Современные типы процессоров персональных ЭВМ. Виды процессоров современных

Типы процессоров

Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT использовали микропроцессор Intel-8088. В начале 80-х годов эти микропроцессоры выпускались с тактовой частотой 4,77 МГц, затем были созданы модели с тактовой частотой 8, 10 и 12 МГц. Модели с увеличенной производительностью (тактовой частотой) иногда называются TURBO-XT. Сейчас микропроцессоры типа Intel-8088 производятся в небольших количествах, и для использования не в компьютере, а в различных специализированных устройствах.

Модель IBM PC AT использует более мощный микропроцессор Intel-80286, и ее производительность приблизительно в 4-5 раз больше, чем у IBM PC XT. Исходные варианты IBM PC AT работали на микропроцессорах с тактовой частотой от 12 до 25 МГц, т. е. работающие в 2-3 раза быстрее. Микропроцессор Intel-80286 имеет несколько больше возможностей по сравнению с Intel-8088, но эти дополнительные возможности используются очень редко, так что большинство программ, работающих на AT, будет работать и на XT. Сейчас микропроцессоры типа Intel-80286 также считаются устаревшими и для применения в компьютерах не производятся.

В 1988-1991 гг. большая часть выпускаемых компьютеров была основана на достаточно мощном микропроцессоре Intel-80386, разработанным фирмой Intel в 1985 г. Этот микропроцессор (называемый также 80386DX) работает в 2 раза быстрее, чем работал бы 80286 с той же тактовой частотой. Обычный диапазон тактовой частоты 80386DX - от 25 до 40 МГц. Кроме того, фирмой Intel был разработан также микропроцессор Intel-80386SX, он ненамного до роже Intel-80286, но обладает теми же возможностями, что и Intel-80386, только при более низком быстро действии (приблизительно в 1, 5-2 раза).

Микропроцессор Intel-80386 не только работает быстрее Intel-80286, но и имеет значительно больше возможностей, в частности, он содержит мощные средства для 32-разрядных операций (в отличие от 16-разрядных 80286 и 8088).

Эти средства активно используются производителями программного обеспечения, поэтому многие выпускаемые сейчас программы предназначены для использования только на компьютерах с микропроцессорами модели Intel-80386 или более старшей.

При создании микропроцессора Intel-80386 фирма Intel рассматривала его как самый передовой микропроцессор, обеспечивающий достаточную производительность для большинства решаемых задач. Однако получившая широчайшее распространение начиная с 1990-1991 гг. операционная оболочка Windows фирмы Microsoft резко увеличила требования к вычислительным ресурсам компьютера, и во многих случаях работа Windows-программ на компьютере с микропроцессором Intel-80386 оказалась слишком медленной. Поэтому в течение 1991-1992 гг. большинство производителей компьютеров переориентировались на использование более мощного микро процессора Intel-80486 (или 80486DX). Этот микропроцессор мало отличается от Intel-80386, но его производительность в 2-3 раза выше. Среди его особенностей следует отметить встроенную кэш-память и встроенный математический сопроцессор. Фирмой Intel также разработаны более дешевый, но менее производительный вариант -80486SX и более дорогие и более быстрые варианты -80486DX2 и DX4. Тактовая частота 80486 обычно находится в диапазоне 25-50 МГц, 80486DX2- 50-60 МГц, а DX4- до 100 МГц.

В 1993 г. фирмой Intel был выпущен новый микропроцессор Pentium (ранее анонсировавшийся под названием 80586). Этот микропроцессор еще более мощен, особенно при вычислениях над вещественными числами. Как и Intel-80486, он содержит встроенный математический сопроцессор, причем значительно более эффективный, чем у Intel-80486. Для увеличения производительности в Pentium применены и другие усовершенствования: более быстрая и более широкая магистраль передачи данных (шина данных), большой размер встроенной кэш-памяти, возможность выполнения двух инструкций одно временно и т. д. Тактовая частота выпускаемых микропроцессоров Pentium- от 60 до 233 МГц. При этом микропроцессоры Pentium работают в 1, 5-2 раза быстрее микропроцессоров типа 80486 с той же тактовой частотой, а для задач, требующих интенсивных вычислений над вещественными числами -в 3-4 раза быстрее.

В конце 1996 - начале 1997 годов Intel выпустила улучшенный процессор Pentium ММХ (MMX - Multimedia Extension). Хотя внешне он мало отличается от своего предшественника, архитектура команд претерпела сильные изменения. В наборе инструкций микросхемы появилось 57 новых. Они предназначены для выполнения задач, связанных с обработкой аудио-, видео-, графических и телекоммуникационных данных.

Чтобы разместить в корпусе существующего Pentium новые возможности, компании пришлось пойти на некоторые компромиссы, а именно - процессоры с ММХ не могут одновременно выполнять инструкции ММХ и операции с плавающей запятой, так как и для ММХ команд, и для чисел с плавающей запятой используются одни и те же регистры встроенного сопроцессора. А сделано это для сохранения полной совместимости Pentium ММХ с существующим программным обеспечением. Это не такая уж большая проблема, поскольку сопроцессор используют немногие программы. Однако если найдутся приложения, требующие от процессора частого переключения между операциями с плавающей запятой и ММХ, они будут выполняться на ММХ - процессоре медленнее, чем на обычном процессоре с той же тактовой частотой.

