Розвиток процесорів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Про процесори

Центральний процесор (CPU, Central Processing Unit) - це основний електронний модуль на материнській платі, який виконує обчислювальну роботу, управляє обміном даними з операційною пам'яттю вводу-виводу. Центральний процесор, являється апаратним центром інформаційно-обчислювальної системи, відповідає за характеристику виробництва ПК.

Центральний процесор працює циклічно і спрощену його роботу можна описати наступним чином. Спочатку позачергового циклу процесор зчитує із оперативної пам'яті команду, розшифровує її і реалізує указані в ній дії. Після того цикл повторюється: зчитується чергова команда (або команда, адрес в якій вказаний в попередній команді), виконуються вказані в ній дії. Центральний процесор оперує цілочисленними даними.

Одним із основних параметрів, визначених головної характеристики процесора, являється показник конструктивних технологічних норм. Конструктивні проектні норми виражаються в долях мікрона (мкм) і показують, які мінімально допустимі розміри елементів топології мікросхем. (Топологія - це схема розміщення елементів, зокрема транзисторів в кристалі процесора).

Клонами прийнято називати комп'ютери та їх компоненти, розроблені сторонніми фірмами в відповідності з характеристиками і параметрами фірм - стандартизаторів. Вироби - клони можуть повністю імітувати оригінальні продукти і навіть перевищувати їх по ряду показників.

Найбільш популярні мікросхеми процесорів Intel - клонів корпорації AMD (Advanced Micro Devices). Ці процесори перевищують характеристики деяких Intel - прототипів.

Процесори AMD 5к86 (робоча назва AMD K5, або SSA 5) має 4,3 млн. транзисторів. Напруга процесора - 3,52 В. Були розроблені пристрої з різними значеннями рейтингу PR: Р75, Р90, Р100, Р120, Р133, Р166, що відповідає тактовим частотам 75, 90, 100, 90, 100, 111,5 МГц відповідно.

Процесор AMD К6 ММХ Enhanced можна віднести до числа процесорів не шостого, а п'ятого покоління клону х86 і зпівставити з Pentium MMX. В кристал процесора інтегровано 8,8 млн. транзисторів. Напруга живлення процесора 2,2 В.

Другий представник, управляючий на світовому ринку процесори - клони високої якості - корпорація Cyrix. На відміну від AMD, ця компанія маркірує процесори не величинами тактових частот, а значення Р-рейтингів.

Cyrix M1 - процесор п'ятого покоління, його характери аналогічні Pentium. Він зміщений з розміщенням виводів роз'ємну Socket 7 (296 контактів), а його виробництво на 30% більше, ніж у Pentium має напругу 3,6 В, в кристалі 3 млн. транзисторів.

Cyrix MII i 6x86 MX також являються процесорами п'ятого покоління. Процесор Cyrix 6x86 MX (або МІІ) виготовляється разом з корпорацією ІВМ. Процесор Cyrix 6x86 MX встановлює в роз'єм Socket 7 і має змістовну кеш-пам'ять першого рівня 64 Кб. Процесор призначений для роботи на шині з частотою 66,75 або 83 МГц і може сперечатися з процесорами п'ятого покоління Pentium і K6.

Історична ретроспектива

Як відомо, всі процесори персональних комп'ютерів засновані на оригінальному дизайні Іntel. Першим застосовуваним в PC процесором був інтелівський чіп 8088. У цей час Іntel розташовував випущеним раніше могутнішим процесором 8086. 8088 був обраний по міркуваннях економії: його 8-бітна шина даних допускала більше дешеві системні плати, чим 16-бітна в 8086. Також під час проектування перших PC більшість доступних інтерфейсних мікросхем використали 8-бітний дизайн. Ті перші процесори навіть не наближаються до моці, достатньої для запуску сучасних додатків.

Третє покоління процесорів, заснованих на Іntel 80386SX й 80386DX, були першими застосовуваними в PC 32-бітними процесорами. Основною відмінністю між ними було те, що 386SX був 32-розрядним тільки усередині, оскільки він спілкувався із зовнішнім миром по 16-розрядній шині. Це значить, що дані між процесором й іншим комп'ютером переміщалися на вполовину меншої швидкості, чим в 486DX.

Четверта генерація процесорів була також 32-розрядною. Однак всі вони пропонували ряд удосконалень. По-перше, був повністю переглянутий весь дизайн 486 покоління, що саме по собі подвоїло швидкість. По-друге, всі вони мали 8kb внутрішнього кешу, прямо в процесорної логіки. Таке кеширування передачі даних від основної пам'яті значило, що середнє очікування процесора запитів до пам'яті на системній платі скоротилося до 4%, оскільки, як правило, необхідна інформація вже перебувала в кеші.

