Файл: Развитие процессоров фирмы AMD.pdf

Центральный процессор (ЦП) является сердцем любого компьютера. Он выполняет много задач с данными. Большая часть данных на одном этапе будет проходить через него. При этом он направляет данные в память и организует их. Также ЦП осуществляет выполнение арифметических и логических операции, заданных ПО, а также управление вычислительным процессом с одновременной координацией работы всех устройств ПК [13].

Большинство ПК ориентированы на процессоры фирм Intel или AMD. Процессоры Intel Pentium являются одними из наиболее широко используемых. Доступны разные скорости ЦП, чем выше скорость обработки данных ЦП, тем быстрее ПК будет выполнять задачи по обработке данных. Разделяя вычислительную нагрузку, выполняемую одним ядром в традиционных процессорах между многими ядрами, многоядерный процессор может выполнить большую работу в пределах отдельного цикла ПК. Чтобы реализовать это увеличение эффективности, соответствующее ПО должно поддерживать это распараллеливание. Схема смоделированного сокета ПК показан на рис.4.

Рисунок 4 – Внешний вид сокета на элементе материнской платы

При этом схема расположения сокета на материнской плате показана на рис. 5

Рисунок 5 – Внешний вид расположения процессора на материнской плате

ЦП подключен к материнской плате. Кварцевые часы генерируют тактовые импульсы, которые поступают на ЦП и другие микросхемы. Эти синхронизирующие импульсы поддерживают процесс обработки данных ЦП со всеми остальными микрочипами на материнской плате. Из-за огромного количества тепла, выделяемого ЦП, кулер обеспечивает его охлаждение.

Далее опишем внутреннюю работу процессора Intel Pentium. Микропроцессор Intel Pentium CPU использует миллионы транзисторов на своих двух кремниевых цепях. Одна цепь является ЦП. Кэш памяти, названный L2, является вторым. Обе кремниевые цепи встроены в один корпус с соединительными проводами внизу.

Процессор и кэш-память имеют ширину 64 бита. Биты данных перемещаются по Pentium до 100 МГц.

Каждое движение битов данных контролируется тактовым импульсом, поэтому все движения происходят одновременно. При этом цикл синхронизации обеспечивает перемещение данных с одинаковой скоростью. Когда биты данных достигают ЦП, данные подключаются к интерфейсному блоку шины ЦПУ (ИБШ). Как только ИБШ получает информацию, она делает ее копию. Одна копия отправляется в кэш-память L2, а другая - в кэш-память LI главной кремниевой схемы ЦП. На кремниевой схеме основных процессоров имеется несколько кешей памяти LI, размер которых варьируется от 8 до 16 КБ.

ИБШ отправляет код в кэш инструкций LI или I-кэш. Процессор ищет информацию в кеше памяти LI. Если биты данных отсутствуют, проверяется кэш памяти L2. На протяжении всего процесса обработки данных они размещаются на системной шине ЦП. При этом ЦП ПК может обрабатывать только информацию, представленную в виде двоичных цифровых кодов или числа в двоичной системе счисления [14].

Успехи микроэлектронных технологий позволили в одном элементе объединять несколько транзисторов, диодов, резисторов и соединений между ними. Таким образом, появились сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). Основа ИС – кристалл полупроводника, при помощи которого происходит формирование полупроводниковых переходов, выполняющих роль транзисторов и диодов. Для изготовления СБИС требуется дорогостоящее оборудование, так как они очень сложны в производстве [15].

Итак, микропроцессор — это выполненное по интегральной технологии цифровое устройство, которое обрабатывает информацию в соответствии с программой и управляет вводом и выводом информации. Наибольшее распространение получили ЦП фирмы Intel. Но в то же время, компания AMD также разрабатывает процессоры, которые пусть и чуть хуже качеством, но зато имеют более низкую стоимсоть.

2.2 Классификация ЦП

На практике перво-наперво классифицируют ЦП по фирмам-производителям. Они перечислены выше. Существует еще некоторая классификация, но она выглядит по-другому. При классифицировании всех характеристик современных ЦП с точки зрения пользователя, то выделяют ряд таких основных групп [16]:

по производительности;
по энергоэффективности ;
по функциональным возможностям;
по стоимости.

