные доработки последних микроархитектур и выпуск новых дают широкий выбор в рамках определенных классов центральных процессоров.

Несмотря на сложности экономического характера и форс-мажорные обстоятельства мировой рынок полупроводников в 2012 году вырос на 3,7% до 310 миллиардов долларов.

Тем не менее, аналитики пересмотрели в сторону уменьшения прогноз объема мирового рынка полупроводниковых компонентов в 2013-2015 годы.

Аналитики предсказывают падение рынка на 1,7% и ожидают снижения продаж с 310 миллиардов долларов в 2012 году до 295 миллиардов долларов в 2013 году.

Основными причинами снижения спроса на микропроцессорные технологии являются:

? перенос главного направления развития технологической отрасли с оборудования на программные продукты и виртуальные сервисы;

? нестабильное состояние мировой экономики и как следствие, финансовой деятельности ведущих производителей на рынках компьютерной, беспроводной и потребительской электроники.

Рейтинг поставщиков полупроводников по объему выручки на начало 2013 года представлен на рисунке 1.



Рисунок 1 - Рейтинг поставщиков полупроводников по объему выручки на начало 2013 года, миллиардов долларов

Компания Intel в 2012 году показала рекордную убыль выручки на 3,1% в сравнении с 2011 годом из-за спада продаж персональных компьютеров. Тем не менее, это не помешало компании сохранить за собой лидерство на рынке, которое принадлежит ей уже несколько десятилетий подряд.

Вторым по объему выручки от продаж микропроцессор стала компания Samsung. Отдельно аналитики отметили успехи компании Qualcomm, которой удалось показать максимальный рост выручки - на 31,8%.

Таким образом, прогнозируя уровень спроса, производителям полупроводников нужно принимать не только сегодняшних лидеров рынка потребительской электроники, но и новых перспективных игроков, которые могут стать лидерами в ближайшее будущее.

Каждое следующее поколение процессоров делает существенный шаг вперед, предлагая все больше функциональных возможностей, причем иногда с большим заделом на будущее, а также обеспечивая плацдарм для дальнейшего развития и совершенствования прочих комплектующих персональных компьютеров.

По мнению независимых экспертов, Intel Core i7-3960X Extreme Edition - лучший процессор от компании Intel, который можно найти в продаже на данный момент. Тактовая частота данного шестиядерного чипа равняется 3,3 ГГц. Объем кэш памяти первого и второго уровня составляет 384 Кбайт и 1,5 Мбайт соответственно, а объем кэша третьего уровне составляет 15 Мбайт.

Более бюджетным вариантом является процессор Intel Core i7-3930K. Единственным отличием от предыдущей описанной модели является более низкая тактовая частота в 3,2 ГГц и объем кэша третьего уровня 12 Мбайт против 15 Мбайт у 3960X.

Аналогом этих чипов от компании AMD может послужить процессор под названием FX-8150. Данный восьмиядерный процессор работает на частоте 3,6 ГГц, объем кэш памяти первого уровня составляет 386 Кбайт, а кэш второго и третьего уровней 8 Мбайт.

Одним из главных событий 2012 года стал выход нового семейства процессоров APU Trinity от компании AMD, нацеленные на массовый сегмент рынка: настольные компьютеры, системы для домашнего кинотеатра и игровые платформы.

Ниже приведена сравнительная таблица характеристик процессоров нового поколения APU Trinity от компании AMD (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Сравнительная таблица характеристик процессоров нового поколения APU Trinity от компании AMD

Модель процессора, APU	Ядра	Частота, Ггц	Объем кэш-памяти, Мбайт	Рекомендуемая розничная цена, долларов
A10-5800K	4	4,2	4	122
A10-5700	4	4,0	4	122
A8-5600K	4	3,9	4	101
A8-5500	4	3,7	4	101
A6-5400K	2	3,8	1	67
A4-5300	2	3,6	1	53
Athlon X4 750K	4	4,0	4	81
Athlon X4 740X	4	3,7	4	71

Альтернативным вариантом флагманского процессора A10-5800K от компании AMD является чип Core i3-3220 компании Intel.

В следующей таблице приведены актуальные модели процессоров Core от Intel, которые являются преемниками процессоров предыдущего поколения, представленных моделями Pentium и Celeron (см. таблицу 2).

