superbotanik.net

Микропроцессоры - (реферат)

Уже сейчас на сайте вы можете воспользоваться более чем 20 000 рефератами, докладами, шпаргалками, курсовыми и дипломными работами.Присылайте нам свои новые работы и мы их обязательно опубликуем. Давайте продолжим создавать нашу коллекцию рефератов вместе!!!

Вы согласны передать свой реферат (диплом, курсовую работу и т.п.), а также дальнейшие права на хранение, и распространение данного документа администрации сервера "mcvouo.ru"?

Дата добавления: март 2006г.

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Хабаровский государственный технический университет кафедра АиС Р Е Ф Е Р А Т на тему: Микропроцессоры Выполнили: ст. гр. УИТС-71 Буренок Н. Проверил: . Х а б а р о в с к 1998 Содержание 1. Введение 2. Важнейшие определения 3. Cемейство процессоров x88/x86 4. i8088 5. i8086 6. i80286 7. i80386DX 8. i80386SX 9. i486 10. i486SX 11. i80386SL 12. i486SL 13. Процессоры с умножением частоты. Pentium Pentium Pro Pentium II Xeon Несколько слов о производительности. Введение.

Важнейший компонент любого персонального - это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и, образно выражаясь, является его сердцем. До настоящего времени безусловным лидером в создании современных микропроцессоров остаётся фирма Intel. Микропроцессор, как правило, представляет из себя сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле и способную выполнять функции центрального процессора. Степень интеграции определяется размерами кристалла и количеством реализованных в нём транзисторов. Часто интегральными микросхемы называют чипами (chips).

К обязательным компонентам микропроцессора относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство и блок управления. Они характеризуются скоростью (тактовой частотой), разрядностью или длинной слова (внутренней и внешней), архитектурой и набором команд. Архитектура микропроцессора определяет необходимые регистры, стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных. Обычно используются следующие типы данных: бит(один разряд), байт (8 бит),

слово (16 бит), двойное слово (32 бита). Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, памятью, портами ввода-вывода).

Под конвейерным режимом понимают такой вид обработки, при котором интервал времени, требуемый для выполнения процесса в функциональном узле (например, в арифметико-логическом устройстве) микропроцессора, продолжительнее, чем интервалы, через которые данные могут вводится в этот узел. Предполагается, что функциональный узел выполняет процесс в несколько этапов, то есть когда первый этап завершается, результаты передаются на второй этап, на котором используются другие аппаратные средства. Разумеется, что устройство, используемое на первом этапе, оказывается свободным для начала новой обработки данных. Как известно, можно выделить четыре этапа обработки команды микропроцессора: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. Иными словами, в ряде случаев пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

С внешними устройствами микропроцессор может “общаться”благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенных на специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь, например только 16 линий внешних данных. Объём физически адресуемой микропроцессорной памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N - количество адресных линий.

Важнейшие определения.

Прежде чем продолжить рассказ о микропроцессорах, напомним важные определения, которые пригодятся в дальнейшем.

Любое внешнее устройство, совершающее по отношению к микропроцессору операции ввода-вывода, можно назватьпериферийным.

Регистр представляет собой совокупность бистабильных устройств ( то есть имеющих два устойчивых состояния), предназначенных для хранения информации и быстрого доступа к ней. В качестве таких устройств в интегральных схемах используют триггеры. Триггер в свою очередь выполнен на транзисторных переключателях (электронных ключах). В регистре из N триггеров можно запомнить слово из N бит информации.

Порт - это некая схема сопряжения, обычно включающая в себя один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющая подключить, например периферийное устройство к внешним шинам микропроцессора. Практически каждая микросхема использует для различных целей несколько портов ввода-вывода. Каждый порт персональном компьютере имеет свой уникальный номер. Заметим, что номера порта - это, по сути, адрес регистра ввода-вывода, причём адресные пространства основной памяти и портов ввода-вывода не пересекаются.

Под прерываниемпонимается сигнал, по которому процессор узнаёт совершении некоторого асинхронного события. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а в место неё начинает выполнятся другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Прерывания можно классифицировать как аппаратные, логические и программные. Аппаратные прерывания обычно связаны с запросами от периферийных устройств (например, нажатие клавиши клавиатуры ), логические возникают при работе самого микропроцессора

(деление на ноль), а программные инициализируются выполняемой программой и используются для вызова специальных подпрограмм. Кроме того, прерывания могут быть маскируемыми, то есть при определённых условиях (например, запрете на определение прерывания) микропроцессор не обращает на них внимание, и немаскируемыми. В последнем случае, как правило, должны обрабатываться почти катастрофические события (падение напряжения питания или ошибка памяти). В режиме прямого доступа (DMA, Direct Memory Access) периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно, минуя внутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективна такая передача данных в ситуациях, когда требуется высокая скорость обмена при передаче большого количества информации (например, при загрузке данных в память с внешнего накопителя). Довольно часто для адресов, номеров портов, прерываний и т. д. используется шестнадцатеричная система счисления. В этом случае после соответствующего числа стоит буква‘h’ (hexadecimal).

Семейство процессоров x88/x86.

Первый микропроцессор - i4004 - был изготовлен 1971 году и с тех пор фирма Intel (INTegrated Electronics) прочно удерживает лидирующее положение на данном сегменте рынка. Стоит, пожалуй, напомнить, что максимальная тактовая чистота этого прапрадедушки современных“числодробилок” составляла всего 750 кГц. Реализация ряда следующих проектов фирмы Intel по разработке однокристаллических микропроцессоров (i4040, i8008) возвестила о наступлении новой эры персональных компьютеров. Наиболее успешным был, пожалуй, проект разработки микропроцессора i8080. Кстати, впоследствии именно на этом микропроцессоре был основан компьютер“Альтаир”, для которого молодой Бил Гейтс написал свой первый интерпретатор Бейсика. Этот 8-разрядный микропроцессор был выполнен по n-канальной МОП-технологии (n-MOS), а его тактовая частота не превышала 2 МГц. Не будет преувеличением сказать, что классическая архитектура i8080 оказала огромное влияние на дальнейшее развитие однокристальных микропроцессоров. Несмотря на заслуженный успех i8080, настоящим промышленным стандартом для персональных компьютеров стал другой микропроцессор фирмы Intel.

i8088

Микропроцессор i8088 был анонсирован Intel в июне 1979 года, а в 1981-м “Голубой Гигант”(фирма IBM) выбрал этот микропроцессор для своего первого персонального компьютера и, надо сказать не ошибся. Новый чип содержал примерно 29 тысяч транзисторов. Одним из существенных достоинств микропроцессора i8088 была возможность (благодаря 20 адресным линиям) физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Здесь следует, правда, отметит, что для IBM PC в этом пространстве было отведено всего лишь 640 Кбайт. Хотя с внешними периферийными устройствами (дисками, видео) i8088 был связан внешнюю 8-разрядную шину данных, его внутренняя структура (адресуемые регистры) позволяла работать с 16-разрядными словами.

Как известно, на системной шине IBM PC для передачи данных было отведено 8 линий (1 байт). Первоначально микропроцессор i8088 работал на частоте 4, 77 МГц и имел быстродействие 0, 33 MIPS (Million Instruction Per Second), однако впоследствии были разработаны его клоны, рассчитанные на более высокую тактовую частоту (например, 8 МГц).

i8086

Чип 8086, появившийся ровно на год раньше своего счастливого последователя (в июне 1978 года), стал популярен благодаря компьютеру Compaq DeskPro. Программная модель (доступные регистры) этого микропроцессора полностью совпадает с моделью i8088. Основное отличие данных микропроцессора состоит в различной разрядности внешней шины данных: 8 разрядов у i8088 и 16 у i8086. Понятно, что более высокой производительности с новым микропроцессором можно было достичь при использовании компьютера, на системной шине которого под данные предусмотрено 16 линий. Адресная шина микропроцессора i8086 по-прежнему позволяла адресовать 1 Мбайт памяти.

i80286

Опираясь на архитектуру i8086 и учитывая запросы рынка, в феврале 1982 года фирма Intel выпустила свой новый микропроцессор - i80286. На кристалле было реализовано около 130 тысяч транзисторов. Надо сказать, что этот чип появился практически одновременно с новым компьютером фирмы IBM - PC/AT. Наряду с увеличением производительности этот микропроцессор (i80286) мог теперь работать в двух режимах - реальном и защищённом. Если первый режим был (за рядом исключений) похож на обычный режим работы i8088/86, то второй использовал более изощрённую технику управления памятью. В частности, защищённый режим работы позволял, например, таким программным продуктам, как Windows 3. 0 и OS/2, работать с оперативной памятью свыше 1 Мбайта. Благодаря 16 разрядам данных на новой системной шине, которая была впервые использована в IBM PC/AT286, мог обмениваться с периферийными устройствами 2-байтными сообщениями. 24 адресные линии нового микропроцессора позволяли в защищённом режиме обращаться уже к 16 Мбайтам памяти. В микропроцессоре i80286 впервые на уровне микросхем были реализованы многозадачность и управление виртуальной памятью. При тактовой частоте 8 МГц достигалась производительность 1, 2 MIPS.

i80386DX

В октябре 1985 года фирмой Intel был анонсирован (представлен) первый 32-разрядный микропроцессор i80386. Новый чип содержал примерно 275 тысяч транзисторов. Первым компьютером, использующий этот процессор, был Compaq Desk Pro 386 (другие источники говорят о лидерстве фирмы ALR). Полностью 32-разрядная архитектура (32-разрядные регистры и 32-разрядная внешняя шина данных) в новом микропроцессоре была дополнена расширенным устройством управления памятью MMU (Memory Management Unit), которая помимо блока сегментации (Segmentation Unit) было дополнено блоками управления страницами (Paging Unit). Это устройство позволяло легко переставлять сегменты из одного места памяти в другое (свопинг) и освобождать драгоценные килобайты памяти. На тактовой частоте 16 МГц быстродействие нового процессора составляло примерно 6 MIPS.

В реальном режиме (после включения питания) микропроцессор i80386 работал как“ быстрый i8088 ”(адресное пространство 1 Мбайт, 16-разрядные регистры). Защищённый режим был полностью совместим с аналогичным режимом в i80286. Тем не менее в этом режиме i80386 мог выполнять и свои

“ естественные ”(native) 32-разрядные программы. Напомним, что 32 адресные линии микропроцессора позволяли физически адресовать 4 Гбайта памяти. Кроме того был введён новый режим - виртуального процессора (V86). В этом режиме могли одновременно выполняться несколько задач, предназначенных для i8086.

i80386SX

Более дешёвая альтернатива 32-разрядному процессору i80386, который в последствии получил окончание DX, появился только в июне 1988 года. То был процессор i80386SX. В отличие от своего старшего“ собрата ” новы микропроцессор использовал 16-разрядную шину внешних данных и 24-разрядную адресную (адресуемое пространство - 16 Мбайт). Это было особенно удобно для стандарта PC/AT, системная шина которых использует, как известно, только 16 линий данных. Благодаря дешевизне нового изделия многие производители“железа”стали заменять уже устаревший микропроцессор i80286 на более производительный i80386SX. Одним из решающих факторов для замены была полная совместимость 32-разрядных микропроцессоров: программное обеспечение, написанное для i80386DX, корректно работало и на i80386SX. Дело в том, что внутренние регистры их были полностью идентичны. Надо отметить, что уже к концу 1988 года микропроцессор i80386SX выпускался в количестве, существенно превосходящих рекордные показатели для i80386DX. Кстати, говорят, что индекс SX произошёл от слова SiXteen (шестнадцать), поскольку разрядность внешней шины данных нового тогда процессора была именно такой. В дальнейшем, правда, для 486-х процессоров SX стал означать отсутствие математического сопроцессора.

i486

На осенней выставке Comdex в 1989 году фирма Intel впервые анонсировала микропроцессор i486DX, который содержал более миллиона транзисторов (а точнее, 1, 2 миллиона) на одном кристалле и был полностью совместим с процессором ряда х86. Напомним, что на кристалле первого члена этого семейства - микропроцессора i8088 - насчитывалось около 29 тысяч транзисторов. В борьбе с микропроцессорами-клонами фирма Intel намеренно убрала из названия нового устройства число 80. Новая микросхема впервые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память. Использование конвейерной архитектуры, присущей RISC-процессорам, позволило достичь четырёхкратной производительности обычных 32-разрядных систем. Это связано с уменьшением количества тактов для реализации каждой команды. 8-Кбайтная встроенная кэш-память ускоряет выполнение программ за счёт промежуточного хранения часто используемых команд и данных. На тактовой частоте 25 МГц микропроцессор показал производительность 16, 5 MIPS. Созданная в июне 1991 года версия микропроцессора с тактовой частотой 50 МГц позволила увеличить производительность ещё на 50%. Встроенный математический сопроцессор существенно облегчал и ускорял математические вычисления. Однако впоследствии стало ясно, что подобный сопроцессор необходим только 30% пользователей.

i486SX

Появление нового микропроцессора i486SX фирмы Intel вполне можно считать одним из важнейших событий 1991 года. Уже предварительные испытания показали, что компьютеры на базе i486SX с тактовой частотой

20 МГц работают быстрее (примерно на 40%) компьютеров, основанных на i80386DX с тактовой частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX, подобно оригинальному i486DX, содержит на кристалле и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован. Значительная экономия (благодаря исключению затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме Intel существенно снизить цены на новый микропроцессор. Надо сказать, что если микропроцессор i486DX был ориентирован на применение в сетевых серверах и рабочих станциях, то i486SX послужил отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. Вообще говоря, в семействе микропроцессоров i486 предусматривается несколько новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: соответствующие команды поддерживают механизм семафоров памяти, аппаратно-реализованное выявление недостоверности строки кэш-памяти обеспечивает согласованность между несколькими модулями кэш-памяти и т. д. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти размером 64 Тбайт.

i80386SL

К концу 1991 года 32-разрядные микропроцессоры стали стандартными для компьютеров типа лэптоп и ноутбук, однако обычные микросхемы i80386DX/SX не полностью отвечали требованиям разработчиков портативных компьютеров. Для удовлетворения потребностей этого сегмента рынка в 1990 году фирмой Intel был разработан микропроцессор i80386SL, который содержал примерно 855 тысяч транзисторов. Данный микропроцессор представляет собой интегрированный вариант микропроцессора i80386SX, базовая архитектура которого дополнена ещё несколькими вспомогательными контролерами. По существу, все компоненты, необходимые для построения портативного компьютера, сосредоточены в двух микросхемах: микропроцессоре i80386SL и периферийном контролере i82360SL. В набор i82360SL впервые введено новое прерывание, называемое System Management Interrupt (SMI), которое может быть использовано для обработки событий, связанных, например, с управлением потребляемой мощностью. Вместе с математическим сопроцессором i80386SL данный набор микросхем позволяет создать 32-разрядный компьютер на площади, не намного превышающий размер игральной карты.

i486SL

Микросхема i486SL представляет собой самый производительный процессор серии SL, разработанный фирмой Intel. Анонсированная в конце 1992 года, эта микросхема объединяет характерные черты двух представителей процессорных семейств Intel: i486DX и i80386SL. По производительности новый процессор не уступает i486DX, но благодаря пониженному напряжению питания (3, 3 В) и развитой технологией управления энергоснабжения (как в i80386SL) он может эффективно использоваться в портативных компьютерах. Производительность системы на базе i486SL можно существенно улучшиться благодаря 16-разрядной шине высокоскоростного периферийного интерфейса PI, которая поддерживает быстрый интерфейс графического дисплея и устройств хранения информации на основе флэш-памяти. По некоторым оценкам, системная плата компьютера на базе i486SL примерно на 60% меньше, чем при использовании i80386SL, а среднее время автономной работы компьютера-блокнота (около 3 часов) может увеличится на один час только за счёт использования нового микропроцессора.

Кстати, с конца 1993 года фирма Intel начала выпускать новую серию микропроцессоров 486SL Enhanced, которая заменила 5-вольтовые 486SX, 486DX, 486DX2, и OverDrive-процессоры. Подобные процессоры имеют напряжение питания 3, 3 В и развитую технологию энергосбережения, что полностью соответствует американской национальной программе Energy Star.

Процессоры с умножением частоты.

В марте 1992 года фирма Intel объявила о создании второго поколения микропроцессоров 486. Эти микропроцессоры, названные i486DX2, обеспечили новую технологию, при которой скорость работы внутренних блоков микропроцессора в два раза выше скорости остальной части системы. Тем самым появилась возможность объединения высокой производительности микропроцессора с внутренней тактовой частотой 50(66) МГц и эффективной по стоимости 25/33-мегагерцовой системной платой. Новые микропроцессоры по прежнему включали в себя центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память на 8 Кбайт. Компьютеры, поставляемые на базе микропроцессоров i486DX2, работают приблизительно на 70% производительней тех, что основаны на микропроцессорах i486DX первого поколения. Несколько позже появились процессоры i486SX2, в которых, как следует из названия, отсутствует встроенный сопроцессор.