Корпорация Intel 7 мая 1997 года официально представила процессор Pentium II. Выпускаются варианты процессора с тактовой частотой 233 Мгц и 300 МГц, рассчитанные на питание 2.8 В. Главной новостью стало то, что Pentium II не совместим с существующими материнскими платами для Pentium. Новый процессор будет монтироваться в S.E.C-картридже (Single Edge Contact). Полностью закрытый корпус картриджа защищает компоненты, теплоотводящая пластина позволяет использовать любые радиаторы для пассивного или активного теплоотвода. Благодаря этому тепловыделение для модели с тактовой частотой 233 МГц не превышает 38.2 Вт (для сравнения: Pentium 200МГц выделяет 37.9 Вт). Картридж S.E.C будет вставляться в разъем Slot 1, предложенный Intel в качестве нового технологического стандарта форм-фактора компоновки компьютера.

В январе 1999 г. корпорация Intel официально представила свой микропроцессор для PC Pentium III. По словам представителя компании Сета Уолкера, Pentium III должен продвинуть технологию вперед сразу на нескольких фронтах, включая тактовую частоту (первые модели процессора будут работать на частоте 450 и 500 МГц), обработку графики, скорость и надежность работы с Интернетом. План дальнейшего развития семейства изделий Pentium III предусматривает переход с технологической нормы 0,25 мкм на 0,18 мкм (рабочее название соответствующего микропроцессора — Coppermine). Переход с 0,25 мкм на 0,18 мкм приведет к повышению его производительности и снижению потребляемой мощности. Это позволит довести быстродействие кристаллов до 600 МГц и выше. Тактовая частота первых 0,25-мкм процессоров Pentium III составит 450 и 500 МГц. В процессор добавлены новые инструкции. Этот набор команд с кодовым названием Katmai New Instructions нацелен на повышение производительности обработки графики. Кроме того, он поможет ускорить работу приложений видео, аудио, распознавания речи и других подобных технологий. В марте 2001 г. Intel выпустила процессор Xeon 900 МГц - он стал последним членом семейства Pentium III. Этот процессор оснащен 2-Мбайт кэшем второго уровня, что повышает его производительность.

В ноября 2000 г. корпорация Intel подтвердила свое намерение выпустить микропроцессор Pentium 4 и объявила об планах перевода массовых настольных PC с Pentium III на Pentium 4 уже к концу 2001 года. Процессор Pentium 4 построен на основе микроархитектуры Intel NetBurst. Это первая принципиально новая микроархитектура процессоров для настольных ПК, разработанная фирмой за последние пять лет, с тех пор как в 1995 году был выпущен процессор Pentium Pro с микроархитектурой P6. В архитектуре NetBurst используется несколько новых технологий: гиперконвейерная технология (Hyper Pipelined Technology) с глубиной конвейера, вдвое превышающей таковую в Pentium III; ядро быстрого выполнения (Rapid Execution Engine), повышающее производительность при работе с целочисленными данными за счет работы на удвоенной тактовой частоте по сравнению с частотой основного ядра; и кэш-память с отслеживанием выполнения (Execution Trace Cache), хранящая уже «декодированные» команды; таким образом устраняется задержка при анализе повторно исполняемых участков кода.

Процессор Pentium 4 содержит 42 млн транзисторов на кристалле, снабжен кэш-памятью объемом 256 Кбайт и имеет 144 новые инструкции — так называемые потоковые SIMD-расширения-2 (SSE2), ускоряющие обработку блоков данных с плавающей запятой. В качестве основы платформ на базе Pentium 4 применяется чипсет Intel 850. Это пока единственный набор микросхем на рынке, разработанный для нового процессора. Чипсет поддерживает двухканальную память Rambus Direct RAM (RDRAM) с пропускной способностью 1,6 Гбайт/с по каждому каналу и системную шину с тактовой частотой 400 МГц и пропускной способностью до 3,2 Гбайт/с. На самом деле тактовая частота системной шины равна 100 МГц, а за один такт выполняется четыре операции (аналогичное решение применяется в AGP 4x). Intel также представила первую системную плату ATX D850GB для настольных ПК на базе нового чипсета. В настоящее время выпускаются 1.4-, 1.5- и 1.7-ГГц версии Pentium 4. Они производятся по 0,18-микронной технологии.

По мнению ведущих аналитиков, в 2001 году производители микрочипов произведут переход 2-ГГц рубежа: новые технологии производства полупроводниковых микросхем, включая нанесение на полимерную пленку и сверхминиатюризацию, позволят производителям перейти рубеж в 2 ГГц.

Структура микропроцессора.

Микропроцессор-это полупроводниковое устройство, состоящее из одной или нескольких программно-управляемых БИС, включающих все средства, необходимые для обработки информации и управления, и рассчитанное на совместную работу с устройствами памяти и ввода-вывода информации.

Микропроцессор состоит из трех основных блоков:

- арифметически-логического

- блока регистров

- устройства управления

Арифметически-логическое устройство (АЛУ) - выполняет все арифметические и логические преобразования данных.

Устройство управления - электронный блок компьютера, включающий в работу устройства, блоки, электронные элементы и цепи в зависимости от содержания текущей команды.

Регистр - ячейка памяти в виде совокупности триггеров, предназначенных для хранения одного данного в двоичном коде.

Количество разрядов в регистре определяется разрядностью микропроцессора

Регистры общего назначения - образуют сверхоперативную и служат для хранения операндов участвующих в вычислениях, а также результатов вычислений.

Операндом называются - исходные данные, над которыми производятся различные действия в арифметическом устройстве.

Регистр команд - служит для хранения команды, выполняемой в текущий момент времени.