Таблица 2 - Сравнительные характеристики семейства процессоров Core от Intel

Модель процессора	Ядра	Частота, Ггц	Объем кэш-памяти, Мбайт	Рекомендуемая розничная цена, долларов
Core i7-3770K	4	3,5	8	299
Core i7-3770	4	3,4	8	260
Core i5-3570	4	3,4	6	190
Core i5-3570K	4	3,4	6	199
Core i5-3470T	2	2,9	3	165
Core i5-3450	4	3,1	6	162
Core i5-3330S	4	2,7	6	166
Core i5-3330	4	3,0	6	173
Core i3-3240	2	3,4	3	132
Core i3-3225	2	3,3	3	128
Core i3-3220	2	3,3	3	105
Pentium G2120	2	3,1	3	83

Таким образом, в архитектуре современных микропроцессоров разных компаний-производителей имеется много общего. В предыдущих поколениях микропроцессоров при ограниченном объеме аппаратных ресурсов каждый разработчик микропроцессора выбирал ряд архитектурно-структурных приемов повышения производительности, за счет преимущественного развития которых этот микропроцессор должен был превосходить другие. В современных условиях большое число транзисторов на кристалле делает возможным применить в одном микропроцессоре все известные приемы повышения производительности, сообразуясь только с их совместимостью.

5.2 Мобильные процессоры: высокие технологии XXI века

Мобильные чипсеты (процессоры) - важная часть большинства нетбуков, смартфонов и коммуникаторов. Огромный модельный ряд мобильных устройств и особенности региональных рынков сбыта привели к широкому выбору линеек мобильных процессоров того или иного вендора.

Площадь мобильных чипов составляет 12Ч12 мм, а настольных 45Ч43 мм. Однако по структуре и принципу работы большинство первых радикально отличаются от вторых. По сути дела, все настольные процессоры от ведущих производителей до сих пор используют разработанную еще в далеком 1978 году архитектуру х86 и соответствующий ей набор команд CISC. микропроцессор информационный нейман

В планшетных компьютерах, которые, как правило, работают под управлением операционных систем Android или iOS, напротив, используются процессоры типа RISC. Именно такие чипы отвечают за значительно меньший объем команд, например при открытии какого-либо приложения они загружают только его основные функции, а необходимые модули подгружают по ходу работы.

Мобильные микрочипы состоят из тех же элементов, что и настольные. Микрочип обеспечивает выполнение всех последовательностей команд на телефоне или планшетном компьютере. Мобильные процессоры отвечают также за работу всех компонентов, размещенных на системной плате смартфонов и планшетов.

Производители мобильной техники предъявляют к микрочипам гораздо более высокие требования, чем к настольным процессорам.

В апреле 2012 года была запущена новая архитектура Ivy Bridge от компании Intel с уклоном в минимизацию используемых технологий. Заметно меньшие чипсеты с первых дней своего появления стали пользоваться большой популярностью у производителей портативных игровых устройств. Процессоры новой архитектуры получили улучшение и в производительности, что позволило Intel Core i7 в модельной комплектации 3920XM, 3820QM и 3720QM возглавить рейтинги многих обозревателей.

Таким образом, корпорация Intel сохраняет лидирующие позиции на рынке мобильных центральных процессоров: значительную его часть занимают чипы семейства Core i3/i5/i7, перешедшие на модернизированную архитектуру Ivy Bridge.

Чипы Ivy Bridge представляют собой модернизацию предыдущего поколения десктопных процессоров, которая заключается, прежде всего, в переходе с 32-нм на более тонкий 22-нм технологический процесс, позволяющий снизить энергопотребление и разместить на той же площади большее число транзисторов и тем самым повысить производительность, в использовании 3D-транзисторов.

Мобильные процессоры Ivy Bridge отличаются от десктопных более низкими частотами, уменьшенным энергопотреблением и некоторыми особенностями системы энергосбережения.

Рейтинг мобильных процессоров по объему продаж на начало 2013 года представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Рейтинг мобильных процессоров по объему продаж на начало 2013 года, миллиардов долларов



Гораздо чаще, в мобильных устройствах можно наблюдать именно процессоры Intel.