Следует напомнить, что технология умножения частоты стала использоваться также в процессорах OverDrive. Кстати, как заявляют представители фирмы Intel, OverDrive - это не конкретные микросхемы, а, скорее, новая методология замены процессоров. По сути, основное различие между процессорами серии DX2 и OverDrive Intel состоит в том, что первые монтируются на системных платах ещё при сборке компьютеров, а вторые должны устанавливаться самими пользователями. Внутренние функциональные узлы подобных устройств (математический сопроцессор, кэш, устройство управления памятью, арифметико-логическое устройство) используют удвоенную тактовую частоту, в то время как остальные элементы системной платы (системная и внешняя кэш-память, вспомогательные микросхемы) работают с обычной скоростью. Такой“фокус”позволяет увеличить производительность системы, как правило, за счёт хранения части данных и выполняемых кодов программ во внутренней кэш-памяти. Понятно, что в противном случае игра не стоила бы свеч: какой смысл уменьшать время обработки типа регистр-регистр, если потом придётся сравнительно долго ждать новых операндов из внешней памяти? Отметим, что повышение производительности процессоров сопровождается существенным увеличением потребляемой мощности. В настоящее время технология умноженной частоты (не только в два, но и, например, в полтора, два с половиной или три раза) находит широкой практическое применение во всех современных процессорах. Так, фирма Intel выпускала серию микропроцессоров с умножением частоты - DX4 (кодовое название P24C ). Процессоры этого семейства - 486DX4-75, 486DX4-83 и 486DX4-100 имеют кэш-память 16 Кбайт и предназначены для установки с системные платы, работающие на тактовой частоте 25 и 33 МГц. Напряжение питания этих процессоров составляет 3, 3 В, количество транзисторов на кристалле - 1, 6 миллиона.

Pentium

В марте 1993 года фирма Intel объявила о начале промышленных поставок 66- и 60-мегагерцовых версий процессора Pentium, известного ранее как 586 или P5. Название нового микропроцессора является зарегистрированной торговой маркой корпорации Intel . Таким образом, в системах Intel Inside микропроцессор 586 фигурировать не будет. Системы, построенные на базе Pentium, полностью совместимы со 100 миллионов персональных компьютеров, использующих микропроцессоры i8088, i80286, i80386, i486. Новая микросхема содержит около 3, 1 миллиона транзисторов и имеет 32-разрядную адресную и 64-разрадную внешнюю шину данных, что обеспечивает обмен данными с системной платой со скоростью до 528 Мбайт/с. В отличие от 486-х процессоров, для производства которых использовалась CMOS-технология, для Pentium фирмы Intel применила 0, 8-микронную BiCMOS-технологию.

Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность 112 MIPS (миллионов операций в секунду). Суперскалярная архитектура содержит два пятиступенчатых блока исполнения, работающих независимо и обрабатывающих две инструкции за один такт синхронизации. Pentium имеет два раздельных 8-Кбайтных кэша: один для команд и один для данных. Одним из наиболее интересных новшеств, используемых в Pentium, является небольшая кэш-память, называемая Branch Target Buffer - BTB (буфер меток перехода), которая позволяет динамически предсказывать переходы в исполняемых программах. По скорости выполнения операций с плавающей точкой Pentium оставляет далеко позади всех своих“собратьев по классу”- i486DX-33 (почти в 10 раз), i486DX2-66 (2, 5 раза). Это достигается, в частности, благодаря реализации оптимальных алгоритмов, а также специализированным блокам сложения, умножения и деления с восмиступенчатой конвейеризацией, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за один такт. Как известно, в процессорах i486 специального конвейера для устройств с плавающей точкой предусмотрено не было.

В настоящее время микросхемы Pentium сняты с производства. Pentium Pro

1 ноября 1995 года фирма Intel объявила о начале коммерческих поставок микропроцессора нового поколения Pentium Pro именуемого до недавнего времени P6. В его основе лежит комбинация технологий, известная как Dynamic Execution. Собственно, это три уже известные технологии: многократное предсказание ветвлений, анализ потоков данных и эмуляция выполнения инструкций. В корпусе микросхемы размещены два кристалла, одним из которых является 256- или 512-Кбайтная кэш-память второго уровня. На кристалле процессора, как обычно, расположен 16-Кбайтный кэш. На сегодняшний день в семейство Pentium Pro входят микропроцессоры с тактовой частотами 200, 180, 166 и 150 МГц. Если микросхема Pentium Pro 150 выпускается согласно технологическим нормам 0, 6 мкм, то процессоры с более высокой тактовой частотой используют уже технологические нормы 0, 35 мкм. Показатель производительности для Pentium Pro 200 по тесту SPECint92 соответствует 366. Иными словами, новый процессор превосходит аналогичный показатель даже для RISC-архитектур. Число транзисторов основного кристалла составляет примерно 5, 5, а кристалла кэш-памяти - соответственно 15, 5 или 31 миллион. При напряжении питания около 3 В процессор (вместе с кэш-памятью второго уровня) рассеивает примерно 14 Вт. Изделие выполнено в PGA-корпусе с 387 выводами.

Архитектура Pentium Pro позволяет соединять между собой множество процессоров, создавая таким образом непревзойдённую масштабируемость. Так, Министерство энергетики США создала систему, базирующуюся на 9 тысячах процессоров.

Pentium II Xeon

C начала июля 1998 года по всему миру проходила серия мероприятий, посвящённых представлению самого мощного процессора архитектуры х86 корпорации Intel. Задолго до этого из информации, размещённой на Web-сайтах Intel стало известно его название и назначение. Особо подчёркивалось, что слово Xeon нежно произносить как“Зеон”, но российское представительство приняло решение подчинить это название нормам русского (и греческого) языка. Так что в России мы будем иметь дело с“Ксеоном”, - ведь есть же у нас Ван Клиберн и Мехико. Новый процессор, к слову, стал подарком компании-производителя самой себе по случаю тридцатилетия.

Первое, что бросается в глаза, - необычно крупный размер процессорного картриджа в который“пакуется”Xeon. Он предназначен для установки в разъём новой конструкции Slot 2. По словам разработчиков, это связанно с увеличением ёмкости кэш-памяти второго уровня. В настоящий момент процессоры Xeon с единой тактовой частотой поставляются в двух вариантах: с 512 Кбайт и 1 Мбайт кэша L2. Но уже в текущем году планируется довести ёмкость кэш-памяти второго уровня до 2 Мбайт и повысить тактовую частоту до 450 МГц. Напомню, что старый Pentium II комплектовался лишь 512 Кбайт.

Но ещё больший интерес вызывает тот факт, что конструкторы смогли “заставить”L2-кэш работать на тактовой частоте процессорного ядра. Напомню, что та же концепция была реализована в Pentium Pro, но при этом разработчики“столкнулись”на стадии производства (процент выхода двух качественных кристаллов оказался ниже предполагаемого), и процессор оказался довольно дорогим. Возможно, именно поэтому Pentium II изначально создавался с“разделением” кристаллов (основного и кэша L2), за что пришлось расплачиваться “половиной” тактовой частоты кэш-памяти второго уровня. Высокая частота работы кэша спровоцировала увеличение теплоотдачи процессорного блока, поэтому потребовалось использование массивной поглощающей тепло пластины, что, в свою очередь, привело к увеличению веса и габаритов модуля. В каждом модуле Slot 2 три специальных области данных: доступная только для чтения, область для чтения/записи и динамическая информация о температуре внутри процессорного модуля. В области первого типа помещена информация о версии процессора, данные о пошаговой отладке и указана предельно допустимая температура. Во второю область памяти пользователи могут вводить свою информацию. Доступ к динамическим данным об изменении температуры даёт возможность управляющим программам оповещать администратора об опасных системных событиях.

Увеличение ёмкости кэша второго уровня повышает пропускную способность системы благодаря мгновенному доступу процессоров к часто используемым данным и инструкциям, хранящимся в быстрой кэш-памяти. По заявлению Intel, увеличение ёмкости кэша с 512 Кбайт до 1 Мбайт приводит иногда к 20% росту общей производительности системы.

Для объяснения этого явления уместно провести аналогию с холодильниками, используемую Intel: хранение запаса продуктов в холодильнике избавляет поваров ресторана от необходимости ездить по магазинам, закупая провизию. Чем больше холодильник, тем лучше, особенно в час пик, когда количество клиентов в ресторане резко возрастает. Так вот, в случае с сервером“холодильник” - это кэш-память второго уровня, а “магазин” (где доступны те же продукты) - в принципе более медленная системная память. Большой кэш L2 значительно повышает общую производительность многопроцессорных конфигураций в системах, работающих с крупными массивами несопоставимых данных. По информации Intel, проведённые корпорацией тесты ZD ServerBench показали почти пропорциональный рост производительности системы по мере установки дополнительных процессоров с мегабайтным кэшем.

Усовершенствованная архитектура Xeon, допускающая 36-разрядную адресацию физической памяти, теоретически позволяет процессору получать доступ к системной памяти ёмкостью до 64 Гбайт. Новый механизм постраничного обмена Page Size Extension - 36 останется практически незаметной для глаз пользователя и разработчиков приложений. В настоящее время PSE-36 поддерживают операционные системы Windows NT, SCO UnixWare и Sun Solaris. Для остальных операционных систем потребуется обновить драйвер блока управления памятью. Intel 450NX PCIset стал первым микросхемным набором, оптимизированным для Pentium II Xeon. Он выпускается в двух вариантах, Basic и Full, соответственно для серверных hi-end и систем среднего уровня. Они имеют одинаковую структуру ядра, но отличаются производительностью и ценой.

Basic PCIset поддерживает до двух разъёмов 32-разрядной PCI, один 64-разрядной и до 4 Гбайт системной памяти типа EDO. Его более совершенный“родственник”Full PCIset поддерживает до четырёх слотов типа EDO. Эти чипсеты объединяет функционирование на 100-мегагерцовой частоте системной шины и возможность поддержки многопроцессорных (до четырёх Xeon) конфигураций. 64-разрядная шина PCI способна существенным образом повысить общую производительность системы с учётом оптоволоконной технологии обмена данными с дисковыми массивами, использования высокопроизводительных сетевых магистралей на основе АТМ, Gigabit Ethernet и других. Повышается, по сути, синхронизация мощности процессора и производительности подсистемы ввода-вывода.

Xeon, как я уже отмечал, предназначен не только для серверов, но и для рабочих и графических станций, для которых одним из важнейших параметров является производительность видеоподсистемы. Для них разработан чипсет Intel 440GX AGPset на базе известного микросхемного набора 440BX. 440GX управляет работой порта AGP в режиме 2х. Режим удвоенной производительности реализуется благодаря так называемой технологии двойной накачки - данные передаются как по переднему, так и по заднему фронтам тактовых импульсов (у обычной AGP - только по переднему), при этом полоса пропускания достигает значения 533 Мбайт/с. Физические параметры интерфейса AGP остаются прежними.

Ещё одой особенностью набора чипсета 440GX стала возможность обращения к памяти ёмкостью до 2 Гбайт, что в два раза больше, чем у его приемника. Несмотря на тот факт, что в настоящий момент понятие многопроцессорности ассоциируется у Intel лишь с четырьмя устройствами на одной плате, ведутся работы по созданию симметричных мультипроцессорных систем, поддерживающих до восьми“Ксеонов”. Разработки восьмиканального чипсета для Xeon ведутся фирмой Corollary, дочерней компанией Intel. И, само собой, возможны кластерные решения, скажем, на основе архитектуры распределённой памяти (NUMA). В обоих случаях, как правило, не требуется“переписывать”прикладные программы (правда, операционная система требует некоторой оптимизации). В процессорной шине чипсета Intel 450NX PCIset предусмотрен так называемый разъём кластерного соединения, что упрощает построение кластерного соединения на основе стандартных четырёхпроцессорных узлов. Ещё одним перспективным направлением является кластер с передачей сообщений. Суть её состоит в отсутствии разделения ресурсов. Отдельно стоящие узлы кластера обмениваются данными, например, тактовыми импульсами, сигнализирующими о нормальном состоянии системы. И хотя LAN-соединение остаётся работоспособным, существует необходимость в сети нового типа - так называемой SAN (System area Network).

В завершении хотел бы отметить, что некоторые ведущие западные производители (IBM, NCR, Dell) уже начали поставки систем на базе Xeon, а на презентации процессора в России компании Kraftway и“Вист”также представили свои новые серверные решения. Ориентировочные цены на Pentium Xeon составят 1124 долларов (L2 512 Кбайт) и 2836 долларов (L2 1 Мбайт) при поставках от тысячи штук.

Несколько слов о производительности.

До недавнишнего времени основной мерой производительности микропроцессоров (да и компьютеров) считалась их тактовая частота работы, и это было, вообще говоря, справедливо. Однако по мере усложнения архитектуры микропроцессоров (RISC ядро, встроенная кэш-память, технология внутреннего умножения тактовой частоты) данный параметр работы устройств, хотя и остаётся важным показателем их производительности, уже не является определяющим. Именно этим можно объяснить, например, тот факт, что микропроцессор i486SX-25 производительнее i386DX-33. В 1992 году фирма Intel предложила индекс для оценки производительности своих микропроцессоров - iCOMP (Intel Comparative Microprocessor Performance). Сам индекс представляет из себя число, которое отражает относительную производительность данного устройства по сравнению с другими микросхема семейства х86 и Pentium. Производительность процессора 486SX-25 принимается за 100. Заметим, что новый индекс не заменяет известные тестовые программы (benchmark) уже хотя бы потому, что измеряет относительную производительность микропроцессора, а не системы в целом. Кстати говоря, при вычислении индекса iCOMP учитываются операции со следующими“взвешенными”компонентами (числами): 16-разрядные целые (67%), 16-разрядные действительные (3%), 32-разрядные целые (25%), 32-разрядные действительные (5%). К слову, именно величина производительности с индексом iCOMP использовалась фирмой Intel в новой системе маркировки процессоров Pentium, например 735\90 и 815\100 для тактовой частоты 90 и 100 МГц. Следует, однако, учитывать, что в реальных системах может наблюдаться другое соотношение производительности процессоров. Связанно это как с особенностями конкретных системных плат, так и, в случае с Pentium, с тем, что для достижения максимальной производительности требуется оптимизация программных кодов.

Список литературы:

А. Борзенко. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. -Москва. : “Компьютер Пресс”, 1996. -344 с. К. Ахметов, А. Борзенко. Современный персональный компьютер. -Москва. : “Компьютер Пресс”, 1995. -317 с. Компьютер Пресс №8 1998г. В. Богданов. Новые процессор Xeon. : с. 193-195.

Компьютерра // Москва ООО"Пресса" 1997 - 1998 г.

Компьютер Пресс // Москва “Компьютер Пресс” 1997 г. - 1998 г.

Скачен 618 раз.

mcvouo.ru

Уральский государственный экономический университет.

Департамент менеджмента и информатики.

Реферат

Аппаратное обеспечение компьютера. Микропроцессор

Выполнил

студент 1 курса,

группы ММ-14-1

Тарасов Д.А.

Преподаватель

Жовнер Л.В.

Екатеринбург 2014.

Оглавление

1)Введение

2)Структура аппаратного обеспечения компьютера

а)Внутренние устройства

б)Периферийные устройства

3)Понятие микропроцессора

4)История создания микропроцессоров

5)Устройство микропроцессоров

6)Типы процессоров

7)Заключение

8)Литература

Введение

Аппаратное обеспечение — электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обрабатывает).

Персональный компьютер - универсальная техническая система, конфигурацию которой можно изменять по мере необходимости. Тем ни менее существует понятие базовой конфигурации. В настоящее время базовая колнфигурация состоит из 4 составляющих

системный блок
монитор
клавиатура
мышь.

Системный блок Системный блок -основной узел , внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называются внутренними, а подключаемые к нему снаружи - внешними и периферийными. Основной характеристикой корпуса системного блока является параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования, предъявляемые к размещаемым устройствам. Форм-фактор системного блока обязательно должен быть согласован с форм-фактором главной(системной, материнской) платы. В настоящее время наиболее распространены корпуса с форм-фактором ATX. Корпуса поставляются вместе с блоком питания.

Структура аппаратного обеспечения компьютера Внутренние устройства системного блока.

