Файл: Процессор персонального компьютера Назначение, функции, классификация процессора..pdf

В качестве кэш-памяти применяются следующие типы статической памяти:

• AnyncSRAM, так же известная как A-SRAM или SRAM, - традиционная асинхронная память;
• SyncBurstSRAM, или SBSRAM, - пакетная синхронная память;
• PBSRAM– пакетно-конвейерная синхронная память.

Кэш-памяти процессоров Intel и AMD заметно отличаются размером. Процессоры AMD имеют эксклюзивный тип кэш-памяти, то есть в памяти любого уровня содержатся только уникальные данные. В Intel же данные могут повторяться. Именно поэтому объем кэш- памяти Intel больше чем AMD.

Как и обычная память так и кэш-память имеет разрядность. От разрядности зависит быстродействие так как, чем больше разрядность тем больше данных можно передать за один такт. Процессоры различных производителей работают с кэш-памятью по-разному: одни используют большую разрядность, например 256 Бит, вторые – малую, но в режиме одновременного чтения и записи.

2.5 Архитектура процессора

Архитектура процессора или вычислительной системы - это совокупность ключевых решений по следующим направлениям:

• выбор структурных элементов процессора (АЛУ, блоков регистровой памяти, контроллера прерываний, блока синхронизации) и их интерфейсов для связи между собой и с внешними устройствами;
• поведение каждого из этих структурных элементов, специфицированное в кооперациях с другими элементами (то есть описание функционирования элемента с учетом взаимодействия с ним других элементов),
• составление из этих элементов все более крупных подсистем;
• единый архитектурный стиль, направляющий и определяющий всю организацию процессора (его элементов, их интерфейсов и взаимодействия).

Архитектура процессора влияет на следующие характеристики:

• стоимость использования;
• надежность функционирования;
• способность к реконфигурации;
• простота применения (проектирования систем на его основе);
• реактивность-быстродействие-производительность
• другие.

Стоимость использования процессора включает стоимости микросхем, стоимость проектирования архитектуры, аппаратуры, программного обеспечения, тестирования, документирования систем на базе процессора;

Надежность функционирования, в простейшем случае, измеряется в параметрах среднего времени между отказами.

Реактивность (задержка обслуживания), быстродействие и средняя/пиковая производительность взаимосвязанные характеристики производительности системы в различных ситуациях.

Способность к реконфигурации - возможность и время переконфигурирования системы при сбоях.

Раньше процессоры можно было легко идентифицировать по названию и тактовой частоте. Однако с появлением процессоров с разной архитектурой (разными ядрами) подобная маркировка процессоров оказалась малоэффективной. Неразберихи добавили также процессоры AMD, которые в качестве тактовой частоты используют Pentium -рейтинг, а не настоящую частоту процессора.

Сейчас существует определенный способ маркировки процессоров Intel, который можно расшифровать по таблице соответствий. Для процессоров AMD маркировка пока нет.

2.6 Энергопотребление и тепловыделение

С самой ранней стадии развития процессора не учитывался фактор потребления количества энергии так как первые процессоры потребляли малое количество энергии. Но с ростом тактовых частот и количества транзисторов в ядре чипов, этот показатель стал стремительно расти. Если во время создания процессора фактор энергопотребления не учитывался то сегодня он имеет колоссальное влияние на эволюцию процессоров.

Чем выше энергопотребление процессора, тем больше он выделяет тепла, это может привести к перегреву и выходу из строя процессора и окружающих его микросхем. Чтобы этого не произошло для отведения тепла используются специальные системы охлаждения, размер которых, напрямую зависит от количества выделяемого тепла процессором.

В начале 2000-ых годов тепловыделения некоторых процессоров выросло выше 150 Вт, а чтобы их охлаждать приходилось использовать большие и шумные вентиляторы. Помимо этого, средняя мощность блоков питания того времени составляла 300 Вт, а это означало что половина должна была уходить на обслуживание «прожорливого» процессора.

Именно тогда производители поняли, что наращивание вычислительной мощности процессоров невозможно не может обойтись без снижения их энергопотребления. Разработчики были вынуждены кардинально пересмотреть процессорные архитектуры и начать активно внедрять технологии, способствующие снизить тепловыделение.

Именно тогда для оценки тепловыделения процессоров была введена величина, характеризующая требования к производительности систем охлаждения которая получила название TDP. TDP показывает на отвод какого количества тепла должна быть рассчитана та или иная система охлаждения при использовании с определенной моделью процессора. Например, TDP процессоров для мобильных ПК должно быть менее 45 Вт, так как использовать большие системы охлаждения в ноутбуках невозможно.

На сегодняшний день, в эру расцвета портативных устройств (ноутбуки, планшеты), разработчикам удалось добиться колоссальных результатов в борьбе снижения энергопотребления. Этому поспособствовал: переход на более тонкий технологический процесс при производстве кристаллов, внедрение новых материалов для снижения токов утечки, изменение компоновки процессоров, применение всевозможных датчиков и интеллектуальных систем, отслеживающих температуру и напряжения, а так же внедрение других технологий энергосбережения. Все эти меры позволяют разработчикам продолжать наращивать вычислительные мощности процессоров и использовать более производительные решения в компактных устройствах.

