Файл: Обзор развития процессоров отечественных и зарубежных производителей.pdf

На сегодняшний день информационные технологии (ИТ) активно внедряются во все сферы общества, происходит модернизация многих процессов. Одной из главных составляющих являются персональные компьютеры (ПК), ноутбуки, карманные ПК (КПК), нетбуки и подобные. Одной из важнейших составляющих этой техники является центральный процессор (ЦП) [1].

В современном мире активно развиваются как зарубежные, так и отечественные процессоры. К наиболее популярным зарубежным компаниям-производителям ЦП относят Intel и AMD. К отечественным относят ЦП Bailcal и Эльбрус.

Современный ПК является неотъемлемой составляющей многих предприятий, так как с его помощью стало возможным решать многие задачи быстро и эффективно. В то же время, актуальной задачей является разработка новых ПК, так как перед современными предприятиями ставиться все более сложные задачи. В связи с этим также возникает необходимость в новых ЦП.

Важность развития ЦП отмечена в работах следующих авторов: Вандербауведе В., Вишневого А., Петниковского В, Федянина Д., Хенесси Дж, Паттерсона Д, Секвина К. и других.

Согласно Закону «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» от 8 июля 2006 года № 149-ФЗ [2], приоритетным является внедрение современных ИТ во всех направлениях, которые затрагивают государственные интересы Российской Федерации (РФ), что эффективно влияет на качество работы многих государственных и частных организаций РФ. Информационная среда предприятий должна состоять из совокупности технологических средств: ПК, ноутбуков, нетбуков, баз данных, коммуникационных каналов и программного обеспечения (ПО), а также необходимых организационных форм информационного взаимодействия. Поэтому специалисты должны быть компетентны, то есть знать все комплектующие, необходимые для успешного развития отечественного рынка ИТ с учетом зарубежного опыта, в том числе знать, какие процессоры применяются на современном этапе для эффективной работы организации.

Разумеется, введение в действие необходимой документации позволило добиться существенной информатизации современного общества и повысить качество работы многих организаций РФ.

Применение современных ЦП также способствует улучшению информационной среды сегодняшних организаций и благоприятствует повышению уровня знаний современных специалистов.

Актуальность данной работы определяется тем, что человечество, на основании приобретенного опыта, постоянно развивается. Поэтому для повышения качества работы предприятий необходимо применение ЦП, которые являются высокотехнологичными и обладают соответствующей частотой, что позволит ПК помочь решить поставленные перед специалистами предприятий задачи.

Цель исследования: провести теоретические исследования назначения, функции, классификация процессора персонального компьютера

Объектом исследования является назначение, функции, классификация процессора персонального компьютера.

Предмет. процессор персонального компьютера.

Задачи исследования:

Провести обзор развития процессоров отечественных и зарубежных производителей.
Рассмотреть назначение, функции, классификация процессора.

Для удобства данная курсовая работа разбита на главы и подразделы

Глава 1 Обзор развития процессоров отечественных и зарубежных производителей

ЦП – основное устройство ПК В данном разделе рассмотрены ЦП зарубежных компаний, применяемых на предприятиях РФ, а также отечественные ЦП, которые также используются в российских организациях [3].

1.1. Развитие процессоров Intel, применяемых на предприятиях РФ

В начале 1983 года фирма ІВМ выпустила на базе микропроцессора 8088 (приложение 1) новую модель персонального компьютера ХТ, включающую встроенный жесткий диск 10 Мб со стандартным последовательным интерфейсом, осуществивший высокий эффект для обработки информации [4].

Следующий шаг при разработке ПК компанией Intel заключался в использовании МП 486 таких видов:

486 SX без сопроцессора;
486 DX с встроенным сопроцессором;
486 DX2 с сопроцессором и удвоенной внутренней частотой вычислений;
486 DX4 с сопроцессором и утроенной системой быстродействия.

МП 486 имел тактовую частоту первого 25 МГц, в более поздних ПК была увеличена до 33, 50, 66 МГц.

