Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Микропроцессоры - файл Микропроцессоры.doc


Микропроцессоры
скачать (128.5 kb.)

Доступные файлы (1):

Микропроцессоры.doc513kb.21.05.2008 22:44скачать

содержание
Загрузка...

Микропроцессоры.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
Кафедра информатики и вычислительной техники

Курсовая
Микропроцессоры


Автор:


Руководитель:


Курск 2005


   

ОГЛАВЛЕНИЕ





ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...

3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ……………………...


4



1.1 Определение микропроцессора…………………………………...

4




1.2 Функции и строение микропроцессора…………………………...

5




1.3 Эволюция микропроцессоров……………………………………..

9







1.3.1 Компании INTEL………………………………………….

10







1.3.2 Компании AMD……………………………………………

31







1.3.3 Компании APPLE………………………………………….

41

^ 2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

МИКРОПРОЦЕССОРОВ INTEL PENTIUM 4 3,2 ГГц, INTEL PENTIUM 4 EXTREME EDITION 3,2 ГГЦ И МИКРОПРОЦЕССОРОВ AMD ATHLON 64 FX-51, AMD ATHLON 64 3200+, AMD ATHLON XP 3200+…………………………………………………………………………...


57

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….

64

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………...

67

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….

68

                            

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ
Процессоры персональных компьютеров отвечают единому стандарту, который задан фирмой Intel, мировым лидером в производстве процессоров для ПК. В старых компьютерах вы можете найти процессоры типов PentiumII, Pentium III, в новейших - Pentium 4. Фирма AMD выпускает процессоры, в общем аналогичные интеловским, но называются они немного иначе: K6 (пентиум второй), К7 или Athlon (пентиум третий). И приходится скромной AMD предугадывать будущее индустрии, иногда опережая Intel с ее полумиллиардными доходами. Предсказуемо появление новых идей у отстающей компании — для нее это способ выжить. Но неожиданно то, что иногда эти идеи принимает на вооружение и Intel. Мы сейчас вели речь о так называемых IBM-совместимых персональных компьютерах. На нашем рынке, как, впрочем, и в мире, их подавляющее большинство. В расчёте именно на этот стандарт пишутся игры, программы и прочее. Но есть ещё стандарт фирмы Apple для персональных компьютеров Macintosh. «Маки» оснащены, как на войну, - в них сразу же в стандартном комплекте, есть и звуковая приставка с микрофоном и динамики, и модем для подключения к сети, и ещё кое-какие вещи, которые в IBM-совместимых PC надо покупать отдельно. Это мощные и простые в эксплуатации машины, порой (как, например, в настольных издательских системах) незаменимые. Однако у нас в России (да и во всём мире) их гораздо меньше, чем PC, и они заметно дороже.

В основе любой ПЭВМ лежит использование микропроцессоров. Он является одним из самых важнейших устройств в компьютере, которым привычно характеризуют уровень производительности ПК. Микропроцессор является "мозгом" и "сердцем" компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Когда выбирают себе компьютер, первым делом выбирают себе микропроцессор, который будет соответствовать требованиям, тех или иных людей. От процессора зависит, как быстро будут запускаться программы, и даже насколько быстро будет происходить процесс архивации данных в WinRAR, я уже и не говорю о создании трёхмерной анимации в 3D MAX Studio. Из всего выше сказанного, я считаю, что моя тема очень актуальна и значима на сегодняшний день.

Цель моей работы состоит в том, чтобы узнать побольше о функциях и строении микропроцессора, проследить процессорную эволюцию трёх самых крупных и известных компаний: Intel, AMD и Apple. А также провести тестирование нескольких самых популярных, на сегодняшний день, процессоров и выявить явного лидера среди них. Четвёртой целью является, то, чтобы каждый прочитавший эту работу смог выбрать процессор, который будет целиком отвечать его повседневным требованиям.

^ 1.1 Определение микропроцессора

  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. 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.


^

1.2 Функции и строение микропроцессора


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 устройство выполняет 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 процессора.




    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 (L2 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) - буфер целей ветвления. 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.



^ 1.3 Эволюция процессоров

Изобретение транзистора

Технологический процесс производства микропроцессоров неразрывно связан с эволюцией и постоянным усовершенствованием транзистора. Транзистор, изобретённый в 1948 году в лабораториях корпорации Bell, позволил создавать компьютер из малоразмерных электронных схем, созданных на печатных платах. Революционная роль транзистора в его малых размерах. Объединение большого числа таких транзисторов на текстолитовой плате позволило создавать отдельные узлы, и даже целые устройства. Применение транзисторов позволило уменьшить габариты ЭВМ и увеличить их вычислительную мощность. Однако габариты ЭВМ на транзисторах всё же оставались очень большими для их широкого применения. Но ведь с точки зрения технологического процесса нет особой разницы, делать ли один транзистор на подложке или сразу много. Изготовив достаточное количество транзисторов на одной подложке, остается один шаг до превращения нескольких транзисторов в интегральную микросхему – соединить определённым образом полученные транзисторы. И такой революционный шаг был сделан спустя ровно 10 лет после изобретения транзистора. Первая настоящая интегральная схема была выпущена в 1958 году компанией Texas Instruments. Интегральные микросхемы постепенно стали составной частью практически любого радиоэлектронного устройства, в том числе и ЭВМ. Компьютеры стали применяться не только для научных расчетов, но и в бизнесе. Но это всё же ещё были очень громоздкие и дорогие устройства.
^ 1.3.1 Intel Corporation

Все, кто когда-либо сталкивался с понятием персональный компьютер, так или иначе, наслышаны о таком гиганте компьютерной индустрии как Intel Corporation. Сейчас Intel - это не только передовая корпорация, выпускающая микропроцессорное оборудование для построения компьютерных систем. Спектр выпускаемого оборудования и комплектующих Intel растет с каждым годом, а корпорация уверенно утверждается на все новых и новых позициях на рынке компьютерных технологий.

Корпорация Intel была основана в середине июня 1968 г. Робертом Нойсом и Гордоном Муром. Практически, сразу после основания компании к ним присоединился нынешний председатель совета директоров - Эндрю Гроув. В 1974 г. в корпорацию пришел ее будущий президент и главный управляющий Крейг Барретт и уже с тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров с числом сотрудников, превысившим 64 тысячи, и годовым доходом свыше 25 миллиардов долларов.

Первоначальная коммерческая и промышленная задача была сформулирована в 1968 г., как создание рынка запоминающих устройств для вычислительных машин на базе кремниевых кристаллов. Уже в то время стало очевидно, что запоминающие устройства на кремниевой основе являются перспективными технологиями, которые в будущем будут основой развития вычислительной техники и технологии компьютерных устройств. Дело в том, что тогда кремниевая память стоила в сотни раз дороже магнитных носителей, которые занимали основную часть рынка запоминающих устройств. Поэтому Intel, в то время, надо было продвигать новые конструктивные реализации памяти и микропрограммные вычислительные устройства, которые стали бы для разработчиков вычислительной техники недорогой и мощной альтернативой магнитным носителям. Однако время шло и компания начала развитие смежных технологий. Очень скоро специалистам Intel стало ясно, что компьютерная индустрия ожидает не просто отдельных комплектующих, но современного высокопроизводительного решения на уровне проекта архитектуры вычислительной машины, включающего, прежде всего микропроцессорное вычислительное устройство, запоминающие устройства и контроллеры периферийных компонентов. Такой проект был создан.


Intel 4004

Спустя 11 лет после выпуска первой интегральной микросхемы произошла очередная революция: появился микропроцессор. В 1969 году на только что созданную Intel поступил заказ от японской компании Busicom на разработку 12 специализированных микросхем для бухгалтерского калькулятора. Вместо этих микросхем инженеры Intel во главе с Гордоном Муром и Робертом Нойсом разработали микропроцессор общего назначения, предназначенный для применения в калькуляторах. 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.
^ Intel i8008 и i8080

Следующий процессор - восьмиразрядный i8008 (1972 год) - был быстрее предшественника в два раза. i8008 послужил основой для прототипа процессора персональных компьютеров. В 1974 году был создан i8080 - первый "классический" процессор. Его появление имело большое значение, которое трудно переоценить. 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.