Счетчик команд - регистр, указывающий адрес ячейки памяти, где хранится следующая команда.

Стек (стековая память) - совокупность связанных между собой регистров для хранения упорядоченных данных. Первый выбирается из стека данное попавшее туда последним, и наоборот.

studfiles.net

Основные типы микропроцессоров: разновидности, команды, архитектура

Основные типы микропроцессоров.

Выпускаемые различными производи­телями процессоры делятся на отдельные типы в соответствии с используемыми классификационными признаками. Одним из важнейших признаков помимо вида архитектуры является функциональное назначение. По этому признаку, микро­процессоры разбивают на два больших класса:

● процессоры общего назначения, или универсальные микропроцессоры;

● специализированные процессоры, среди которых наиболее широкое распро­странение получили микроконтроллеры, цифровые сигнальные процессоры и медийные процессоры. Рассмотрим особенности этих процессоров.

Микропроцессоры общего назначения. Этот класс процессоров предназ­начен для решения широкого круга задач обработки разнообразной информации и находит применение в персональных компьютерах, рабочих станциях, серверах и других цифровых системах массового применения. К универсальным процессо­рам относят 32–разрядные микропроцессоры (хотя некоторые микропроцессоры этого класса имеют 64–разрядную или 128–разрядную структуру), которые изго­тавливаются по самой современной промышленной технологии, обеспечивающей максимальную частоту функционирования.

Большинство типов микропроцессоров этого класса имеют CISC–архитектуру, поскольку используют набор разноформатных команд с различными способами адресации. В их внутренней структуре может содержаться RISC–ядро, выполня­ющее преобразование поступивших команд в   оследовательность простых RISC–операций. Некоторые типы микропроцессоров этого класса непосредственно реализует RISC–архитектуру.

В ряде последних разработок (Itanium РА8500) успешно используются прин­ципы VLIW–архитектуры.

Практически все современные универсальные микропроцессоры используют гарвардскую архитектуру с разделением потоков команд и данных при помощи отдельных блоков внутренней кэш–памяти. В большинстве случаев они имеют су­перскалярную структуру (несколько операционных устройств, осуществляющих одновременную обработку данных) с несколькими исполнительными конвейера­ми (до 10 в современных моделях), каждый из которых содержит до 20 ступеней.

Микроконтроллеры. Этот класс специализированных микропроцессоров ориентирован на применение в качестве устройств или систем управления, встраиваемых в разнообразную (в том числе и бытовую) аппаратуру. Номенкла­тура выпускаемых микроконтроллеров исчисляется несколькими тысячами типов, а общий годовой объем их выпуска составляет миллиарды экземпляров.

Особенностью микроконтроллеров является размещение на одном кристалле, помимо центрального процессора, внутренней памяти и большого набора пери­ферийных устройств.

В состав периферийных устройств обычно входят от одного до восьми 8–раз­рядных параллельных портов ввода–вывода данных, один или два последователь­ных порта, таймерный блок, аналого–цифровой преобразователь, а также такие специализированные устройства, как блок формирования сигналов с широтно–импульсной модуляцией, контроллер жидкокристаллического дисплея и ряд других. Благодаря использованию внутренней памяти и периферийных устройств реализуемые на базе микроконтроллеров системы управления содержат мини­мальное количество дополнительных компонентов.

Для удовлетворения запросов потребителей выпускается большая номенкла­тура микроконтроллеров, которые принято подразделять на 8–, 16– и 32–разрядные.

8–разрядные микроконтроллеры

8–разрядные микроконтроллеры являются наиболее простыми и де­шевыми изделиями этого класса, ориентированными на использование в относи­тельно несложных устройствах массового выпуска. Микроконтроллеры этой груп­пы обычно выполняют относительно небольшой набор команд (50–100), исполь­зующих наиболее простые способы адресации. Основными областями их приме­нения являются промышленная автоматика, автомобильная электроника, измерительная техника, теле–, видео– и аудиотехника, средства связи, бытовая аппаратура.

Для 8–разрядных микроконтроллеров характерна гарвардская архитектура:

● с отдельной внутренней памятью для хранения программ, в качестве которой используются масочно–программируемые ПЗУ (ROM), однократно програм­мируемое ПЗУ (PROM) или электрически репрограммируемое ПЗУ (EPROM, EEPROM или Flash) с объемом от нескольких единиц до десятков килобайт;

● с отдельной внутренней памятью для хранения данных, в качестве которой используется регистровый блок, организованный в виде нескольких регист­ровых банков, или ОЗУ. Ее объем составляет от нескольких десятков байт до нескольких килобайт.

В случае необходимости имеется возможность дополнительно подключать внешнюю память команд и данных объемом до 64–256 Кбайт и более.

Для повышения производительности во многих моделях 8–разрядных микро­контроллеров реализованы принципы RISC–архитектуры, обеспечивающие вы­полнение большинства команд за один такт машинного времени.

16–разрядные микроконтроллеры

16–разрядные микроконтроллеры помимо повышенной разрядности обрабатываемых данных характеризуются:

● более высокой производительностью;

● расширенной системой команд и способов адресации;

● увеличенным набором регистров и объемом адресуемой памяти;

● возможностью расширения объема памяти программ и данных до нескольких мегабайт путем подключения внешних микросхем памяти;

● программной совместимостью с 8–разрядными микроконтроллерами и други­ми возможностями.

Основные области применения — сложная промышленная автоматика, теле­коммуникационная аппаратура, медицинская и измерительная техника.