Отдельная категория мобильных процессоров, производимых корпорацией Intel, - это Atom: такие чипы предназначены для установки в нетбуки и неттопы - недорогие портативные и настольные компьютеры, ориентированные преимущественно на работу в интернете. Однако с распространением планшетных компьютеров спрос на нетбуки резко пошел на спад, и на сегодняшний день остались лишь два процессора Atom, которые используются в выпускающихся ныне моделях недорогих субноутбуков.

С помощью новой энергоэффективной архитектуры компания Intel надеется закрепиться на рынке тонких ноутбуков и планшетов, где маленькая батарея и пассивное охлаждение не дает их быстрым и производительным процессорам возможности конкурировать с экономичными чипами других производителей.

Следует отметить, что в области мобильных процессоров компания Apple догоняет Intel.

В 2012 году калифорнийской компанией было поставлено около 176 миллионов процессоров в таких устройствах, как iPad и iPhone, что составляет 13,5% рынка мобильных процессоров. Intel заняла первое место с 181 миллионов процессоров в мобильных устройствах, таких как ноутбуки, - 13,9% рынка.

Интересно, что в цепочке поставок процессоров Apple нигде не упоминается южнокорейская компания Samsung, которой, по сути, принадлежит 100% процессоров iOS-устройств.

На сегодняшний день последней разработкой компании Samsung является чип Samsung-Intrinsity S5PC110, выпущенный в 2010 году. Особенностями мобильного процессора являются:

­ поддержка последних мобильных технологий;

­ мощный графический 3D-ускоритель;

­ аппаратное декодирование HD-видео.

Примерами аппаратного исполнения являются Iphone 3GS, Samsung GT-i9000 Galaxy S, GT-S8500 Wave.

Другим производителем мобильных процессоров, занимающим лидирующие позиции на рынке, является компания Qualcomm, представившая в конце 2012 года новые процессоры Snapdragon для мобильных устройств, которые можно считать пропорциональным ответом на появление конкурентного мобильного процессора от Intel.

Мобильный процессор нового поколения Snapdragon 800 обещает оказаться на 75% производительнее процессоров предыдущего поколения. В настоящий момент разрабатывается порядка полусотни моделей на основе новых процессоров Qualcomm.

Старшие модели Snapdragon 800 будут иметь до 4 ядер с частотой до 2,3 ГГц, модернизированный сигнальный процессор и новую графическую подсистему Adreno 330.

Из других особенностей новых решений Qualcomm можно отметить возможность работать в сетях Wi-Fi «гигабитного» стандарта 802.11ac WiFi и поддержку технологии беспроводной передачи видео.

Линейки мобильных процессоров AMD намного реже встречаются в ноутбуках.

Мобильные процессоры Phenom II являются достаточно интересным решением. Мобильные версии этих процессоров, в отличие от десктопных лишены кэша третьего уровня, что является основной причиной снижения их производительности. При однопоточных нагрузках мобильные Phenom II X4, показывают в тестах уровень процессоров Core 2 Duo.

Подводя итог, можно сделать вывод, что, как правило, мобильные процессоры состоят из компонентов разных производителей. Главный элемент почти всех моделей - это центральный процессор на архитектуре ARM, дополненный вендорами соответствующими графическими и аудиопроцессорами. Изменив дизайн и некоторые пользовательские характеристики, производители выпускают конечный продукт на рынок.

5.3 Наноэра - новый этап развития процессоров

Будучи одним из наиболее перспективных направлений современного этапа развития науки и техники, нанотехнологии в наибольшей степени видоизменяют и преобразуют представление об окружающем мире.

В отличие от других научно-технических направлений, развивающихся в какой-либо одной конкретной отрасли, нанотехнологии охватывают широкий спектр технических достижений в различных областях науки.

Технический прогресс направлен в сторону разработки более мощных, быстрых, компактных и изящных машин.

Микропроцессоры сейчас быстро приближаются к технологическим пределам своей производительности. Поэтому в последние годы идет активный поиск новых направлений развития процессорной техники, отличных от доминирующих сегодня технологий.