2.7 Тип разъема

Для установки в системную плату у процессора существует специальный разъем или гнездо, сокет (Socket). Процессорные слоты менялись за все время существования процессоров. это вызвано усложнением конструкции самих процессоров и увеличением количества контактов на его пластине. Помимо этого разные производители используют в процессорах различное количество контактов. Компания Intel ввела маркировку для своих процессоров. А вот AMD придерживаются старого способа маркировки. Он включает название процессора, его Pentium-рейтинг и дополнительный код из цифр и букв, с помощью которого можно узнать о ядре, технологическом процессе, степпингах и других показателях.

В Intel основным и самым распространенным сокетом для центральных процессоров считается LGA 1155. А вот самые производительные и продвинутые решения этой компании устанавливаются в разъем LGA 2011. LGA 775 и LGA 1156 уже не так популярны, выпуск процессоров под такие типы сокета практически прекращены.

У AMD самым популярным типом разъема является Socket AM3. В него устанавливаются самые ходовые и бюджетные продукты этой компании. Новейшие процессоры AMD оснащены разъемами Socket AM3+ и Socket FM1,возможно именно они станут популярны в ближайшее время .

Сокет у процессоров Intel и AMD отличается по одному характерному признаку. AMD делает процессоры на задней части которой расположено множество штырьков-контактов, благодаря им процессор подключаются к системной плате (вставляются в разъем). Intel делает процессоры контактные ножки которой расположены не на самом процессоре, а в внутри разъема материнской платы. Тип сокета для пользователя важен только в том случае, если планируется самостоятельно произвести замену процессора в компьютере.

Глава III  Классификация процессоров

Процессор является основным устройством электронно-вычислительной машины в нем выполняются все вычислительные задачи и обработка информации. Поэтому основные характеристики процессора и определяют эффективность электронно-вычислительной машины в целом. К таким характеристикам относят разрядность, назначение процессора к примеру универсальный или специализированный, а так же длину контейнера, число внутренних регистров, емкость адресуемой памяти.

Эти же самые характеристики определяют и вычислительные свойства микропроцессора . Но для того чтобы оценить область использования и особенности разработки вычислительной техники на основе микропроцессора важными являются и такие характеристики микропроцессора как интегральные схемы. Основными из них являются: быстродействие; масса и габаритные размеры, число источников питания; потребляемая мощность; надежность; эксплуатационная стойкость; стоимость.

Классификация процессора по наиболее существенным из перечисленных характеристик служит основой для выбора эффективной области применения того или иного типа микропроцессора.

3.1 По выполняемым функциям и области применения

1. Процессоры встраиваемых (управляющих) систем (embedded processor):

• Универсальные процессоры. Универсальные процессор имеет набор структурных блоков , архитектуру, а так же конструктивно-технологические использование и систему команд которые позволяют достаточно эффективное использование данного процессора в широком круге разнотипных задач, в различных условиях;
• С расширенными возможностями дискретного ввода-вывода;
• С расширенными возможностями обработки аналоговых сигналов (mixed signal processor (MSP));
• С расширенными коммуникационными возможностями;

1. Коммуникационные процессоры - имеют специальную поддержку аппаратных интерфейсов и протоколов коммуникационных систем:

• Сетевые - поддерживают распространенные сетевые и современные периферийные интерфейсы: Ethernet, HDLC, X.25, Tl, ATM, USB.
• Модемные - поддерживают протоколы серий V2x, V3x передачи данных по синхронным и асинхронным модемным каналам.

1. Процессоры цифровой обработки сигналов. Такие процессоры реализуют методы цифровой обработки сигналов к примеру фильтрацию, спектральный анализ, смешение сигналов, масштабирование. Отличительная особенность таких процессоров в том, что поточная обработка больших объемов данных в реальном времени, требующая высокой производительности, но ограниченного набора операций.
2. Медийные процессоры - ориентированные на обработку видео- и звуковой информации:
   • • С мультимедийным расширением набора команд;
     • Процессоры с аппаратной поддержкой мультимедийной обработки или медиапроцессоры. Такие процессоры имеют аппаратные блоки и развитую систему команд для обработки и передачи аудио и графических данных, видеоизображений. Используются в аудио- и видеоадаптерах в персональном компьютере, в игровых приставках, в бытовой технике.
3. Co-процессоры. Сопроцессор не выполняет многих необходимых операций по сравнению с процессором. К примеру, не умеет вычислять адреса памяти и работать с программой. Сопроцессор может быть как отдельной микросхемой, так и быть встроен в центральный процессор;

• Математические сопроцессоры. Сопроцессор для расширения командного множества центрального процессора и обеспечивающий его функциональностью модуля операций с плавающей запятой, для процессоров, не имеющих интегрированного модуля.
• Сопроцессор ввода-вывода - за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств. Освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти.

1. Транспьютеры - это процессор для построения массово-параллельных систем. На кристалле такого процессора расположено процессорное ядро, память и специальные быстродействующие каналы связи для взаимодействия с другими транспьютерами. Основной производитель разработчик компания Inmos, Inc (Великобритания).
2. Другие типы спецпроцессоров:

• Нейропроцессоры - это сопроцессоры, которые ориентированы на построение систем с архитектурой нейронных сетей. Нейропроцессоры применяются для решения плохо формализуемых задач. К примеру, распознавание образов, предсказание поведения систем, оптимизация;
• Процессоры языков высокого уровня (C#, Objective-C);
• Узкоспециализированные (медицинская техника, военные, для научно-исследовательских систем).