Материнская плата - основная плата компьютера. На ней размещаются:

процессор - основная микросхема, выполняющая арифметические и логические операции - мозг компьютера. Процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Часть регистров являются командными, то есть такими, которые воспринимают данные как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Управляя засылкой данных в разные регистры, можно управлять обработкой данных. На этом основано исполнение программ. С остальными устройствами процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина. Адресная шина состоит из 32 параллельных проводников(32-разрядная). По ней передаются адреса ячеек оперативной памяти. К ней подключается процессор для копирования данных из ячейки ОП в один из своих регистров. Само копирование происходит по шине данных. В современных компьютерах она, как правило, 64-разрядная, т.е. одновременно на обработку поступает 8 байт. По командной шине передаются команды из той области ОП, в которой хранятся программы. В большинстве современных компьютеров командная шина 32-разрядная, но есть уже и 64-разрядные. Основными характеристиками процессора являются разрядность, тактовая частота и кэш-память. Разрядность указывает, сколько бит информации процессор может обработать за один раз(один такт). Тактовая частота определяет количество тактов за секунду, например, для процессора выполняющего около 3 миллиардов тактов за секунду тактовая частота равна 3 Ггц/сек. Обмен данными внутри процессора происходит быстрее, чем с оперативной памятью. Для того, чтобы уменьшить число обращений к ОП, внутри процессора создают буферную область - кэш-память. Принимая данные из ОП, процессор одновременно записывает их в кэш-память. При последующем обращении процессор ищет данные в кэш-памяти. Чем больше кэш-память, тем быстрее работает компьютер.
микропроцессорный комплект(чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств и определяющих основные функциональные возможности материнской платы.
шины - наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами .
оперативная память - набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных Оперативная память(RAM - random access memory) - массив ячеек, способных хранить данные. память может быть динамической и статической. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, накапливающих электрический заряд. Динамическая память является основной оперативной памятью компьютера. Ячейки статической памяти представляют собой тригеры -элементы в которых хранится не заряд, а состояние(включен/выключен). Этот вид памяти более быстрый, но и более дорогой и используется в т.н. кэш-памяти, предназначенной для оптимизации работы процессора. Оперативная память размещается на стандартных панельках(модулях, линейках). Модули вставляются в специальные разъёмы на материнской плате.
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство. В момент включения компьютера его оперативная память пуста. Но процессору, чтобы начать работать, нужны команды. Поэтому сразу после включения на адресной шине выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно. Этот адрес указывает на ПЗУ. В ПЗУ находятся "зашитые" программы, которые записываются туда при создании микросхем ПЗУ и образуют базовую систему ввода-вывода(BIOS - Base Input/Output System). Основное назначение этого пакета - проверить состав и работоспособность базовой конфигурации компьютера и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жёстким диском и дисководом гибких дисков.
разъёмы для подключения дополнительных внутренних устройств(слоты).

Жёсткий диск. Жёсткий диск - устройство для долговременного хранения больших объёмов данных и программ

На самом деле, это не один диск, а группа дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Над поверхностью каждого диска распологается головка чтения-записи. При высоких скоростях вращения возникает аэродинамическая подушка между поверхностью диска и головкой. При изменении силы тока, протекающего через головку, меняется напряженность магнитного поля в зазоре, что вызывает изменение магнитного поля ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись на диск. Чтение происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы наводят в головке ЭДС самоиндукции, возникают электромагнитные сигналы, которые усиливаются и передаются на обработку. Управление работой жёсткого диска осуществляется специальным устройством - контроллером жесткого диска. Функции контроллера частично вмонтированы в жёсткий диск, а частично находятся на микросхемах чипсета. Отдельные виды высокопроизводительных контроллеров поставляются на отдельной плате.

Дисковод гибких дисков. Для оперативного переноса небольших (до 1.4Мб) объёмов информации используются гибкие диски, которые вставляют в специальный накопитель - дисковод.

Дисковод для компакт-дисков CD или DVD. Принцип действия устройства CD состоит в считывании(записи) данных, с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. При этом плотность записи, по сравнению с магнитными дисками, очень высокая. На стандартный CD-диск можно записать до 650Мб. Появление формата DVD ознаменовало собой переход на новый, более продвинутый, уровень в области хранения и использования данных, звука и видео. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как digital video disc, это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как digital versatile disc, т.е. универсальный цифровой диск - более логична. Снаружи, диски DVD выглядят как обычные диски CD-ROM. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных, по сравнению с обычным CD-ROM. Имея физические размеры и внешний вид, как у обычного компакт-диска или CD-ROM, диски DVD стали огромным скачком в области емкости для хранения информации, по сравнению со своим предком, вмещающим 650MB данных. Стандартный однослойный, односторонний диск DVD может хранить 4.7GB данных. Но это не предел -- DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить емкость хранимых на одной стороне данных до 8.5GB. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость одного диска до 17GB.

Видеокарта Совместно с монитором видеокарта образует видеосистему компьютера. Видеокарта(видеоадаптер) выполняет все операции, связанные с управлением экраном монитора и содержит видеопамять в которой хранятся данные об изображении.

Звуковая карта. Звуковая карта выполняет операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через колонки(наушники), подключаемые к выходу звуковой карты. Имеется также разъём для подключения микрофона. Основным параметром ЗК является разрядность, Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем лучше звучание.

studfiles.net

Доклад - Микропроцессоры - Информатика, программирование

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Хабаровский государственный технический университет

кафедра АиС

Р Е Ф Е Р А Т

на тему:

Микропроцессоры

Выполнили: ст.гр.УИТС-71

Буренок Н.

Проверил:.

Х а б а р о в с к 1998

Содержание

1. Введение

2.Важнейшие определения

3. C емейство процессоров x 88/ x 86

4. i8088

5. i8086

6. i80286

7. i80386DX

8. i80386SX

9. i486

10. i 486 SX

11. i 80386 SL

12. i 486 SL

13. Процессоры с умножением частоты .

14. Pentium

15. Pentium Pro

16. Pentium II Xeon

17. Несколько слов о производительности.

Введение.

Важнейший компонент любого персонального — это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и, образно выражаясь, является его сердцем. До настоящего времени безусловным лидером в создании современных микропроцессоров остаётся фирма Intel.

Микропроцессор, как правило, представляет из себя сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле и способную выполнять функции центрального процессора. Степень интеграции определяется размерами кристалла и количеством реализованных в нём транзисторов. Часто интегральными микросхемы называют чипами (chips).

С внешними устройствами микропроцессор может «общаться» благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенных на специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь, например только 16 линий внешних данных. Объём физически адресуемой микропроцессорной памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N — количество адресных линий.

Важнейшие определения.

Порт — это некая схема сопряжения, обычно включающая в себя один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющая подключить, например периферийное устройство к внешним шинам микропроцессора. Практически каждая микросхема использует для различных целей несколько портов ввода-вывода. Каждый порт персональном компьютере имеет свой уникальный номер. Заметим, что номера порта — это, по сути, адрес регистра ввода-вывода, причём адресные пространства основной памяти и портов ввода-вывода не пересекаются.

Подпрерыванием понимается сигнал, по которому процессор узнаёт совершении некоторого асинхронного события. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а в место неё начинает выполнятся другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Прерывания можно классифицировать как аппаратные, логические и программные. Аппаратные прерывания обычно связаны с запросами от периферийных устройств (например, нажатие клавиши клавиатуры ), логические возникают при работе самого микропроцессора

В режиме прямого доступа (DMA, DirectMemoryAccess) периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно, минуя внутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективна такая передача данных в ситуациях, когда требуется высокая скорость обмена при передаче большого количества информации (например, при загрузке данных в память с внешнего накопителя).

Довольно часто для адресов, номеров портов, прерываний и т.д. используется шестнадцатеричная система счисления. В этом случае после соответствующего числа стоит буква ‘h’ (hexadecimal).

Семейство процессоров x 88/ x 86.

Первый микропроцессор — i4004 — был изготовлен 1971 году и с тех пор фирма Intel (INTegratedElectronics) прочно удерживает лидирующее положение на данном сегменте рынка. Стоит, пожалуй, напомнить, что максимальная тактовая чистота этого прапрадедушки современных «числодробилок» составляла всего 750 кГц.

Реализация ряда следующих проектов фирмы Intel по разработке однокристаллических микропроцессоров (i4040, i8008) возвестила о наступлении новой эры персональных компьютеров. Наиболее успешным был, пожалуй, проект разработки микропроцессора i8080. Кстати, впоследствии именно на этом микропроцессоре был основан компьютер «Альтаир», для которого молодой Бил Гейтс написал свой первый интерпретатор Бейсика. Этот 8-разрядный микропроцессор был выполнен по n-канальной МОП-технологии (n-MOS), а его тактовая частота не превышала 2 МГц. Не будет преувеличением сказать, что классическая архитектура i8080 оказала огромное влияние на дальнейшее развитие однокристальных микропроцессоров. Несмотря на заслуженный успех i8080, настоящим промышленным стандартом для персональных компьютеров стал другой микропроцессор фирмы Intel.

i 8088

Микропроцессор i8088 был анонсирован Intel в июне 1979 года, а в 1981-м «Голубой Гигант» (фирма IBM) выбрал этот микропроцессор для своего первого персонального компьютера и, надо сказать не ошибся. Новый чип содержал примерно 29 тысяч транзисторов. Одним из существенных достоинств микропроцессора i8088 была возможность (благодаря 20 адресным линиям) физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Здесь следует, правда, отметит, что для IBMPC в этом пространстве было отведено всего лишь 640 Кбайт. Хотя с внешними периферийными устройствами (дисками, видео) i8088 был связан внешнюю 8-разрядную шину данных, его внутренняя структура (адресуемые регистры) позволяла работать с 16-разрядными словами.

Как известно, на системной шине IBMPC для передачи данных было отведено 8 линий (1 байт). Первоначально микропроцессор i8088 работал на частоте

4,77 МГц и имел быстродействие 0,33 MIPS (MillionInstructionPerSecond), однако впоследствии были разработаны его клоны, рассчитанные на более высокую тактовую частоту (например, 8 МГц).

i 8086

Чип 8086, появившийся ровно на год раньше своего счастливого последователя (в июне 1978 года), стал популярен благодаря компьютеру CompaqDeskPro. Программная модель (доступные регистры) этого микропроцессора полностью совпадает с моделью i8088. Основное отличие данных микропроцессора состоит в различной разрядности внешней шины данных: 8 разрядов у i8088 и 16 у i8086. Понятно, что более высокой производительности с новым микропроцессором можно было достичь при использовании компьютера, на системной шине которого под данные предусмотрено 16 линий. Адресная шина микропроцессора i8086 по-прежнему позволяла адресовать 1 Мбайт памяти.

i 80286

Опираясь на архитектуру i8086 и учитывая запросы рынка, в феврале 1982 года фирма Intel выпустила свой новый микропроцессор — i80286. На кристалле было реализовано около 130 тысяч транзисторов. Надо сказать, что этот чип появился практически одновременно с новым компьютером фирмы IBM — PC/AT. Наряду с увеличением производительности этот микропроцессор (i80286) мог теперь работать в двух режимах — реальном и защищённом. Если первый режим был (за рядом исключений) похож на обычный режим работы i8088/86, то второй использовал более изощрённую технику управления памятью. В частности, защищённый режим работы позволял, например, таким программным продуктам, как Windows 3.0 и OS/2, работать с оперативной памятью свыше 1 Мбайта. Благодаря 16 разрядам данных на новой системной шине, которая была впервые использована в IBMPC/AT286, мог обмениваться с периферийными устройствами 2-байтными сообщениями. 24 адресные линии нового микропроцессора позволяли в защищённом режиме обращаться уже к

16 Мбайтам памяти. В микропроцессоре i80286 впервые на уровне микросхем были реализованы многозадачность и управление виртуальной памятью. При тактовой частоте 8 МГц достигалась производительность 1,2 MIPS.

i 80386 DX

В октябре 1985 года фирмой Intel был анонсирован (представлен) первый

32-разрядный микропроцессор i80386. Новый чип содержал примерно 275 тысяч транзисторов. Первым компьютером, использующий этот процессор, был CompaqDeskPro 386 (другие источники говорят о лидерстве фирмы ALR). Полностью 32-разрядная архитектура (32-разрядные регистры и 32-разрядная внешняя шина данных) в новом микропроцессоре была дополнена расширенным устройством управления памятью MMU (MemoryManagementUnit), которая помимо блока сегментации (SegmentationUnit) было дополнено блоками управления страницами (PagingUnit). Это устройство позволяло легко переставлять сегменты из одного места памяти в другое (свопинг) и освобождать драгоценные килобайты памяти. На тактовой частоте 16 МГц быстродействие нового процессора составляло примерно 6 MIPS.

В реальном режиме (после включения питания) микропроцессор i80386 работал как « быстрый i8088 » (адресное пространство 1 Мбайт, 16-разрядные регистры). Защищённый режим был полностью совместим с аналогичным режимом в i80286. Тем не менее в этом режиме i80386 мог выполнять и свои

« естественные » (native) 32-разрядные программы. Напомним, что 32 адресные линии микропроцессора позволяли физически адресовать 4 Гбайта памяти. Кроме того был введён новый режим — виртуального процессора (V86). В этом режиме могли одновременно выполняться несколько задач, предназначенных для i8086.

i 80386 SX

24-разрядную адресную (адресуемое пространство — 16 Мбайт). Это было особенно удобно для стандарта PC/AT, системная шина которых использует, как известно, только 16 линий данных. Благодаря дешевизне нового изделия многие производители «железа» стали заменять уже устаревший микропроцессор i80286 на более производительный i80386SX. Одним из решающих факторов для замены была полная совместимость 32-разрядных микропроцессоров: программное обеспечение, написанное для i80386DX, корректно работало и на i80386SX. Дело в том, что внутренние регистры их были полностью идентичны. Надо отметить, что уже к концу 1988 года микропроцессор i80386SX выпускался в количестве, существенно превосходящих рекордные показатели для i80386DX. Кстати, говорят, что индекс SX произошёл от слова SiXteen (шестнадцать), поскольку разрядность внешней шины данных нового тогда процессора была именно такой. В дальнейшем, правда, для 486-х процессоров SX стал означать отсутствие математического сопроцессора.

i 486

На осенней выставке Comdex в 1989 году фирма Intel впервые анонсировала микропроцессор i486DX, который содержал более миллиона транзисторов (а точнее, 1,2 миллиона) на одном кристалле и был полностью совместим с процессором ряда х86. Напомним, что на кристалле первого члена этого семейства — микропроцессора i8088 — насчитывалось около 29 тысяч транзисторов. В борьбе с микропроцессорами-клонами фирма Intel намеренно убрала из названия нового устройства число 80. Новая микросхема впервые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память. Использование конвейерной архитектуры, присущей RISC-процессорам, позволило достичь четырёхкратной производительности обычных 32-разрядных систем. Это связано с уменьшением количества тактов для реализации каждой команды. 8-Кбайтная встроенная кэш-память ускоряет выполнение программ за счёт промежуточного хранения часто используемых команд и данных. На тактовой частоте 25 МГц микропроцессор показал производительность 16,5MIPS. Созданная в июне 1991 года версия микропроцессора с тактовой частотой

50 МГц позволила увеличить производительность ещё на 50%. Встроенный математический сопроцессор существенно облегчал и ускорял математические вычисления. Однако впоследствии стало ясно, что подобный сопроцессор необходим только 30% пользователей.

i 486 SX

20 МГц работают быстрее (примерно на 40%) компьютеров, основанных на i80386DX с тактовой частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX, подобно оригинальному i486DX, содержит на кристалле и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован. Значительная экономия (благодаря исключению затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме Intel существенно снизить цены на новый микропроцессор. Надо сказать, что если микропроцессор i486DX был ориентирован на применение в сетевых серверах и рабочих станциях, то i486SX послужил отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. Вообще говоря, в семействе микропроцессоров i486 предусматривается несколько новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: соответствующие команды поддерживают механизм семафоров памяти, аппаратно-реализованное выявление недостоверности строки кэш-памяти обеспечивает согласованность между несколькими модулями кэш-памяти и т.д. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти размером 64 Тбайт.

i 80386 SL

К концу 1991 года 32-разрядные микропроцессоры стали стандартными для компьютеров типа лэптоп и ноутбук, однако обычные микросхемы i80386DX/SX не полностью отвечали требованиям разработчиков портативных компьютеров. Для удовлетворения потребностей этого сегмента рынка в 1990 году фирмой Intel был разработан микропроцессор i80386SL, который содержал примерно 855 тысяч транзисторов. Данный микропроцессор представляет собой интегрированный вариант микропроцессора i80386SX, базовая архитектура которого дополнена ещё несколькими вспомогательными контролерами. По существу, все компоненты, необходимые для построения портативного компьютера, сосредоточены в двух микросхемах: микропроцессоре i80386SL и периферийном контролере i82360SL. В набор i82360SL впервые введено новое прерывание, называемое SystemManagementInterrupt (SMI), которое может быть использовано для обработки событий, связанных, например, с управлением потребляемой мощностью. Вместе с математическим сопроцессором i80386SL данный набор микросхем позволяет создать 32-разрядный компьютер на площади, не намного превышающий размер игральной карты.

i 486 SL

Микросхема i486SL представляет собой самый производительный процессор серии SL, разработанный фирмой Intel. Анонсированная в конце 1992 года, эта микросхема объединяет характерные черты двух представителей процессорных семейств Intel: i486DX и i80386SL. По производительности новый процессор не уступает i486DX, но благодаря пониженному напряжению питания (3,3 В) и развитой технологией управления энергоснабжения (как в i80386SL) он может эффективно использоваться в портативных компьютерах. Производительность системы на базе i486SL можно существенно улучшиться благодаря 16-разрядной шине высокоскоростного периферийного интерфейса PI, которая поддерживает быстрый интерфейс графического дисплея и устройств хранения информации на основе флэш-памяти. По некоторым оценкам, системная плата компьютера на базе i486SL примерно на 60% меньше, чем при использовании i80386SL, а среднее время автономной работы компьютера-блокнота (около 3 часов) может увеличится на один час только за счёт использования нового микропроцессора.

Кстати, с конца 1993 года фирма Intel начала выпускать новую серию микропроцессоров 486SLEnhanced, которая заменила 5-вольтовые 486SX, 486DX, 486DX2, и OverDrive-процессоры. Подобные процессоры имеют напряжение питания 3,3 В и развитую технологию энергосбережения, что полностью соответствует американской национальной программе EnergyStar.