Элементы новых процессоров должны иметь размеры порядка нанометров, и, соответственно, решения для их создания лежат в области нанотехнологий. Следует отметить, что именно в наномасштабах проявляются свойства материалов, позволяющие реализовать новые подходы к созданию процессорных устройств. Один из таких подходов разрабатывает компания Hewlett Packard для создания прототипа процессора, основанного на архитектуре, получившей название «кроссбары».

Кроссбар представляет собой набор параллельных проволок шириной около 50 нм, которые пересекаются другим набором нанопроволок. Между ними находятся прокладки из материала, который под действием приложенного напряжения может изменять свою проводимость. Регулярная структура из пересекающихся нанопроволок делает их изготовление достаточно простым, особенно в сравнении со сложной структурой современных процессоров на основе традиционных технологий. В свою очередь, это позволит максимально гибко адаптировать отработанные архитектурные решения к новым материалам.

В настоящее время разработчики компании Hewlett Packard внедряют архитектуру, позволяющую использовать много слоев кроссбаров За счет этого можно в разы увеличить плотность памяти, а также отношение производительность/энергопотребление. Чипы с такой архитектурой получили название «нанохранилища».

По мнению ведущих экспертов Hewlett Packard, нанохранилища должны стать основой будущих компьютеров, в том числе серверов. Стадии коммерческого применения нанохранилища, по мнению представителей компании, достигнут примерно через пять лет.

Однако, уже сегодня можно отметить внедрение нанотехнологий в технологический процесс создания микрочипов. В 2011 году группа исследователей из Бельгийского центра Imecна представили первый в мире пластиковый (или органический) микропроцессор, который способен выполнять около 6 инструкций в секунду.

Восьмибитный чип из 4000 транзисторов по характеристикам напоминает кремниевые микросхемы 70-ых годов, но разница в том, что он сделан на пластиковой подложке, на которую наносят последовательно слой золота, органический диэлектрик, второй слой золота и органический полупроводник из пентацена. Получается пленка толщиной 25 мкм, которую можно приклеить на любую поверхность.

Возможно, такой процессор найдет применение в дешевых гибких дисплеях и в сенсорах, которые будут встраивать в одежду, стройматериалы, еду, лекарства.

По мнению разработчиков, такие процессоры могут быть примерно в десять раз дешевле кремниевых аналогов, если конечно наладить крупномасштабное коммерческое производство. Правда, органические процессоры никогда не смогут вместить сотни миллионов транзисторов, как у кремниевых чипов. Кроме того, на сегодняшний день они не способны преодолеть главную проблему - непредсказуемое поведение таких транзисторов, вызванное отсутствием прочной монокристаллической структуры.

Ученые из Университета Бристоля предлагают производителям компьютерной техники перейти на выпуск совершенно новых устройств - программируемых квантовых процессоров.

Суть квантового процессора сводится к набору элементов, которые под воздействием электродов и волноводов способны принимать взаимозависимые квантовые состояния. В плане производства такие устройства не требуют дополнительных ресурсов, как и большинство современных процессоров они создаются на основе кремния.

С помощью электродов внутри устройства происходят вычислительные операции над квантовыми битами (кубитами). Такой механизм работы с одной стороны делает процессор многоцелевым, а с другой позволяет значительно уменьшить его габариты.

Однако, создатели нового вида процессоров отмечают, что определенная схожесть с обычными процессорами не делает их совместимыми. Другими словами, если в устройстве используется квантовый процессор, то и само устройство должно быть полностью перестроено под требования процессора.

С одной стороны такой подход позволяет перейти на новую ступень развития электроники, с другой - такой переход практически невозможен без поддержки мировых гигантов в области производства компьютеров.

В перспективе компания IBM сможет заменить медные внутричиповые проводники соединениями на основе оптических линий связи, и это существенно ускорит работу современных процессоров.

Оптические переключатели различного типа созданы достаточно давно, но именно ученые из IBM смогли миниатюризовать их до требуемых размеров. Это стало возможным с использованием кремниевых нанострун с особыми оптическими свойствами.

Исследователи из IBM создали самый маленький в мире фотонный переключатель. Это устройство может произвести революцию в оптических вычислениях и производстве компактных нанофотонных чипов.