С появлением микропроцессоров эволюция транзисторов, из которых, собственно, и состоит любая микросхема, не остановилась. Продолжалась борьба за частоту исходных кремниевых пластин. Более точно дозируемым становится процесс внесения легирующих примесей. Это позволяет постоянно улучшать частотные свойства транзисторов. Но настоящая битва развернулась на фронте улучшения разрешающей способности процесса фотолитографии, лежащего в основе производства микросхем. Это так называемая «технологическая норма» технологического процесса. Она определяет минимальный размер элементов, которые могут быть сформированы на пластине. Когда говорят, например, о технологии 0,18 мкм, то подразумевают именно значение нормы технологического процесса 0,18 мкм.
^ Intel i8086 и i8088

В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором i8086. Размер его регистров был увеличен в два раза, что дало возможность увеличить производительность в 10 раз по сравнению с i8080. Кроме того, размер информационных шин был увеличен до 16 разрядов, что дало возможность увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 бит. Это позволило 86-му прямо контролировать 1МB оперативной памяти. Как прямой потомок i8080, i8086 унаследовал большую часть множества его команд. Регистры этого процессора были разработаны таким образом, что они могли обрабатывать как 16-ти битные значения, так и 8-ми битные - также как это делал i8080. Память i8086 была также доработана специальным образом. Весь мегабайт оперативной памяти не представлялся единым полем, а был разделен на 16 сегментов величиной по 64Кб. В некотором смысле i8086 опередил свое время. Малые компьютеры основывались на 8-ми битной архитектуре, память была очень дорога, требовались дополнительные 16-ти битные микросхемы. Использование этого процессора предполагалось в 16-ти битных устройствах, которые не оправдывали свою цену в то время. 

Через год после презентации i8086, Intel объявил о разработке микропроцессора i8088 (1979 год). Он являлся очень похожим на i8086: 16-битные регистры, 20 адресных линий, тот же набор команд - все то же, за исключением одного, - шина данных была уменьшена до 8 бит. Это позволяло полностью использовать широко распространенные в то время 8-битные элементы технического обеспечения.

Процессор i8088, родоначальник большинства процессоров для персональных компьютеров, состоял из 29 тысяч транзисторов, производился по 3-микронной технологии и имел общую площадь подложки 33 мм2. Для сравнения, процессор Pentium 4 1.7 ГГц состоит из 42 млн. транзисторов, производится по 0,18-микронному техпроцессу и имеет площадь, равную 217 мм2. Матрица процессора Рentium 4 имеет в 1400 раз больше транзисторов, чем у процессора 8088, однако площадь поверхности его ядра только в 7 раз больше размера ядра 8088!

i8088 мог потеряться в истории, как это было с i8085, не реши IBM реализовать свой первый персональный компьютер на его базе. Выбор IBM был объясним. Восьми битная шина данных позволяла использовать имеющиеся на рынке микросхемы. Шестнадцати битная внутренняя структура давала важные преимущества по сравнению с существующими микропроцессорами.

Итак, i8088 явился базой для разработки семейства малых компьютеров. Он подготовил почву для быстрого создания совместимых настольных компьютеров. Потенциально i8086 был в два раза производительней, и почти полностью совместим с i8088. Микропроцессоры i8088 и i8086 совместимы, но не взаимозаменяемы. Восемь дополнительных бит данных требовали 8-ми дополнительных проводов. Таким образом, подключение этих двух микросхем было различным. Компьютер разрабатывался либо под один микропроцессор, либо под другой.

По мере развития компьютерной индустрии, рынком была проведена оптимизация разделения функций между устройствами. И каждое устройство развивалось в направлении реализации своих функций. Intel продолжал совершенствовать свои микропроцессоры. В 1982 году был представлен микропроцессор i80186. Этот чип стал базовым для создания целого ряда совместимых компьютеров и реализации турборежима. Также был создан микропроцессор i80188 - приемник i8088.
^ Intel i286, i386 и i486

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.
^ Intel Pentium

С момента выпуска 486-го процессора технологический процесс производства микропроцессоров начал развиваться бурными темпами.

Однако 90-е годы стали переломным моментом в политике корпорации. Дело в том, что дальнейшее наращивание производительности с темпами, достигнутыми ранее, и таким же снижением стоимости стало невозможно. Был достигнут предел технологического оборудования и самой технологии серии 80х86. На горизонте уже маячили разработки новой серии Intel Pentium. Однако технологические достижения данной технологии позволили снизить стоимость процессоров лишь в последние годы, а в то время Intel потребовалась серьезная и грандиозная рекламная компания, которая, к слову сказать, была успешно проведена, чтобы оставить завоеванные пространства рынка за собой, и занять новые рубежи. Создание процессора следующего поколения стало возможным благодаря переходу на новый техпроцесс – 0,8 мкм, следствием чего явилось увеличение числа транзисторов до 3,1 млн. Процессор Pentium со своей конвейерной и суперскалярной архитектурой достиг впечатляющего уровня производительности.

^ Основные особенности процессора: ядро нового CPU включало уже два 5-стадийных конвейера для операций над целыми числами, позволяющих выполнить две инструкции за такт, и 8-стадийный конвейер для операций с плавающей запятой, что почти удваивало его вычислительные возможности по сравнению с 486-м процессором аналогичной частоты. Удлинение конвейера позволило увеличить тактовую частоту, хотя и создало некоторые проблемы, связанные с предсказанием ветвления выполняемых команд. Для решения этой проблемы, на кристалле расположили специальный буфер, Branch Target Buffer, с помощью которого реализовали механизм динамического предсказания ветвления. Когда по мере исполнения внутренних инструкций встречалось ветвление, в буфере запоминалась эта команда и адрес перехода. Эти данные использовались для предсказания перехода при повторном выполнении данной инструкции.

Таким образом, Pentium по всем параметрам превосходил своего предшественника – i486. Производительность, выпущенного в марте 1993 года процессора Pentium в пять раз превысила показатель такового i486, что и предопределило применение архитектуры Pentium в процессорах до настоящего времени. Уже первые модели процессоров Pentium были настолько совершенны (для своего времени), что во многих приложениях производительность компьютера определялась не скоростью вычислений, а скоростью обмена данными процессора с кэш-памятью второго уровня (L2). Ведь обмен данными осуществлялся по общей системной шине, как и в процессорах i486. Конечно, этот недостаток был известен, но при технологии 0,8 мкм расположить кэш-память второго уровня на одном кристалле с процессором было невозможно.

^ Intel Pentium Pro

Первая попытка расположить кэш второго уровня, если не на одном кристалле, то хотя бы рядом с ядром процессора, была реализована в процессоре Pentium Pro. Выпущенный в 1995 году, процессор Intel Pentium Pro стал первым CPU с архитектурой P6. Этот процессор появился, когда технология достигла уровня 0,5 мкм. Главное преимущество и уникальная особенность Р6 - размещенная в одном корпусе с процессором вторичная статическая кэш-память размером 256 кб, соединенная с процессором специально выделенной шиной. Первая причина объединения процессора и вторичного кэша в одном корпусе - облегчение проектирования и производства высокопроизводительных систем на базе Р6. В Р6 вторичный кэш уже настроен на процессор оптимальным образом, что облегчает проектирование материнской платы. Вторая причина объединения - повышение производительности. Кэш второго уровня связан с процессором специально выделенной шиной шириной 64 бита и работает на той же тактовой частоте, что и процессор. Объединение процессора и вторичного кэша в одном корпусе и их связь через выделенную шину является шагом по направлению к методам повышения производительности.

Кристалл ЦПУ Pentium Pro содержит 5,5 миллионов транзисторов; кристалл кэш-памяти второго уровня - 15,5 миллионов. Для сравнения, последняя модель Pentium включала около 3,3 миллиона транзисторов, а кэш-память второго уровня реализовывалась с помощью внешнего набора кристаллов памяти. Хотя число транзисторов на кристалле с вторичным кэшем втрое больше, чем на кристалле процессора, физические размеры кэша меньше: 202 квадратных миллиметра против 306 у процессора. Оба кристалла вместе заключены в керамический корпус.
В процессоре Pentium Pro было впервые реализовано:

  • Архитектура двойной независимой шины;

  • Динамическое исполнение;

  • Количество стадий конвейера для целочисленных операций увеличено с 5 до 14;

  • Реализован механизм выполнения инструкций с нарушением очередности их следования (так называемое спекулятивное ветвление), что позволило Pentium Pro просматривать до 18 инструкций вперед и обрабатывать их в зависимости от их готовности, а не от порядка следования в программе.


^ Особенности архитектуры двойной независимой шины

Архитектура двойной независимой шины, снимающая многие проблемы пропускной способности современных компьютерных платформ, была разработана фирмой Intel для удовлетворения запросов современных прикладных программ, а также для обеспечения возможности дальнейшего развития новых поколений процессоров. Наличие двух независимых шин дает возможность процессору получать доступ к данным, передающимся по любой из шин одновременно и параллельно, в отличие от последовательного механизма, характерного для систем с одной шиной.