Для классификации процессоров семейства Intel Pentium 4 им присваиваются трехзначные номера серий 600 или 500.

Для AMD существует классификация сокетов. Также немного различаются названия этих ЦП. Например, существуют ЦП Athlon, Duron, Sempron, Ryzen.

При этом различают ЦП по взаимодействию информационных систем (ИС) двух типов:

с общей памятью (SM - shared memory);
с распределенной памятью (DM - distributed memory).

В системах с общей памятью каждый ЦП имеет полный доступ ко всему адресному пространству. Память – это общий ресурс. Такие системы называются сильно связанными.

В вычислительных системах с распределенной памятью каждый ЦП имеет собственную локальную память. Они объединены в сеть и обмениваются данными в виде сообщений. Это называют слабо связанные системы.

Для многопроцессорных ИС существует классификация по доступу к памяти (рис. 6) [17].

Рисунок 6 – Внешний вид схемы классификации ЦП по способу доступа к памяти

Процессорные системы с общей памятью, в которых доступ к памяти производится единообразно и с одинаковым временем, называют системами с однородным доступом к памяти и обозначают UMA (Uniform Memory Access). Другой тип ПК с общей памятью – системы с неоднородным доступом к памяти NUMA (Non-Uniform Memory Access). Каждый процессор имеет свою локальную память, например кэш. Все процессоры также работают в едином адресном пространстве. К таким системам относятся компьютеры, построенные на многоядерных ЦП фирм Intel, AMD и IBM (PowerPC).

Внутри класса NUMA существуют разновидности организации памяти: COMA, CC-NUMA, NCC-NUMA.

COMA (Cache Only Memory Architecture) - архитектура, которая содержит только кэш-памяти.

CC-NUMA (Cache Coherent Non-Uniform Memory Architecture) - архитектура с кэш-когерентным доступом к неоднородной памяти.

NCC-NUMA (Non-Cache Coherent Non-Uniform Memory Architecture) - архитектура с кэш-некогерентным доступом к неоднородной памяти.

2.3. Функции ЦП

Функции ЦП очень важны для полноценной работы ПК. Если ЦП не будет выполнять хотя бы какую-либо функцию по чтению любых данных, то работа всего ПК становится невозможной [18].

К основным функциям ЦП относят следующие:

выборка команд из ОЗУ;
декодирование команд, что подразумевает определение их назначения;
выполнение операций, которые закодированы в командах;
управление пересылкой данными между своими внутренними регистрами, ОЗУ и внешними устройствами;
обработка процессорных и программных прерываний;
обработка сигналов от внешних устройств и реализация соответствующих прерываний;
управление различными устройствами, которые входят в состав ПК.
обработка данных по заданной программе, выполняя при этом арифметические и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством, а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления. Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, а не конструктивно [19].

В составе ЦП имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, которые называются регистрами. С их помощью происходит выполнение функции кратковременного хранения числа или команд. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции.

Основным элементом регистра является электронная схема, которую называют триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода). Регистр представляет собой совокупность триггеров, которые связаны между собой определённым образом общей системой управления.

ЦП ПК представляет собой аппаратное обеспечение, которое выполняет инструкции ПО, встроенного в материнскую плату. Он выполняет основные арифметические, логические и операции ввода / вывода компьютерной системы. Процессор – это «мозг» ПК - каждая инструкция, какой бы простой она ни была, должна проходить через процессор. Если нажать букву «k» на клавиатуре, и она появляется на экране – это выполняется при помощи ЦП ПК. Без него это бы было невозможным. ЦП иногда также называют процессором для краткости. Поэтому, при просмотре спецификации ПК в местном магазине электроники, то информация о нем обычно относится к ЦП [20].

Заключение

В заключении отметить, что современные компьютерные технологии постоянно развиваются, а необходимость в модернизации и применении офисной техники, в том числе и рассмотренных в данной работе процессоров постоянно возрастает.

Фирма AMD производит высокоскоростные ЦП, которые являются доступными по цене. Но они немного уступают в качестве ведущей корпорации по производству процессоров – Intel.