Ранние версии подобных квантовых процессоров проектировались под конкретную задачу, поэтому их функциональные возможности были крайне ограничены рамками небольшого подмножества простейших операций для двух кубитов

Особенно большое влияние новый нанопереключатель окажет на архитектуру современных многоядерных процессоров - именно этого хотели добиться специалисты IBM. Обмен данными между ядрами процессоров будет приоритетным развитием технологии оптических нанопереключателей.

Работы по созданию квантовых микропроцессоров ведутся уже относительно давно. Преимуществом этой технологии, пока исключительно в теории, является огромная скорость обработки информации, которая должна позволить им в дальнейшем решать задачи, непосильные даже для самых современных суперкомпьютеров.

Таким образом, квантовые компьютеры - это новая техническая революция в мире. Новый квантовый процессор может стать основой для сверхмощной вычислительной техники.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Процессор является эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии.

Сфера применения микропроцессоров постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащается электронными и микропроцессорными устройствами управления. Трудно назвать технологический процесс, управление которым осуществлялось бы без использования электроники и микропроцессорной техники.

Менее четверти века насчитывает история развития микропроцессорной техники, однако за это короткое время произошли поистине гигантские изменения, связанные с совершенствованием архитектуры микропроцессоров, расширением их функциональных возможностей, увеличением разрядности, повышением степени интеграции и быстродействия.

Действительно, современные микропроцессоры уже имеют 64-разрядную архитектуру и по производительности приближаются к мощным суперЭВМ.

Кроме того, с появлением технологических возможностей размещения на одном кристалле совместно с процессорным ядром памяти таймерных секций, периферийных узлов, средств сопряжения с внешней средой в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем - однокристальных микроконтроллеров, предназначенных для интеллектуализации оборудования различного назначения.

Тем не менее, в архитектуре современных микропроцессоров разных компаний-производителей имеется много общего. В предыдущих поколениях микропроцессоров при ограниченном объеме аппаратных ресурсов каждый разработчик микропроцессора выбирал ряд архитектурно-структурных приемов повышения производительности, за счет преимущественного развития которых этот микропроцессор должен был превосходить другие. В современных условиях большое число транзисторов на кристалле делает возможным применить в одном микропроцессоре все известные приемы повышения производительности, сообразуясь только с их совместимостью.

Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности таких систем, создаваемых в различных областях науки и техники.

Микропроцессоры сейчас быстро приближаются к технологическим пределам своей производительности. Поэтому в последние годы идет активный поиск новых направлений развития процессорной техники, отличных от доминирующих сегодня технологий.

Элементы новых процессоров должны иметь размеры порядка нанометров, и, соответственно, решения для их создания лежат в области нанотехнологий.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алехина Г.В. Информатика. Базовый курс : учебное пособие / Под ред. Г.В. Алехиной. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Издательская группа «МедиаПро», 2012 - 56-57с.

2. Байцер Б. Архитектура вычислительных комплексов. / Б. Байцер. - М.: Издательский центр «Мир», 2013 - 213с.

3. Басманов А.С., Широков Ю.Ф. Микропроцессоры и однокристальные микроЭВМ: Номенклатура и функциональные возможности / Под А.С. Басманов, Ю.Ф. Широков. - М.: Энергоатомиздат, 2012 - 145-147с.

4. Блюмин А.М. Мировые информационные ресурсы: учебное пособие / А.М. Блюмин, Н.А. Феоктистов; Институт государственного управления, пра-ва и инновационных технологий - М.: Издательство «Дашков и К⁰», 2014 - 77с.

5. .Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации. - М.: Издательский центр «Академия», 2014 - 98-100с.

6. Ибрагимов И.М. Информационные технологии и средства дистанционного обучения. - М.: Издательский центр «Академия», 2014 - 133с.

7. .Информатика: Базовый курс: учебное пособие / под ред. С.В. Симоновича. - СПб.: Издательство «Питер», 2012 - 216-217с.

.Информатика. Общий курс: учебник / Соавт.: А.Н. Гуда, М.А. Бутакова, Н.М. Нечитайло, А.В. Чернов; под общ. ред. В.И. Колесникова. - М.: Издательство «Дашков и К⁰», 2013 - 234с.

Размещено на Allbest.ru

...