Файл: Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров ПК (Исторический аспект развития микропроцессоров ПК 4).pdf

Затем AMD, выпускает процессор Duron 1 и 1.1 ГГц (позже 1.2 ГГц), на новом ядре Morgan. Кроме смены названия ядра, новый процессор имеет поддержку усовершенствованного набора инструкций 3DNow Professional, а также инструкций SSE. Ядро Morgan имеет механизм предсказания переходов и буфер преобразование адреса. В ядро вмонтирован температурный датчик[12].

С выходом 0.13 мкм Pentium 4 Northwood, разрешилась проблема с тепловыделением. Компактные размеры нового процессора FC-PGA 478 (сравним с 80386). Также возрос размер кэша второго уровня до 512 Кб (L1 кэш – 8 Кб), trace cache 12Kmops (кэш команд), сбрасываемая длина конвейера 20, расширение набора инструкций SSE2.

В начале лета 2002 года были объявлены более совершенные Athlon XP 2100+ и 2200+ на 0,13-микронном ядре Thoroughbred (TBred)(рисунок 7). Мало отличается от Palomino только технологией 0,13 мкм[9].

Рисунок 7. Athlon XP 2100+ и 2200+ на 0,13-микронном ядре Thoroughbred

В конце лета последовал выход процессоров Athlon XP 2400+ и 2600+ (для системной шины 266 МГц) на начало продаж процессоров Intel Pentium 4 2,6-2,8 ГГц. 1 октября AMD объявила и об Athlon XP 2700+ и 2800+ на новой системной шине 333 МГц.

Осенью 2002 года вышел в свет очередной процессор от Intel, тактовая частота которого достигла значения 3 ГГц. Это - первый настольный процессор, обладающий поддержкой HyperThreading. Ее поддержка была заложена в самые первые процессоры семейства Pentium 4.

В 2003 г. вышла версия VIA C3 Nehemiah со стандартным для процессоров C3 объёмом кэша. Технология производства 0,13 мкм. Тактовая частота 1000–1400 МГц, выделяемая мощность 5–18 Вт. Ядро обеспечивает также криптографические функции и исполняет инструкции SSE, отказавшись от инструкций 3DNow[17].

В 2003 г.вышли пять новых процессоров Pentium4 с частотами 2.8-3.6 ГГц, а также Pentium4 3.4 ГГц XE (eXtreme Edition) выполненных для Socket Intel LGA775. Вместо тактовой частоты используется процессорный номер (2.8 ГГц-P4 520; 3.0 ГГц-P4 530; 3.2 ГГц-P4 540; 3.4 ГГц-P4 550; 3.6 ГГц-P4 560; 3.4 ГГц-P4 XE). На новых процессорах LGA775 ножки отсутствуют - вместо них контактные площадки.

10 февраля 2003 компания выпустила новые Athlon XP 3000+, 2800+ и 2500+ на ядре Barton с увеличенной вдвое кэш-памятью второго уровня (L2 – 512 Кб). Само вычислительное ядро процессора никаких существенных изменений не претерпело. С новым объемом кэша, AMD пересчитывает рейтинг своих процессоров 3000+ на Barton – реально работает на частоте 2167 МГц и 2700+ Thoroughbred-B – реально работает на той же частоте 2167 МГц. Частота шины 333–400 МГц (dual-pumped)[16].

2 февраля 2004 г. произошёл массовый анонс целого ряда процессоров. Были анонсированы Pentium4 2800E, 3000E, 3200E, и 3400E, а также новая версия Pentium4 Extreme Edition с частотой 3400 МГц (и кэшем третьего уровня 2 Мб) и Pentium 4 Northwood с частотой 3400 МГц. Был представлен также процессор Pentium4 2800A, процессор с ядром Prescott, но на пониженной частоте шины и без поддержки технологии Hyper-Threading. Процессоры имеют поддержку Hyper-Threading и работают на шине 800 МГц. Новые процессоры производятся с соблюдением норм 90-нанометрового технологического процесса. L1 кэш – 16 Кб, trace cache 12Kmops (кэш команд), L2 кэш – 1024 Кб, сбрасываемая длина конвейера 31, расширение набора инструкций SSE3.

---

Дополнительные улучшения Prescott:

• улучшенная предвыборка данных;
• улучшенное предсказание ветвлений;
• дополнительные буферы комбинированной отложенной записи в память;
• ускорение некоторых операций с целыми числами, в том числе, умножение[15].

По заявлениям Intel, технология HT претерпела заметные улучшения в новых процессорах. Первое - увеличение количества эксклюзивных ресурсов процессора для каждой нити. Другое улучшение состоит в увеличении размеров кэш-памяти всех уровней, которые призваны обеспечивать нити данными.

2004 г. – год выпуска AMD K7 Thorton (Athlon XP). Thorton -экономичная модель Athlon XP на ядре Barton. Технология производства 0,13 мкм. Тактовая частота 1667–2133 МГц (2000+…2400+), частота шины 266 МГц (dual-pumped)[11].