Процессоры с умножением частоты .

Следует напомнить, что технология умножения частоты стала использоваться также в процессорах OverDrive. Кстати, как заявляют представители фирмы Intel, OverDrive — это не конкретные микросхемы, а, скорее, новая методология замены процессоров. По сути, основное различие между процессорами серии DX2 и OverDriveIntel состоит в том, что первые монтируются на системных платах ещё при сборке компьютеров, а вторые должны устанавливаться самими пользователями. Внутренние функциональные узлы подобных устройств (математический сопроцессор, кэш, устройство управления памятью, арифметико-логическое устройство) используют удвоенную тактовую частоту, в то время как остальные элементы системной платы (системная и внешняя кэш-память, вспомогательные микросхемы) работают с обычной скоростью. Такой «фокус» позволяет увеличить производительность системы, как правило, за счёт хранения части данных и выполняемых кодов программ во внутренней кэш-памяти. Понятно, что в противном случае игра не стоила бы свеч: какой смысл уменьшать время обработки типа регистр-регистр, если потом придётся сравнительно долго ждать новых операндов из внешней памяти? Отметим, что повышение производительности процессоров сопровождается существенным увеличением потребляемой мощности.

В настоящее время технология умноженной частоты (не только в два, но и, например, в полтора, два с половиной или три раза) находит широкой практическое применение во всех современных процессорах. Так, фирма Intel выпускала серию микропроцессоров с умножением частоты — DX4 (кодовое название P24C ). Процессоры этого семейства — 486DX4-75, 486DX4-83 и 486DX4-100 имеют кэш-память 16 Кбайт и предназначены для установки с системные платы, работающие на тактовой частоте 25 и 33 МГц. Напряжение питания этих процессоров составляет 3,3 В, количество транзисторов на кристалле — 1,6 миллиона.

Pentium

В марте 1993 года фирма Intel объявила о начале промышленных поставок 66- и 60-мегагерцовых версий процессора Pentium, известного ранее как 586 или P5. Название нового микропроцессора является зарегистрированной торговой маркой корпорации Intel. Таким образом, в системах IntelInside микропроцессор 586 фигурировать не будет. Системы, построенные на базе Pentium, полностью совместимы со 100 миллионов персональных компьютеров, использующих микропроцессоры i8088, i80286, i80386, i486. Новая микросхема содержит около 3,1 миллиона транзисторов и имеет 32-разрядную адресную и 64-разрадную внешнюю шину данных, что обеспечивает обмен данными с системной платой со скоростью до 528 Мбайт/с. В отличие от 486-х процессоров, для производства которых использовалась CMOS-технология, для Pentium фирмы Intel применила 0,8-микронную BiCMOS-технологию.

Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность 112 MIPS (миллионов операций в секунду). Суперскалярная архитектура содержит два пятиступенчатых блока исполнения, работающих независимо и обрабатывающих две инструкции за один такт синхронизации. Pentium имеет два раздельных 8-Кбайтных кэша: один для команд и один для данных. Одним из наиболее интересных новшеств, используемых в Pentium, является небольшая кэш-память, называемая BranchTargetBuffer — BTB (буфер меток перехода), которая позволяет динамически предсказывать переходы в исполняемых программах. По скорости выполнения операций с плавающей точкой Pentium оставляет далеко позади всех своих «собратьев по классу» — i486DX-33 (почти в 10 раз), i486DX2-66 (2,5 раза). Это достигается, в частности, благодаря реализации оптимальных алгоритмов, а также специализированным блокам сложения, умножения и деления с восмиступенчатой конвейеризацией, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за один такт. Как известно, в процессорах i486 специального конвейера для устройств с плавающей точкой предусмотрено не было.

В настоящее время микросхемы Pentium сняты с производства.

Pentium Pro

1 ноября 1995 года фирма Intel объявила о начале коммерческих поставок микропроцессора нового поколения PentiumPro именуемого до недавнего времени P6. В его основе лежит комбинация технологий, известная как DynamicExecution. Собственно, это три уже известные технологии: многократное предсказание ветвлений, анализ потоков данных и эмуляция выполнения инструкций. В корпусе микросхемы размещены два кристалла, одним из которых является 256- или 512-Кбайтная кэш-память второго уровня. На кристалле процессора, как обычно, расположен 16-Кбайтный кэш. На сегодняшний день в семейство PentiumPro входят микропроцессоры с тактовой частотами 200, 180, 166 и 150 МГц. Если микросхема PentiumPro 150 выпускается согласно технологическим нормам 0,6 мкм, то процессоры с более высокой тактовой частотой используют уже технологические нормы 0,35 мкм. Показатель производительности для PentiumPro 200 по тесту SPECint92 соответствует 366. Иными словами, новый процессор превосходит аналогичный показатель даже для RISC-архитектур. Число транзисторов основного кристалла составляет примерно 5,5, а кристалла кэш-памяти — соответственно 15,5 или 31 миллион. При напряжении питания около 3 В процессор (вместе с кэш-памятью второго уровня) рассеивает примерно 14 Вт. Изделие выполнено в PGA-корпусе с 387 выводами.

Архитектура PentiumPro позволяет соединять между собой множество процессоров, создавая таким образом непревзойдённую масштабируемость. Так, Министерство энергетики США создала систему, базирующуюся на 9 тысячах процессоров.

Pentium II Xeon

C начала июля 1998 года по всему миру проходила серия мероприятий, посвящённых представлению самого мощного процессора архитектуры х86 корпорации Intel. Задолго до этого из информации, размещённой на Web-сайтах Intel стало известно его название и назначение. Особо подчёркивалось, что слово Xeon нежно произносить как «Зеон», но российское представительство приняло решение подчинить это название нормам русского (и греческого) языка. Так что в России мы будем иметь дело с «Ксеоном»,- ведь есть же у нас Ван Клиберн и Мехико.

Новый процессор, к слову, стал подарком компании-производителя самой себе по случаю тридцатилетия.

Первое, что бросается в глаза, — необычно крупный размер процессорного картриджа в который «пакуется» Xeon. Он предназначен для установки в разъём новой конструкции Slot 2. По словам разработчиков, это связанно с увеличением ёмкости кэш-памяти второго уровня. В настоящий момент процессоры Xeon с единой тактовой частотой поставляются в двух вариантах: с 512 Кбайт и 1 Мбайт кэша L2. Но уже в текущем году планируется довести ёмкость кэш-памяти второго уровня до 2 Мбайт и повысить тактовую частоту до 450 МГц. Напомню, что старый PentiumII комплектовался лишь 512 Кбайт.

Но ещё больший интерес вызывает тот факт, что конструкторы смогли «заставить» L2-кэш работать на тактовой частоте процессорного ядра. Напомню, что та же концепция была реализована в PentiumPro, но при этом разработчики «столкнулись» на стадии производства (процент выхода двух качественных кристаллов оказался ниже предполагаемого), и процессор оказался довольно дорогим. Возможно, именно поэтому PentiumII изначально создавался с «разделением» кристаллов (основного и кэша L2), за что пришлось расплачиваться «половиной» тактовой частоты кэш-памяти второго уровня.

Высокая частота работы кэша спровоцировала увеличение теплоотдачи процессорного блока, поэтому потребовалось использование массивной поглощающей тепло пластины, что, в свою очередь, привело к увеличению веса и габаритов модуля.

В каждом модуле Slot 2 три специальных области данных: доступная только для чтения, область для чтения/записи и динамическая информация о температуре внутри процессорного модуля. В области первого типа помещена информация о версии процессора, данные о пошаговой отладке и указана предельно допустимая температура. Во второю область памяти пользователи могут вводить свою информацию. Доступ к динамическим данным об изменении температуры даёт возможность управляющим программам оповещать администратора об опасных системных событиях.

Большой кэш L2 значительно повышает общую производительность многопроцессорных конфигураций в системах, работающих с крупными массивами несопоставимых данных. По информации Intel, проведённые корпорацией тесты ZDServerBench показали почти пропорциональный рост производительности системы по мере установки дополнительных процессоров с мегабайтным кэшем.

Intel 450NXPCIset стал первым микросхемным набором, оптимизированным для PentiumIIXeon. Он выпускается в двух вариантах, Basic и Full, соответственно для серверных hi-end и систем среднего уровня. Они имеют одинаковую структуру ядра, но отличаются производительностью и ценой.

BasicPCIset поддерживает до двух разъёмов 32-разрядной PCI, один — 64-разрядной и до 4 Гбайт системной памяти типа EDO. Его более совершенный «родственник» FullPCIset поддерживает до четырёх слотов типа EDO. Эти чипсеты объединяет функционирование на 100-мегагерцовой частоте системной шины и возможность поддержки многопроцессорных (до четырёх Xeon) конфигураций. 64-разрядная шина PCI способна существенным образом повысить общую производительность системы с учётом оптоволоконной технологии обмена данными с дисковыми массивами, использования высокопроизводительных сетевых магистралей на основе АТМ, GigabitEthernet и других. Повышается, по сути, синхронизация мощности процессора и производительности подсистемы ввода-вывода.

Xeon, как я уже отмечал, предназначен не только для серверов, но и для рабочих и графических станций, для которых одним из важнейших параметров является производительность видеоподсистемы. Для них разработан чипсет Intel 440GXAGPset на базе известного микросхемного набора 440BX. 440GX управляет работой порта AGP в режиме 2х. Режим удвоенной производительности реализуется благодаря так называемой технологии двойной накачки — данные передаются как по переднему, так и по заднему фронтам тактовых импульсов (у обычной AGP — только по переднему), при этом полоса пропускания достигает значения 533 Мбайт/с. Физические параметры интерфейса AGP остаются прежними.

Ещё одой особенностью набора чипсета 440GX стала возможность обращения к памяти ёмкостью до 2 Гбайт, что в два раза больше, чем у его приемника.

Несмотря на тот факт, что в настоящий момент понятие многопроцессорности ассоциируется у Intel лишь с четырьмя устройствами на одной плате, ведутся работы по созданию симметричных мультипроцессорных систем, поддерживающих до восьми «Ксеонов». Разработки восьмиканального чипсета для Xeon ведутся фирмой Corollary, дочерней компанией Intel. И, само собой, возможны кластерные решения, скажем, на основе архитектуры распределённой памяти (NUMA). В обоих случаях, как правило, не требуется «переписывать» прикладные программы (правда, операционная система требует некоторой оптимизации). В процессорной шине чипсета Intel 450NXPCIset предусмотрен так называемый разъём кластерного соединения, что упрощает построение кластерного соединения на основе стандартных четырёхпроцессорных узлов.

Ещё одним перспективным направлением является кластер с передачей сообщений. Суть её состоит в отсутствии разделения ресурсов. Отдельно стоящие узлы кластера обмениваются данными, например, тактовыми импульсами, сигнализирующими о нормальном состоянии системы. И хотя LAN-соединение остаётся работоспособным, существует необходимость в сети нового типа — так называемой SAN (SystemareaNetwork).

В завершении хотел бы отметить, что некоторые ведущие западные производители (IBM, NCR, Dell) уже начали поставки систем на базе Xeon, а на презентации процессора в России компании Kraftway и «Вист» также представили свои новые серверные решения. Ориентировочные цены на PentiumXeon составят 1124 долларов (L2 512 Кбайт) и 2836 долларов (L2 1 Мбайт) при поставках от тысячи штук.

Несколько слов о производительности.

В 1992 году фирма Intel предложила индекс для оценки производительности своих микропроцессоров — iCOMP (IntelComparativeMicroprocessorPerformance). Сам индекс представляет из себя число, которое отражает относительную производительность данного устройства по сравнению с другими микросхема семейства х86 и Pentium. Производительность процессора 486SX-25 принимается за 100. Заметим, что новый индекс не заменяет известные тестовые программы (benchmark) уже хотя бы потому, что измеряет относительную производительность микропроцессора, а не системы в целом. Кстати говоря, при вычислении индекса iCOMP учитываются операции со следующими «взвешенными» компонентами (числами): 16-разрядные целые (67%),16-разрядные действительные (3%), 32-разрядные целые (25%), 32-разрядные действительные (5%). К слову, именно величина производительности с индексом iCOMP использовалась фирмой Intel в новой системе маркировки процессоров Pentium, например 735\90 и 815\100 для тактовой частоты 90 и 100 МГц. Следует, однако, учитывать, что в реальных системах может наблюдаться другое соотношение производительности процессоров. Связанно это как с особенностями конкретных системных плат, так и, в случае с Pentium, с тем, что для достижения максимальной производительности требуется оптимизация программных кодов.

Список литературы:

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

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

3. Компьютер Пресс №8 1998г. В.Богданов. Новые процессор Xeon .:

с.193-195.

4. Компьютерра // Москва ООО«Пресса» 1997 — 1998 г.

5. Компьютер Пресс // Москва «Компьютер Пресс» 1997 г.- 1998 г.

www.ronl.ru

Реферат - Введение: микропроцессоры, микропроцессорные системы

ФСПО. «МК и МП» Конспект лекции №1.1 Введение: микропроцессоры, микропроцессорные системы, микроконтроллеры План лекции:

Микропроцессоры, микропроцессорные системы, микроконтроллеры

Области применения

Семейства микроконтроллеров

1.Микропроцессоры, микропроцессорные системы, микроконтроллеры За все время существования и применения электронно-вычислительных машин (ЭВМ) их важнейшие параметры быстродействие, потребляемая мощность, надежность определялись, прежде всего, применяемой элементной базой, то есть теми электронными «кирпичиками», из которых строится большое и сложное «здание» – сама ЭВМ. В машинах первого поколения применялись электровакуумные приборы (радиолампы), обеспечивающие быстродействие ЭВМ в сотни или тысячи операций в секунду. Эти машины были громоздки, часто выходили из строя, и для обеспечения их нормальной работы требовалась сложная система охлаждения.

Изобретение транзистора позволило довести быстродействие ЭВМ до десятков и сотен тысяч операций в секунду при существенном увеличении плотности упаковки (компоновки) элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов. Такие ЭВМ относились к машинам второго поколения.

Появление интегральных микросхем, включающих большое количество электронных элементов, и применения их в ЭВМ третьего и дальнейших поколений еще более увеличило быстродействия последних, позволило упростить процедуру общения человека с ЭВМ, максимально приблизило ее к объекту управления и контроля.

Микропроцессор (МП) — это устройство, которое осуществляет прием, обработку и выдачу информации. Конструктивно МП содержит одну или несколько интегральных схем и выполняет действия, определенные программой, записанной в памяти.

Универсальные МП – это такие МП, в системе команд которых заложена алгоритмическая универсальность. Последнее означает, что выполняемый машиной состав команд позволяет получить преобразование информации в соответствии с любым заданным алгоритмом.

Специализированные МП - предназначены для решения определенного класса задач, а иногда только для решения одной конкретной задачи. Их существенными особенностями являются простота управления, компактность аппаратурных средств, низкая стоимость и малая мощность потребления.

Микропроцессорная система — это вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, основным устройством обработки информации в которой является МП. Микропроцессорная система строится из набора микропроцессорных БИС.

Замечательным свойством микропроцессорных систем является их высокая гибкость, возможность быстрой перенастройки при необходимости даже значительных изменений алгоритмов управления. Перенастройка осуществляется программным путем без существенных производственных затрат. Создание микропроцессоров позволяет уменьшить стоимость и размеры технических средств обработки информации, увеличить их быстродействие, снизить энергопотребление.

Характерные особенности микропроцессорных информационно-управляющих систем, предназначенных для автоматизации технологических процессов:

наличие ограниченного набора четко сформулированных задач;

работа в реальном масштабе времени, т.е. обеспечение минимального времени реакции на изменение внешних условий;

наличие развитой системы внешних устройств, их большое разнообразие;

существенное различие функциональных задач;

высокие требования по надежности с учетом большой продолжительности непрерывной работы;

сложные условия эксплуатации;

обеспечение автоматического режима работы или режима с участием оператора как элемента системы.

Дальнейший рост степени интеграции позволил разместить в кристалле микросхемы уже не отдельные простые узлы или фрагменты устройств ЭВМ, а целые устройства и даже целые ЭВМ. Это привело к созданию микроконтроллера (МК) – изделия микроэлектроники и вычислительной техники принципиально нового класса, способного вести обработку и хранение информации в одном или нескольких корпусах микросхем.

Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости.

Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство автоматизации разнообразных объектов и процессов.

Можно считать что микроконтроллер – это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.

Однокристальный микроконтроллер представляет собой устройство, выполненное конструктивно в одном корпусе БИС и содержащее все основные составные части микропроцессорного комплекта.

Микроконтроллер помимо центрального процессора (ЦП) содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода:

универсальные цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод;

различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, IEEE 1394, Ethernet;

аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;

компараторы;

широтно-импульсные модуляторы;

таймеры;

контроллеры бесколлекторных двигателей;

контроллеры дисплеев и клавиатур;

радиочастотные приемники и передатчики;

массивы встроенной флеш-памяти;

встроенный тактовый генератор и сторожевой таймер;

^ 2.Области применения В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры. Они применяются при вычислениях, они выполняют функции управления, они используются при обработке звука и изображения. В зависимости от области применения микропроцессора меняются требования к нему. Это накладывает отпечаток на внутреннюю структуру микропроцессора. В настоящее время определилось три направления развития микропроцессоров:

универсальные микропроцессоры

микроконтроллеры

с Суперкомпьютерыигнальные микропроцессоры

Универсальные микропроцессоры используются для построения вычислительных машин. В них используются самые передовые решения по повышению быстродействия, не обращая особого внимания на габариты, стоимость и потребляемую энергию. В технике связи компьютеры используются для управления системами связи или устройствами связи, обладающими большими габаритами и стоимостью. Такие компьютеры называются контроллерами.