При создании процессора Intel 486 было добавлено одновременное выполнение до 5 инструкций на разных стадиях при помощи расширения блока декодирования инструкций и операционного блока выполнения в 5 конвейерных стадий, где каждая стадия работает параллельно с прочими. При создании процессора Intel 486 SL были введены функции поддержки энергосбережения и системного управления для ноутбуков, которые работали от батарей.

При создании процессора Intel Pentium I для того, чтобы достичь суперскалярную производительность, необходимо было добавить вторую линию конвейерной обработки (2 линии конвейера U и V, способные выполнять 2 инструкции за 1 такт), что и было сделано.

В процессе создания процессора Pentium II к архитектуре уже созданного тогда процессора Pentium I Pro был добавлен комплекс команд MMX. Для этого процессора вводилась новая спецификация установки в материнскую плату: слот 1 и слот 2. В такой новой спецификации кэш L2 выносится из кристалла МП. Также было осуществлено увеличение кэша данных L1 и кэша инструкций L1 до 16 Кб каждого, а размер кэша L2 мог достигать 256, 512 Кб и 1 или 2 Мб (но только это качалось только слота 2). Процессоры слота 1 использовали для кэша L2 методику «половинной тактовой частоты» шины, а процессоры слота 2 работали на частоте процессорной шины.

Процессор Pentium III являлся последним, который базировался на архитектуре Р6. В этот 10-стадийный процессор ввелись 70 новых инструкций. Он внес в архитектуру IA-32 расширения SSE. После этого события были доступны новые 128-разрядные регистры и SIMD операции над упакованными операндами с плавающей запятой с одинарной точностью.

Создание процессора Pentium 4 сопровождалось использованием 20-стадийного конвейера, который позволяет применять более высокие частоты синхронизации и архитектуру NetBurst. Его ядро создано на основе 32 битной микроархитектуры IA-32, которая обеспечивает программную совместимость х86, однако в нем реализованы 128-битные регистры для параллельной обработки операций над числами, которые, в свою очередь, представлены в формате с плавающей запятой.

Но в то же время, каждые 2 года фирма Intel осуществляет продвижение новой архитектуры ядер своих процессоров. Под них разрабатывают новые серии чипсетов, которые дают новые возможности с наиболее эффективным использованием внедрять комплексы архитектурных новинок.

С изобретением чипсетов Intel 4 Series Express появились такие возможности, как:

поддержки FSB при частоте 1600 МГц с чипсетом Х48;
поддержки чипсетом P45 шины PCI Express спецификации 2.0;
увеличение мощности ядра чипсета G45 Intel GMA X4500HD;
комплектование всех новых северных мостов одним и тем же южным мостом ICH10(R);
возможность использования двухканальной памяти DDR3 с частотой 1066 МГц для микросхем Intel 4 Series Express для обеспечения пропускной способности до 17 GB/s с поддержкой интерфейса eSATA и технологии Intel Matrix Storage.

Также компания Intel выпускала процессоры с использованием архитектуры NetBurst. В данном случае использовалось 16 кб кэша первого уровня на каждое ядро, и до 2 Мб кэша второго уровня. Частота увеличилась до 3 ГГц, в то время как техпроцесс остался прежним – 180 нм. В это же время появились 64 битные процессоры, которые поддерживали адресацию большего количества памяти. Также были внесены расширения команд и добавлена технология «Hyper-Threading». Она дала возможность позволить создавать два потока из одного ядра, что повышало производительность [5].

При этом каждая из архитектур постоянно модернизировалась. Увеличивалась частота и уменьшался техпроцесс. Также существовали и промежуточные архитектуры с упрощенными модификациями и более низкой ценой. В то же время, далее стали появляться новые процессоры.

При появлении современных процессоров Core i7/i5/i3, основанных на архитектуре Nehalem, значительно изменилась архитектура чипсета в сравнении Intel 4x. Их внешний вид представлен в приложении 2. Для процессоров Bloomfield разработан чипсет X58 Express (Tylersburg), а после него – чипсет Р55 Express (Ibex Peak). В чипсете P55 отказались от северного моста, поскольку контроллер шины PCI Express введен в состав процессора, а контроллер памяти ранее помещен в его кристалл. Теперь чипсет P55 фактически представляет собой прежний улучшенный южный мост. Вместо традиционной аббревиатуры ICH (I/O Controller Hub) мост P55 носит название PCH — Platform Controller Hub [6].