^ Особенности динамического обновления

Всё началось с того, что конкуренты Intel предлагали альтернативные решения, при которых требуется минимальное число новых инструкций или вообще не требуется переработка компиляторов, а повышение производительности процессоров и скорости выполнения программ и вычислений достигается за счет внутренней оптимизации процессорного ядра. Так, технология 3D Now компании AMD позволяет производить две операции с плавающей точкой вместо одной у Pentium, а число новых инструкций около 30, при относительно равной стоимости. Дальнейшее увеличение числа инструкций при каждом введении новых технологий обработки данных могло привести Intel к тому, что микропроцессоры стали бы перегруженными объемом поддерживаемых инструкций. Компилирующие системы для них (например от Microsoft) – станут еще тяжелее и неповоротливее, а все нарастающая тактовая частота и производительность процессора будет "съедаться" непомерно большими программными продуктами. Так что КПД нововведений может оказаться невысоким. Для этого и было реализовано Динамическое исполнение.

Динамическое Исполнение представляет собой комбинацию трех технологий обработки данных, обеспечивающих более эффективную работу процессора - множественное предсказание ветвлений, анализ потока данных и спекулятивное исполнение. Динамическое исполнение обеспечивает более эффективную работу процессора, позволяя манипулировать данными, а не просто исполнять последовательный список инструкций. Динамическое исполнение позволяет процессору предсказывать порядок инструкций при помощи технологии Множественного Предсказания Ветвлений, которая предсказывает прохождение программы по нескольким ветвям. Процессор может предвидеть разделение потока инструкций, что дает возможность с 90% точностью предсказать, в какой области памяти можно найти следующие инструкции. Это оказывается возможным, поскольку в процессе исполнения инструкции, процессор просматривает программу на несколько шагов вперед. Технология Анализа потока данных позволяет проанализировать код и составить график, т.е. новую оптимальную последовательность исполнения инструкций, независимо от порядка их следования в тексте программы. И, наконец, Спекулятивное выполнение повышает скорость, за счет выполнения до 5 инструкций одновременно, по мере их поступления в оптимизированной последовательности - т.е. спекулятивно. Это обеспечивает максимальную загруженность процессора и увеличивает скорость исполнения программы.

Процессор Pentium Pro стал родоначальником процессоров Pentium шестого поколения. Однако изготовление процессоров такой архитектуры по технологии 0,5 мкм было очень дорого, поэтому процессор Pentium Pro использовался практически только в высокопроизводительных серверах.
^ Intel Pentium MMX

Выпуск процессора Pentium MMX (Multimedia Extension) оказался следующим большим шагом вперед. В процессоре впервые был реализован новый набор из 57 команд MMX. Произошло это 8 января 1997 года. С развитием технологии процессоры стали выпускать по 0,35-микронной технологии. В процессорах Pentium MMX была впервые реализована групповая обработка нескольких целочисленных операндов разрядностью 1, 2, 4 или 8 байт с помощью одной команды. Такая обработка обеспечивается введением дополнительного блока MMX (MiltiMedia Extension — Мультимедийное Расширение). Это особая разновидность процессора, в которой предусмотрены дополнительные команды для обработки звука, изображений и видео. Изменилось напряжение питания (уменьшилось до 2,8 вольта), соответственно, потребовались изменения в конструкциях системных плат - оказалась необходимой установка дополнительного стабилизатора напряжения.

^ Технология Intel MMX

Технология Intel MMX является крупнейшим достижением Intel в области архитектуры микропроцессоров. Она улучшает компрессию-декомпрессию видео, работу с изображениями, шифрование и обработку сигналов ввода-вывода, т.е. все мультимедиа операции, операции связи и сетевые взаимодействия. Основа MMX расширения процессорного ядра заключается в технологии обработки множественных данных в одной инструкции (Single Instruction Multiple Data - SIMD). Процесс SIMD (один поток команд и множество потоков данных) дает возможность одной инструкции исполнять одну и ту же функцию с различными данными и их частями. SIMD позволяет чипу уменьшить количество циклов с интенсивными вычислениями, характерными для обработки видео, аудио, графической информации и анимации. Эта технология, на данном этапе, предусматривает включение 57-ми новых инструкций, разработанных специально для более эффективной работы с видео, звуком и графикой.
Intel Pentium II

Микропроцессор Intel Pentium II был выпущен в 1998 году. Правда, кэш второго уровня в нём, так и осталась в виде отдельной микросхемы. Более того, кэш работала на частоте в два раза меньшей, чем ядро процессора. Тем не менее, это был серьёзный шаг в повышении производительности, и к тому же цена процессора оказалась доступной для большинства покупателей. Процессор Pentium II явился закономерным продолжением и развитием технологии Pentium с ее современными дополнениями и изменениями. Pentium II использует новую высокопроизводительную архитектуру двойной независимой шины, позволяющую существенно увеличить пропускную способность и привести скорость шины в соответствие с мощностью процессора. Выделенная кэш-память второго уровня 512 KB, расположена в картридже с односторонним контактом (S.E.C.). Также, имеется и 32 KB кэша первого уровня (16K для данных и 16K - для инструкций), что вдвое больше, чем у процессора Pentium Pro. Кэш второго уровня имеет код коррекции ошибок (ECC), увеличивающий надежность и целостность данных при использовании в одно- и двухпроцессорных серверных системах.
Основными конструктивными особенностями процессора являются:

  • Архитектура Двойной Независимой Шины;

  • Технология Intel MMX;

  • Динамическое исполнение;

  • Картридж с односторонним контактом (S.E.C.).


Intel Celeron

Совершенно новой веткой в направлении технологии микропроцессоров для Intel является выпуск параллельных основным процессорам, "облегченных" и удешевленных вариантов. Таковой является серия Celeron. Впервые эти процессоры появились в апреле 1998 года. Процессоры Celeron с тактовыми частотами 400, 366, 333, 300 и 266 МГц были ориентированы на рынок компьютеров начального уровня. Процессоры Celeron имеют все достоинства микроархитектуры P6, на основе которой был построен процессор Pentium II.

Основные характеристики серии Celeron:

  • Работают на высоких тактовых частотах и обладают высокой производительностью при доступных ценах;

  • Используют технологию MMX;

  • Используют технологию динамического исполнения;

  • Производятся по 0,25-микронной технологии и монтируются в корпус с односторонним расположением контактов типа S.E.P.P., обеспечивающий простоту установки и экономичность;

  • Используют системную шину микроархитектуры P6 с тактовой частотой 66 МГц, поддерживающую параллельные транзакции и контроль четности данных;

  • Оснащены неблокируемой кэш-памятью первого уровня емкостью 32 кбайт (16 кбайт для команд + 16 кбайт для данных);

  • Оснащены встроенной кэш-памятью 2-го уровня объемом 128 Kб;

  • Ядро содержит от 7,5 млн. (у процессоров с тактовыми частотами 300 и 266 МГц) до 19 млн. (у процессоров с частотами 400, 366, 333 МГц) транзисторов и включает встроенную кэш-память 2-го уровня.

Процессоры оснащены встроенной системой самотестирования BIST, обеспечивающей контроль однобитных ошибок микрокода, поддержку больших логических массивов, тестирование кэш-памяти команд и данных. Специальные внутренние счетчики обеспечивают мониторинг производительности и подсчет событий.

Также, необходимо добавить, что процессоры Celeron по-прежнему являются наиболее разгоняемыми. Многие модели начиная с серии Celeron 300 работают на частоте на 25-30% большей номинальной.
^ Intel Pentium III

Одной из важнейших новостей начала 1999 года является то, что процессор Pentium III вышел в серийное производство. Хотя, его нельзя назвать процессором нового поколения, так как он основан на том же P6 ядре, что и Pentium II. Pentium III работает на более высоких тактовых частотах, содержит более 70 новых инструкций, новые регистры и реализует новейшие аппаратные и программные технологические решения. Он разработан для ускорения работы всех мультимедийных средств и систем ПК, таких как статическая и динамическая 3D графика, видео и звук. Также оптимизированы и улучшены инструкции пересылки операндов в памяти и обработка потоков информации.

Среди большого числа преимуществ нового процессора можно выделить следующие:

  • Новые оптимизированные инструкции с поддержкой SIMD;

  • Оптимизация вычислений с плавающей точкой;

  • Оптимизация MMX инструкций;

  • Улучшенный доступ к памяти Streamline;

  • Высокая тактовая частота (450MHz - 1000MHz);

  • Уникальный идентификационный код.