^ СМобильные устройстваигнальные процессоры используются для решения задач, которые традиционно решала аналоговая схемотехника. К сигнальным процессорам предъявляются специфические требования. От них требуются максимальное быстродействие, малые габариты, легкая стыковка с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, большая разрядность обрабатываемых данных и небольшой набор математических операций, обязательно включающий операцию умножения-накопления и аппаратную организацию циклов. В этих процессорах тоже важны такие параметры как стоимость габариты и потребляемая мощность, но здесь приходится мириться с большими значениями этих характеристик по сравнению с микроконтроллерами.

Микроконтроллеры используются для управления малогабаритными и дешёвыми устройствами связи они раньше назывались однокристальными микроЭВМ. В микроконтроллерах, в отличие от универсальных микропроцессоров, максимальное внимание уделяется именно габаритам, стоимости и потребляемой энергии.

И Бытовая техникаспользование в современном микроконтроллере достаточного мощного вычислительного устройства с широкими возможностями, построенного на одной микросхеме вместо целого набора, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость построенных на его базе устройств. Используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:

в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD;

электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления — стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах;

В промышленности:

устройств промышленной автоматики — от программируемого реле и встраиваемых систем до ПЛК,

систем управления станками.

В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время, есть микроконтроллеры, обладающие больши́ми вычислительными возможностями, например цифровые сигнальные процессоры.

В настоящее время существует огромная номенклатура (более 10000) различных микроконтроллеров, различающихся сферой применения, параметрами, встроенными в кристалл периферийными узлами. Выпуском микроконтроллеров занимается более десятка производителей.

^ 3.Семейства микроконтроллеров Микроконтроллеры объединяются в семейства. К одному семейству относят изделия, имеющие одинаковое ядро – совокупность таких понятий, как система команд, циклограмма работы ЦП, организация памяти программ и памяти данных, система прерываний и базовый набор периферийных устройств. Отличия между различными представителями одного семейства заключаются, в основном, в составе периферийных устройств и объеме памяти программ или данных. Наиболее важная особенность семейства — программная совместимость на уровне двоичного кода всех входящих него МК.

^ Известные семейства:

MCS-51 (Intel)

Intel 8051 — это однокристальный микроконтроллер (не путать с процессором) гарвардской архитектуры, который был впервые произведен Intel в 1980 году, для использования во встраиваемых системах. В течение 1980-ых и начале 1990-ых годов был чрезвычайно популярен. Однако, в настоящее время устарел и вытеснен более современными устройствами, с 8051-совместимыми ядрами, производимыми более чем 20 независимыми производителями, такими как Atmel, Maxim IC (дочерняя компания Dallas Semiconductor), NXP (ранее Philips Semiconductor), Winbond, Silicon Laboratories, Texas Instruments и Cypress Semiconductor. Существует также советский клон данной микросхемы, КР1816ВЕ51. Официальное название 8051-семейства микроконтроллеров Intel — MCS-51.

PIC (Microchip)

PIC — микроконтроллеры Гарвардской архитектуры, производимые американской компанией Microchip Technology Inc. Название PIC является сокращением от Peripheral Interface Controller, что означает «периферийный интерфейсный контроллер».

В основу концепции PIC, единую для всех выпускаемых семейств, была положена RISC-архитектура (Reduced Instruction Set Computer – архитектура с сокращенным набором команд) с системой простых однословных команд, применение встроенной памяти программ и данных и малое энергопотребление.

В основе RISC-архитектуры лежат основополагающие принципы:

любая операция выполняется за один такт;

система команд должно содержать минимальное число инструкций одинаковой длины;

операции обработки данных реализуются только в формате «регистр-регистр»;

результаты должны формироваться со скоростью одно слово за такт.

В номенклатуре Microchip Technology Inc. представлен широкий спектр 8-и, 16-и и 32-битных микроконтроллеров и цифровых сигнальных контроллеров под маркой PIC. Отличительной особенностью PIC-контроллеров является хорошая преемственность различных семейств. Это и программная совместимость (единая бесплатная среда разработки MPLAB IDE), и совместимость по выводам, по периферии, по напряжениям питания, по средствам разработки, по библиотекам и стекам наиболее популярных коммуникационных протоколов. Номенклатура насчитывает более 500 различных контроллеров со всевозможными вариациями периферии, памяти, количеством выводов, производительностью, диапазонами питания и температуры и т. д.

AVR (Atmel)

Концепция новых скоростных микроконтроллеров была разработана группой разработчиков исследовательского центра ATMEL в Норвегии, инициалы которых затем сформировали марку AVR (Alf Bogen / Vergard Wollan / Risc architecture). Первые микроконтроллеры AVR AT90S1200 появились в середине 1997 г. и быстро снискали расположение потребителей.

AVR-архитектура, на основе которой построены микроконтроллеры семейства AT90S, объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр- аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды, что обеспечивает производительность до 1 MIPS на каждый МГц тактовой частоты.

Достоинства:

высокий показатель быстродействие/энергопотребление;

удобные режимы программирования;

широкая номенклатура;

доступность программно-аппаратных средств поддержки;

высокая нагрузочная способность выходов.

ARM (ARM Limited)

Архитектура ARM (Advanced RISC Machine, Acorn RISC Machine, усовершенствованная RISC-машина) — семейство лицензируемых 32-битных и 64-битных микропроцессорных ядер разработки компании ARM Limited. Компания занимается исключительно разработкой ядер и инструментов для них (компиляторы, средства отладки и т. п.), зарабатывая на лицензировании архитектуры сторонним производителям.

В 2007 году около 98 % из более чем миллиарда мобильных телефонов, продаваемых ежегодно, были оснащены по крайней мере одним процессором ARM. По состоянию на 2009 на процессоры ARM приходится до 90 % всех встроенных 32-разрядных процессоров. Процессоры ARM широко используются в потребительской электронике — в том числе КПК, мобильных телефонах, цифровых носителях и плеерах, портативных игровых консолях, калькуляторах и компьютерных периферийных устройствах, таких как жесткие диски или маршрутизаторы.

Данные процессоры имеют низкое энергопотребление, поэтому находят широкое применение во встраиваемых системах и доминируют на рынке мобильных устройств, для которых важно низкое энергопотребление.

Среди лицензиатов: Analog Devices, Atmel, Xilinx, Altera, Cirrus Logic (англ.), Intel (до 27 июня 2006 года), Marvell (англ.), NXP, STMicroelectronics, Samsung, MediaTek, MStar, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale, Миландр.

Контрольные вопросы Что такое микропроцессор? Его назначение?

Какие бывают микропроцессоры?

Что такое микропроцессорная система?

Что такое микроконтроллер? Его назначение?

Чем микропроцессор отличается от микроконтроллера?

Семейства микроконтроллеров.

Темы для сообщений Логические элементы.

Дешифратор.

Регистр-защелка.

Микросхемы памяти ОЗУ (RAM) статического типа.

Микросхемы памяти ПЗУ (ROM).

www.ronl.ru

Реферат - Микропроцессоры - Информатика, программирование

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Хабаровский государственный технический университет

кафедра АиС

Р Е Ф Е Р А Т

на тему:

Микропроцессоры

Выполнили: ст.гр.УИТС-71

Буренок Н.

Проверил:.

Х а б а р о в с к 1998

Содержание

1. Введение

2.Важнейшие определения

3. C емейство процессоров x 88/ x 86

4. i8088

5. i8086

6. i80286

7. i80386DX

8. i80386SX

9. i486

10. i 486 SX

11. i 80386 SL

12. i 486 SL

13. Процессоры с умножением частоты .

14. Pentium

15. Pentium Pro

16. Pentium II Xeon

17. Несколько слов о производительности.

Введение.

Важнейшие определения.

Подпрерыванием понимается сигнал, по которому процессор узнаёт совершении некоторого асинхронного события. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а в место неё начинает выполнятся другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Прерывания можно классифицировать как аппаратные, логические и программные. Аппаратные прерывания обычно связаны с запросами от периферийных устройств (например, нажатие клавиши клавиатуры ), логические возникают при работе самого микропроцессора

Семейство процессоров x 88/ x 86.

i 8088

i 8086

Чип 8086, появившийся ровно на год раньше своего счастливого последователя (в июне 1978 года), стал популярен благодаря компьютеру CompaqDeskPro. Программная модель (доступные регистры) этого микропроцессора полностью совпадает с моделью i8088. Основное отличие данных микропроцессора состоит в различной разрядности внешней шины данных: 8 разрядов у i8088 и 16 у i8086. Понятно, что более высокой производительности с новым микропроцессором можно было достичь при использовании компьютера, на системной шине которого под данные предусмотрено 16 линий. Адресная шина микропроцессора i8086 по-прежнему позволяла адресовать 1 Мбайт памяти.

i 80286

i 80386 DX

В октябре 1985 года фирмой Intel был анонсирован (представлен) первый

i 80386 SX

i 486

На осенней выставке Comdex в 1989 году фирма Intel впервые анонсировала микропроцессор i486DX, который содержал более миллиона транзисторов (а точнее, 1,2 миллиона) на одном кристалле и был полностью совместим с процессором ряда х86. Напомним, что на кристалле первого члена этого семейства — микропроцессора i8088 — насчитывалось около 29 тысяч транзисторов. В борьбе с микропроцессорами-клонами фирма Intel намеренно убрала из названия нового устройства число 80. Новая микросхема впервые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память. Использование конвейерной архитектуры, присущей RISC-процессорам, позволило достичь четырёхкратной производительности обычных 32-разрядных систем. Это связано с уменьшением количества тактов для реализации каждой команды. 8-Кбайтная встроенная кэш-память ускоряет выполнение программ за счёт промежуточного хранения часто используемых команд и данных. На тактовой частоте 25 МГц микропроцессор показал производительность 16,5MIPS. Созданная в июне 1991 года версия микропроцессора с тактовой частотой

i 486 SX

20 МГц работают быстрее (примерно на 40%) компьютеров, основанных на i80386DX с тактовой частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX, подобно оригинальному i486DX, содержит на кристалле и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован. Значительная экономия (благодаря исключению затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме Intel существенно снизить цены на новый микропроцессор. Надо сказать, что если микропроцессор i486DX был ориентирован на применение в сетевых серверах и рабочих станциях, то i486SX послужил отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. Вообще говоря, в семействе микропроцессоров i486 предусматривается несколько новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: соответствующие команды поддерживают механизм семафоров памяти, аппаратно-реализованное выявление недостоверности строки кэш-памяти обеспечивает согласованность между несколькими модулями кэш-памяти и т.д. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти размером 64 Тбайт.

i 80386 SL

К концу 1991 года 32-разрядные микропроцессоры стали стандартными для компьютеров типа лэптоп и ноутбук, однако обычные микросхемы i80386DX/SX не полностью отвечали требованиям разработчиков портативных компьютеров. Для удовлетворения потребностей этого сегмента рынка в 1990 году фирмой Intel был разработан микропроцессор i80386SL, который содержал примерно 855 тысяч транзисторов. Данный микропроцессор представляет собой интегрированный вариант микропроцессора i80386SX, базовая архитектура которого дополнена ещё несколькими вспомогательными контролерами. По существу, все компоненты, необходимые для построения портативного компьютера, сосредоточены в двух микросхемах: микропроцессоре i80386SL и периферийном контролере i82360SL. В набор i82360SL впервые введено новое прерывание, называемое SystemManagementInterrupt (SMI), которое может быть использовано для обработки событий, связанных, например, с управлением потребляемой мощностью. Вместе с математическим сопроцессором i80386SL данный набор микросхем позволяет создать 32-разрядный компьютер на площади, не намного превышающий размер игральной карты.

i 486 SL

Микросхема i486SL представляет собой самый производительный процессор серии SL, разработанный фирмой Intel. Анонсированная в конце 1992 года, эта микросхема объединяет характерные черты двух представителей процессорных семейств Intel: i486DX и i80386SL. По производительности новый процессор не уступает i486DX, но благодаря пониженному напряжению питания (3,3 В) и развитой технологией управления энергоснабжения (как в i80386SL) он может эффективно использоваться в портативных компьютерах. Производительность системы на базе i486SL можно существенно улучшиться благодаря 16-разрядной шине высокоскоростного периферийного интерфейса PI, которая поддерживает быстрый интерфейс графического дисплея и устройств хранения информации на основе флэш-памяти. По некоторым оценкам, системная плата компьютера на базе i486SL примерно на 60% меньше, чем при использовании i80386SL, а среднее время автономной работы компьютера-блокнота (около 3 часов) может увеличится на один час только за счёт использования нового микропроцессора.

Кстати, с конца 1993 года фирма Intel начала выпускать новую серию микропроцессоров 486SLEnhanced, которая заменила 5-вольтовые 486SX, 486DX, 486DX2, и OverDrive-процессоры. Подобные процессоры имеют напряжение питания 3,3 В и развитую технологию энергосбережения, что полностью соответствует американской национальной программе EnergyStar.

Процессоры с умножением частоты .

Pentium

В марте 1993 года фирма Intel объявила о начале промышленных поставок 66- и 60-мегагерцовых версий процессора Pentium, известного ранее как 586 или P5. Название нового микропроцессора является зарегистрированной торговой маркой корпорации Intel. Таким образом, в системах IntelInside микропроцессор 586 фигурировать не будет. Системы, построенные на базе Pentium, полностью совместимы со 100 миллионов персональных компьютеров, использующих микропроцессоры i8088, i80286, i80386, i486. Новая микросхема содержит около 3,1 миллиона транзисторов и имеет 32-разрядную адресную и 64-разрадную внешнюю шину данных, что обеспечивает обмен данными с системной платой со скоростью до 528 Мбайт/с. В отличие от 486-х процессоров, для производства которых использовалась CMOS-технология, для Pentium фирмы Intel применила 0,8-микронную BiCMOS-технологию.

Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность 112 MIPS (миллионов операций в секунду). Суперскалярная архитектура содержит два пятиступенчатых блока исполнения, работающих независимо и обрабатывающих две инструкции за один такт синхронизации. Pentium имеет два раздельных 8-Кбайтных кэша: один для команд и один для данных. Одним из наиболее интересных новшеств, используемых в Pentium, является небольшая кэш-память, называемая BranchTargetBuffer — BTB (буфер меток перехода), которая позволяет динамически предсказывать переходы в исполняемых программах. По скорости выполнения операций с плавающей точкой Pentium оставляет далеко позади всех своих «собратьев по классу» — i486DX-33 (почти в 10 раз), i486DX2-66 (2,5 раза). Это достигается, в частности, благодаря реализации оптимальных алгоритмов, а также специализированным блокам сложения, умножения и деления с восмиступенчатой конвейеризацией, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за один такт. Как известно, в процессорах i486 специального конвейера для устройств с плавающей точкой предусмотрено не было.

В настоящее время микросхемы Pentium сняты с производства.

Pentium Pro

1 ноября 1995 года фирма Intel объявила о начале коммерческих поставок микропроцессора нового поколения PentiumPro именуемого до недавнего времени P6. В его основе лежит комбинация технологий, известная как DynamicExecution. Собственно, это три уже известные технологии: многократное предсказание ветвлений, анализ потоков данных и эмуляция выполнения инструкций. В корпусе микросхемы размещены два кристалла, одним из которых является 256- или 512-Кбайтная кэш-память второго уровня. На кристалле процессора, как обычно, расположен 16-Кбайтный кэш. На сегодняшний день в семейство PentiumPro входят микропроцессоры с тактовой частотами 200, 180, 166 и 150 МГц. Если микросхема PentiumPro 150 выпускается согласно технологическим нормам 0,6 мкм, то процессоры с более высокой тактовой частотой используют уже технологические нормы 0,35 мкм. Показатель производительности для PentiumPro 200 по тесту SPECint92 соответствует 366. Иными словами, новый процессор превосходит аналогичный показатель даже для RISC-архитектур. Число транзисторов основного кристалла составляет примерно 5,5, а кристалла кэш-памяти — соответственно 15,5 или 31 миллион. При напряжении питания около 3 В процессор (вместе с кэш-памятью второго уровня) рассеивает примерно 14 Вт. Изделие выполнено в PGA-корпусе с 387 выводами.

Архитектура PentiumPro позволяет соединять между собой множество процессоров, создавая таким образом непревзойдённую масштабируемость. Так, Министерство энергетики США создала систему, базирующуюся на 9 тысячах процессоров.

Pentium II Xeon

C начала июля 1998 года по всему миру проходила серия мероприятий, посвящённых представлению самого мощного процессора архитектуры х86 корпорации Intel. Задолго до этого из информации, размещённой на Web-сайтах Intel стало известно его название и назначение. Особо подчёркивалось, что слово Xeon нежно произносить как «Зеон», но российское представительство приняло решение подчинить это название нормам русского (и греческого) языка. Так что в России мы будем иметь дело с «Ксеоном»,- ведь есть же у нас Ван Клиберн и Мехико.