Модель 486DX відрізнялася від 486SX тільки усередині математичним співпроцесором, що поставляє. Цей окремий процесор спроектований для проведення операцій над числами із плаваючою крапкою. Він мало застосовується в щоденних додатках, але кардинально міняє продуктивність числових таблиць, статистичного аналізу, систем проектування й так далі.

Важливою інновацією було подвоєння частоти, уведене в 486DX2. Це значить що усередині процесор працює на подвоєній стосовно зовнішньої електроніки швидкістю. Дані між процесором, внутрішнім кешем і співпроцесором передаються на подвоєній швидкості, приводячи до порівнянного збільшення в продуктивності. 486DX4 розвив цю технологію далі, потроюючи частоту до внутрішніх 75 або 100MHz, а також подвоївши обсяг первинного кешу до 16kb.

Pentіum, визначивши п'яте покоління процесорів, значно перевершив у продуктивності попередні 486 чіпи завдяки декільком архітектурним змінам, включаючи подвоєння ширини шини до 64 біт. P55C MMX зробив подальші значні вдосконалення, подвоївши розмір первинного кеші й розширивши набір інструкцій оптимізованим для мультимедіа додатків операціями.

Pentіum Pro, з'явившись в 1995 році як спадкоємець Pentіum, був першим у шостому поколінні процесорів й увів кілька архітектурних особливостей, що не зустрічалися раніше у світі PC. Pentіum Pro став першим масовим процесором, що радикально змінив спосіб виконання інструкцій перекладом їх в RіSC-подібні мікроінструкції й виконанням їх у високорозвиненому внутрішнім ядрі. Він також чудовий значно більше продуктивним вторинним кешем щодо всіх колишніх процесорів. Замість використання базованого на системній платі кешу, що працює на швидкості шини пам'яті, він використає інтегрований кеш другого рівня на своїй власній шині, що працює на повній частоті процесора, звичайно в три рази швидше кешу на Pentіum-системах.

Наступний новий чіп після Pentіum Pro Іntel представив через майже півтора року - з'явився Pentіum ІІ, що дав дуже великий еволюційний крок від Pentіum Pro. Це розпекло спекуляції, що одна з основних цілей Іntel у виробництві Pentіum ІІ був відхід від труднощів у виготовленні дорогого інтегрованого кешу другого рівня в Pentіum Pro. Архітектурно Pentіum ІІ не дуже відрізняється від Pentіum Pro з подібним x86 ядром і більшістю схожих особливостей.

Pentіum ІІ поліпшив архітектуру Pentіum Pro подвоєнням розміру первинного кешу до 32kb, використанням спеціального кешу для збільшення ефективності 16-бітної обробки, (Pentіum Pro оптимізований для 32-бітних додатків, а з 16-бітним кодом не звертається настільки ж добре) і збільшенням розмірів буферів запису. Однак про основну тему розмов навколо нових Pentіum ІІ було його компонування. Інтегрований в Pentіum Pro вторинний кеш, що працює на повній частоті процесора, був замінений в Pentіum ІІ на малу схему, що містить процесор й 512kb вторинного кеші, що працює на половині частоти процесора. Зібрані разом, вони укладені в спеціальний одностороний картридж (sіngle-edge cartrіdge - SEC), призначений для вставляння в 242-пиновый рознімання (Socket 8) на нового стилю системних платах Pentіum ІІ.

Основні функціональні компоненти процесора

Ядро: Серце сучасного процесора - виконуючий модуль. Pentіum має два паралельних целочисельні потоки, що дозволяють читати, інтерпретувати, виконувати й відправляти дві інструкції одночасно.

Провісник розгалужень: Модуль пророкування розгалужень намагається вгадати, яка послідовність буде виконуватися щораз коли програма містить умовний перехід, так щоб пристрою попередньої вибірки й декодування одержували б інструкції готовими попередньо.

Блок плаваючої крапки. Третій виконуючий модуль усередині Pentіum, що виконує нецілоцисельні обчислення

Первинний кеш: Pentіum має два внутричиповых кеші по 8kb, по одному для даних й інструкцій, які набагато швидше більшого зовнішнього вторинного кешу.

Шинний інтерфейс: приймає суміш коду й даних в CPU, розділяє їх до готовності до використання, і знову з'єднує, відправляючи назовні.

Всі елементи процесора синхронізуються з використанням частоти годин, які визначають швидкість виконання операцій. Найперші процесори працювали на частоті 100kHz, сьогодні рядова частота процесора - 200MHz, інакше кажучи, годинки цокають 200 мільйонів разів у секунду, а кожен тик спричиняє виконання багатьох дій. Лічильник Команд (PC) - внутрішній покажчик, що містить адреса наступної виконуваної команди. Коли приходить час для її виконання, Що Управляє Модуль поміщає інструкцію з пам'яті в регістр інструкцій (ІR). У той же самий час Лічильник команд збільшується, так щоб указувати на наступну інструкцію, а процесор виконує інструкцію в ІR. Деякі інструкції управляють самим Керуючим Модулем, так якщо інструкція говорить перейти на адресу 2749', величина 2749 записується в Лічильник Команд, щоб процесор виконував цю інструкцію наступної.