Чипсеты Intel серии 6х разработаны для 2 – 4 поколения процессоров Intel Core i7/i5/i3 с архитектурой Sandy Bridge. Первые чипсеты H61 Express и H67 Express с встроенным графическим ядром, а Р67 – разблокированные множители частоты.

Некоторые из моделей поддерживают гиперпоточность (hyperthreading) – так сотрудники Intel называют многопоточность с двумя активными потоками. Она, со стороны пользователя, увеличивает количество ядер в 2 раза. На рис. 1 изображена схема кристалла Core i7 с 4 ядрами и 8 МБ общей кэш-памяти (Level 3) [7, 8].

Рисунок 1 – Внешний вид схемы кристалла Core i7 микропроцессора Core i7

1.2 Развитие процессоров фирмы AMD

Фирма AMD является постоянным конкурентом Intel с 1996 года. В тот период ею был выпущен первый процессор К5, который был разработан самостоятельно. Но он отставал в производительности и никакой конкуренции с процессорами Intel не представлял (рис. 1) [9].

Рисунок 1 – Внешний вид архитектуры процессора К5

После неудачной попытки создания своего процессора AMD приобрел фирму NexGen, который стал еще одним независимым разработчиком х86 процессоров. Эта фирма обладала передовой на то время технологией и выпускала кристаллы, пусть даже в небольших количествах, но без арифметического сопроцессора., AMD, поддерживая технологию ММХ в операциях с целыми числами, спроектировал новое поколение своих МП - К6 с использованием этих наработок., В результате этого процессоры AMD превзошли аналоги от Intel в общем, но все еще отставали в операциях с плавающей точкой. Как следствие имело место отставание и в игровых тестах.

Но в результате появления процессоров AMD Athlon, который выпускается все время как пластиковый корпус Card Module, куда помещена процессорная плата. При этом Card Module вставляют в Slot A, совместимый с Slot 1. Напряжение питания ядра для процессоров с частотой до 750 МГц составляет 1.6 В и 1.7 В для процессоров с 800 МГц и выше.

Лицензия системной шины AMD Athlon EV6 осуществляется у фирмы DEC. Она работает на частоте 100 МГц и при осуществлении передачи данных по ней на двоих фронтах сигнала, поэтому частота передачи данных фактически составляет 200 МГц. Шина данных EV6 с разрядностью 72 бита, 8 из которых применяется под контрольную сумму для обнаружения и коррекции ошибок ECC. Процесс передачи данных EV6 происходит при скорости 1.6 Гб/с, что обеспечивает соединение точка-точка между процессорами и чипсетом при подключении до 14 МП, как показано на рис. 2.

Рисунок 2 – Многопроцессорная система на МП АМО Athlon с шиной

ЕV6

Наименования сокетов (механизм соединения материнской платы с ЦП) этих процессоров обозначается по-разному. В качестве примера можно привести наименования А и AM. Например, АМ2 имеет 940 ножек, соответственно и на материнской плате с таким сокетом, находится ровно 940 дырочек для каждой ножки или контакта. Следовательно, ЦП AMD необходимо подбирать для конкретного сокета, а не для конкретных материнских плат (рис. 3) [10].

Рисунок 3 – Внешний вид сокета для процессоров

Некоторые из основных современных ЦП AMD представлены в приложении 3.

1.3 Развитие отечественных процессоров

В СССР аналог ХТ выпускался на базе МП К1810ВМ86 с сопроцессором К1810ВМ87, ОЗУ до 1 Мб, двух НГМД по 360 Кб, НЖМД - 10 Мб/ Дисплей был с разрешающей способностью 640 х 200 точек. При использовании К1810ВМ86 странами содружества выпускались ПК «Агат 11», «Искра 1030», «ЕС 1840», «Нейтрон И9.66» [11].

Благодаря информатике и новым информационным технологиям стало возможным создание новых отечественных ИТ [12]. Таким примером являются процессоры Байкал–Т1 и Эльбрус. Их внешний вид представлен в приложении 4.