70 новых удобных и оптимизированных инструкций пересылки и обработки специфических данных, таких, как 3D графические преобразования и вычисления, осуществляют действия одной инструкцией, для которых до этого требовалось выполнять от четырех до шести отдельных инструкций. Это достигается за счет использования технологии SIMD (Single Instruction Multiple Data), дающей возможность одной инструкции оперировать с операндами, гораздо больших, чем ранее было возможно, размеров. Не обошлось и без появления новых регистров. Таковые в Pentium III позволяют распараллеливать вычисления с плавающей точкой и выполнять до четырех операций с вещественными числами одновременно, что может существенно повысить производительность 3D приложений и игр, а также сделать значительный рывок в технологии 3D проектирования и моделирования.

Доступ к памяти осуществляется по технологии Streamline, а объем кэша второго уровня (L2) - 512KB. Оптимизирован доступ к кэш-памяти второго уровня, что приводит к уменьшению среднестатистического числа промахов в L2 кэше. Это приводит к ускорению выполнения оптимизированного кода.

Новинкой является уникальный идентификационный код, которым снабжается каждый чип. Данный код может быть использован, прежде всего для идентификации процессора, его партии, места и времени выпуска и других производственных характеристик и особенностей. Поэтому, любой владелец Pentium III мог получать от Intel исчерпывающую информацию о установленном в его компьютере процессоре и проверить его на предмет подделки.

При переходе на 0,25-микронный техпроцесс появился новый процессор Pentium III, в котором было достаточно много усовершенствований, однако кэш второго уровня всё ещё работала на половинной частоте ядра процессора. Только с появлением процессора Pentium III Coppermine, изготавливаемого по 0,18-микронной технологии, кэш второго уровня переместилась в ядро процессора и стала работать на частоте ядра процессора.
^ Intel Celeron II Coppermine

Celeron II Coppermine - новый этап в развитии линейки Celeron. Начиная с частоты 533 МГц Celeron обзавелся новым процессорным ядром - Coppermine с урезанным до 128 килобайт кэшем L2. Соответственно, по своим характеристикам процессор максимально близок к Pentium III.
^ Intel Pentium IV (ядро Willamette)

Столкнувшись с множеством проблем при попытке увеличить частоту процессора Pentium III выше 1ГГц, сотрудники компании Intel поняли, что старая архитектура процессоров требует радикальных изменений. И хотя переход производства на 0,13 мкм техпроцесс поможет Pentium III еще около года вполне достойно выполнять свою работу (ожидалось, что частота Pentium III поднимется до 1,5 ГГц), потенциал этой архитектуры уже был практически исчерпан. Будучи выпущенным, в 1995 году, процессор Intel Pentium Pro стал первым CPU с архитектурой P6. С тех пор прошло уже достаточно много времени, сменилось несколько поколений процессоров, однако, по сути архитектура не менялась. Семейства Pentium II, Pentium III и Celeron имеют все то же строение ядра, отличаясь, по сути, только размером и организацией кэша второго уровня и наличием разного набора команд. Естественно, рано или поздно архитектура P6 должна была устареть. К сожалению, дальнейшее наращивание частоты существующих процессоров приводит все к меньшему росту их производительности. Проблема в том, что задержки, возникающие при обращении к тем или иным узлам процессора в P6 уже были слишком велики. Именно это явилось основной причиной, по которой Intel затеял разработку Pentium 4, которая выполнена с чистого листа. Таким образом Pentium 4 - совершенно новый процессор, ничего общего не имеющий со своими предшественниками.

Основные характеристики процессора Pentium 4, основанного на ядре Willamette

  • Производится по технологии 0,18 мкм;

  • Работает при напряжении питания 1,7 В;

  • Имеет частоты от 1,3 до 2 ГГц;

  • Содержит 42 млн. транзисторов и имеет площадь 217 кв. мм. Это в два раза больше, чем площадь ядра Athlon или Pentium III;

  • Для этих процессоров требуются новые материнские платы на чипсете i850.

Процессоры вставляются в новое гнездо Socket 423;

  • Использует высокопроизводительную 400 МГц системную шину.

Совокупность технических решений, применённых в процессоре Pentium 4, даже получила собственное название: «архитектура NetBurst».

^ Основные особенности архитектуры Intel NetBurst

Для того, чтобы процессоры могли работать на частотах порядка нескольких гигагерц Intel увеличил длину конвейера Pentium 4 до 20 стадий (Hyper Pipelined Technology) за счет чего удалось даже при текущих технологических нормах (0,18мкм) добиться работы процессора на частоте в 2ГГц. Названием Hyper Pipelined Technology конвейер Pentium 4 обязан своей длине – 20 стадий. Для сравнения – длина конвейера Pentium III составляет 10 стадий. Чего же достиг Intel, так удлинив конвейер? Благодаря декомпозиции выполнения каждой команды на более мелкие этапы, каждый из этих этапов теперь может выполняться быстрее, что позволяет беспрепятственно увеличивать частоту процессора. Так, если при используемом технологическом процессе 0.18 мкм предельная частота для Pentium III составляет 1 ГГц (по более оптимистичным оценкам, 1.13 ГГц), то Pentium 4 мог достигнуть частоты в 2 ГГц. Однако у чрезмерно длинного конвейера есть и свои недостатки. Первый недостаток очевиден – каждая команда теперь, проходя большее число стадий, выполняется дольше. Поэтому, чтобы младшие модели Pentium 4 превосходили по производительности старшие модели Pentium III, частоты Pentium 4 начинаются с 1,4 ГГц. Если бы Intel выпустил Pentium 4 с частотой 1 ГГц, то этот процессор, несомненно, проиграл в производительности Pentium III 1 ГГц.Второй недостаток длинного конвейера вскрывается при ошибках в предсказании переходов.

Из-за такого увеличения длины конвейера время выполнения одной команды в процессорных тактах также сильно увеличивается. Поэтому компания сильно поработала над алгоритмами предсказания переходов (Advanced Dynamic Execution). Advanced Dynamic Execution - осуществляет минимизацию простоя процессора при неправильном предсказании переходов и увеличение вероятности правильных предсказаний. Для этого Intel улучшил блок выборки инструкций для внеочередного выполнения и повысил правильность предсказания переходов. Правда, для этого алгоритмы предсказания переходов были доработаны минимально, основным же средством для достижения цели было выбрано увеличение размеров буферов, с которыми работают соответствующие блоки процессора. Количество предварительно загружаемых инструкций увеличилось до 126 по сравнению с 48 у Pentium III. Буфер, хранящий адреса условных переходов, также увеличился с 512 байт до 4 КБ. Все это позволило увеличить вероятность правильного предсказания переходов на 33%.

Для ускорения работы целочисленных операций в Pentium 4 применена технология удвоения внутренней тактовой частоты (Rapid Execution Engine). Два блока АЛУ (арифметико-логическое устройство), выполняющие операции над целочисленными данными, работают на частоте вдвое большей, чем частота самого процессора. Таким образом, например, в Pentium 4 с частотой 1.4 ГГц ALU работает на частоте 2.8 ГГц. В ALU исполняются простые целочисленные инструкции, поэтому, производительность нового процессора при операциях с целыми числами была очень высокой. Однако, на производительности Pentium 4 при операциях с вещественными числами, MMX или SSE двукратное ускорение ALU никак не сказывается.

Кэш 1-го уровня в процессоре также претерпел значительные изменения. В отличие от Pentium III, кэш которого мог хранить команды и данные, Pentium 4 имеет всего 8 КБ кэш данных. Команды, поступающие на исполнение процессору, сохраняются в так называемом Trace Cache. Там они хранятся уже в декодированном виде, т.е. в виде последовательности микроопераций, поступающих для выполнения в исполнительные устройства процессора. Емкость этого кэша составляет 12000 микроопераций. Для кэширования инструкций теперь используется Trace Cache, однако по сравнению с обычным L1-кэшем он имеет много преимуществ, направленных опять же на минимизацию простоев процессора при выполнении неправильных предсказаний переходов. Кэш 2-го уровня в Pentium 4, сделанном на ядре Willamette, остался объемом 256 КБ.

Самой интересной особенностью новых процессоров Pentium 4 является расширение набора команд процессора инструкциями Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2). В отличие от AMD, которая сильно переработала блок FPU, Intel решила оставить его практически без изменений, но зато дополнила его множеством команд для работы с потоками данных. К 70 инструкциям SSE, работающим с потоковыми данными одинарной точности добавились 144 инструкции для работы с числами двойной точности, а также с целыми числами длиной от одного до восьми байт.
^ Intel Pentium IV (ядро Northwood)

Можно только позавидовать активности и жизненной энергии компании Intel. Казалось бы - чем можно заниматься 3 января, кроме как лежать, да отсыпаться после новогоднего веселья. Но именно 3 января, когда лишь немногие особо стойкие представители компьютерной общественности добирались до своих компьютеров, Intel официально анонсировал новую версию процессора Celeron. Но лишь для того, чтобы разбудить всех, кто к тому времени еще не проснулся. Ведь уже 7 числа компания представила долгожданные процессоры Pentium 4, выполненные по 0.13 мкм техпроцессу и основанные на ядре Northwood.