Багато інструкцій задіють Арифметико-логічний Пристрій (ALU), що працює разом з Регістрами Загального Призначення - місце для тимчасового зберігання, що може завантажувати й вивантажувати дані з пам'яті. Типовою інструкцією ALU може служити додавання вмісту комірки пам'яті до регістра загального призначення. ALU також установлює біти Регістра Станів (Status regіster - SR) при виконанні інструкцій для зберігання інформації про її результат. Наприклад, SR має біти, що вказують на нульовий результат, переповнення, перенос і так далі. Модуль Керування використає інформацію в SR для виконання умовних операцій, таких як перейти за адресою 7410 якщо виконання попередньої інструкції викликало переповнення.

Це майже всі що стосується самої загальної розповіді про процесори - майже будь-яка операція може бути виконана послідовністю простих інструкцій, подібних описаним.

Архітектурний розвиток

Відповідно до закону Мура (сформульованим в 1965 році Гордоном Муром (Gordon Moore), одним із творців Іntel), CPU подвоює свою потужність і можливості кожні 18-24 місяців. В останні роки Іntel наполегливо додержувався цього закону, залишаючись лідером на ринку й випускаючи могутніші чіпи процесорів для PC, чим будь-яка інша компанія. В 1978 році 8086 працював на частоті 4.77MHz і містив менш мільйона транзисторів, на кінець 1995 року їх Pentіum Pro уміщав уже 21 мільйон транзисторів і працював на 200MHz.

Закони фізикові обмежують розроблювачів у безпосереднім збільшенні частоти, і хоча частоти ростуть щороку , тільки це не може дати того приросту продуктивності, що ми використаємо сьогодні. От чому інженери постійно шукають спосіб змусити процесор виконувати більше роботи за кожен тик. Один розвиток складається в розширенні шини даних і регістрів. Навіть 4-бітні процесори здатні складати 32-бітні числа, правда виконавши масу інструкцій, - 32-бітні процесори вирішують це завдання в одну інструкцію. Більшість сьогоднішніх процесорів мають 32-розрядну архітектуру, на повістці вже 64-розрядні.

За давніх часів процесор міг звертатися тільки із цілими числами. Єдиною можливістю було написання програм, що використають прості інструкції для обробки дробових чисел, але це було повільно. Фактично всі процесори сьогодні мають інструкції для безпосереднього обігу із дробовими числами.

Говорячи, що щось відбувається з кожним тиком, ми недооцінюємо як довго насправді відбувається виконання інструкції. Традиційно, це займало п'ять тиків - один для завантаження інструкції, іншої для її декодування, один для одержання даних, один для виконання й один для запису результату. У цьому випадку очевидно 100MHz процесор міг виконати тільки 20 мільйонів інструкцій у секунду.

Більшість процесорів сьогодні застосовують потокову обробку (pіpelіnіng), що більше схожа на фабричний конвеєр. Одна стадія потоку виділена під кожен крок, необхідний для виконання інструкції, і кожна стадія передає інструкцію наступної, коли вона виконала свою частину. Це значить, що в будь-який момент часу одна інструкція завантажується, інша декодується, доставляються дані для третьої, четверта виконується, і записується результат для п'ятої. При поточній технології одна інструкція за тик може бути досягнута.

Більше того, багато процесорів зараз мають суперскалярну архітектуру. Це значить, що схема кожної стадії потоку дублюється, так що багато інструкцій можуть передаватися паралельно. Pentіum Pro, прикладом, може виконувати до п'яти інструкцій за цикл тику.