32–разрядные микроконтроллеры

32–разрядные микроконтроллеры ориентированы на применение в системах управления сложными объектами промышленной автоматики (сред­ствами комплексной автоматизации производства, робототехнические устрой­ствами, двигателями и др.), в контрольно–измерительной аппаратуре, телеком­муникационном оборудовании и других сложных устройствах. 32–разрядные микроконтроллеры содержат:

● высокопроизводительный

CISC– или RISC–процессор, соответствующий по своим возможностям младшим моделям микропроцессоров общего назначе­ния. Например, в микроконтроллерах компании Intel используется процессор i386, а в микроконтроллерах компании Motorola — процессор 680×0. Введе­ние этих процессоров в состав микроконтроллеров позволяет использовать в соответствующих системах управления огромный объем прикладного и си­стемного программного обеспечения, созданный ранее для соответствующих персональных компьютеров. Некоторые типы микроконтроллеров содержат несколько исполнительных конвейеров, образующих суперскалярную структуру;

● внутреннюю память команд емкостью до десятков килобайт и память данных емкостью до нескольких килобайт;

● средства для подключения внешней памяти объемом до 16 Мбайт и выше;

● набор сложных периферийных устройств — таймерный процессор, коммуни­кационный процессор, модуль последовательного обмена и ряд других. Во внутренней структуре этих микроконтроллеров реализуется принстонская или гарвардская архитектура.

Цифровые сигнальные процессоры. Этот класс специализированных мик­ропроцессоров предназначен для цифровой обработки поступающих аналоговых сигналов в реальном времени. Архитектура цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) ориентирована на быстрое выполнение последовательности операций ум­ножения–сложения с накоплением промежуточного результата в регистре–аккуму­ляторе, что обусловлено особенностью алгоритмов обработки аналоговых сигна­лов. Поэтому набор команд этих процессоров содержит специальные команды

MAC (Multiplication with Accumulation — умножение с накоплением), реализующие эти операции.

Значение оцифрованного аналогового сигнала может быть представлено в виде числа с фиксированной или с плавающей точкой. В соответствии с этим ЦСП де­лятся на два класса:

● на процессоры, обрабатывающие числа с фиксированной точкой. К этому классу относятся более простые и дешевые ЦСП, которые обычно обрабатывают 16– или 24–разрядные операнды, представленные в виде правильной дроби. Однако ограниченная разрядность в ряде случаев не позволяет обес­печить необходимую точность результатов;

● на процессоры, обрабатывающие числа с плавающей точкой. Процессоры этого класса проводят вычисления над 32– и 40–разрядными операндами и обеспечивают более высокую точность результатов.

Для повышения производительности при выполнении специфических опера­ций обработки сигналов в большинстве ЦСП реализуется гарвардская архитекту­ра с использованием отдельных шин для передачи адресов, команд и данных. В ряде ЦСП нашли применение также некоторые черты

VLIW–архитектуры, для ко­торой характерно совмещение в одной команде нескольких операций. Такое со­вмещение обеспечивает обработку имеющихся данных и одновременную загруз­ку в исполнительный конвейер новых данных для последующей обработки.

Медийные процессоры

Медийные процессоры. Этот тип процессоров предназначен для обработки аудио–сигналов, графики, видеоизображений, а также для решения ряда комму­никационных задач в мультимедиа–компьютерах, игровых приставках, бытовых приборах и др.

Аппаратную поддержку операций с новыми типами данных, характерными для обработки видео– и звуковой информации обеспечивают универсальные процес­соры с мультимедийным расширением набора команд:

Pentium ММХ, UltraSPARC, Cyrix 6х86МХ (М2), AMD–K6 и др. Однако, когда мультимедийные операции до­минируют над традиционными числовыми операциями, больший эффект дает ис­пользование мультимедийных микропроцессоров. Их архитектура представляет собой некоторый гибрид архитектурных решений сигнальных и универсальных процессоров. Производством медиа–процессоров заняты компании MicroUnity (процессор Mediaprocessor), Philips (TriMedia), Chromatic Research (Mpact Media Engine) и др.

Структура и режимы работы микропроцессорной системы. Микропроцес­сор в совокупности с модулями ввода и вывода информации, интерфейса и памя­ти образует простейшую микропроцессорную систему. Среди микропроцессор­ных систем важное место занимают системы общего назначения, которые пред­назначены для решения широкого круга различных задач по обработка информа­ции в цифровой форме согласно заданной программе.

Основные функции микропроцессорной системы сводятся к приему данных (информации) от внешнего устройства, их обработке с помощью микропроцессо­ра и выдаче результата обработки на внешнее устройство.

Рассмотрим в общих чертах особенности работы простейшей микропроцес­сорной системы (рис. 2.1.3), состоящей из центрального процессора, памяти и подсистемы ввода/вывода.

Подлежащая исполнению программа загружается в (оперативную) память. В процессе ее исполнения центральный процессор выдает на шину адреса адрес ячейки памяти, в которой хранится очередная команда, а на шину управления — сигнал, обеспечивающий ее чтение из памяти. Запрошенная команда по шине данных поступает в центральный процессор. Микропроцессор после расшифров­ки кода команды приступает к ее выполнению, если данные, над которыми долж­ны быть выполнены действия, находятся в регистрах центрального процессора. В противном случае на шину адреса выставляется адрес ячейки памяти, на шину управления — сигнал чтения памяти, и только после получения требуемых данных команда будет исполнена. Затем центральный процессор приступает к обработке следующей команды, и процесс повторяется.

