Характеристика, классификация и принцип работы центральных процессоров

В 1996 г. фирма AMD купила корпорацию NexGen, разработавшую микропроцессор Nx585. Этот микропроцессор был полностью совместим с процессором IntelPentium, но стоил дешевле его и не содержал ошибки в микрокодах устройства обработки чисел с плавающей точкой. Совместная работа специалистов из обеих фирм обеспечила создание 13 ноября 1996 г. микропроцессора K6, известного новым подходом к архитектуре ядра процессора.

Процессор K6 был самым сложным из всех процессоров класса Pentium II и содержал 8,8 млн транзисторов 0,3-микронной технологии. Он использовал технологию MMX, разработанную фирмой Intel, но не использовал односторонний картридж, что повышало его привлекательность для разработчиков компьютеров, которые не хотели покупать лицензию на изготовление разъёмов для односторонних картриджей у фирмы Intel. Вместо этого процессор K6 выпускался в корпусе с сеткой контактов и мог использовать то же гнездо, что и процессоры Pentium. С другой стороны, процессор K6 не мог устанавливаться в систему вместо процессора Pentium без её переконфигурирования.

Модели процессора K6 могли работать на тактовых частотах 166, 200, 233 (с апреля 1997), 266 и 300 (с апреля 1998) МГц, используя умножитель рабочей частоты от 2,5 до 4,5.

Следующий процессор, названный K6-2, объединял внутреннюю сокращённую систему команд с совместимостью по машинному коду с процессором Pentium II. Кроме того, новый микропроцессор использовал технологию 3D-NOW!, увеличивающую производительность трёхмерных игр, разработанных с поддержкой этой технологии. Выпущенный 28 мая 1998 г., процессор K6-2 содержал 9,3 млн транзисторов новой 0,25-микронной технологии. Различные модели микропроцессора K6-2 имели рабочие тактовые частоты 266, 300, 333, 350 и 400 (с августа 1998) МГц и использовали умножители рабочей частоты от 3 до 5.

Последний процессор семейства K6, названный K6-3, был разработан как альтернатива процессору Intel Pentium III. Система команд процессора K6-3 не содержала новых инструкций процессора Pentium III, но зато процессор K6-3 содержал увеличенную встроенную кэш-память (64 Кбайт первого уровня и 256 Кбайт - второго). Этот процессор работал на тактовых частотах 350, 400 и 450 МГц.

Новое поколение процессоров фирмы AMD было представлено 23 июня 1999 г. процессором K7. Первые его модели работали на тактовой частоте 500 МГц с умножением рабочей частоты в 2,5 раза (использовалась новая системная шина, поддерживающая тактовую частоту 200 МГц). Встроенная в процессор K7 кэш-память второго уровня имела объём 512 Кбайт или 1 Мбайт. Кроме того, процессор K7 содержал усовершенствованное устройство обработки чисел с плавающей точкой, имеющее «сверхмасштабную» архитектуру, позволяющую обрабатывать две инструкции одновременно. Это обеспечивало производительность устройства обработки чисел с плавающей точкой до 1 млн операций в секунду. Процессор K7 рассматривался как альтернатива процессорам IntelXeon, предназначенная для серверов и рабочих станций.

Можно сконструировать систему, содержащую несколько центральных процессоров. Такая система будет содержать единую системную шину и общие память и другие внешние устройства. Но при этом каждый микропроцессорный модуль, который, кроме главного процессора, может содержать также сопроцессор(ы) и (или) независимый(е) процессор(ы), должен иметь собственную логику управления шиной (контроллер шины, защёлки адреса и приёмопередатчики). Отдельные модули могут и не содержать главного процессора. Такая конфигурация называется слабо связанной, в отличие от сильно связанной конфигурации, где отдельные микропроцессоры разделяют общую логику управления шиной. Слабо связанная конфигурация обладает следующими достоинствами:

· повышается пропускная способность (объём кода, исполняемого в единицу времени) системы;

· система допускает модульное расширение: отдельные модули можно добавлять или удалять, не влияя на остальные модули в системе;

· отказ в одном модуле обычно не вызывает простоя всей системы, а отказавший модуль можно легко найти и заменить;

· каждый модуль может иметь локальную шину для доступа к собственной памяти или устройствам ввода-вывода, чем достигается более высокая степень параллельной обработки.

Поскольку каждый из модулей работает независимо, для разрешения задачи арбитража шины потребуется дополнительная логика доступа к шине, обеспечивающая, чтобы в один момент времени шиной управлял только один модуль. Одновременные запросы шины учитываются на приоритетной основе. Имеется несколько способов задания приоритетов, например, приоритетная цепочка (при запросе свободной шины разрешение доступа к ней «спускается» модулями от наиболее приоритетного к наименее приоритетному, пока разрешение не дойдёт до запросившего шину модуля), опрос (при запросе свободной шины разрешение доступа к ней предлагается арбитром шины каждому модулю в порядке приоритета, пока предложение не дойдёт до запросившего шину модуля) и независимое запрашивание (каждый модуль имеет свою линию запроса шины, и при запросе свободной шины разрешение доступа к ней даётся непосредственно наиболее приоритетному модулю из запросивших шину). Выбор реализации логики доступа к шине определяется прежде всего числом модулей в системе. Производятся специальные микросхемы для арбитража шины в слабо связанных конфигурациях, например, Intel 8289 для систем на базе микропроцессоров 8086/8088. Некоторые виды арбитража, например, приоритетная цепочка, не требуют отдельной микросхемы арбитра шины.

Все современные компьютеры имеют слабо связанную конфигурацию с ярко выраженным центральным модулем (ЦП, сопроцессор, кэш-память) и дополнительными модулями (видеоподсистема, аудиоподсистема, подсистема ввода-вывода, контроллеры внешних устройств). Для их связи применяются различные конструкции расширимых системных шин. Среди таких конструкций следует отметить следующие стандарты:

ISA (16-разрядная шина данных, 24-разрядная шина адреса, разработан фирмой IBM для своего ПК IBM AT);

EISA(32-разрядные шины адреса и данных, разработан в 1988 г., совместим со стандартом ISA);

MCB (32-разрядные шины адреса и данных, разработан фирмой IBM в 1987 г. для компьютеров IBM PS/2, несовместим с другими стандартами);

VESA (32-разрядные шины адреса и данных, разработан для процессора Intel 486 и несовместим с другими типами процессоров);

PCI (64-разрядные шины адреса и данных, разработан фирмой Intel в 1992 г. для процессора Pentium, поддерживает технологию «включи и работай»).

В настоящее время наиболее распространены шины стандарта PCI.

Таблица 3 - Характеристики процессоров Intel и AMD

При сравнении процессоров Intel Corei7 92, AMD PhenomIIX4 920 и Phenom X4 9950, то можно сделать вывод о том, что в целом AMD Phenom IIX4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (Core 2 Quad) и весьма значительно отстает от Intel Corei7. Но в сравнении PhenomX4 и PhenomIIX4 сделан значительный шаг вперед. Говоря о цене: Intel стоит почти в два раза больше, чем AMD.

Литература

1. Букчин Л.В., Безрукий Ю.Л. Дисковая подсистема IBM-совместимых персональных компьютеров. - М.: Бином, 1993.

2. Горбунов В.Л., Панфилов Д.И., Преснухин Д.Л. Справочное пособие по микропроцессорам и микроЭВМ. - М.: Высшая школа, 1988.

3. Григорьев В.Л. Архитектура и программирование арифметического сопроцессора. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

4. Джордейн Р. Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC, XT и AT. - М.: Финансы и статистика, 1992.

5. Лю Ю-Чжен, Гибсон Г. Микропроцессоры семейства 8086/8088. - М.: Радио и связь, 1987.

6. Микропроцессорный комплект К1810. Казаринов Ю.М., Номоконов В.Н., Подклетнов Г.С., Филиппов Ф.В. - М.: Высшая школа, 1990.

Размещено на Allbest.ru