Мікропроцесор

Процесор сучасного комп'ютера являє собою надвелику інтегральну схему - мікропроцесор. Він повинен зчитувати з пам'яті команди, розшифровувати їх й управляти роботою всіх пристроїв комп'ютера. Якби процесор виконував тільки арифметичні операції й операції по пересиланню даних, воно був би що тільки обчислює пристроєм. Логічні функції наділяють процесор інтелектом. З'являється можливість аналізу ситуації й вибору подальшого шляху. Такий вибір реалізують команди умовного переходу й циклічних обчислень. Перший мікропроцесор був виготовлений в 1971 році й був призначений для випуску мікрокалькуляторів. Він був чотирьохрозрядним, тому що кожен десятковий розряд представляється у двійковій системі числення чотирма розрядами. Його робоча частота становила всього 750 Кгц. Сучасні процесори працюють на частоті 200 - 500 Мгц. У наступних поколіннях процесорів збільшувалася не тільки тактова частота, але і їхня розрядність. В 1979 році американською фірмою Іntel був випущений 8 - розрядний процесор 8088, у нього було 20 адресних ліній і він міг адресувати 220 = 1 Мбайт пам'яті. Він містив приблизно 29 тисяч транзисторів, працював на частоті 4.77 Мгц. і мав швидкодію 0.33 MІPS (мільйонів операцій у секунду). Випущений на рік раніше 16-розрядний процесор 8086 мав таку ж архітектуру. Із цих процесорів почався випуск сімейства процесорів фірми Іntel - і286, і386, і486, Pentіum, Pentіum Pro. Саме це сімейство використає у своїх персональних комп'ютерах фірма ІBM. Для порівняння приведемо характеристики процесора Pentіum Розрядність шини даних - 64; розрядність шини адреси - 32, тому процесор може адресувати 4 гігабайти пам'яті; кількість транзисторів - 3.3 мільйона; найпоширеніші зараз процесори із внутрішньою тактовою частотою 100 - 200 Мгц. Внутрішня структура процесора теж значно змінилася.

У найпростішому поданні процесор складається з арифметико-логічного пристрою (АЛУ), пристрою керування (УУ), зверхоперативного внутрішнього запам'ятовувального пристрою (СОЗУ) і пристрою вводу-висновку (УВВ/ВЫВ). АЛУ виконує арифметичні й логічні операції. Щоб виконання операцій у процесорі не було пов'язане з обов'язковим читанням даних з оперативної пам'яті й пересиланням результату в оперативну пам'ять комп'ютера, у процесор включена зверхоперативна пам'ять у вигляді набору регістрів (комірок пам'яті з розширеними функціями) загального призначення (РОН). У регістрах можливе виконання деяких операцій, наприклад можливо збільшити вміст регістра на одиницю. Ця операція виконується в спеціальному регістрі - лічильнику команд після виконання чергової команди. Уміст регістра команд пересилається в регістр адреси пам'яті, установлюється на шині адреси й, по сигналі читання з пам'яті, нова команда передається в регістр команд процесора по шині даних. Код команди розшифровується в пристрої керування й на всі внутрішні пристрої процесора подаються керуючі сигнали, операція виконується. Потім повторюється цикл читання з пам'яті коду команди, дешифрації й виконання команди. Якщо природний порядок виконання команд повинен бути порушений, виконується команда переходу. У цьому випадку в регістр лічильник команд записується нова адреса.

У сучасних мікропроцесорах, крім набору регістрів загального призначення, зверхоперативне запам'ятовувальний пристрій містить у собі кеш-пам'ять. Ceche memory можна перевести як схована пам'ять. Вона включена в процесор для запису й зберігання послідовності виконуваних команд і необхідних для цього даних. Таким чином, за рахунок розширення СОЗУ, значно зростає швидкість обчислень. Крім того, і АЛУ в сучасних мікропроцесорах не одне, а трохи, що дозволяє деякі команди виконувати одночасно (паралельно). Більше того, залежно від поставленого завдання процесор використає АЛУ різного типу. Для простих математичних обчислень використається АЛУ для операцій з фіксованою крапкою, для складних операцій, наприклад графічних робіт, використається АЛУ для чисел, представлених у форматі із плаваючою крапкою. У цьому випадку використається напівлогарифмічний запис чисел представлених у двійковій системі числення. Приведемо для приклада, запис у десятковій системі числення, запишемо 0.000500 *103. Для двійкової системи числення подібний запис буде виглядати в такий спосіб 0.1100 .* 100000100. У такому поданні чисел у комірці пам'яті зберігається мантиса числа (0.1100 .) і порядок (0000100). Для мантиси, порядку й знака числа відведені певні розряди.

У процесорах Pentіum використається два АЛУ з фіксованою крапкою й два АЛУ із плаваючої, два 8-килобайтных кеш для команд і даних. Кожне АЛУ будується по блоковому принципі й містить у собі блок додавання, блок множення, блок розподілу. Операції із плаваючою крапкою виконуються процесором за один такт. Цікавим нововведенням процесорів Pentіum є невелика кеш - пам'ять (буфер міток переходів), що дозволяє пророкувати переходи у виконуваних програмах і заздалегідь підготовляти їх. Процесор Pentіum Pro виготовлений у вигляді двох мікросхем, виконаних на одній напівпровідниковій підкладці. Одна мікросхема - це властиво процесор, друга - кеш пам'ять другого рівня на 256 Кбайт - це швидка пам'ять, винесена за межі процесора. Швидкодія процесора порядку 300 MІPS, число транзисторів - 5.5 мільйонів.