По большому счету, у ядра Northwood есть всего несколько существенных отличий от Willamette:

  • Более тонкий техпроцесс: 0.13 мкм против 0.18 мкм;

  • Вдвое увеличенный объем кэш-памяти второго уровня;

  • Кристалл процессора содержит 55 млн. транзисторов.

Как бы то ни было, но именно заветные 0.13 мкм дают Intel возможность и дальше продолжать интенсивное увеличение частот, так необходимое Pentium 4 и его длинному конвейеру.

Чуть позже после существенного усовершенствования архитектуры процессора Pentium 4 (переход на 0,13-микронную технологию) корпорация Intel сделала следующий шаг, увеличив тактовую частоту внешней шины процессора с 400 до 533 МГц. Были объявлены две модели Pentium 4 — с тактовыми частотами 2,4 и 2,26 ГГц. В поддержку нового процессора был выпущен чипсет i850E. От i850 он отличается только возможностью взаимодействовать с ЦП на частотах как 400, так и 533 МГц (пропускная способность шины соответственно 3,2 и 4,2 Гб/с). Производительность системы в сравнении с 2 ГГц процессором Willamette увеличилась на 21% на деловых пакетах и на 20% — на задачах издательского дела и мультимедиа. Наибольший прирост производительности — 35% — отмечался на задачах обработки трехмерной графики.
  Позже был выпущен процессор Pentium 4 с тактовой частотой 2,53 ГГц. По производительности этот процессор практически не отличался от процессора Pentium 4 2,4 ГГц.   

Наконец-то Intel выпустил по-настоящему быстрый процессор и своевременно снабдил его быстрым чипсетом, поддерживающим распространенные стандарты. Именно 0.13 мкм и открывает перед Intel широкие перспективы развития платформы Pentium 4.
Pentium 4 2.8 ГГц

Длинный конвейер - не это ли свойство процессоров Pentium 4 было главным объектом критики? Первые процессоры Pentium 4 1.4 ГГц едва могли сравняться в скорости работы с Pentium III 1 ГГц и Athlon 1 ГГц. Основным виновником столь неутешительных результатов был единогласно провозглашен конвейер, насчитывающий более 20 стадий. Однако, если взглянуть на проблему с другой стороны, длинный конвейер сулит и немалую выгоду - прежде всего, он дает возможность процессору работать на больших тактовых частотах. Если Pentium III, выполненный по технологии 0.18 мкм, с большим трудом смог дойти лишь до частоты 1.13 ГГц, то Pentium 4, изготовленный по тем же технологическим нормам, дорос до 2 ГГц. И нет никаких сомнений в том, что такой частоты ему удалось достичь во многом благодаря использованию длинного конвейера.

Можно с уверенностью утверждать, что возможность работы на высоких частотах была изначально заложена в архитектуре Pentium 4. И, успешно наладив выпуск процессоров по более совершенному 0.13 мкм техпроцессу, Intel имеет прекрасную возможность продолжать развитие линейки Pentium 4. Комбинация 0.13 мкм техпроцесса, который далеко еще не исчерпал свой потенциал, позволила Intel оторваться от главного конкурента - AMD - почти на 1 ГГц.

Новый процессор Pentium 4 2.8 ГГц официально представлен в августе 2002 года.

Основные характеристики Pentium 4 2.8 ГГц:

  • Ядро Northwood;

  • Технология изготовления - 0.13 мкм;

  • Частота системной шины - 533 МГц;

  • Объем кэш-памяти второго уровня - 512 Кб.

Увеличив до 2.8 ГГц частоту, Intel пришлось несколько поднять напряжение ядра. Если Pentium 4 2.53 ГГц для работы необходимо 1.5 В, то Pentium 4 2.8 ГГц требует уже 1.55 В. Впрочем, это обстоятельство не оказывает значительного влияния на работоспособность и надежность процессора.

Intel Pentium IV 3,06 ГГц (Hyper-Threading)

В ноябре 2002г. корпорация Intel выпустила процессор Pentium 4 с частотой 3,06 ГГц, оснащенный технологией Hyper-Threading, которая превращает персональный компьютер с одним физическим процессором в систему с двумя логическими процессорами, работающими во многом независимо друг от друга. Технология превращения однопроцессорного ПК в фактически двухпроцессорную машину (именно так она и видится операционными системами) как нельзя лучше подходит для использования ПК в качестве рабочей станции.

Hyper-Threading - это многопроцессорность, только виртуальная, так как процессор Pentium 4 на самом деле один, а процессоров ОС видит — два. У процессора предусмотрены два основных режима работы: Single-Task (ST) и Multi-Task (MT). В режиме ST активным является только один логический процессор, который безраздельно пользуется доступными ресурсами (режимы ST0 и ST1); другой LP остановлен командой HALT. При появлении второго программного потока бездействовавший логический процессор активируется (посредством прерывания), и физический CPU переводится в режим MT.

  Не все ОС, даже поддерживающие многопроцессорность, могут работать с таким CPU. ОС без поддержки ACPI, второй логический процессор увидеть не смогут. Кроме того, BIOS системной платы также должен уметь определять наличие процессора с поддержкой Hyper-Threading. Кроме ОС, BIOS и электронной платы, с технологией Hyper-Threading должен быть совместим еще и чипсет.

Intel Pentium 4 3.06 ГГц является первым CPU в семействе, поддерживающем технологию Hyper-Threading, и имеет следующие характеристики:

  • Частота ядра – 3066 МГц, частота шины Quad Pumped Bus - 533 МГц;

  • Размер кэша первого уровня: 8 Кбайт – для данных, 12 Кбайт – для инструкций. Размер кэша второго уровня – 512 Кбайт;

  • Процессорное ядро Northwood. Технология производства – 0.13 мкм с использованием медных соединений;

  • Номинальное напряжение питания ядра – 1.525 В;

  • Площадь ядра – 131 кв. мм, число транзисторов – 55 миллионов;

  • Физический интерфейс – Socket 478;

  • Поддержка наборов инструкций MMX, SSE, SSE2;

  • Поддержка технологии Hyper-Threading.


Intel Pentium IV Prescott

Долгое время компания Intel говорила о выходе нового ядра, которое в СМИ уже успели назвать Pentium 5. Долгое время выпуск нового ядра под названием Prescott переносился сначала с осени 2003 года на декабрь, а затем и вовсе на первый квартал 2004 года. Понимая, что ждать более нельзя Intel решилась на его выпуск. Линейка процессоров на ядре Prescott была представлена 2 февраля 2004 года. Также были представлены Pentium 4 на ядре Northwood, с частотой 3,40 ГГц и Pentium 4 Extreme Edition, с такой же частотой и прежними параметрами.

Традиционно, каждый принципиально новый процессор ассоциируется с новым техпроцессом. И действительно, все ждали появления новых технологических норм 90 нм, которые были обещаны компанией еще в 2003 году. И, наконец, Prescott, выполненный по техпроцессу 0,09 мкм появился. Каждый новый техпроцесс предполагает увеличение выгодности производства путем получения большего количества кристаллов с одной пластины, уменьшение размеров кристалла вместе с уменьшением его тепловыделения и, наконец, большие частоты работы самих кристаллов. Только вот с проектной нормой 90 нм ситуация оказалась гораздо сложнее. Во-первых, транзисторы такого размера достаточно сложно производить одинаковыми. При таких размерах и многослойной металлизации возникает несовпадение напылённых и окисленных областей, которые образуют затворы и исток со стоком, в результате чего возникает большой разброс параметров транзисторов. Во-вторых, из-за маленькой длины затвора сложно управлять параметрами транзистора. С одной стороны это улучшает скоростные показатели транзистора (переключение происходит быстрее), но с другой – увеличивает токи утечки транзистора. Это заставляет поднимать напряжение для управления током через затвор для гарантированного переключения транзистора, что в свою очередь увеличивает тепловыделение. Так вот, технология 90 нм неожиданно привела производителей к большим рабочим температурам кристалла. Это и есть главная причина, по которой выпуск нового Prescott постоянно откладывался.