Для обмена данными между центральным процессором и внешними устрой­ствами в подсистеме ввода/вывода предусмотрен контроллер обмена.

При программном обмене в контроллер обмена от центрального процессора, поступает информация о режиме обмена, содержащая код порта (регистра), на­правление обмена (от центрального процессора к внешнему устройству или от внешнего устройства к центральному процессору), число передаваемых бит, слу­жебные символы и другие данные.

Непосредственный обмен данными происходит под действием сигналов управ­ления, поступающих в контроллер обмена от центрального процессора и внешне­го устройства.

При обмене по инициативе внешнего устройства микропроцессор переводит­ся в состояние прерывания. Для этого внешнее устройство посылает в централь­ный процессор сигнал запроса на прерывание. В состоянии прерывания цент­ральный процессор прекращает выполнение основной программы и приступает к исполнению команд прерывающей программы, которая хранится в (оператив­ной) памяти и обеспечивает обмен данными, требуемый внешнему устройству. По окончании прерывающей программы центральный процессор возвращается к выполнению основной программы.

Описанные способы обеспечивают низкую скорость обмена. Для увеличения скорости обмена используется режим прямого доступа к памяти, который реали­зуется с помощью контроллера прямого доступа к памяти. Этот режим иницииру­ется сигналом запроса на захват шин. После получения сигнала запроса цент­ральный процессор пересылает по шине данных в контроллер прямого доступа информацию, необходимую для управления обменом (адрес ячейки памяти, в ко­торой размещается первый байт записываемых или считываемых данных, общее число передаваемых байт, направление передачи и др.), и отключается от шины данных и шины адреса, предоставляя их контроллеру для организации обмена.

Обмен данными между внешним устройством и памятью осуществляется через контроллер. В процессе обмена контроллер прямого доступа к памяти выдает ад­реса ячеек памяти в шину адреса и сигналы чтения (записи) в шину управления. По завершении обмена центральный процессор получает сигнал от контроллера и переходит к выполнению основной программы.

pue8.ru

Современные типы процессоров персональных ЭВМ — контрольная работа

    В процессоре использован принцип динамического (или продуманного) исполнения, который позволяет выполнять следующие за текущей инструкции. Если команда, которая должна быть выполнена следующей, угадана правильно, то время выполнения команд может быть убыстрено, если не угадана, то следующая инструкция будет выполняться заново. Как правило, процент угадывания инструкций достаточно высок.

   Процессор имеет 14 ступеней конвейерной обработки вычислений, три конвейера, высокую вероятность предсказания переходов в программе. Если переход предсказан неправильно, то буфер с результатами очищается. Данный процессор лучше всего работает в системе Windows NT, не дает особенных преимуществ при работе с 16-разрядными приложениями и быстрее примерно на 20-30 % по сравнению с Pentium для 32-разрядных приложений. Для данного типа процессоров используется специальная материнская плата, которая не подходит для процессоров Pentium, в которой используется сокет 7.

    Pentium II создан в 1997 году на основе Pentium Pro с возможностями ММХ и имеет тактовые частоты: 233, 266, 300, 333, 350, 400, 450 Мгц, двойную независимую шину (Dual Independent Bus), улучшающую пропускную способность шины, встроенный механизм самотестирования, дополнительные режимы пониженного потребления и другие возможности. Тактовая частота кэш-памяти 2-го уровня вдвое меньше тактовой частоты процессора. У процессора Pentium Pro тактовая частота совпадала с тактовой частотой процессора. Для процессора с кэш-памятью 2-го уровня был разработан специальный SECС- картридж (Single Edge Contact Cartridge – картридж с односторонним контактом), в котором разместили процессор и кэш-память 2-го уровня. При этом кэш-память 1-го уровня увеличила свой объем.

   Картридж так назван потому, что выводы на нем расположены вдоль одной стороны. Кроме того, из-за многочисленности контактов, чтобы они плотно входили в паз, стали использоваться ZIF гнезда (Zero Insertion Force - нулевая сила вставки) с рычажком, при помощи которого можно зажать контакты. Если раньше разъем, куда вставляется процессор, назывался Socket 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, то теперь название разъема стало называться Slot 1, который имеет 242 контакта. Все права на разработку данного разъема находятся у компании Intel, поэтому другие производители процессоров используют свои гнезда Socket, как правило, Socket 7.

    Заметим, что процессор, спроектированный для одного вида разъема, в другой разъем не вставляется, поэтому при покупке материнской платы и процессора нужно убедиться в их соответствии.

   Отличие от предыдущих процессоров заключается в использовании двух системных шин, одна между CPU и памятью RAM, вторая между CPU и кэш-памятью второго уровня, что позволило увеличить тактовую частоту шины с 66 Мгц до 100 Мгц (тактовые частоты процессоров 350, 400, 450 гц). Сам процессор располагается в специальном контейнере (SEСC-картридже), в котором находится процессор и кэш-память (512 кб), между которыми имеется специальная рабочая шина, работающая на половинной частоте процессора, и имеет код исправления ошибок (ЕСС). На корпусе процессора установлен вентилятор, а для подключения к материнской плате используется специальный новый разъем, который называется Slot 1.

   Данный процессор использует отдельную шину для видеокарт AGP (Advanced Graphics Port – расширенный графический порт). Другие характеристики, включающие в себя: количество ступеней конвейеров (3) и предсказание переходов - аналогичны системе Pentium Pro. Pentium II Xeon характеризуется большим объемом кэш-памяти, которая работает на одной тактовой частоте вместе с процессором. Для установки процессора используется Slot, который имеет 330 контактов, расположенных на трех уровнях.