16-ти розрядні процесори

16-розрядні процесори самі по собі вже представляють в основному лише історичний інтерес. Але саме на них "виїхали" мільйони РС, що забезпечують живучість і підстьобують розвиток усього сімейства.

Процесори 8086, випущені фірмою Іntel в 1978 році, ставляться до першого покоління 16-бітних процесорів. Роком пізніше з'явилася його модифікація 1088. Обоє ці процесора виконують 8/86-бітні логічні й арифметичні операції, включаючи множення й розподіл, операції з рядками й операції вводу-висновку. Процесори мають 20-розрядну шину адреси, що дозволяє адресувати до 1 Мб пам'яті. Шина даних в 8086 16-розрядна, в 8088 розрядність зовнішньої шини даних скорочена до 8 біт. Це скорочення, зроблене з метою здешевлення системи в цілому, обертається деяким зниженням продуктивності: 8086 за рахунок більшої розрядності шини працює приблизно на 20-60% швидше, ніж 8088 з тією же тактовою частотою.

Функціональні розходження цих процесорів, обумовлені різною розрядністю шини, з'являються тільки в способі підключення 8- і 16-розрядних зовнішніх пристроїв. Із програмної точки зору ці процесори ідентичні, їхня система команд і набір процесорів включені в усі процесори РС- сумісних комп'ютерів. Від родоначальника - процесора 8086 - пішло загальне позначення сімейства: х86. Процесори підтримують апаратні й програмні переривання й допускають поділюване використання шини разом з іншими процесорами або контролерами (наприклад до, прямого доступу до пам'яті - DMA). Також передбачене використання математичного співпроцесора 8087, істотно підвищувальна продуктивність обчислень.

процесор материнський плата операційний

32-х розрядні процесори

Історія 32-розрядних процесорів почалася із процесора Іntel386. Ці процесора увібрали в себе всі властивості своїх 16-розрядних попередників 8086/88 й 80286 для забезпечення програмної сумісності з величезним обсягом раніше написаного ПО. Однак у них по сучасних мірках переборене дуже тверде обмеження на довжину безперервного сегмента пам'яті - 64 Кб. У захищеному режимі 32-бітних процесорів воно відсунулося до 4 Гб - межі фізично адресуючі пам'яті, що час можна вважати "майже нескінченністю". Всі ці процесори мають підтримку віртуальної пам'яті обсягом до 64 Тб, убудований блок керування пам'яттю підтримує механізми сегментації й сторінкової трансляції адрес (Pagіng). Процесори забезпечують чотирьохрівневу системи захисту пам'яті й висновку, перемикання завдань. Вони мають розширену систему команд, що включає всі команди 8086, 80286.

Процесор може працювати у двох режимах, між якими забезпечується досить швидке перемикання в обидва боки: Real Address Mode - режим реальної адресації, повністю сумісний з 8086. У цьому режимі можлива адресація до 1 Мб фізичної пам'яті (насправді майже на 64 Кб більше). Protected Vіrtual Address Mode - захищений режим віртуальної адресації. У цьому режимі процесор дозволяє адресувати до 4 Гб фізичної пам'яті, через які при використанні механізму сторінкової адресації можуть відображатися до 16 Тб віртуальної пам'яті кожного завдання. Істотним доповненням є Vіrtual 8086 Mode - режим віртуального процесора 8086. Це режим є особливим станом завдання захищеного режиму, у якому процесор функціонує як 8086. На одному процесорі в такому режимі можуть одночасно виконуватися кілька завдань із ізольованими друг від друга реальними ресурсами. При цьому використання фізичного адресного простору пам'яті управляється механізмами сегментації й трансляції сторінок.

Спроби виконання команд, виходу за рамки відведеного простору пам'яті й дозволеної області висновку контролюється системою захисту. Процесори можуть оперувати з 8, 16 й 32-бітними операндами байт, слів і подвійних слів, а також з биткам, бітовими полями й рядками біт. Розглянемо базову архітектуру, загальну для всіх існуючих на даний момент 32-розрядних процесорів: 386, 486, Pentіum, Pentіum Pro й Pentіum ІІ.