Новый процессор, к слову, стал подарком компании-производителя самой себе по случаю тридцатилетия.

Xeon, как я уже отмечал, предназначен не только для серверов, но и для рабочих и графических станций, для которых одним из важнейших параметров является производительность видеоподсистемы. Для них разработан чипсет Intel 440GXAGPset на базе известного микросхемного набора 440BX. 440GX управляет работой порта AGP в режиме 2х. Режим удвоенной производительности реализуется благодаря так называемой технологии двойной накачки — данные передаются как по переднему, так и по заднему фронтам тактовых импульсов (у обычной AGP — только по переднему), при этом полоса пропускания достигает значения 533 Мбайт/с. Физические параметры интерфейса AGP остаются прежними.

В завершении хотел бы отметить, что некоторые ведущие западные производители (IBM, NCR, Dell) уже начали поставки систем на базе Xeon, а на презентации процессора в России компании Kraftway и «Вист» также представили свои новые серверные решения. Ориентировочные цены на PentiumXeon составят 1124 долларов (L2 512 Кбайт) и 2836 долларов (L2 1 Мбайт) при поставках от тысячи штук.

Несколько слов о производительности.

Список литературы:

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

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

3. Компьютер Пресс №8 1998г. В.Богданов. Новые процессор Xeon .:

с.193-195.

4. Компьютерра // Москва ООО«Пресса» 1997 — 1998 г.

5. Компьютер Пресс // Москва «Компьютер Пресс» 1997 г.- 1998 г.

www.ronl.ru

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

Уральский государственный экономический университет. Реферат микропроцессор

Реферат - Современные микропроцессоры - Информатика, программирование

Российская Федерация

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Социально-экономический институт

Финансово-экономический факультет

Кафедра автоматизированных информационных систем и технологий

Специальность «Прикладная информатика в экономике»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

CO ДЕРЖАНИЕ

Введение. 3

Определение микропроцессора. 4

История развития современных микропроцессоров. 10

Структура рынка современных микропроцессоров. 13

Современные процессоры INTEL. 15

Микропроцессор PentiumM… 16

Core 2 Duo. 18

Intel Core 2 Quad. 19

Современные микропроцессоры компании АМD… 21

Микропроцессор К5. 22

Микропроцессор К6. 24

Микропроцессор К7. 25

Заключение. 28

Список литературы… 29

Развитие персональных компьютеров в мире повлекло за собой и развитие микропроцессоров. Тенденции развития современных технологий изготовления процессоров и их применения с каждым годом набирают все большие обороты. Применяются новые нано-технологии, увеличивается число ядер на одном кристалле, растет разрядность процессоров, увеличивается кэш память всех уровней, применяются новые наборы инструкций и многое другое. Именно поэтому эта тема на сегодняшний день считается наиболее актуальной для рассмотрения в данной курсовой работе. Целью моей работы является изучения устройство микропроцессоров, узнать его технологии изготовления и рассмотреть виды современных микропроцессоров. Объектом изучения является микропроцессор и его основные функции. Предметом изучения является виды современных микропроцессоров.

В основе любой ЭВМ лежит использование микропроцессоров. Это самое важное устройство любого компьютера. Именно от него зависит уровень производительности любого компьютера, и не только персонального. Микропроцессоры окружают человека везде. Любая электроника в современном обществе снабжена своим микропроцессором.

Задачей моей курсовой работы является:

1. Проанализировать тенденции развития современных микропроцессоров.

2. Выявить их значимость для общества.

3. Попытаться сделать приблизительные прогнозы об их будущем развитии.

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. 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, 64-разрядный – 64 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 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 устройствовыполняет 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 процесс

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 ( L 2 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) — буферцелейветвления. 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.

История развития Современных микропроцессоров начинается с изобретения транзистора в 1948 г, который вытеснил электронные лампы. Сам по себе транзистор умеет очень немного: либо пропускать через себя ток, либо перекрывать ему дорогу дальше по цепи. Достигается это благодаря использованию особых материалов – «полупроводников». Один транзистор мог заменить 40 электронных ламп. В 1955 г. фирма Bell Laboratories создала первый транзисторный компьютер второго поколения. 1960 г. Компания DEC выпустила по тем временам «мини»-компьютер, который вмещался в небольшой комнате- PDP-1.Но эволюция на этом не остановилась и к 60-ым годам научились выпускать интегральные схемы. Первые из них содержали всего 6 транзисторов, позднее их число стало расти в геометрической прогрессии. В настоящее время число транзисторов на интегральной микросхеме зашкаливает за несколько десятков миллионов.

Начало 70-х годов ознаменовалось рождением нового и, как оказалось, весьма перспективного и беспрецедентного по своим последствиям направления в развитии вычислительной техники – в 1971 г. был выпущен первый в мире микропроцессор. Это был однокристальный микропроцессор, получивший название 4004 (4-разрядная шина данных и 16-контактный корпус). Процессор Intel 4004 стал технологическим триумфом корпорации: устройство размером с палец, стоило 200 долларов, и было сравнимо по своей вычислительной мощи с первой ЭВМ ENIAC, созданной в 1946 г., и занимавшей пространство объемом в 85 куб. метров. Новая технология, практически сразу, легла в основу создания программируемых калькуляторов с огромным, по тем временам (от 4-х до 64-х килобайт) объемом оперативной памяти, способных обрабатывать массивы данных. Изначально процессор 4004 предназначался для Японской компании Busicom. Но из-за финансовых трудностей японцы отказались от проекта, и разработка перешла в руки Intel. Появление микропроцессора изменило весь рынок микроэлектроники, а именно появлению тех самых компьютеров, на каких мы работаем сегодня.

Как это не было бы парадоксально, но сразу после появления процессора 4004 Intel утратила лидерство на рынке. Прежде всего это компании ZILOG и MOTOROLA – были лидерами процессорного рынка в 70-х годах. Но Intel создала совершенно новый процессор, который стал прототипом современных процессоров персональных компьютеров. Это был восьмиразрядный процессор i8008 (1972 год). i8080 являлся основой первого в мире персонального компьютера Altair. Все процессоры х86 — это дальние потомки i8080. Несмотря на свое огромное значение и большой объем продаж, на рынке этот процессор потеснил более удачный Zilog-80, который, в свою очередь, был обязан такой популярностью i8080. Процессор Z-80 создала группа инженеров, ранее работавших в Intel и участвовавших в разработке i8080.

В 80-х годах Intel открыла эру высокопроизводительного настольного компьютерного оборудования. В 1982 г. вышел современнейший, по тем временам, микропроцессор i286, который уже тогда, кроме неслыханной производительности, имел, в зачаточном виде, возможности по обеспечению многозадачного режима и защищенного режима (Protected Mode). Также он поддерживал обращение к расширяемой (EMS) памяти, объемом до 8 MB. В 1985 г. появился микропроцессор i386. Процессор i386 имел не только завершенную систему поддержки многозадачного режима, механизм защиты сегментов, но и мог оперировать оперативной памятью объемом до 64MB

Улучшение технологии производства микропроцессоров позволило значительно повысить их тактовую частоту. Каждое новое поколение процессоров имеет более низкое напряжение питания и меньшие токи, что способствует уменьшению выделяемого ими тепла. Но самым главным достижением является то, что при уменьшении нормы технологического процесса можно значительно увеличить количество транзисторов на одном кристалле. Большее количество транзисторов, входящих в состав процессора, позволяет усовершенствовать архитектуру процессора с целью достижения еще большей производительности. Даже разрядность процессоров очень быстро увеличилась с 4 в первом процессоре до 32 в процессоре i386.

Значительной вехой в истории развития архитектуры процессоров персональных компьютеров (очередная революция) стало появление процессора i486. Производственный техпроцесс к тому времени достиг отметки в 1 мкм, благодаря чему удалось расположить в ядре процессора 1,5 млн. транзисторов, что было почти в 6 раз больше, чем у CPU предыдущего 386-го поколения. Он был в 1500 раза быстрее своего «прапрадедушки» i4004. В архитектуре процессора персонального компьютера впервые появился конвейер на пять стадий. Конвейерные вычисления были, конечно, известны задолго до появления персональных компьютеров, но высокая степень интеграции теперь позволила применить этот эффективный способ вычислений и в персональном компьютере. На одном кристалле Intel разместила и собственно процессор, и математический сопроцессор, и кэш-память L1, которые до этого располагались в отдельных микросхемах. Эта революция произошла спустя 20 лет после появления первого микропроцессора, в октябре 1989 года. 486-й микропроцессор обладал достаточным для того времени быстродействием. Тактовая частота процессора даже превысила тактовую частоту системной шины.

С момента выпуска 486-го процессора технологический процесс производства микропроцессоров начал развиваться бурными темпами. В 90-х годах началась «эра» Pentium. Практически каждый год компания Intel выпускала все более и более совершенные микропроцессоры. Процессор Pentium совершил переворот в компьютерной индустрии персональных компьютеров. Стоимость микропроцессоров стала падать, а значит ПК стал более доступным всем слоям населения. Компьютер стал по-настоящему персональным. Это значит ориентирован на обычного пользователя, не владеющего глубокими знаниями в этой области.

При таком стремительном прогрессе микропроцессорной и компьютерной индустрии вполне возможно, что к 2011 г. микропроцессоры будут работать на тактовой частоте до 10 ГГц. При этом число транзисторов на каждом процессоре достигнет 1 миллиарда, а вычислительная мощность — 100 миллиардов операций в секунду.

Структура рынка современных микропроцессоров

Доминирующее положение на рынке универсальных микропроцессоров занимают микропроцессоры с системой команд х86. основными производителями которых являются компании Intel, AMD и VIA. Ежегодный рост выпуска таких микропроцессоров составляет 10—15%. Доля остальных микропроцессоров с RISC-архитектурой составляет около 20 % рынка.

В настоящее время производятся и используются вычислительные системы на базе микропроцессоров следующих архитектур.(таблица 1)

Таблица 1. Наиболее распространенные микропроцессорные архитектуры.

Микропроцессорная архитектура	Компания-разработчик
X86	Intel, AMD, Cyrix, IDT, Transmeta
La-64	Intel
Power-PC	Motorola, IBM, Apple
Power	IBM
PA	Hewlett-Packard
Alpha	Hewlett-Packard(DEC)
SPARC	SUN
MIPS	MIPS
MAJC	SUN

Исторически микропроцессоры с архитектурой х86 доминировали в персональных ЭВМ, а RISC-процессоры использовались в рабочих станциях, высокопроизводительных серверах и суперкомпьютерах. В настоящее время процессоры с архитектурой х86 несколько потеснили RISC-процессоры в их традиционных областях применения, в то же время, некоторые производители рабочих станций, например SUN, пытаются выйти со своими процессорами на рынок персональных ЭВМ.

На сегодняшний день основные производители микропроцессоров обладают примерно равными технологическими возможностями, поэтому в «борьбе за скорость» на первое место выходит фактор архитектуры. Архитектура микропроцессоров на протяжении ряда лет развивается по двум магистральным направлениям. В рамках каждого направления в той или иной степени используются ранее рассмотренные архитектурные приемы повышения производительности, но имеются и собственные приоритеты.

Первое направление получило условное название SpeedDaemon. Оно характеризуется стремлением к достижению высокой производительности главным образом за счет высокой тактовой частоты при упрошенной внутренней структурной организации микропроцессора.

Второе направление — Drainiac — связано с достижением высокой производительности за счет усложнения логики планирования вычислений и внутренней структуры процессора. Каждое из направлений имеет собственных противников и сторонников и, по-видимому, право на существование.

Компании — производители RISC-процессоров создали и активно развивают свои микропроцессорные архитектуры, обеспечивая обратную программную совместимость между поколениями микропроцессоров одного семейства при уменьшении технологических норм производства и увеличении -производительности.

Общей особенностью большинства RISC-микропроцессоров является высокоскоростная обработка 64-разрялных операндов с фиксированной и плавающей точкой. Построение функциональных узлов таких микропроцессоров требует сложных схемотехнических решений, что обусловливает использование большого числа транзисторов в логических схемах процессора и большого числа; слоев металлизации для осуществления межсоединений.

В поисках способов достижения максимальной производительности разработчики микропроцессоров с RISC-архитектурой все чаше позволяют себе отходить от ее канонических принципов. В то же время, в микропроцессора CISC-архитектуры, яркими представителями которых является семейство х8б, внедряются решении, наработанные при создании RISC-процессоров.

В этой главе, на примерах микропроцессоров различных компаний-производителей, будут рассмотрены основные архитектурно-технические решения, используемые в настоящее время при создании микропроцессоров.

Современные процессоры INTEL

Компания Intel является одной из передовых в производстве современных микропроцессоров. Компанию основали Роберт Нойс и Гордон Мур в 1968 году Intel переводится с английского «интегральная электроника». Бизнес-план компании был распечатан на печатной машинке Робертом Нойсом и занимал всего одну страницу. Предоставив его банку новообразовавшаяся компания получила кредит 2, 5 миллионов долларов .

Компания стала успешной в 1971 году, когда Intel начал сотрудничество с японской компанией Busicom. Intel получил заказ на двенадцать специализированных микросхем, но по предложению инженера Тэда Хоффа компания разработала один универсальный микропроцессор Intel 4004. Производительность этого процессора была сравнима с производительностью мощнейших компьютеров того времени. Следующим был разработан Intel 8008.

В 1990-е компания стала крупнейшим производителем домашних персональных компьютеров. Серии процессоров Pentium и Celeron до сих пор являются самыми распространёнными.

Одним из последних достижений компании Intel, призванным предоставить пользователям новые возможности мобильной работы, стала разработка технологи Centrino. Данная технология предусматривает использование в компьютере новых микропроцессоров PentiumM (на стадии разработки микропроцессор имел кодовое название Banias), нового чипсета Intel 855 и средств доступа к беспроводным сетям передачи данных семейства стандартов 802.11.

Основными чертами систем, построенных по технологии Centrino, являются: низкое энергопотребление, обеспечиваемое «интеллектуальной» системой управления частотой микропроцессорного ядра и напряжением питания — EnhancedSpeedStep, малые массогабаритные характеристики за счет реализации большинства системных функций в высокопроизводительном чипсете, а также расширенные коммуникационные возможности благодаря наличию встроенного контроллера радио-Ethernet.

Микропроцессор PentiumM, являющийся основным элементом технологии Centrino, содержит ряд новых решений, отличающих его от мобильных версий микропроцессоров PentiumIII и Pentium 4. К их числу относятся:

· усовершенствованное прогнозирование ветвлений. В микропроцессоре PentiumM одновременно используются три различных алгоритма предсказания ветвлений, выполняющие анализ условных и безусловных переходов, циклов, а также предыстории выполнения программы. При принятии решения выбираются результаты наиболее точного прогноза;

· объединение микроопераций. Микропроцессор объединяет для одновременного выполнения в различных функциональных блоках несколько микроопераций, являющихся продуктом декодирования CISC-команды. Параллельное выполнение нескольких микроопераций существенно повышает соотношение производительность/энергопотребление;

· усовершенствованное управление стеком. Управление стеком реализовано на уровне микроопераций, что позволило сделать этот процесс менее энергозатратным;

· улучшенная технология управления энергопотреблением EnhancedSpeedStep. В отличие от предыдущей версии этой технологии, поддерживающей два соотношения частота/напряжение питания, в PentiumM предусмотрено большее число соотношений, позволяющих обеспечивать требуемую для выполняемого приложения производительность при минимальном энергопотреблении. Следует отметить также экономию энергии при работе с системной шиной (усилители считывания данных процессора включаются по команде чипсета только на период приема данных) и кэш-памятью (активизируется только тот фрагмент кэша, к которому в данный момент осуществляется обращение).

Микропроцессор содержит блок векторных операций SSE2, раздельную кэш-память команд и данных первого уровня размером 32 Кбайт каждая, общую кэш-память второго уровня размером I Мбайт. Эффективная частота процессорной шины составляет 400 МГц, а частота работы процессорного ядра — от 0,9 до 1,6 ГГц. Мощность, потребляемая микропроцессором для тактовой частоты 1,6 ГГц, составляет 24,5 Вт.

Процессор производится по технологии 0,13 мкм и содержит на кристалле 77 млн транзисторов.

По производительности PentiumM с тактовой частотой 1,7 ГГц сравним с Pentium 4 — 2,5 ГГц. Средняя потребляемая мощность микропроцессора составляет от 1 до 7 Вт, а максимальная — не превышает 25 Вт.

Core 2 Duo — x86-совместимый процессор. Принадлежит семейству процессоров Intel Core 2.