   В 1998 годах выпущен процессор Celeron I с тактовыми частотами: 266, 300, 333, 366, 400, 433, 466, 500, 533, далее Celeron II 566, 600, 633, 667, 700, 733, 766, 800, 850, 900, который аналогичен процессору Pentium II ММХ, но не имеет или имеет меньшую кэш-память второго уровня, чем процессоры Pentium II. Модель Covington имеет встроенную кэш-память 32 кбайт, работает на частоте системной шины 66 Мгц; модель Mendocino имеет встроенную кэш-память 128 кбайт, работает на частоте системной шины 66 Мгц; модель Coppermine имеет встроенную кэш-память 128 кбайт, работает на частоте системной шины 66 Мгц, устанавливается для картриджа SECC в Slot 1, а PPGA в Celeron Socket. По параметру производительность/цена он имеет не лучший показатель в самых первых моделях, но неплохо зарекомендовали себя в последующем, включая самые последние модели. Преимуществом покупки данного процессора является возможность замены в будущем на новый процессор, так как не требуется смены других компонентов (например, материнской платы, памяти).

    Celeron является удешевленным вариантом процессора Pentium II. Первые процессоры выпускались без встроенной кэш-памяти, однако из-за резкого падения производительности ее со временем стали устанавливать, но меньшего объема, учитывая, что для повышения производительности требуется небольшое количество этой памяти (128 Кбайт), а при ее резком увеличении производительность возрастает на небольшую величину. Поэтому наличие небольшого объема кэш-памяти оправдано. Кроме того, эти процессоры выпускались для работы с системной шиной 66 Мгц, а не 100, и расположены они в SEPP, устанавливающийся в Socket 370, который имеет 370 контактов и конструктивно представляет собой прямоугольник, как и разъем Socket 7.

   Pentium III (1999 г.) представляет собой дальнейшее развитие процессоров и позволяет работать с новым видом инструкций SIMD (Single Instruction Multiple Data - одиночная инструкция над одиночными данными, также называемая MMX2, KNI (Katmai New Instructions – новые команды Katmai)), которые работают с данными с плавающей запятой. Pentium III имеет старое название Katmai, является модификацией Pentium II. Данные операции повышают производительность трехмерной графики и видеоприложений. Кроме того, компания Intel осуществила переход на 0,18 мкм технологию (серии Coppermine и Xeon). Имеет тактовую частоту 533, 550, 600, 650, 667, 700, 733, 750, 800, 850, 866, 933, 1 000, 1 130, 1 200 и выше с частотой системной шины 100-133 Мгц, устанавливаются в корпусе PPDA в Socket 370 и SECC в Slot 1.

    Для использования команд SIMD используются дополнительные 128-разрядные регистры. В этих регистрах можно одновременно выполнить несколько целочисленных операций или операций с плавающей запятой. Кроме того, имеются операции, специально предназначенные для кодирования и декодирования изображений, например, вычисление среднего значения из нескольких.

   После того, как компания Intel ввела команды ММХ, компания AMD создала набор команд 3DNow!, которые повышают производительность компьютера, особенно для трехмерных задач в играх. Другие компании (Cyrix и пр.) также присоединились к этой технологии и стали выпускать процессоры, которые поддерживают данный набор команд, а компания Microsoft обеспечила поддержку этих команд в системе Windows. В ответ на эту разработку компания Intel и ввела новый набор команд SSE (Streaming SIMD Enhanced - потоковое расширение).

   Возможности дополнительных наборов команд используются в основном в игровых программах, в других программах довольно редко, а 3DNow! используется более активно, так как входит в систему Windows.

   Pentium II имел несколько видов процессоров, которым дали наименование при их разработке, это: Klamath, Deshutes, для Pentium III – Katmai, Coppermine, Tanner, Cascades, для Celeron – Covington, Mendocino, Coppermine. Pentium IV с тактовой частотой 1,4 Ггц имеет название Willamate, имеет кэш-память 1-го уровня 256 Кб, второго 512-1024 Кб, использует системную шину 100 Мгц и 133 Мгц, которая передает за один такт несколько данных. Таким образом, пропускная способность шины 133 Мгц достигает 3,2 Гбайт/сек, вставляется в Socket 462. Вышеописанные процессоры выпускаются в основном компанией Intel. Другие компании также выпускают свои процессоры, причем их параметры не сильно отличались для 86, 286, 386. Однако в 486 расхождения стали увеличиваться.

   Процессоры, выпускаемые компанией-производителем, могут со временем корректироваться, то есть в них вносятся улучшения и выпускаются новые подверсии, однако пользователю они мало что говорят, и, как правило, о них не пишут.

3. Типы процессора. Современные модели процессоров.

На сегодняшний день существует несколько типов процессоров, основными  из которых являются Intel и AMD. Вот  некоторые представители этих типов: Intel Celeron, Intel Pentium 4, Intel XE, AMD Athlon, AMD Opteron, Athlon 64 X2 и др. Все они отличаются исполнением, используемыми технологиями (алгоритмами) и быстродействием. Рынок предлагает очень большой выбор процессоров разной ча­стоты, начиная с «младших» (более дешевых) моделей (Intel Celeron 2 ГГц, Intel Pentium 4 1,7 ГГц, AMD Athlon) и заканчивая моделями высшей категории (Intel Celeron 3,2 ГГц, Intel Pentium 4 3,8 ГГц, AMD Athlon 64 X2 4800+ ) Стоит также упомянуть о том, что создание процессоров идет по двум направлениям: процессоры для персональных компьютеров и серверов и процессоры для переносных устройств (ноутбуков, КПК, PDA и др.)- Процессоры второго направления характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что особенно важно для данного типа устройств. 