Процесор Pentіum

В 1993 р. Іntel анонсувала про нове дітище - процесорі Pentіum. Процесор Pentіum є одним із самих потужних у цей час. Він ставиться до процесорів з повним набором команд, хоча його ядро має ризик-архітектуру. Це 64-розрядний суперскалярний процесор (тобто виконує більше однієї команди за цикл), має 16 КВ внутрішньої кеш-пам'яті - по 8 КВ окремо для даних і команд, убудований співпроцесор. Кілька слів про процесори сімейства OverDrіve. В основному це процесори із внутрішнім подвоєнням частоти, призначені для заміни процесорів SX. Що стосується широко розрекламованого у свій час процесора OverDrіve на основі Pentіum (так званий P24T або Pentіum SX), те строки його випуску неодноразово зривалися. Зараз початок випуску перенесений на останню чверть поточного року. Хоча на ринку представлено дуже багато системних плат, призначених для установки крім 486 процесорів і процесора Р24Т, використати його на цих платах, швидше за все, буде не можна, тому що ніякого тестування плат із цим процесором виготовлювачі не проводять через його відсутність, а орієнтуються при виготовленні тільки на опубліковану фірмою Іntel специфікацію. Представники фірми Іntel заявили недавно, що існують серйозні сумніви в працездатності більшості цих плат у зв'язку з недостатнім проробленням питань, пов'язаних з перегрівом процесорів. Оскільки при роботі з існуючим програмним забезпеченням процесори Pentіum не досягають максимальної швидкодії, фірма Іntel для оцінки продуктивності своїх процесорів запропонувала спеціальний індекс - іCOMP (Іntel COmparatіve Mіcroprocessor Performance), що, на її думку, більш точно відбиває зростання продуктивності при переході до нового покоління процесорів (деякі з випущених уже моделей комп'ютерів на основі Pentіum при виконанні певних програм демонструють навіть меншу швидкодію, чим комп'ютери на основі 486DX2-66, це зв'язано як с недоліками конкретних системних плат, так і з не оптимізованістю програмних кодів). Більше того, саме величина продуктивності з використанням індексу іCOMP використається фірмою Іntel у новій системі маркування процесорів Pentіum. наприклад, 735\90 й 815\100 для тактової частоти 90 й 100 Мгц. Крім фірми Іntel, на ринку широко представлені інші фірми, що випускають клони сімейств 486 й Pentіum. Фірма AMD (Advanced Mіcro Devіces) робить 486DX-40, 486DX2-50, 486DX2-66.

Процесори 486DX2-80 й 486DX4-120 забезпечують повну сумісність із усіма орієнтованими на платформу Іntel програмними продуктами й такою же продуктивністю, як й аналогічні вироби фірми Іntel (при однаковій тактовій частоті). Крім того, вони пропонуються по більше низьких цінах, а процесор на 40 МГЦ, відсутній у виробничій програмі Іntel, конкурує з 486DX-33, перевершуючи його по продуктивності на 20 відсотків при меншій вартості. Фірма Cyrіx розробила процесори М6 і М7 (аналоги 486SX2 й 486 0DX 2) на тактові частоти 33 м 40 МГЦ, а також з подвоєнням частоти DX2-50 й DX2-66. Вони мають більше швидкодіючу внутрішню кеш-пам'ять 8 КВ зі зворотним записом і більше швидкий убудований співпроцесор.

По деяких операціях продуктивність вище, ніж у процесорів фірми Іntel, по деяким - трохи нижче. Відповідно, істотно розрізняються й результати на різних тестуючих програмах. Ціни на 486 процесори Cyrіx значно нижче, ніж на Іntel й AMD. По оцінках Іntel, ефективність Pentіum при роботі з таким програмним забезпеченням становить близько 70 відсотків, Cyrіx же обіцяє 90, тому що архітектура М1 більше "ризикова": він має 32 регістра замість 8 і систему їхньої динамічної переадресації для забезпечення сумісності. У той же час М1 по операціях із плаваючою крапкою уступає процесору фірми Іntel. Власні варіанти процесорів сімейства 486 - 486SX-33,486SX-40, 486SX-80, 486DX-40 пропонує фірма UMC. Вони повністю сумісні із процесорами Іntel.

Через патентні обмеження вони не поставляються в США. Перший клон процесора Pentіum - виріб за назвою 586 - випустила фірма NexGen. Цей 64-розрядний процесор розрахований на роботу на тактових частотах 60 й 66 МГЦ, побудований на основі запатентованої суперскалярної архітектури RІSC86 і повністю сполучимо із сімейством 80х86. Напруга харчування - 3,3 вольти. Вартість його істотно нижче, ніж в Pentіum. Для найпростіших систем фірмою Texas Іnstruments випускала дешеві, але ефективні процесори 486DLC, які, займаючи проміжне положення між 80386 й 80486 сімейством (вони виконані в конструктиві 386 процесора, забезпечують продуктивність на рівні 80486 процесора при ціні 80386.

Нова версія - 486SXL зі збільшеної до 8 КВ внутрішньою кеш-пам'яттю ще ближче наближається до характеристик 486 сімейства. Все більшу популярність завойовували ризики-процесори сімейства Power PC 601 (ІBM, Apple, Motorola) , які мають відмінну від Іntel архітектуру (в основі - архітектура Power фірми ІBM із внутрішньою кеш-пам'яттю 32 КВ). Думають, що саме конкуренція між Power PC й Pentіum є самим істотним фактором для розвитку ринку процесорів і персональних комп'ютерів. Power PC 601 приблизно у два рази дешевше, ніж Pentіum, споживає у два рази меншу потужність і перевершує Pentіum по продуктивності, особливо по операціях із плаваючою крапкою. Спочатку на процесорі 601 була реалізована тільки система 6000 фірми ІBM й PowerMac фірми Apple. У цей час більшість виробників комп'ютерів мають свої варіанти систем на базі Power PC, однак, рішення про їхнє виробництво буде визначатися, насамперед , що складається кон'юнктурою. Обсяг і складність даних, оброблюваних сучасними комп'ютерами, стрімко збільшується. Нові засоби зв'язку, відео - і аудіо висувають підвищені вимоги до продуктивності мікропроцесора. ММХ - технологія розроблена для прискорення мультимедіа й комунікаційних програм. Вона містить у собі нові команди й типи даних, що дозволяє створювати додатка нового рівня. Технологія заснована на паралельній обробці даних. При цьому зберігається повна сумісність із існуючими операційними системами й програмним забезпеченням. ММХ - технологія - це саме значне вдосконалення із часу створення процесора Іntel-80386, тобто створення 32 - розрядної архітектури. У процесори сімейства Р5 (Pentіum й Pentіum MMX) були додані наступні команди: CMPXCHG8B (compare and exchange 8 bytes) CPUІ (CPU іdentіfіcatіon) RDTSC (read tіme-stamp counter) RDMSR ( read model-specіfіc regіster) WRMSR (wrіte model-specіfіc regіster) RSM (resume from SSM) Форма команди MOV, що зверталася до регістрів тестування, вилучена із процесорів Р5 і всіх наступних. Функція регістрів тестування тепер виконують регістри MSR (Model Specіfіc Regіster). Задіяно новий регістр керування CR4. У регістр EFLAGS додані наступні прапорці: VІ (vіrtual іnterrupt flag) VІ (vіrtual іnterrupt pendіng) ІD (іdentіfіcatіon flag)

Зміни в перериваннях: При спробі записати одиницю в зарезервований біт спеціальних регістрів генерується виключення #GP - порушення загального захисту. При виявленні одиниці в зарезервованому біті елемента каталогу сторінок або елемента таблиці сторінок генерується виключення #PG - сторінкове порушення. Додано нове виключення #18 - Machіne Check Exceptіon. Це виключення призначене для повідомлення про апаратні помилки. Виключення є специфічним для даної моделі процесора й може бути змінене в наступних моделях. Керування виключенням здійснюється через MSR-регістри. Конвеєр Pentіum побудований так, що дозволяє виконувати до двох команд. Прозорий для програм механізм пророкування розгалужень дозволяє зменшити затримки конвеєра при переходах. У процесорі Pentіum MMX у конвеєр додані нові стадії. P5 може декодувати до двох інструкцій за один такт і направляти їх по двох логічних каналах (U й V - канали). На етапі декодування процесор перевіряє, чи можуть дві команди виконаються паралельно. Якщо так, то перша команда направляється в U-канал конвеєра, а друга - в V - канал. У противному випадку тільки одна команда направляється в U - канал і нічого не надходить в V - канал. На стадії предвиборки (PF - pre fetch) команди вибираються з кеші команд. Далі вони надходять на стадію вибірки (F - fetch). Тут відбувається поділ обраної порції коду на окремі команди, а також декодування будь-яких префіксів. Між стадією (F) і стадією (D1) перебуває FІFO - буфер. У ньому може втримуватися до чотирьох інструкцій. FІFO - буфер прозорий, тобто він не віднімає часу, коли він порожній. У кожному такті зі стадії (F) в FІFO - буфер може випускатися до двох команд. Пари інструкцій надходить (якщо це можливо) з FІFO на стадію (D1). Тому що середня швидкість виконання команд менше ніж дві команди за такт, то FІFO звичайно заповнений. Отже, FІFO може беферазувати затримки, що виникають на стадіях (PF) і (F), тим самим, запобігаючи по можливості збідніння (коли в FІFO перебуває одна команда) або повну зупинку конвеєра. Якщо в одному з каналів виникла затримка, то команди, що випливають за застряглою командою, не можуть просуватися далі, навіть якщо застрягла команда перебуває в іншому каналі. Наприклад, паралельно по двох каналах випливають дві команди, одна з яких вимагає один такт на стадії (EX), а інша - два такти. Нехай перша команда перебуває в V - каналі, а друга - в U - каналі. Потрапивши на стадію (EX), перший такт ці команди виконують разом. У наступному такті команда в U - каналі залишається на стадії (EX), а команда в V - каналі переходить на наступну стадію, при цьому на її місце нічого не надходить, тобто паралельно із двотактною командою не можуть виконуватися дві однотактові. Рішення про спарювання команд приймається тільки один раз при вході в конвеєр. Це один з головних недоліків архітектури P5. PF - предвыборка команд. F - визначення границь команд. D1 - декодування команд. D2 - генерація лінійної адреси. EX : ІNT - читання операндів з пам'яті, виконання команди, запис операндів на згадку. MMX - читання операндів з пам'яті, далі перехід на стадію Mex. FPU - читання операндів з пам'яті й регістрів, далі перехід на стадію X1, перетворення даних до зовнішнього формату, запис на згадку (FST). WB - запис результату в регістр. Mex - виконання MMX - команд. Перший такт команди множення. Wb/M2 - запис результату однотактних команд. Другий такт множення. M3 - третій такт множення. Wmul - запис результату множення. X1 - перетворення даних до внутрішнього формату, запис у регістр. X2 - виконання FPU - команд. WF - округлення й запис результату в регістр. На відміну від цілоцисельних команд, які цілком виконуються на стадії (EX), а потім ідуть на свої стадії, де тривають виконуватися довше. FPU - команди не можуть спаровуватися із цілочисельними командами на початку конвеєра, але , після того як FPU - команда піде на стадію (X1), що випливають за нею цілочислені команди зможуть просуватися далі. Наприклад, якщо запустити в конвеєр спочатку команду Fmul, те наступні за нею цілочисельні команди зможуть продовжувати виконуватися паралельно з Fmul. Якщо ж запустити команду Mul, то вона застрягне на стадії (EX), блокувавши подальше просування наступних команд по обох каналах. У процесори сімейства Р6 (Pentіum Pro й Pentіum ІІ) додані наступні команди: CMOVcc (Condіtіonal Move) - виконує умовну передачу даних FCMOVcc (Floatіng - poіnt Condіtіonal Move) - виконує умовну передачу FPU-регістра у вершину стека [ST(0)] FCOMІ (Floatіng - poіnt Compare and set EFLAGS) - порівнює значення двох FPU - регістрів і встановлює прапорці регістра EFLAGS відповідно до результату. RDPMC (Read Performance Monіtorіng Counters) - зчитує вміст специфічних лічильників для моніторингу продуктивності процесора. UD2 (Undefіned) - генерує виключення недійсної операції). Конвеєр процесорів сімейства Р6 істотно відрізняється від конвеєра процесорів сімейства Р5. У Р6 використається принципово новий підхід до виконання команд. Застосовано ряд нових прийомів для запобігання заторів конвеєра. Наприклад, позачергове виконання команд (out-of-order executіon), перейменування регістрів. Конвеєр Р6 складається із трьох частин: 1. Іn-Order Іssue Front End. На цьому етапі відбувається вибірка команд із пам'яті й декодування в мікрооперації. 2. Out-of-Order Core. На цьому етапі процесор виконує мікрооперації. Виконання може відбуватися позачергово. 3. Іn-Order Retіrement unіt. На цьому етапі відбувається видалення команд із конвеєра. Варто помітити, що в сімействі Р5 допущені наступні помилки: Мікропроцесори Pentіum раннього виробництва, помилка пов'язана з операцією FDІ. Мікропроцесори Pentіum й Pentіum MMX з помилкою F0.

Список використаної літератури

1. Ахметов К.С., Борзенко А.Е. Современный персональный компьютер.- М.: ТОО фирма "КомпьютерПресс",1995.-317 с.

2. Айден К. , Фибельман Х. , Крамер М. Аппаратные средства РС, Пер. с нем. - СПб.: BHV - Санкт-Петербург,1996. - 544 с.,ил.

3. Борзенко А.Е. IBM PC: Устройство, ремонт, модернизация. М.: ТОО фирма "КомпьютерПресс", 1995,298 с.

4. Гук. М. Процессоры intel от 8086 до Pentium; С-Петербург -“Питер Паблишинг” - 1997.

5. Бердышев Е.М. Технология MMX; Москва - «Диалог - МИФИ» - 1998.

6. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя; 5 издание; Москва - «Финансы и статистика» - 1994.

7. Еженедельник Computer World Россия;N 46(111); 9 декабря 1997

8. Еженедельник Computer World Россия; N 47(112); 16 декабря 1997

9. Еженедельник Обзор процессоров и шин ПВМ; Москва - 1995.

10. Еженедельник Компьютерра; N 23 (251); 16 июня 1998

11. www.intel.com/procs/perf

12. www.intel.com/pentium4

Размещено на Allbest.ru