Корпорация Intel является одной из лидирующих компаний по разработке и внедрению процессоров различных поколений, которая ежегодно в течении многих лет увеличивает производительность своих процессоров. При этом использование многоядерной ‏ㅤ структуры ‏ㅤ одновременно ‏ㅤ с ‏ㅤ технологией ‏ㅤ многопоточности ‏ㅤ увеличивает ‏ㅤ количество ‏ㅤ используемых ‏ㅤ логических ‏ㅤ процессоров ‏ㅤ (ядер) ‏ㅤ в ‏ㅤ 2 ‏ㅤ раза ‏ㅤ (Core ‏ㅤ i7, ‏ㅤ Itanium ‏ㅤ 2, ‏ㅤ Xeon), ‏ㅤ в ‏ㅤ 4 ‏ㅤ раза ‏ㅤ (Ultra ‏ㅤ SPARC ‏ㅤ T1), ‏ㅤ в ‏ㅤ 8 ‏ㅤ раз ‏ㅤ (Ultra ‏ㅤ SPARC ‏ㅤ T2), ‏ㅤ что ‏ㅤ существенно ‏ㅤ увеличивает ‏ㅤ производительность ‏ㅤ физического ‏ㅤ процессора.

Отечественные процессоры только начали поступать в продажу, поэтому говрить о их популярности пока рано.

В данной работе достигнута основная цель описана история создания процессоров фирмы Intel.

Также в данном реферате решены поставленные задачи:

описан эволюционный ряд процессоров фирмы Intel;
описано развитие процессоров Intel Core.

Список использованной литературы

Tay R. OpenCL Parallel Programming Development Cookbook. Packt Publishing, 2013. — 303 p.
Федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» от 8 июля 2006 года № 149-ФЗ
Шелупанов А.А., Кирнос В.Н. Информатика. Базовый курс. Часть 1. Общие вопросы информатики и программирование на Ассемблере. Учебник (в четырех частях). — Томск: ТУСУР, 2007. — 190 с.
Довгий П.С., Поляков В.И. Прикладная архитектура базовой модели процессора Intel. НИУ ИТМО, 2012. - 115 с.
Богданов А.В. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем// Богданов А.В., Корхов В.В., Мареев В.В., –ИНТУИТ.РУ. – 2016. – 176 с.
Орлов С.П. Организация вычислительных машин и систем / С.П. Орлов, Н.В. Ефимушкина. - 2-е изд., перераб. и доп. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2016. - 280 с.
Харрис Д., Харрис С. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Учебник. — 2-е издание, исправленное — Morgan Kaufman, 2016. – 1684 с.
Bhuiyan Sh., Zheludkov M. High Performance in-memory computing with Apache Ignite. 4th ed. — CreateSpace Independent Publishing Platform, 2017. – 288 p.
Дубинин Н.М.Организация ЭВМ и систем: Учебное пособие / Н.М. Дубинин. - М.: Издательство МАИ, 2003. – 238 с.
Алмаметов Владимир. Windows 10. Секреты и устройство. М.: Издательские решения, 2015. — 231 с.
Микропроцессоры и их применение в системах управления: Учебное пособие / А.В. Валов, С.П. Лохов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. - Ч.1. - 77 с.
Эксперт 2015 №37 (956) 07-13 сентября. М.: Эксперт. - 84 с.
Camboard Technology (Ed.) How a Computer Works. Amazon Media, 2015. — 319 p.
Черноскутова И.А. (ред.) Информатика. Учебное пособие для среднего профессионального образования. СПб.: Питер, 2005. - 272 с.
Келим Ю.М. Вычислительная техника. Учебник для для студ. учреждений сред. проф. образования. — 9-е изд., стер. — М.: Академия, 2014. — 368 с.
Современные процессоры для ПК [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://compress.ru/article.aspx?id=16961, свободный. – Загл. с экрана.
Ефимушкина Н.В., Орлов С.П. Организация вычислительных машин и систем. 2-е изд., перераб. и доп. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2016. — 280 с.
Корнев Е.С. Информатика. Конспект лекций — Новокузнецк: СибГИУ, 2016. – 100 с.
Кибардин А.В. Информатика. Часть 1. Основы информатики. Учебное пособие. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2015. – 166 с.
Партыка Т.Л., Попов И.И. Электронные вычислительные машины и системы. Учебное пособие. — М.: Форум, Инфра-М, 2010. — 368 с.