Одноядерные процессоры (Single Core). Этот тип процессора, основанный на одноядерной архитектуре до недавнего времени был единственным типом процессора, который мог использоваться в домашних компьютерах. Одноядерный процессор мог выполнять только одну операцию одновременно, поэтому он не мог эффективно работать в средах, где требовалась многозадачность. Это означало, что при запуске более чем одного приложения снижалась производительность системы. Конечно, процессор мог начать выполнять другую операцию до окончания первой, но это влияло на производительность. Их производительность зависела от тактовой частоты, которая влияла на энергопотребление процессора.

Двуядерный процессор (Dual Core) состоит из одного процессора с двумя ядрами и, следовательно, работает как два процессора в одном. В отличие от одноядерных систем, которые для решения другой задачи должен был переключаться на нее, двуядерные могут работать в режиме многозадачности намного более эффективно. Для этого программы и приложения, запускаемые на двуядерных процессорах должны иметь специальный код SMT (Simultaneous Multi-Threading). Двуядерные процессоры быстрее одноядерных, но сейчас они вытесняются новыми процессорами с четырьмя ядрами.

Четырехядерные (Quad Core) процессоры являются результатом продолжающегося совершенствования дизайна и характеристик многоядерных процессоров, созданных на базе одного. Также как и двуядерные процессоры четырехядерные позволяют разделить задачи между своими ядрами и еще больше увеличить многозадачность. Это не значит, что одна операция будет выполнять в четыре раза быстрее и если программы и приложения без SMT кода, то увеличения скорости не будет заметным. Этот тип процессора будет полезен для тех, кому нужно выполнить одновременно несколько задач, например в компьютерных играх типа Supreme Commander специально заточенных под эти игры.  Центральный процессор, далее процессор, является одним из главных компонентов компьютера. Часто его называют ЦПУ или CPU (Central Processor Unit - Центральное Процессорное Устройство), а также кристалл, камень, хост-процессор. Именно он выполняет все основные вычисления. И чем мощнее процессор, тем быстрее работает компьютер.

          Современные персональные компьютеры используют, как правило, определенный алгоритм обработки данных, называемый архитектурой Фон Неймана, когда инструкции и сами данные хранятся в одной памяти, а сам процесс обработки построен на циклической последовательной обработке данных. Правда, именно последовательность обработки является узким местом такой архитектуры, так как любое данное должно последовательно пройти через процессор, хотя само вычисление может быть однотипным.

          Из иных алгоритмов назовем Гарвардскую архитектуру, когда данные и программный код используют разную память.  Однако в этом случае сложно использовать методы программирования, когда нужно поменять код в процессе выполнения программы, нельзя оперативно перераспределять память и т.д. Используется в встраиваемых компьютерах. Другой алгоритм, параллельный, применяется в суперкомпьютерах для ускорения процесса вычисления.

          Можно выделить следующие типы процессоров: 1) Скалярные (SISD Single Instraction Single Datae) обрабатывает один элемент данных за одну инструкцию  2) Векторные (SIMD Single Instraction Midle) обрабатывает несколько данных выполняя над ними одну операцию  3) MISD (Midle instruction single date) несколько вычислительных устройств выполняют различные операции над одним данным  4) MIMD (Midle instruction midle date) несколько вычислительных устройств выполняют различные операции над различными данными (например многопроцессорная система из скалярных процессоров)  5) Конвейер над данными движущимися через конвейер выполняются различные операции на каждом шаге конвейера  6) Систолические матрицы данные обрабатываются в процессорных элементах расположенных в виде массива.           Каждый из этих "типов" можно разделить еще на подтипы. В чистом виде каждый тип встречается редко, обычно процессор (микроконтроллер) может принадлежать сразу к двум типам (например, векторно-конвейерный). RISC и CISC (сокращённый и сложный набор команд соответственно).

          Рассмотрим модели современных процессоров. Некоторые из них были разработаны в недавнем прошлом, такими гигантами как Intel и AMD, а какие-то относятся к новинкам.

          Например, Pentium IV (2001 г.) представляет собой дальнейшее развитие процессоров на основе гиперконвейерной обработки с глубиной на 20 стадий, улучшенное предсказание переходов, имеет блок быстрого выполнения команд (Rapid Execution Engine) и скорость системной шины 400, 533, 800 Мгц. Кэш-память первого уровня содержит 8 кб (16кб для процессоров по 0.09 нм технологии), второго – 256 Кб (512 кб для процессоров по 0.13 нм технологии), отслеживает выполнение команд (Execution Trace Cache). Кэш-память второго уровня работает на половинной частоте центрального процессора. Частоты процессора бывают 1 300, 1 400, 1 500, 1 800, 1 900, 2 000, 2 200, 2 400, 2 600, 2 800, 3 00, 3 060, 3 200, 3 400 и более Мгц.

   Центральные процессоры, работающие с системной шиной с частотой 800 МГц могут иметь следующие частоты: 2 400, 2 600, 2 8000, 3 000, 3 200, 3 400, 3 600 Мгц. С системной шиной 533 МГц – 2 260, 2 400, 2 530, 2 660, 2 800, 3 060 Мгц. С системной шиной 400 МГц – 1 700, 1 800, 1 900, 2 000, 2 200, 2 400, 2 500, 2 600 Мгц.