Новая линейка Prescott, состоит из моделей с частотами от 2,8 до 3,4 ГГц. Все модели выпущены с частотой шины 800 МГц. Для отличия от аналогичных моделей на ядре Northwood маркируются постфиксом E. Кроме того, модель 2,8 также выпущена с шиной 533 МГц и маркируется как 2,8А. Prescott содержит 125 млн. транзисторов, при том, что площадь кристалла даже немного уменьшилась и стала 112 мм2.

В Prescott используется большое количество нововведений. Среди них – использование семислойной медной металлизации между транзисторами, применение диэлектрика CDO (Carbon Doped Oxide) с низким диэлектрическим коэффициентом вместо прежнего SIOF в межсоединениях. В новом процессоре увеличили объем кэша данных L1 до 16 КБ и L2 до 1 МБ. Новинка также отличается дополнительными буферами, поддержкой SSE3. Главной особенностью новой архитектуры Prescott стало удлинение конвейера с 20 до 31 стадии. Конвейер стал длиннее, но сами стадии укоротились по времени. Соответственно изменилось и прохождение инструкций по конвейеру. Увеличение количества стадий позволило поднять тактовую частоту. Как известно, увеличение стадий конвейера грозит потерями тактов при перезагрузке конвейера в случае неправильного предсказания ветвления. Поэтому, была улучшена схема предсказания ветвлений. Теперь процессор может анализировать возможную длину перехода и наличие цикла, а также распознавать его тип. Конвейер Prescott был специально изменен для большего параллелизма. Разработчики ввели понятие асинхронных потоков, которые делятся на главные и виртуальные (вспомогательные). Главный поток выполняется с наибольшим приоритетом, а виртуальный меж собой переключается и чередуется.

Для усовершенствования архитектуры также было увеличено число всевозможных буферов. Прежде всего, это WC-буферы, которые отвечают за сбрасывание данных в оперативную память при переполнении кэша L2. Их количество пришлось увеличить примерно до 4000, видимо, из-за удвоения кэша L2.

Итак, сделан еще один шаг на пути, указанном Гордоном Муром, — был выпущен первый процессор по проектным нормам 0,09 мкм. Результаты отчасти разочаровывают: резко увеличилось тепловыделение, тесты не показывают заметного роста производительности, причем значительная доля из них вообще говорит о снижении вычислительной мощи. Процессор, которому прочили звание процессора нового поколения – Pentium 5 – оказался лишь технологическим развитием старой линейки Northwood, тем более что стартовал он на тех же частотах, что и его предшественник, выполненный по техпроцессу 0,13 мкм. Что касается разгона кристаллов, то новый Prescott 3,20 едва ли «дотягивает» до 3,40, в то время как новый Northwood 3.40 спокойно «заводится» на 4 ГГц. Но не все так плохо — реальные приложения, в отличие от тестов, оказываются более чувствительными к увеличению объема кэш-памяти. Высокая температура кристалла процессора, малый разгон кристаллов – всё это говорит о том, что существующее ядро Prescott вовсе не окончательное, а переходное. И не смотря на все недостатки нового процессора, будущее технологий, так или иначе, за Prescott!


^ Intel Celeron D и интерфейс LGA775

21 июня 2004г. Intel выпустила на рынок новый интерфейс LGA775 и пять новых процессоров Pentium 4 на ядре Prescott с маркировкой 560, 550, 540, 530 и 520. Однако за неделю до этого, вместе с пятеркой новых процессоров увидел свет и новый Pentium 4 Extreme Edition на ядре Gallatin, также с интерфейсом LGA775 и работающий на тактовой частоте 3,4 ГГц. Через несколько дней после анонса шести процессоров, произошел официальный анонс четырех новых процессоров семейства Celeron D с маркировкой 335, 330, 325 и 320. Эти процессоры были также построены на ядре Prescott, однако максимум частоты системной шины составит 533 МГц, а объем кэш-памяти второго уровня - 256 Кб.

Процессоры выпущены по технологическому процессу 90 нм. Процессоры Celeron D за номерами 335, 330, 325 и 320 имеют, соответственно, частоты 2.80 ГГц, 2.66 ГГц, 2.53 ГГц и 2.40 ГГц. Они выполнены под процессорный разъем Socket 478..
Intel Pentium M и Centrino

Благодаря архитектуре Centrino и процессорам Pentium M, в частности, Intel практически безраздельно властвует на рынке портативных компьютеров. И такое положение, судя по всему, сохранится еще очень долго. В этом и в следующем году Intel продолжит развивать удачную архитектуру Pentium M и выпускать новые модели.

Осенью 2004 года Intel объявила о выпуске новых процессоров семейств Pentium M и Celeron M, предназначенных для небольших мобильных ПК (весом менее 1,5 кг), в том числе для мини-ноутбуков, суб-ноутбуков и планшетных ПК. Линейка мобильных процессоров Intel пополнилась новыми чипами Pentium M 738 с пониженным энергопотреблением, Pentium M 733 и 723 со сверхнизким энергопотреблением и Celeron M 353 со сверхнизким энергопотреблением. Процессоры совместимы с чипсетами семейства Intel 855 и 852GM. Процессоры Pentium M с низким и сверхнизким энергопотреблением, построены на ядре Dothan и выполнены по 90-нанометровому техпроцессу. Новые чипы отличаются необычайно низким расходом энергии. Тактовая частота нового мобильного Celeron составляет 900 мегагерц, а трёх процессоров Pentium – 1, 1,1 и 1,4 гигагерца. Новые процессоры Pentium M с пониженным энергопотреблением включают такие архитектурные улучшения, как кэш-память второго уровня объемом 2 МБ, системная шина с частотой 400 МГц и оптимизированным энергопотреблением, улучшенный блок предварительной выборки данных и расширенный менеджер доступа к реестрам для быстрого выполнения команд при низком энергопотреблении. Также в новых процессорах используется улучшенная технология Intel SpeedStep, позволяющая оптимизировать производительность приложений и энергопотребление для увеличения времени автономной работы.

В декабре 2004 года был представлен Pentium M 765 с частотой 2.1 ГГц (шина 533 МГц, кэш L2 - 2 МБ). В феврале 2005 года был представлен новый Pentium M 770 (частота - 2.13 ГГц, шина - 533 МГц, L2 - 2 МБ), а также новый мобильный Celeron M 370 (тактовая частота - 1.5 ГГц, шина - 400 МГц, кэш L2 - 1 МБ).
^ Intel Xeon - серверные решения

Представители Intel объявили о выходе процессора Xeon нового поколения, поддерживающим кроме 32-разрядных инструкций, дополнительный набор 64-разрядных - Extended Memory 64 Technology (EM64T). Процессор, ранее известный под кодовым именем Nocona, получил название Xeon E7525. Объявлено также о выходе сопутствующего набора микросхем, поддерживающего частоту системной шины 800 МГц. Хотя на уровне базового набора команд совместим с AMD Opteron, процессоры, как заявляют в Intel, все же имеют существенные различия. В частности, Xeon E7525 не поддерживает набор мультимедиа-команд AMD 3DNow. В корпорации обещают, что к 2005 году 64-разрядными будут большинство новых рабочих станций и серверов на процессорах Intel, а к 2006-му - большинство систем остальных типов. Тактовая частота различных модификаций Xeon E7525 - от 2,8 до 3,6 ГГц.

^ Будущие процессоры и чипсеты от Intel

  • Выпуск семейства процессоров Potomac вновь откладывается, теперь на второй квартал 2005 года. Однако теперь утверждается, что Potomac начнет жизнь с тактовыми частотами не менее 3,5 ГГц и будет оснащаться 8 Мб кэш-памяти третьего уровня.

  • Не будут забыты и IA-32 процессоры: Intel должна будет объявить процессор на ядре Cranford, работающем на частоте от 3,66 ГГц с 1 Мб L2-кэша.

  • Микропроцессоры на ядре Irwindale, ожидаемые в апреле 2005 года, будут работать на тактовых частотах 3 ГГц, 3,2 ГГц, 3,4 ГГц и 3,6 ГГц.

  • Что до процессоров Xeon, то их частоты также начнут расти с 3,6 ГГц до 4,0 ГГц к апрелю 2005 года. Эти процессоры будут построены на 90-нм ядре Irwindale с 800-МГц системной шиной, 2 Мб L2-кэша.

  • Itanium на ядре Montecito (поддерживаемый чипсетом E8870) увидит свет лишь в третьем квартале 2005 года, и частота его системной шины составит лишь 400 МГц.

  • Наконец, для рабочих станций во втором квартале 2005 года Intel обещает представить чипсеты Lakeport, поддерживающие процессоры с тактовой частотой 3,73 ГГц и 4,0 ГГц.