28 июля 2004 г. (выпуск 17 августа) Sempron 3100+ для Socket 754 ядро Paris, Sempron 2500+ (1750 МГц), 2600+ (1833 МГц), 2800+ (2000 МГц) для Socket A, ядро Barton. Модели Sempron под Socket просуществуют до конца 2005 года, но в малобюджетных системах. Самым последним процессором Sempron под Socket модель 2800+. Эти процессоры позиционируются, как конкуренты Intel Celeron D. Sempron под процессорный разъем Socket A по техническим характеристикам – практически Thoroughbred с 1,6 В напряжением, единственное отличие – частота шины, увеличенная до 333 МГц. Модели AMD Sempron processors 3100+, 2800+, 2600+, 2500+, 2400+, 2300+ и 2200+ доступны в настоящее время, модели Mobile AMD Sempron 2600+, 2800+, 3000+ для «полноразмерных» ноутбуков и Mobile AMD Sempron 2600+ и 2800+ для субноутбуков будут доступны в августе 2004 года[5].

В 2004 г. Intel представила процессор Pentium 4 (ядро Tejas) на разъёме Socket T, изготовленного по технологии 0,09 мкм. Способным работать на тактовых частотах 3600-5000 МГц, шина 800 МГц. L1 кэш – 24 Кб, L2 кэш – 1024 Кб. Набор команд x86, MMX, SSE, SSE2.

Соревнование AMD против Intel, несет для пользователя много плюсов: снижение цены; снятие маркетинговых ограничений (Celeron перевели на 100 МГц); выпуск процессоров разных возможностей, оптимизированных под разные потребности. Часто корпорации вместо того, что бы совершенствовать текущее ядро, берется за разработку принципиально новой архитектуры. Много процессоров было вытеснено, не выдержав конкуренции или не успев за «прогрессом» конкурента.

Глава 2. Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров ПК

---

2.1. Классификация микропроцессоров ПК

Микропроцессор - это программно управляемое устройство, которое предназначено для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки и выполнено в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС)[6].

Микропроцессоры классифицируют по следующим параметрам:

  По числу больших интегральных схем различают микропроцессоры, представленные на рисунке 8:

Микропроцессоры

однокристальные

многокристальные

многокристальные секционные

Рисунок. 8.  Классификация микропроцессоров

Универсальные микропроцессоры принято разделять на CISC - и RISC-микропроцессоры. CISC-микропроцессоры (Completed Instruction Set Computing - вычисления с полной системой команд) имеют в своем составе весь классический набор команд с широко развитыми режимами адресации операндов. RISC‑микропроцессоры (reduced instruction set computing - вычисления с сокращенной системой команд) используют, как следует из определения, уменьшенное количество команд и режимов адресации.

Однокристальные микроконтроллеры представляют собой большие интегральные схемы, которые включают в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации:

• процессор,
• ЗУ команд,
• ЗУ данных,
• генератор тактовых сигналов,
• программируемые устройства для связи с внешней средой иногда аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т. д.[10].

Секционированные микропроцессоры  - это микропроцессоры, предназначенные для построения специализированных процессоров, представляют собой микропроцессорные секции относительно небольшой (от 2 до 16) разрядности с пользовательским доступом к микропрограммному уровню управления и средствами для объединения нескольких секций.

По назначению различают (рисунок 9)

Микропроцессоры

универсальные

специализированные

Рисунок 9. Классификация микропроцессоров по назначению

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.

---

Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают микропроцессоры (рисунок 10).

микропроцессоры

цифровые

аналоговые

Рисунок 10. Классификация микропроцессоров по виду обрабатываемых входных сигналов

Аналоговые микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов, выполняют функции любой аналоговой схемы. В составе однокристальных аналоговых МП имеется несколько каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых данных достигает 24 бит и более, большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических операций.

По характеру временной организации работы микропроцессоры представлены на рисунке 11.

микропроцессоры

синхронные

асинхронные

Рисунок 11. Классификация микропроцессоров по характеру временной организации работы

Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления.

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для этого в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

По организации структуры микропроцессорных систем бывают:

• одномагистральные,
• многомагистральные.

В одномагистральных устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов. В многомагистральных устройства группами подключаются к своей информационной магистрали. Что позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям.

По количеству выполняемых программ выделяют:

• однопрограммные,
• многопрограммные.

В однопрограммных выполняется лишь одна программа. В многопрограммных одновременно выполняется несколько программ. Это позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.

---

 Таким образом, в зависимости от рассматриваемого параметра существуют различные классификации микропроцессоров. Которые совершенствуются для улучшения производительности.

2.2. Характеристики микропроцессоров

Микропроцессор характеризуется:

1) тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов в ЭВМ.

2) разрядностью, т.е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Разрядностть МП обозначается m/n/k/ и включает:

m — разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;

n — разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;

k — разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства. Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20[10].

3) Тип микpопpоцессоpа.

Тип установленного в компьютеpе микpопpоцессоpа является главным фактоpом, опpеделяющим облик ПК. Именно от него зависят вычислительные возможности компьютеpа. В зависимости от типа используемого микpопpоцессоpа и опpеделенных им аpхитектуpных особенностей компьютеpа pазличают пять классов ПК:

- компьютеры класса XT;

- компьютеpы класса AT;

- компьютеpы класса 386;

- компьютеpы класса 486;

- компьютеpы класса Pentium[6].

4) Быстpодействие микpопpоцессоpа - это число элементаpных опеpаций, выполняемых микpопpоцессоpом в единицу вpемени (опеpации/секунда).

5) архитектурой. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

В соответствии с аpхитектуpными особенностями, опpеделяющими свойства системы команд, pазличают:

- микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;

- микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;

- микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;

- микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др. [6].

2.3. Структура микропроцессора

В состав микропроцессора входят следующие устройства:

---