   Отметим, что цифры частоты системной шины не соответствуют действительной частоте шины. Так, когда говорится о частоте 533 Мгц, то на самом деле она равна 133 Мгц, но за один такт посылает не одно данное, а четыре. Поэтому за одну секунду можно передать 133 * 4 = 532 миллионов бит, что округляется до 533 Мгц, что удобнее. На самом деле передача четырех данных за один такт по 133 Мгц шине несколько медленнее, чем передача одного данного по 533 Мгц шине. Происходит это из-за того, что при передаче возможны случаи, когда за один такт можно передать только одно данное, например, управляющий символ. Практически все частоты свыше 200 Мгц являются либо удвоенными, либо учетверенными от начальной частоты.

yaneuch.ru

Типы процессоров | Учеба-Легко.РФ - крупнейший портал по учебе

Все существующие на сегодняшний день микропроцессоры можно условно разделить на 4 группы [4]: CISC (Complex Instruction Set Command) – с полным набором инструкций; RISC (Reduced Instruction Set Command) – с усеченным набором инструкций; VLIW (Very Long Integer Word) – со сверхбольшим командным словом; MISC (Minimum Instruction Set Command) – с минимальным набором инструкций.

Основные представители процессоров типа CISC – МП фирмы Intel представлены в таблице 3.2.

МП типа RISC содержат сокращенный набор наиболее часто используемых в программах инструкций. В том случае, если необходимо выполнить какую-то сложную инструкцию, МП собирает ее из простых. Особенностью этих МП является то, что все простые команды выполняются за одинаковое количество времени равное одному машинному такту.

ПРИМЕЧАНИЕ

RISC процессоры выпускаются различными фирмами: IBM (Power PC), DEC (Alpha), HP (PA), Sun (Ultra SPARC) и другими.

Наиболее известный представитель RISC процессоров – МП PowerPC (Performance Optimized With Enhanced PC) применяется в настольных и профессиональных решениях от компании Apple, однако недавно «яблочники» объявили о переходе на архитектуру Intel. МП RISC характеризуются высоким быстродействием, но программно не совместимы с процессорами CISC. Поэтому для запуска приложений разработанных для IBM PC совместимых ЭВМ на машинах типа Apple Macintosh требуется «эмулятор», что резко снижает их эффективность.

Таблица 3.2. Характеристики микропроцессоров фирмы Intel

МП типа VLIW в отличие от суперскалярных CISC процессоров имеют существенно более простую схемную реализацию и опираются на программное обеспечение. Программисты не имеют доступа к внутренним VLIW-командам, поэтому все прикладные программы и операционная система работают поверх специального низкоуровневого программного обеспечения (Code Morphing), осуществляющее трансляцию инструкций CISC-процессора в команды VLIW. Упрощенная аппаратная часть VLIW позволяет существенно снизить размеры МП и обеспечить пониженное тепловыделение и энергопотребление.

VLIW процессоры выпускает фирма Transmeta – МП под торговой маркой Crusoe, первый МП VLIW от Intel на ядре Merced использовал полный набор инструкций IA-64, эта технология называется EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing – вычисления с явной параллельностью инструкций).

ПРИМЕЧАНИЕ

К VLIW процессорам можно отнести ожидавшийся к появлению в 2002 году МП Elbrus 2000 – E2k, разработанный российской компанией «Эльбрус». Он имел небольшой размер (полностью скрывался за монетой 1 рубль). На данный момент все разработки компании, а также ее сотрудники трудятся на благо корпорации Intel.

Значительная часть научных и технических вычислений предполагает работу с векторами, вместо скалярных величин, что значительно упрощает вычисления. Рассмотрим две модели организации вычислений больших научных программ – массивно-параллельный процессор (array processor) и векторный процессор (vector processor). Массивно-параллельный процессор состоит из большого числа сходных процессоров, выполняющих одни и те же вычисления с разными наборами данных. Он представляет собой структуру, состоящую из нескольких секторов, представляющих собой решетку NxN элементов процессор/память. Каждый сектор имеет свой собственный блок управления.

ПРИМЕЧАНИЕ

Первый в мире массивно-параллельный процессор – ILLIAC IV (Университет Иллинойса), имел решетку 8х8 элементов процессор/память (один сектор, предполагалось построить 4 сектора) с быстродействием 50 млн. операций в секунду. Векторные процессоры выпускает небезызвестная Cray Research, основателем которой был Сеймур Крей.

Отличие векторного процессора состоит в том, что все операции сложения выполняются в одном блоке суммирования, который имеет конвейерную структуру. Этот процессор имеет векторный регистр, состоящий из набора стандартных регистров. Эти регистры последовательно загружаются из памяти при помощи одной команды. Команда сложения попарно складывает элементы двух таких векторов, загружая их из двух векторных регистров в суммирующее устройство с векторной структурой. В результате из суммирующего устройства выходит вектор[6].

uclg.ru

• 
  Самый быстрый процессор в мире 2018
• 
  Процессоры для планшетов 2018 сравнение
• 
  Игровые процессоры интел
• 
  Игры для i3 процессора список
• 
  Интел 5 процессор
• 
  Амд обзор процессоров
• 
  Тесты для видеокарты и процессора
• 
  Самый многоядерный процессор
• 
  Модель процессора ноутбука
• 
  Модель процессора ноутбука
• 
  Сравнение процессоров n3710 и n4200