  • Во второй половине 2005 года Intel должна официально представить Montecito, являющегося первым двуядерным Itanium MP с, даже страшно сказать, 24 Мб кэша третьего уровня! Ориентировочная тактовая частота составит 2 ГГц.

  • Ну и, наконец, заглядывая в совсем уж далёкие перспективы, мы видим там 0,065-мкм технический процесс и сплошную многоядерность. Так, у старшего Itanium MP (Tukwila) будет присутствовать аж 4 ядра!

Достижения, сделанные корпорацией за 25 лет в начале пути невозможно было бы даже представить. При таком стремительном прогрессе микропроцессорной и компьютерной индустрии вполне возможно, что к 2011 г. микропроцессоры Intel 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. Сейчас практически невозможно описать все сферы применения ПК. Немалый вклад в осуществление наилучших надежд компьютерных и информационных технологий внесла и ещё внесёт корпорация Intel.
^ 1.3.2 AMD Corporation

В 1968 году образовалась американская компания Intel, впоследствии разработавшая архитектуру процессоров с набором команд x86, которые стали фундаментом PC-платформы.  Годом позже разработкой и выпуском аналогичных чипов занялась и другая американская компания — AMD. Первая полностью самостоятельная разработка AMD в области x86-совместимых микропроцессоров — серия процессоров AMD K5 (другое название 5k86), которая хоть и была призвана конкурировать с чипами Pentium, но из-за невысокой производительности, реальной угрозы продукции Intel не представляла. Остановимся немного подробнее на этой модели процессора.
Процессоры AMD K5

Процессор K5 изготавливался под Socket 5 (совместим и с Socket 7). Кэш первого уровня имел объём 24 Кб (16 Кб для инструкций и 8 Кб для данных), кэш L2 размещался на материнской плате. Рабочее напряжение - 3.52 В. Для обозначения производительности процессоров использовался PR-рейтинг. Первые версии K5, изготавливаемые по 0.6 мкм техпроцессу, имели рабочие частоты 75, 90, 100 МГц. Они не пользовались хорошей репутацией, т. к. имели множество проблем с совместимостью и температурной стабильностью.

Исправив некоторые ошибки и улучшив техпроцесс до 0.35 мкм, AMD выпустила усовершенствованные K5 с PR133 и PR166 (реальные частоты 100 и 116 МГц). Это очень хорошие показатели, говорящие об удачной конструкции ядра процессора. Пожалуй, единственным слабым местом процессоров, был блок операций с плавающей запятой (FPU), который оказался на 20-30% медленнее, чем в Pentium. Частота системной шины K5 составляла от 50 до 66 МГц.
^ Поколение процессоров AMD K6

AMD K6 начал поставляться с апреля 1997 года, на месяц раньше, чем Pentium II. Работал на частотах 166-233 МГц (0,35 мкм технологический процесс, напряжение питания ядра – 2,9-3,3 В) и 200-300 МГц (0,25 техпроцесс, напряжение – 2,2 В). Частота системной шины - 66 МГц. По сравнению со своим предшественником, у K6 были улучшены FPU и блок предсказания переходов, добавлен модуль MMX, объем кэша L1 увеличился до 64 Кб (по 32 Кб для инструкций и данных). Кэш L2 объемом от 512 Кб до 2 Мб по-прежнему размещался на материнской плате и работал на частоте системной шины. Стоит отметить, что часть нововведений была заимствована у компании NexGen, которую AMD приобрела накануне. Возросшая тактовая частота позволила AMD отказаться от PR-рейтинга. Процессор K6 изготавливался под разъём - Socket 7.

AMD K6-2 - следующее поколение процессоров K6. Вышел в мае 1998 года, изготавливался по 0,25 мкм техпроцессу и имел напряжение питания ядра 2,2-2,4 В. Основные отличия от K6:

  • поддержка дополнительного набора инструкций 3DNow!;

  • частота системной шины возросла до 100 МГц;

  • максимальная рабочая частота процессоров достигла 550 МГц.

Нововведения позволили процессору от AMD конкурировать с Pentium II, хотя в программах, эффективно использующих операции с плавающей запятой, он по-прежнему отставал от своего соперника. Выпускался под всё тот же Socket 7.

AMD K6-III появился с выходом очередного процессора от Intel - Pentium III. Имея практически такие же технические характеристики, как и K6-2, новый процессор от AMD получил кэш 2-го уровня объёмом 256 Кб на ядре процессора и работающий на его полной частоте. Кроме того, в новый процессор была добавлена функция пакетной записи в память Write Allocate, позволяющая передавать данные по шине не как придется, а 8-байтовыми пакетами, что также даёт небольшой выигрыш в производительности.

Позже AMD представила усовершенствованный вариант K6-2 - K6-2+.

Отличия: 0.18-микронная технология и 128 Кб кэша второго уровня на ядре процессора. Улучшенная технологичность позволила снизить напряжение питания до 2.0 В.

Вышел и K6-III+, выполненный по 0.18 мкм техпроцессу. Правда, особого распространения он в России не получил.
^ AMD Athlon (K7 и К75)

К концу 1999 года компании AMD надоела роль вечно догоняющего соперника Intel, и она представила принципиально новый процессор седьмого поколения Athlon. Первый его вариант был выполнен на ядре K7, выпускавшемся по 0.25 мкм технологии и имеющем рабочие частоты 500-700 МГц. В нём применена новая системная шина EV6, позволяющая обмениваться данными по обоим фронтам синхросигнала. Частота системной шины - 200 МГц, но имеет потенциал до 400 МГц и выше. Объём кэша 1-го уровня составил 128 Кб (64 Кб на команды и 64 - на данные). Быстродействующий кэш 2-го уровня с базовым объемом 512 Кб размещался на процессорной плате и работал на частоте 1/2, 2/5 или 1/3 от процессорной.

Процессор Athlon наконец-то избавился от главного недостатка ранних чипов AMD — низкой производительности блока FPU. Напомним, именно от производительности этого блока зависит скорость работы с мультимедийными и графическими приложениями. Новый блок FPU отличался оригинальной конструкцией: он состоял из трех независимых конвейеров, что позволяло выполнять до трех операций с плавающей точкой за один такт. Для ускорения обработки потоковых данных в чипе был реализован набор инструкций 3DNow! Еще одна особенность архитектуры Athlon — двухуровневая кэш-память, причем данные в кэше первого уровня не дублируются в кэше второго уровня. Трудно было представить себе более удачный выбор для домашнего компьютера с широким кругом выполняемых задач - каждый из этих процессоров в своем классе обеспечивал наилучшее соотношение производительность/затраты.

Существенным недостатком Athlon на ядре K7 было повышенное энергопотребление и тепловыделение. Поэтому AMD достаточно быстро перешла на 0.18 мкм техпроцесс, назвав новое ядро K75. При этом рабочие частоты составили от 750 МГц и вплоть до 1 ГГц.

^ AMD Athlon (Thunderbird)

Летом 2000 года AMD объявила о начале поставок процессоров Athlon на ядре Thunderbird. Новое ядро имеет встроенный в процессор кэш 2-го уровня, работающий на частоте ядра (объём - 256 Кб). Кэш L1 оставлен без изменений. Максимальная рабочая частота процессора достигла 1,4 ГГц. Техпроцесс остался тем же – 0,18 мкм. Напряжение питания составило 1,7-1,75 В. Снизилось энергопотребление. Thunderbird получил новый разъём - Socket A. Начиная с чипов на ядре Thunderbird, кэш второго уровня стал размещаться на одном кристалле с ядром, что существенно повысило производительность. Тактовая частота у этих процессоров достигла 2 ГГц.

На ядре Thunderbird был выпущен и бюджетный процессор Duron. Техпроцесс – 0,18 мкм, напряжение питания – 1,5 В. Работает Duron, как и его старший брат, на шине EV6, что является большим плюсом, по сравнению со 100 МГц (не говоря уже о 66 МГц) шиной у процессоров Celeron. Имея такой же, как у процессоров Athlon, кэш 1-го уровня, кэш L2 у Duron "урезали" до 64 Кб. Устанавливается Duron в Socket A.
^ AMD Athlon 4 (Palomino)

14 мая 2001 года компания AMD анонсировала новый микропроцессор Athlon на новом ядре Palomino. В отличие от своего предшественника на ядре Thunderbird, в новом процессоре было пересмотрено расположение всех его модулей в целях уменьшения энергопотребления (удалось снизить на 20%). Значительно улучшилась система кэширования, появился блок аппаратной предвыборки данных, позволяющий более эффективно работать с памятью, был расширен набор инструкций 3DNow!. Одновременно с Palomino был объявлен и Duron на ядре Morgan с традиционно урезанным вчетверо кэшем 2-го уровня.
AMD Athlon XP

В 2001 г. компания AMD в мире микропроцессоров, неоднократно устраивала фирме-ветерану Intel показательную порку во многих тестах на производительность. Но 2002 году Intel свое отставание от AMD сократила. Новейшие и самые «продвинутые» системы с процессором Intel Pentium 4 наконец-то показали, что они способны одолеть лучшие ПК на базе Athlon XP в тестах на быстродействие.