Core 2 Duoи Core 2 Extreme, разработан на основе IntelPentiumM (архитектура PentiumPro), обогащённым лучшими наработками архитектуры NetBurstи рядом совершенно новых технологий:

· Intel Wide Dynamic Execution— технология выполнения большего количества команд за каждый такт, повышающая эффективность выполнения приложений и сокращающая энергопотребление. Каждое ядро процессора может выполнять до четырех инструкций одновременно с помощью 14-стадийного конвейера

· Intel Intelligent Power Capability— технология, с помощью которой для исполнения задач активируется работа отдельных узлов чипа по мере необходимости, что значительно снижает энергопотребление системы в целом

· Intel Advanced Smart Cache— технология использования общей для всех ядер кэш-памяти L2, что снижает общее энергопотребление и повышает производительность, при этом, по мере необходимости, одно из ядер процессора может использовать весь объём кэш-памяти при динамическом отключении другого ядра

· Intel Smart Memory Access— технология оптимизации работы подсистемы памяти, сокращающая время отклика и повышающая пропускную способность подсистемы памяти

· Intel Advanced Digital Media Boost— технология обработки 128-разрядных команд SSE, SSE2 и SSE3, широко используемых в мультимедийных и графических приложениях, за один такт

Все процессоры Core 2 Duo работают с тактовой частотой системной шины (Front Side Bus, FSB) 266 МГц, в то время как большинство моделей Pentium 4 и Pentium D используют 200-МГц шину. За исключением процессоров начального уровня, все модели оснащены 4 Мбайт кэша L2, который используют оба процессорных ядра. Все процессоры поддерживают 64-битные расширения Intel (EM64T), мультимедийные инструкции (SSE2 и SSE3), технологию виртуализации (VT) и бит запрета выполнения (XD). Кроме этих функций, все модели поддерживают последние технологии управления энергопотреблением вроде Thermal Monitor 2 (TM2), Enhanced Halt State (C1E) и Enhanced SpeedStep (EIST).

В настоящее время архитектура этого нового процессора является очень мощной, которая решит проблемы многих пользователей.

Intel Core 2 Quad

Intel Core 2 Quad — семейство новых четырёхъядерных процессоров Intel, в котором объединяются два двухъядерных кристалла на одной платформе. Для производства процессора была использована инновационный 45-нм технологический процесс. Хотя эти процессоры и являются очередными вариантами широко распространённой микроархитектуры Core, они представляют немалый интерес. Дело в том, что Quad– это не простой результат перевода предыдущих 65-нм процессорных ядер на новую производственную технологию. В них инженеры Intel реализовали целый ряд усовершенствований, направленных на увеличение производительности, достигаемое без роста тактовой частоты. В его основе лежит два полупроводниковых двухъядерных кристалла Wolfdale, убранных в единую процессорную упаковку.

Для освоения 45-нм технологического процесса компания провела огромную научно-исследовательскую работу, в рамках которой классические диэлектрические материалы (в частности, оксид кремния), применяемые с 60-х годов прошлого века для производства интегральных микросхем, были заменены на принципиально новые (соединения редкоземельного металла гафния). Новые 45-нм транзисторы используют металлический затвор вместо затвора из поликристаллического кремния, а также диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k) – силицид гафния.

Эти изменения в конструкции полупроводниковых элементов позволяют решить сразу несколько насущных задач. Новый технологический процесс с нормами 45 нм почти вдвое поднимает плотность расположения транзисторов на кристалле, а кроме того, примерно на 20 % увеличивает их скорость переключения и на 30 % снижает необходимую для этого мощность. В качестве дополнительного бонуса, благодаря новым материалам значительно уменьшаются и токи утечки: в канале исток-сток – ориентировочно в пять раз, а через диэлектрик затвора – примерно на порядок.

Благодаря новому технологическому процессу Intel собирается в течение следующего года нарастить частоты своих процессоров семейства Core 2 Quad до 3,0 ГГц, а линейки Core 2 Duo – до 3,33 ГГц, удерживая их при этом в рамках привычных тепловых пакетов 95 и 65 Вт, соответственно. Еще тодно преимущество новой технологии: процессоры будут обладать кэш-памятью второго уровня суммарным объёмом 12 Мбайт: по 6 Мбайт на каждые два ядра.

Иными словами, с внедрением нового технологического процесса никаких изменений в строении процессоров с четырьмя ядрами не произошло. Пары ядер всё также расположены на разных кристаллах и обмениваются данными через системную шину и оперативную память. Впрочем, измерение латентности кэш-памяти на практике показывает, что у нового процессора при увеличении в объёме он стал всё-таки слегка медленнее.

Вместе с увеличением объёма кэш-память новых CPU получила дополнительную функцию «enhanced cache line split load». Цель этого нововведения заключается в ускорении выборки из кэш-памяти неправильно выровненных данных, части которых могли бы быть помещены в одной строке, но попали в разные строки кэша. Новая функция пытается предугадать такие данные и сделать их выборку из кэша столь же быстрой, как если бы они лежали в одной строке. В теории, это усовершенствование может ускорить работу приложений, работа которых связана со сканированием трактов.

Процессоры Quad обладаюьт расширением системы SIMD-команд. В новом поколении своих CPU Intel ввёл поддержку набора SSE4.1, состоящего из 47 новых инструкций. Тем не менее, новые команды, несмотря на достаточно большое их количество, не представляют собой связанного множества, набор SSE4 включает разнородные дополнения к уже существующим SIMD-инструкциям. Новые команды, по традиции, должны будут помочь в увеличении скорости работы новых процессоров с трёхмерной графикой, с потоковым видео и в целом ряде научных вычислительных задач.

В заключение хочется заметить, что компания Intel взяла хороший темп смены технологических процессов и процессорных архитектур. Как планируется, новые микроархитектуры теперь будут предлагаться Intel каждые два года, а через год после их внедрения процессорные ядра должны будут переводиться на новый техпроцесс с внесением в них некоторых небольших усовершенствований. Согласно этому плану, ближе к концу следующего года ожидает встреча с принципиально новой архитектурой, известной сегодня под кодовым именем Nehalem.

Современные микропроцессоры компании АМD

Успешную конкуренцию микропроцессорам Intel составляет продукция компании AMD. По ряду показателей микропроцессоры этой компании занимают лидирующее положение. Отдельные интересные архитектурно-технические решения, впервые примененные в микропроцессорах AMD, впоследствии получили распространение в изделиях других производителей, в том числе и в микропроцессорах компании Intel.

Микропроцессор К5

В течение ряда лет AMD, отставая от Intel по крайней мере на одно поколение микропроцессоров, полагалась в основном на лицензированную технологию и вносила незначительные конструктивные изменения в выпускаемые микропроцессоры. Появление микропроцессора Pentium создало лля AMD прямую угрозу вытеснения с рынка, что стимулировало компанию к интенсификации работ по созданию нового семейства х86-совместимых микропроцессоров. Работы над К5 были начаты, когда еще не были известны подробности о процессоре Pentium. Инженерам AMD пришлось разрабатывать собственную микроархитектуру, обеспечивая при этом совместимость с существующим программным обеспечением для процессоров х86.

Первоначально AMD планировала начать поставки своего микропроцессора с тактовой частотой 100—120 МГц в 1995 году, однако было выпущено лишь несколько тысяч таких процессоров, а их тактовая частота составила всего 75 МГц. Основные поставки К5 начались в первом квартале 1996 года, после того как компания перешла на 0,35 мкм технологию, разработанную совместно с Hewlett-Packard. Это позволило довести число транзисторов до 4,2 млн на кристалле площадью 167 мм2 .

К5 ]68] — это первый микропроцессор AMD, при создании которого не использовалась никакая интеллектуальная собственность Intel (за исключением микрокода), в то же время, он обладает лучшей по сравнению с процессорами Intel производительностью. Многие приложения, такие как MicrosoftExcel, Word, CorelDRAW, работали на процессорах серии К5 на 30% быстрее, чем на Pentium с той же тактовой частотой. Такая производительность достигалась в основном за счет увеличенного объема кэш-памяти и более прогрессивной суперскалярной архитектуры. Используемая в микропроцессорах AMD архитектура RISC86 .

Как известно, команды х86 отличает переменная длина и сложная структура, затрудняющие их декодирование и анализ существующих зависимостей между инструкциями по данным. В предлагаемой AMD архитектуре декодер, представляющий собой наиболее сложную часть микропроцессора, раз бивает длинные CISC-инструкции на небольшие RISC-подобные комгюнен ты, так называемые ROP (RISC-операции).

ROP напоминают команды микрокода микропроцессоров х86. Первые микропроцессоры с архитектурой х86 выполняли свой сложный набор микрокоманд, выбирая из внутренней постоянной памяти микрокод. В последних микропроцессорах х86 использование микрокода сведено к минимуму за счет применения простых команд и их аппаратной реализации.

В отличие от Pentium, вместо двух конвейеров для параллельного выполнения двух целочисленных операций, К5 имеет шесть параллельно функционирующих блоков. Одновременно с целочисленными операциями могут выполняться инструкции с плавающей точкой, загрузки/сохранения или перехода. Блок загрузки/сохранения может за один цикл выбирать из памяти две инструкции. Другим отличием от Pentium является то, что К5 может изменять последовательность выполняемых команд.

Блок выполнения операций с плавающей точкой (FPU) отвечает стандартам х86, однако по производительности несколько уступает FPU процессора Pentium.

Использованное в архитектуре К5 сочетание принципов CISC и RISC позволило преодолеть ограничения набора команд х86. Ценой увеличения сложности процессора AMD удалось повысить его производительность, сохранив совместимость с системой команд х86. Последнее весьма важно с учетом широкой распространенности программного обеспечения для этой микропроцессорной архитектуры.

Микропроцессор К6 был выпушен в 1997 году по технологии КМОП 0,35 мкм с пятислойной металлизацией, содержал 8,8 млн транзисторов на кристалле площадью 162 мм2, работал с тактовыми частотами 166, 200 и 233 МГц и устанавливался в разъем Socket 7.

Как и в К5, в К6 была применена суперскалярная архитектура RISC86 с раздельным декодированием/исполнением команд, обеспечивающая преемственность с системой команд х86 и достижение высокой производительности, свойственной микропроцессорам шестого поколения. К6 был оснащен мультимедийным расширением системы команд— ММХ. По производительности К6 при одной и той же тактовой частоте существенно превосходил Pentium ММХ и был сравним с PentiumPro. В отличие от PentiumPro, К6 одинаково успешно работал как с 32-разрядными, так и с 16-разрядными приложениями.

Высокая производительность процессора обеспечивалась благодаря ряду новых архитектурных и технологических решений.

· В процессоре выполняется преддекодирование команд х86 при их выборке в кэш-памяти. Каждая команда в кэш-памяти первого уровня снабжается битами преддекодирования, указывающими смещение начала следующей команды в кэш-памяти (от I до 15 байт).

· К6 содержит внутреннюю раздельную кэш-память первого уровня по 32 Кбайт для данных и команд.

· В процессоре реализован высокопроизводительный блок вычислений с плавающей точкой.

· Имеется высокопроизводительный блок мультимедийных операций стандарта ММХ.

· Используется множественное декодирование х86-инструкций в однотактовые RISC-операции (ROP).

· Процессор содержит параллельные дешифраторы, централизованный планировщик операций и семь исполнительных блоков, которые обеспечивают суперскалярное выполнение инструкций в шестиступенчатом конвейере.

· В процессоре используется спекулятивное исполнение с изменением последовательности команд, предварительная посылка данных, переименование регистров.

В начале 1998 года были выпущены варианты процессора по технологии 0,25 мкм с пятью слоями металлизации для тактовых частот 266 МГц и 300 МГц.

Микропроцессор следующего поколения — К7 (кодовое имя Athlon) был выпущен в июне 1999 года. К7 содержит более 22 млн транзисторов на кристалле площадью 184 мм2 и изначально производился по технологии 0,25 мкм с 6 слоями металлизации* для тактовых частот 500, 550, 600 и 650 МГц. Впоследствии, с переходом на технологию 0,18 мкм, частота была увеличена до 1 ГГц и выше. Напряжение питания микропроцессора составляет 1,6 В.

Процессор размешен в картридже и соединяется с платой через Slot А, разработанный AMD. Athlon и Slot А используют шинный протокол DigitalAlphaEV6, который имеет ряд преимуществ по сравнению с GTL+, используемым Intel. Так, EV6 предусматривает возможность использования топологии «pointtopoint» для мультипроцессорных систем. Кроме этого, EV6 работает по переднему и заднему фронту тактирующего сигнала, что при частоте 100 МГц дает эффективную частоту передачи данных 200 МГц и пропускную способность интерфейса 1,6 Гбайт/с. В последующих моделях процессора частота работы шины (эффективная частота) достигла значений 133 (266), а затем и 200 (400) МГц.

Архитектура, реализованная в Athlon, получила название QuantiSpeed™, она определяет суперскалярное, суперконвейерное выполнение команд, конвейерный блок вычислений с плавающей точкой, аппаратную предвыборку данных в кэш-память и усовершенствованную технологию предсказания ветвлений.

Athlon имеет девять исполнительных блоков: три для обработки целочисленных данных (IEU), три для вычисления адреса (AGU) и три блока для вычислений с плавающей точкой и обработки мультимедийных данных (один для загрузки/сохранения данных с плавающей точкой (FSTORE) и два конвейерных блока для исполнения команд FPU/MMX/3DNOW).

Athlon может декодировать три команды х86 в шесть RISC-операций. После декодирования ROP попадают в буфер, где ожидают своей очереди на выполнение в одном из функциональных блоков процессора. Буфер К7 содержит 72 операции (в три раза больше чем у Кб) и выдает 9 ROP для 9 исполнительных устройств.

Athlon имеет 128 Кбайт кэш-памяти первого уровня (64 Кбайт для данных и 64 Кбайт для команд). Для взаимодействия с кэш-памятью второго уровня предусмотрена специальная шина (как у архитектуры Р6 Intel), Кэш-память второго уровня размером 512 Кбайт расположена вне процессорного ядра, в процессорном картридже, и работает на половинной частоте ядра.

Следующим микропроцессором с архитектурой К7 на ядре Thunderbird стал Duron — бюджетный вариант микропроцессора, ориентированный на дешевые ПК. Основным его отличием является уменьшенная до 64 Кбайт кэшпамять второго уровня. Duron содержит 25 млн транзисторов на кристалле 100 мм2 и рассчитан на частоты от 600 до 1200 МГц.

Размещение кэш-памяти на кристалле позволило разработчикам отказаться от использования картриджа и вернуться к разъему типа soket (462-контактный разъем Socket А). В процессорах Athlon и Duron работа кэшпамяти осуществляется по алгоритму, обеспечивающему эксклюзивность представления данных в кэшах (данные не дублируются в кэш-памяти первого и второго уровней), что увеличивает эффективный объем кзширован-ных данных.

Благодаря примененным в К7 новым архитектурно-техническим решениям микропроцессорам AMD удалось на 7—10% превысить производительность PentiumIII при равных тактовых частотах.

Дальнейшее совершенствование архитектуры и технологии производства микропроцессоров в рамках семейства К7 привело к появлению двух новых версий Athlon: AthlonXP й AthlonMP.

Основное отличие процессора AMDAthlonMP от AMDAthlonXP — использование технологии SmartMP, которая представляет собой совокупность высокоскоростной двойной системной шины и протокола когерентного кэша MOESI, управляющего пропускной способностью памяти, что необходимо для достижения оптимального баланса работы процессоров в многопроцессорных системах. Пропускная способность шины составляет 2,1 Гбайт/с, в расчете на каждый процессор.

Процессор выпускается с тактовыми частотами от I ГГц (технология 0,18 мкм) до 2,133 ГГц (технология 0,13 мкм, ядро Thoroughbred).

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.

В данной курсовой работе было изучено устройство микропроцессоров, его технологии изготовления и были рассмотрены виды современных микропроцессоров.

Задачей, поставленные в данной курсовой работе были выполнены. Был сделан анализ тенденций развития современных микропроцессоров, выявлена их значимость для общества и сделаны приблизительные прогнозы о их будущем развитии.

В результате проведенной работы были сделаны следующие выводы: на мировом рынке продажи процессоров в настоящее время лидируют две компании Intel и АMD. Которые в свою очередь непрерывно конкурируют между собой и пытаются вытеснить друг друга с мирового рынка. В начале 2005 года лидером была компания AMD, чьи процессоры были и производительнее, и дешевле, имели меньшее тепловыделение. Но в апреле того же года Intel пустила процессор Core 2 Duo, а в 2007 Core 2 Quad, которые стали лидерами по продажам на мировом рынке. Сейчас лидерство оставляет за собой компания Intel. Но и AMD ведет бурные научно-исследовательские работы и, возможно, в скором будущем выпустит на рынок совершенно новый и мощный микропроцессор.

ru.wikipedia.org/wiki/Intel_Core_2_Quad

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

www.ronl.ru

Реферат: Микропроцессоры

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Хабаровский государственный технический университет

кафедра АиС

Р Е Ф Е Р А Т

на тему:

Микропроцессоры

Выполнили: ст.гр.УИТС-71

Буренок Н.

Проверил: .

Х а б а р о в с к 1998

Содержание

1. Введение

2.Важнейшие определения

3.Cемейство процессоровx88/x86

4. i8088

5. i8086

6. i80286

7. i80386DX

8. i80386SX

9. i486

10.i486SX

11.i80386SL

12.i486SL

13. Процессоры с умножением частоты.

14.Pentium

15.Pentium Pro

16.Pentium II Xeon

17.Несколько слов о производительности.

Введение.

С внешними устройствами микропроцессор может «общаться» благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенных на специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь, например только 16 линий внешних данных. Объём физически адресуемой микропроцессорной памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N - количество адресных линий.

Важнейшие определения.

Регистрпредставляет собой совокупность бистабильных устройств ( то есть имеющих два устойчивых состояния), предназначенных для хранения информации и быстрого доступа к ней. В качестве таких устройств в интегральных схемах используют триггеры. Триггер в свою очередь выполнен на транзисторных переключателях (электронных ключах). В регистре из N триггеров можно запомнить слово из N бит информации.

Порт- это некая схема сопряжения, обычно включающая в себя один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющая подключить, например периферийное устройство к внешним шинам микропроцессора. Практически каждая микросхема использует для различных целей несколько портов ввода-вывода. Каждый порт персональном компьютере имеет свой уникальный номер. Заметим, что номера порта - это, по сути, адрес регистра ввода-вывода, причём адресные пространства основной памяти и портов ввода-вывода не пересекаются.

Подпрерываниемпонимается сигнал, по которому процессор узнаёт совершении некоторого асинхронного события. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а в место неё начинает выполнятся другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Прерывания можно классифицировать как аппаратные, логические и программные. Аппаратные прерывания обычно связаны с запросами от периферийных устройств (например, нажатие клавиши клавиатуры ), логические возникают при работе самого микропроцессора

Семейство процессоровx88/x86.

i8088

i8086

Чип 8086, появившийся ровно на год раньше своего счастливого последователя (в июне 1978 года), стал популярен благодаря компьютеру CompaqDeskPro. Программная модель (доступные регистры) этого микропроцессора полностью совпадает с моделью i8088. Основное отличие данных микропроцессора состоит в различной разрядности внешней шины данных: 8 разрядов у i8088 и 16 у i8086. Понятно, что более высокой производительности с новым микропроцессором можно было достичь при использовании компьютера, на системной шине которого под данные предусмотрено 16 линий. Адресная шина микропроцессора i8086 по-прежнему позволяла адресовать 1 Мбайт памяти.

i80286

Опираясь на архитектуру i8086 и учитывая запросы рынка, в феврале 1982 года фирма Intel выпустила свой новый микропроцессор - i80286. На кристалле было реализовано около 130 тысяч транзисторов. Надо сказать, что этот чип появился практически одновременно с новым компьютером фирмы IBM - PC/AT. Наряду с увеличением производительности этот микропроцессор (i80286) мог теперь работать в двух режимах - реальном и защищённом. Если первый режим был (за рядом исключений) похож на обычный режим работы i8088/86, то второй использовал более изощрённую технику управления памятью. В частности, защищённый режим работы позволял, например, таким программным продуктам, как Windows 3.0 и OS/2, работать с оперативной памятью свыше 1 Мбайта. Благодаря 16 разрядам данных на новой системной шине, которая была впервые использована в IBMPC/AT286, мог обмениваться с периферийными устройствами 2-байтными сообщениями. 24 адресные линии нового микропроцессора позволяли в защищённом режиме обращаться уже к

i80386DX

В октябре 1985 года фирмой Intel был анонсирован (представлен) первый

« естественные » (native) 32-разрядные программы. Напомним, что 32 адресные линии микропроцессора позволяли физически адресовать 4 Гбайта памяти. Кроме того был введён новый режим - виртуального процессора (V86). В этом режиме могли одновременно выполняться несколько задач, предназначенных для i8086.

i80386SX

24-разрядную адресную (адресуемое пространство - 16 Мбайт). Это было особенно удобно для стандарта PC/AT, системная шина которых использует, как известно, только 16 линий данных. Благодаря дешевизне нового изделия многие производители «железа» стали заменять уже устаревший микропроцессор i80286 на более производительный i80386SX. Одним из решающих факторов для замены была полная совместимость 32-разрядных микропроцессоров: программное обеспечение, написанное для i80386DX, корректно работало и на i80386SX. Дело в том, что внутренние регистры их были полностью идентичны. Надо отметить, что уже к концу 1988 года микропроцессор i80386SX выпускался в количестве, существенно превосходящих рекордные показатели для i80386DX. Кстати, говорят, что индекс SX произошёл от слова SiXteen (шестнадцать), поскольку разрядность внешней шины данных нового тогда процессора была именно такой. В дальнейшем, правда, для 486-х процессоров SX стал означать отсутствие математического сопроцессора.

i486

На осенней выставке Comdex в 1989 году фирма Intel впервые анонсировала микропроцессор i486DX, который содержал более миллиона транзисторов (а точнее, 1,2 миллиона) на одном кристалле и был полностью совместим с процессором ряда х86. Напомним, что на кристалле первого члена этого семейства - микропроцессора i8088 - насчитывалось около 29 тысяч транзисторов. В борьбе с микропроцессорами-клонами фирма Intel намеренно убрала из названия нового устройства число 80. Новая микросхема впервые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память. Использование конвейерной архитектуры, присущей RISC-процессорам, позволило достичь четырёхкратной производительности обычных 32-разрядных систем. Это связано с уменьшением количества тактов для реализации каждой команды. 8-Кбайтная встроенная кэш-память ускоряет выполнение программ за счёт промежуточного хранения часто используемых команд и данных. На тактовой частоте 25 МГц микропроцессор показал производительность 16,5MIPS. Созданная в июне 1991 года версия микропроцессора с тактовой частотой

i486SX

20 МГц работают быстрее (примерно на 40%) компьютеров, основанных на i80386DX с тактовой частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX, подобно оригинальному i486DX, содержит на кристалле и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован. Значительная экономия (благодаря исключению затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме Intel существенно снизить цены на новый микропроцессор. Надо сказать, что если микропроцессор i486DX был ориентирован на применение в сетевых серверах и рабочих станциях, то i486SX послужил отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. Вообще говоря, в семействе микропроцессоров i486 предусматривается несколько новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: соответствующие команды поддерживают механизм семафоров памяти, аппаратно-реализованное выявление недостоверности строки кэш-памяти обеспечивает согласованность между несколькими модулями кэш-памяти и т.д. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти размером 64 Тбайт.

i80386SL

К концу 1991 года 32-разрядные микропроцессоры стали стандартными для компьютеров типа лэптоп и ноутбук, однако обычные микросхемы i80386DX/SX не полностью отвечали требованиям разработчиков портативных компьютеров. Для удовлетворения потребностей этого сегмента рынка в 1990 году фирмой Intel был разработан микропроцессор i80386SL, который содержал примерно 855 тысяч транзисторов. Данный микропроцессор представляет собой интегрированный вариант микропроцессора i80386SX, базовая архитектура которого дополнена ещё несколькими вспомогательными контролерами. По существу, все компоненты, необходимые для построения портативного компьютера, сосредоточены в двух микросхемах: микропроцессоре i80386SL и периферийном контролере i82360SL. В набор i82360SL впервые введено новое прерывание, называемое SystemManagementInterrupt (SMI), которое может быть использовано для обработки событий, связанных, например, с управлением потребляемой мощностью. Вместе с математическим сопроцессором i80386SL данный набор микросхем позволяет создать 32-разрядный компьютер на площади, не намного превышающий размер игральной карты.

i486SL

Микросхема i486SL представляет собой самый производительный процессор серии SL, разработанный фирмой Intel. Анонсированная в конце 1992 года, эта микросхема объединяет характерные черты двух представителей процессорных семейств Intel: i486DX и i80386SL. По производительности новый процессор не уступает i486DX, но благодаря пониженному напряжению питания (3,3 В) и развитой технологией управления энергоснабжения (как в i80386SL) он может эффективно использоваться в портативных компьютерах. Производительность системы на базе i486SL можно существенно улучшиться благодаря 16-разрядной шине высокоскоростного периферийного интерфейса PI, которая поддерживает быстрый интерфейс графического дисплея и устройств хранения информации на основе флэш-памяти. По некоторым оценкам, системная плата компьютера на базе i486SL примерно на 60% меньше, чем при использовании i80386SL, а среднее время автономной работы компьютера-блокнота (около 3 часов) может увеличится на один час только за счёт использования нового микропроцессора.

Кстати, с конца 1993 года фирма Intel начала выпускать новую серию микропроцессоров 486SLEnhanced, которая заменила 5-вольтовые 486SX, 486DX, 486DX2, и OverDrive-процессоры. Подобные процессоры имеют напряжение питания 3,3 В и развитую технологию энергосбережения, что полностью соответствует американской национальной программе EnergyStar.

Процессоры с умножением частоты.

В настоящее время технология умноженной частоты (не только в два, но и, например, в полтора, два с половиной или три раза) находит широкой практическое применение во всех современных процессорах. Так, фирма Intel выпускала серию микропроцессоров с умножением частоты - DX4 (кодовое название P24C ). Процессоры этого семейства - 486DX4-75, 486DX4-83 и 486DX4-100 имеют кэш-память 16 Кбайт и предназначены для установки с системные платы, работающие на тактовой частоте 25 и 33 МГц. Напряжение питания этих процессоров составляет 3,3 В, количество транзисторов на кристалле - 1,6 миллиона.

Pentium

В марте 1993 года фирма Intel объявила о начале промышленных поставок 66- и 60-мегагерцовых версий процессора Pentium, известного ранее как 586 или P5. Название нового микропроцессора является зарегистрированной торговой маркой корпорации Intel . Таким образом, в системах IntelInside микропроцессор 586 фигурировать не будет. Системы, построенные на базе Pentium, полностью совместимы со 100 миллионов персональных компьютеров, использующих микропроцессоры i8088, i80286, i80386, i486. Новая микросхема содержит около 3,1 миллиона транзисторов и имеет 32-разрядную адресную и 64-разрадную внешнюю шину данных, что обеспечивает обмен данными с системной платой со скоростью до 528 Мбайт/с. В отличие от 486-х процессоров, для производства которых использовалась CMOS-технология, для Pentium фирмы Intel применила 0,8-микронную BiCMOS-технологию.

Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность 112 MIPS (миллионов операций в секунду). Суперскалярная архитектура содержит два пятиступенчатых блока исполнения, работающих независимо и обрабатывающих две инструкции за один такт синхронизации. Pentium имеет два раздельных 8-Кбайтных кэша: один для команд и один для данных. Одним из наиболее интересных новшеств, используемых в Pentium, является небольшая кэш-память, называемая BranchTargetBuffer - BTB (буфер меток перехода), которая позволяет динамически предсказывать переходы в исполняемых программах. По скорости выполнения операций с плавающей точкой Pentium оставляет далеко позади всех своих «собратьев по классу» - i486DX-33 (почти в 10 раз), i486DX2-66 (2,5 раза). Это достигается, в частности, благодаря реализации оптимальных алгоритмов, а также специализированным блокам сложения, умножения и деления с восмиступенчатой конвейеризацией, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за один такт. Как известно, в процессорах i486 специального конвейера для устройств с плавающей точкой предусмотрено не было.

В настоящее время микросхемы Pentium сняты с производства.

PentiumPro

1 ноября 1995 года фирма Intel объявила о начале коммерческих поставок микропроцессора нового поколения PentiumPro именуемого до недавнего времени P6. В его основе лежит комбинация технологий, известная как DynamicExecution. Собственно, это три уже известные технологии: многократное предсказание ветвлений, анализ потоков данных и эмуляция выполнения инструкций. В корпусе микросхемы размещены два кристалла, одним из которых является 256- или 512-Кбайтная кэш-память второго уровня. На кристалле процессора, как обычно, расположен 16-Кбайтный кэш. На сегодняшний день в семейство PentiumPro входят микропроцессоры с тактовой частотами 200, 180, 166 и 150 МГц. Если микросхема PentiumPro 150 выпускается согласно технологическим нормам 0,6 мкм, то процессоры с более высокой тактовой частотой используют уже технологические нормы 0,35 мкм. Показатель производительности для PentiumPro 200 по тесту SPECint92 соответствует 366. Иными словами, новый процессор превосходит аналогичный показатель даже для RISC-архитектур. Число транзисторов основного кристалла составляет примерно 5,5, а кристалла кэш-памяти - соответственно 15,5 или 31 миллион. При напряжении питания около 3 В процессор (вместе с кэш-памятью второго уровня) рассеивает примерно 14 Вт. Изделие выполнено в PGA-корпусе с 387 выводами.

Архитектура PentiumPro позволяет соединять между собой множество процессоров, создавая таким образом непревзойдённую масштабируемость. Так, Министерство энергетики США создала систему, базирующуюся на 9 тысячах процессоров.

PentiumIIXeon

C начала июля 1998 года по всему миру проходила серия мероприятий, посвящённых представлению самого мощного процессора архитектуры х86 корпорации Intel. Задолго до этого из информации, размещённой на Web-сайтах Intel стало известно его название и назначение. Особо подчёркивалось, что слово Xeon нежно произносить как «Зеон», но российское представительство приняло решение подчинить это название нормам русского (и греческого) языка. Так что в России мы будем иметь дело с «Ксеоном»,- ведь есть же у нас Ван Клиберн и Мехико.

Новый процессор, к слову, стал подарком компании-производителя самой себе по случаю тридцатилетия.

Первое, что бросается в глаза, - необычно крупный размер процессорного картриджа в который «пакуется» Xeon. Он предназначен для установки в разъём новой конструкции Slot 2. По словам разработчиков, это связанно с увеличением ёмкости кэш-памяти второго уровня. В настоящий момент процессоры Xeon с единой тактовой частотой поставляются в двух вариантах: с 512 Кбайт и 1 Мбайт кэша L2. Но уже в текущем году планируется довести ёмкость кэш-памяти второго уровня до 2 Мбайт и повысить тактовую частоту до 450 МГц. Напомню, что старый PentiumII комплектовался лишь 512 Кбайт.

BasicPCIset поддерживает до двух разъёмов 32-разрядной PCI, один - 64-разрядной и до 4 Гбайт системной памяти типа EDO. Его более совершенный «родственник» FullPCIset поддерживает до четырёх слотов типа EDO. Эти чипсеты объединяет функционирование на 100-мегагерцовой частоте системной шины и возможность поддержки многопроцессорных (до четырёх Xeon) конфигураций. 64-разрядная шина PCI способна существенным образом повысить общую производительность системы с учётом оптоволоконной технологии обмена данными с дисковыми массивами, использования высокопроизводительных сетевых магистралей на основе АТМ, GigabitEthernet и других. Повышается, по сути, синхронизация мощности процессора и производительности подсистемы ввода-вывода.

Xeon, как я уже отмечал, предназначен не только для серверов, но и для рабочих и графических станций, для которых одним из важнейших параметров является производительность видеоподсистемы. Для них разработан чипсет Intel 440GXAGPset на базе известного микросхемного набора 440BX. 440GX управляет работой порта AGP в режиме 2х. Режим удвоенной производительности реализуется благодаря так называемой технологии двойной накачки - данные передаются как по переднему, так и по заднему фронтам тактовых импульсов (у обычной AGP - только по переднему), при этом полоса пропускания достигает значения 533 Мбайт/с. Физические параметры интерфейса AGP остаются прежними.

Ещё одним перспективным направлением является кластер с передачей сообщений. Суть её состоит в отсутствии разделения ресурсов. Отдельно стоящие узлы кластера обмениваются данными, например, тактовыми импульсами, сигнализирующими о нормальном состоянии системы. И хотя LAN-соединение остаётся работоспособным, существует необходимость в сети нового типа - так называемой SAN (SystemareaNetwork).

В завершении хотел бы отметить, что некоторые ведущие западные производители (IBM, NCR, Dell) уже начали поставки систем на базе Xeon, а на презентации процессора в России компании Kraftway и «Вист» также представили свои новые серверные решения. Ориентировочные цены на PentiumXeon составят 1124 долларов (L2 512 Кбайт) и 2836 долларов (L2 1 Мбайт) при поставках от тысячи штук.

Несколько слов о производительности.

В 1992 году фирма Intel предложила индекс для оценки производительности своих микропроцессоров - iCOMP (IntelComparativeMicroprocessorPerformance). Сам индекс представляет из себя число, которое отражает относительную производительность данного устройства по сравнению с другими микросхема семейства х86 и Pentium. Производительность процессора 486SX-25 принимается за 100. Заметим, что новый индекс не заменяет известные тестовые программы (benchmark) уже хотя бы потому, что измеряет относительную производительность микропроцессора, а не системы в целом. Кстати говоря, при вычислении индекса iCOMP учитываются операции со следующими «взвешенными» компонентами (числами): 16-разрядные целые (67%),16-разрядные действительные (3%), 32-разрядные целые (25%), 32-разрядные действительные (5%). К слову, именно величина производительности с индексом iCOMP использовалась фирмой Intel в новой системе маркировки процессоров Pentium, например 735\90 и 815\100 для тактовой частоты 90 и 100 МГц. Следует, однако, учитывать, что в реальных системах может наблюдаться другое соотношение производительности процессоров. Связанно это как с особенностями конкретных системных плат, так и, в случае с Pentium, с тем, что для достижения максимальной производительности требуется оптимизация программных кодов.

Список литературы:

1.А.Борзенко.IBMPC: устройство, ремонт, модернизация.-Москва.: «Компьютер Пресс», 1996.-344 с.

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

3.Компьютер Пресс №8 1998г. В.Богданов. Новые процессорXeon.:

с.193-195.

4.Компьютерра // Москва ООО"Пресса" 1997 - 1998 г.

5.Компьютер Пресс // Москва «Компьютер Пресс» 1997 г.- 1998 г.