Похоже, что компания AMD оправилась от удара, выпустив 1,8-ГГц кристалл Athlon XP 2200+. Первые испытания четырех ПК на базе нового процессора AMD выявили, что лучшие системные блоки с Athlon XP не отстают в тестах на производительность в офисных программах от наиболее быстрых систем с Pentium 4. Хотя в аудио и видеозадачах преимущество моделей с Pentium 4 становится более прочным. Тем не менее, по соотношению цены и качества машины на базе AMD Athlon XP соревнование по-прежнему выигрывают: они обычно стоят на 200—300 долларов дешевле аналогичных машин с процессором Pentium 4.

Athlon XP производится с использованием 0,13-микронной технологии вместо 0,18-микронной, применявшейся для предыдущих версий Athlon. Этот новый процесс финансово эффективнее и позволяет производить менее разогревающиеся при работе и более экономно использующие энергию процессоры, что делает возможным появление в дальнейшем более быстрых процессоров без радиаторов. Фирма AMD предпочла производить новые Athlon XP с прежней кэш-памятью. Вероятно, именно поэтому протестированные нами системы с процессором Athlon XP 2200+ показали примерно такие же результаты, что и системы с Pentium 4, вместо того, чтобы намного опередить их. Объем кэш-памяти — не единственная проблема. Новый Athlon имеет ту же 266-МГц шину, что и его предшественники, а она вдвое уступает по скорости 533-МГц шине, используемой в Pentium 4.
^ AMD Athlon XP Barthon

У Athlon XP на ядре Barton архитектура практически идентична первым моделям Athlon. Меньшая, в сравнении с процессорами Pentium 4, длина конвейера (12 стадий против 20) позволяет в целом ряде приложений демонстрировать высокую производительность (иногда даже выше чем у Pentium 4) при гораздо более низкой тактовой частоте. Первыми были модели 2500+, 2800+ и 3000+, выпущенные одновременно в феврале 2003 года. Athlon XP 3200+ это уже четвертый процессор AMD на основе ядра Barton. Основное отличие чипов на ядре Barton от процессоров на предыдущем ядре Thoroughbred — в объеме кэш-памяти, увеличенной до 512 Кбайт. Такой подход, как известно, является одним из простейших (и в то же время одним из самых дорогих) способов повышения производительности. Тем не менее, AMD удалось удержать цены на сравнительно невысоком уровне, более того, увеличить свою долю на мировом рынке почти до 17%. Топовая модель 3200+ отличается системной шиной, работающей с эффективной частотой 400 МГц.

Ряд независимых тестов показал, что преимущество новых чипов AMD над старыми заметно, но только на определенном классе приложений, таких как компьютерные игры и пакеты обработки трехмерной графики. Тем не менее, «догнать» последние модели Pentium 4 новинка так и не смогла. Pentium 4 по-прежнему «спасала» технология Hyper-Threading и высокая тактовая частота.

Реальная тактовая частота новинки AMD остается сравнительно низкой: если 3000+ работал на частоте 2167 МГц, то 3200+ — на частоте 2200 МГц. По всей видимости, 2,2 ГГц — практически предельная тактовая частота для ядра Barton, поэтому инженеры AMD более года готовили смену семейству Athlon на этом ядре. Эта смена — 64-разрядные процессоры Athlon 64 на основе ядра Clawhammer. Первоначально их планировали объявить в четвертом квартале 2002 года, но сроки постоянно сдвигались, и презентация нового процессора прошла в сентябре 2003 года.
AMD Athlon 64

Постоянное увеличение тактовой частоты привело к тому, что обе компании неожиданно оказались в заложниках этой "гонки гигагерц": не выпускать новые процессоры нельзя, но и продолжать увеличение тактовой частоты прежними темпами неэффективно с маркетинговой точки зрения и тяжело с технологической. Отсутствие финишной прямой в "гонке гигагерц" понимают и разработчики. Недаром же и AMD, и Intel отказались от использования тактовой частоты для маркировки процессоров. Видимо, даже в маркетинговых отделах, наконец, поняли, что для привлечения внимания рынка одной лишь частоты мало - необходимы качественные новшества.

И новшества были предложены.

В 2003 году корпорация AMD выпустила Athlon 64 и Athlon 64 FX - первые настольные 64-разрядные процессоры, совместимые с архитектурой x86. Однако факт остается фактом - предложив в сентябре 2003 года Athlon 64 и Athlon 64 FX, AMD сумела найти качественное отличие от продуктов других разработчиков процессоров. AMD удалось не только создать дополнительное конкурентное преимущество, но и добиться увеличения производительности системы без увеличения тактовой частоты. Корпорация безо всяких хлопот выпустила процессоры Athlon 64 3000+, а чуть позже - 2800+, содержащий вполовину урезанный кэш второго уровня. Благодаря отличному соотношению цены и производительности, Athlon 64 3000+ приобрел огромную популярность. Аналогичная судьба была уготована и 2800+.

Предложив качественное улучшение - 64-разрядные расширения - AMD начинает постепенно наращивать производительность семейства Athlon 64 традиционным способом, путем увеличения тактовой частоты. Следующим представителем линейки стал процессор Athlon 64 3400+, главным и единственным отличием которого от модели с индексом 3200+ стала увеличенная до 2.2 ГГц тактовая частота. Был выпущен и новый процессор Athlon 64 FX-53, тактовая частота которого составила 2.4 ГГц.

Не проводя никакого тестирования, можно утверждать, что Athlon 64 3400+ окажется быстрее Athlon 64 3200+. Также, без всякого тестирования можно утверждать, что производительность Athlon 64 3400+ окажется сопоставима с Pentium 4 3.4 ГГц, а Athlon FX-53 будет сравним с Pentium 4 3.4 ГГц Extreme Edition. В некоторых приложениях быстрее окажется Athlon 64, в других же - Pentium 4. Вспомнив особенности архитектуры обоих процессоров, можно даже сказать, что Pentium выиграет на задачах, связанных с обработкой потоковых данных, а Athlon - там, где требуется математический блок.
^ AMD Athlon Opteron

В 2003 году компания AMD радостно отрапортовала о создании первого 64-разрядного процессора, поддерживающего набор команд х86. Опять-таки представители Intel ответили скептически: мол, для серверов гораздо полезнее семейство Itanium, а на столе хватает и 32 разрядов. И они снова поторопились раскритиковать подход конкурентов. Возможность создания относительно недорогих систем, которые поддерживают 32-разрядные приложения и обеспечивают полноценный доступ к ОЗУ объемом более 4 Гбайт, заставила применить AMD Opteron в трех из четырех крупнейших сборщиков серверов.

В феврале 2004 года Intel ответила официальным объявлением поддержки 64-разрядной адресации в процессорах Xeon — технология EM64T. Я думаю, что большая часть разработок так и остается под сукном AMD хотя бы потому, что рынок не любит шараханий из стороны в сторону, и появление EM64T в Xeon — заслуга именно AMD. Что бы там ни говорили представители компании Intel, им нужен был адекватный ответ на Opteron. Конечно, теперь у Intel может появиться проблема, как добиться от Xeon производительности более высокой, чем у Opteron.
^ AMD Sempron

Ситуация с линейкой Sempron вполне предсказуема и уже публиковалась, на первых порах. Её популярность будут поддерживать как старые, хорошо знакомые Athlon XP Barton, так и новые 754-контактные 32-битные процессоры на ядре Paris. К середине 2005 года, первых планируется попросту убрать (вот он, конец K7), а вместо них выдвинуть на авансцену «бюджетный хит» в виде 2-х канальных Socket 939 процессоров.

Sempron - это достаточно мощные процессоры, имеющие размер кэша второго уровня - 256 кбайт и частоту шины - 333 МГц.

Поделим все новинки процессоров на ядре Sempron на три группы:

  1. процессоры на Socket A с P-рейтингом: 2200+, 2300+, 2400+, 2500+, 2600+ и 2800+.

  2. мобильные процессоры Sempron 2600+, 2800+ и 3000+.

  3. процессоры на Socket 754, представляющие собой Athlon 64 3100+ с отключенным 64-битным модулем и обрезанной до 256 кбайт кэш-памятью.
  1   2   3



Скачать файл (128.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации